梳理思路进行分类 快速解答化工流程题-《中学生数理化》高考理化2025年6月刊

􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕􀥕 D.“调pH”可选择氨水或NiO 解析:废旧镍-镉电池中含有镍、镉、铁及 少量钴和有机质等,粉碎后,灼烧除去有机 质,用硫酸酸浸后生成硫酸亚铁、硫酸镉、硫 酸镍和硫酸钴,用二氧化锰氧化亚铁离子生 成铁离子,用氨水或氧化镍调节溶液的pH, 使铁离子转化为氢氧化铁沉淀,用硫酸铵沉 镍生成晶体,用碳酸氢铵沉镉生成碳酸镉。 “氧化”工序中,在酸性条件下 MnO2 将 Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2+ +MnO2+4H+􀪅􀪅2Fe3++Mn2++2H2O,A 项正确。为避免生成Ni(OH)2 沉淀,需控制 溶液中的c(OH-),利用Ni(OH)2 的溶度积 计算,0.02×c2(OH-)=2.0×10-15,可得 c(OH-)=10-6.5mol·L-1,则 c(H+ )= 10-7.5mol·L-1,因此应控制pH<7.5,B项 错误。“沉 镉”时 发 生 的 反 应 为 CdSO4+ 2NH4HCO3 􀪅􀪅CdCO3↓+(NH4)2SO4+ H2O+CO2↑,因 此 滤 液1的 主 要 成 分 为 (NH4)2SO4,经处理之后可循环至沉镍工序 中使用,C项正确。“调pH”的目的是使Fe3+ 转化成Fe(OH)3 沉淀,为避免引入对后续工 序产生影响的杂质,试剂 X 可选择氨水或 NiO,D项正确。 答案:B 注:本文系2024年许昌市教育科学研究 一般课题“基于‘三新’背景高中化学大单元 教学实践研究”(课题批准号:YL2024G059) 研究成果之一。 (责任编辑 谢启刚) ■河南省鄢陵县第一高级中学 高小艳 无机化工流程题与化工生产紧密联系, 一直是高考中备受关注的一种题型,该类题 以生产实际为依托,将化工生产过程中的主 要生产流程用框图形式展示出来,并根据其 中涉及的化学知识步步设问,使问题情境真 实,题型灵活,可以主观题呈现,也可以客观 题呈现。以物质制备和物质的分离提纯等为 主的工艺流程题考查元素化合物和实验操 作、实际生产的相关知识。试题新颖,内容丰 富,阅读量大,具有很好的区分度。 题型一 :以物质制备为目的 例 1 钢渣是钢铁行业的固体废弃物, 含有 2CaO·SiO2、Fe2O3、FeO、Al2O3 和 V2O3 等物质。一种以钢渣粉为原料固定 CO2 并制备V2O3 的工艺流程如下所示。已 知钢渣中Ca元素质量分数为30%,V2O3 在 稀盐酸和NH4Cl混合溶液中不易被浸出。 该工艺条件下,有关金属离子开始沉淀 和沉淀完全的pH如表1所示。 表1 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ca2+ 开始沉淀的pH 1.9 7.2 3.5 12.4 沉淀完全的pH 2.9 8.2 5.1 13.8 回答下列问题: (1)浸出1过程生成的SiO2“包裹”在钢 渣表面形成固体膜,阻碍反应物向钢渣扩散。 92 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 提高浸出率的措施有 (除粉碎外,举1 例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸 的原因是 。 (2)为避免引入杂质离子,氧化剂 A应 为 (举1例)。 (3)滤液C的溶质可循环利用,试剂B 应为 。 (4)若Ca的浸出率为90%,理论上1 t 钢渣在“固碳”中可固定 kg CO2。 (5)富钒渣焙烧可生成钒钙盐,不同钒钙 盐的溶解率随pH变化如图1所示。已知浸 出2的pH约为2.5,则应控制焙烧条件使该 钒钙盐为 。该焙烧反应的化学方程式 是 。 图1 (6)微细碳酸钙广泛应用于医药、食品等 领域,某种碳酸钙晶胞如图2所示。已知 a=b=4.99 nm,c=17.3 nm,α=β=90°, γ=120°,该晶体密度为 g·cm-3(列出 计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。 图2 解析:钢渣中含有2CaO·SiO2、Fe2O3、 FeO、Al2O3 和V2O3 等,钢渣中加入稀盐酸、 NH4Cl进行“浸出1”,经过滤得到富钒渣,滤 液中含Fe3+、Fe2+、Al3+、Ca2+,滤液中加入氧 化剂A将Fe2+ 氧化成Fe3+,加入试剂B将 Fe3+、Al3+转化成铁铝渣而除去,然后加入试 剂B调pH,再吸收 CO2“固碳”得到微细 CaCO3 和滤液C;富钒渣与CaCO3 在空气中 焙烧得焙烧产物,焙烧产物中加入稀硫酸进行 “浸出2”经过滤得滤渣和滤液,滤液经系列操 作得V2O5,用还原剂将V2O5 还原为V2O3。 (1)浸出1过程生成的SiO2 “包裹”在钢 渣表面形成固体膜,阻碍反应物向钢渣扩散。 提高浸出率的措施有:适当增大盐酸的浓度、 适当升高温度、搅拌等。该浸出过程不使用 稀硫 酸 代 替 稀 盐 酸 的 原 因 是:稀 硫 酸 与 2CaO·SiO2 反应形成微溶于水的CaSO4 覆 盖在钢渣表面,阻碍反应物向钢渣扩散。 (2)加入氧化剂A的目的是将Fe2+氧化 成Fe3+,为避免引入杂质离子,氧化剂 A应 为 H2O2 或氯水。 (3)加入试剂B的目的使Fe3+、Al3+转化 成Fe(OH)3、Al(OH)3 沉淀而除去,继续加 入试剂B调pH,便于“固碳”时形成CaCO3, 滤液 C 的 溶 质 可 循 环 利 用,试 剂 B 应 为 氨水。 (4)钢渣中Ca元素的质量分数为30%,若 Ca的浸出率为90%,理论上1 t钢渣在“固碳”中 可固定CO2 的质量为 1 000 kg×30%×90% 40 g·mol-1 × 44 g·mol-1=297 kg。 (5)由图可知浸出2的pH约为2.5时, Ca2V2O7 的溶解率最大,故应控制焙烧条件 使钒钙盐为Ca2V2O7;该焙烧过程中 V元素 的化合价由+3价升至+5价,O2 为氧化剂, 根据得失电子守恒和原子守恒,该焙烧反应 的化学方程式为 V2O3+2CaCO3+O2 焙烧 􀪅􀪅 Ca2V2O7+2CO2。 (6)该晶胞中含Ca2+ 的个数为4× 1 12+ 4× 1 6+2× 1 6+2× 1 3+4=6 ,含CO2-3 的个 数为4× 1 6+4× 1 3+4=6 ,1个晶胞的质量 为 100×6 NA g ,晶 胞 的 体 积 为 3 2a 2c= 3 2 × (4.99×10-7cm)2×(17.3×10-7cm)= 3 2×4.99 2×17.3×10-21cm3,该晶体密度为 03 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 100×6 NA g ÷ 3 2×4.99 2×17.3×10-21cm3 = 12 3×4.992×17.3NA ×1023g·cm-3。 答案:(1)适当增大盐酸的浓度、适当升 高温度、搅拌等(举1例) 稀硫酸与2CaO· SiO2 反应形成微溶于水的CaSO4 覆盖在钢 渣表面,阻碍反应物向钢渣扩散 (2)H2O2 或氯水 (3)氨水 (4)297 (5)Ca2V2O7 V2O3+2CaCO3+O2 焙烧 􀪅􀪅 Ca2V2O7+2CO2 (6) 12 3×4.992×17.3NA ×1023 题型二:以混合物的分离、提纯为目的 例 2 三氯化六氨合钴[Co(NH3)6]Cl3 是一种重要的化工原料。利用含钴废料(含 少量Fe、Al等杂质)制取[Co(NH3)6]Cl3 的 工艺流程如下所示。 已知:①“酸浸”过滤后的滤液中含有 Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等。 ② Ksp [Co(OH)2]= 1× 10-14.2、 Ksp[Co(OH)3]=1×10-43.7、Ksp[Fe(OH)3]= 1×10-37.4、Ksp[Al(OH)3]=1×10-32.9(溶液 中金 属 离 子 物 质 的 量 浓 度 低 于 1.0× 10-5mol·L-1 时,可认为沉淀完全)。 ③[Co(NH3)6]2+具有较强还原性。 回答下列问题: (1)制备CoCl2。 “除杂”过程中加Na2CO3 调节pH 后会 生成 两 种 沉 淀,同 时 得 到 含 c(Co2+ )= 0.1 mol·L-1 的 滤 液,调 节 pH 的 范 围 为 。 (2)制备[Co(NH3)6]3+。 ①“混合”过程中需先将 NH4Cl、CoCl2 溶液混合,然后再加入活性炭,NH4Cl的作 用是 。 ②“氧化”过程应先加入 (填“氨水” 或“双氧水”),原因是 。 ③生成[Co(NH3)6]3+ 的 离 子 方 程 式 为 。 (3)分离提纯。 将反应后的混合物趁热过滤,待滤液冷 却后加入适量浓盐酸,过滤、洗涤、干燥,得到 [Co(NH3)6]Cl3 晶体。该过程中加入浓盐酸 的目的是 。 (4)含量测定。 通过碘量法可测定产品中的钴元素的含 量。称取0.10 g产品加入稍过量的 NaOH 溶 液 并 加 热,将 Co 完 全 转 化 为 难 溶 的 Co(OH)3,过滤洗涤后将滤渣完全溶于盐酸 中,向所得的溶液中加入过量的 KI和2~3 滴淀粉溶液,再用0.010 mol·L-1Na2S2O3 溶液滴定(反应原理:Co3++I- →Co2++I2, I2+S2O2-3 →I-+S4O2-6 ),达到滴定终点时消 耗Na2S2O3 溶液24.00 mL,则产品中钴元素 的含量为 。 解析:将含钴废料用盐酸溶解,过滤出滤 渣,得到含 Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+ 的酸性滤 液;向滤液中加入适量的NaClO3,将Fe2+ 氧 化为Fe3+,再加 Na2CO3 调pH,沉淀 Al3+、 Fe3+为Fe(OH)3 和 Al(OH)3,过滤得滤渣 (主要成分为Fe(OH)3 和Al(OH)3)和滤液;向 含有Co2+的溶液中加入活性炭和NH4Cl溶液, 再依次加入氨水和 H2O2,发生反应依次为 CoCl2+6NH3 ·H2O=[Co(NH3)6]Cl2 + 6H2O,H2O2+2[Co(NH3)6]Cl2+2NH4Cl 􀪅􀪅2[Co(NH3)6]Cl3+2NH3↑+2H2O;再 将溶液在 HCl氛围下蒸发浓缩、冷却结晶、 减压过滤得到产品。 (1)“除杂”过程中加 Na2CO3 调节pH, 使Al3+、Fe3+完全沉淀,而Co2+不产生沉淀, 由题 干 信 息 Ksp[Fe(OH)3]=1×10-37.4、 Ksp[Al(OH)3]=1×10-32.9 可知,当Al3+完全沉 淀后,Fe3+ 早已完全沉淀,此时c(OH-)= 3 1×10-32.9 10-5 mol·L-1=10-9.3mol·L-1,则 pH = 4.7,同 时 得 到 含 c (Co2+ )= 0.1 mol·L-1 的滤液,此时溶液中c(OH-)< 13 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 2 1×10-14.2 0.1 mol ·L-1=10-6.6mol·L-1,则 pH=7.4,即调节pH的范围为4.7~7.4。 (2)①流程中 NH4Cl除作反应 物 外, NH4Cl溶于水电离出的NH+4 会抑制后期加 入的NH3·H2O 的电离,可防止加氨水时 c(OH-)过大,防止生成Co(OH)2 沉淀。 ②若先加 H2O2,将Co2+氧化为Co3+,后 加氨水,会生成Co(OH)3,不利于产品的生 成,故 先 加 入 氨 水 再 加 入 H2O2,可 防 止 Co(OH)3 的生成。 ③由分析可知,生成[Co(NH3)6]3+的反 应方程 式 为 H2O2+2[Co(NH3)6]Cl2+ 2NH4Cl􀪅􀪅2[Co(NH3)6]Cl3+2NH3↑+ 2H2O,则其离子方程式为2[Co(NH3)6]2++ 2NH+4 + H2O2 􀪅􀪅2[Co(NH3)6]3+ + 2NH3↑+2H2O。 (3)该过程中加入浓盐酸的目的是增大 c(Cl-),降低[Co(NH3)6]Cl3 在水中的溶解 度,有利于其结晶析出。 (4)据题干反应原理可知,n(Co3+)= 2n(I2)=2× 1 2n (S2O2-3 )=n(S2O2-3 )= 0.010 mol·L-1×24.00×10-3L=2.4× 10-4mol,则 产 品 中 钴 元 素 的 含 量 为 2.4×10-4mol×59 g·mol-1 0.10 g ×100%=14.16%。 答案:(1)4.7~7.4 (2)①NH4Cl会抑制 NH3·H2O 的电 离,防止生成Co(OH)2 沉淀;参与反应提供 NH+4 ②氨水 [Co(NH3)6]2+ 具有较强还 原性,易被氧化;先加 H2O2 将Co2+ 氧化为 Co3+,后加氨水会生成Co(OH)3,不利于产 品的生成 ③2[Co(NH3)6]2+ +2NH+4 + H2O2 􀪅􀪅2[Co(NH3)6]3++2NH3↑+2H2O (3)增大c(Cl-),降低[Co(NH3)6]Cl3 在水中的溶解度,有利于其结晶析出 (4)14.16% 题型三:以考查化学基本原理为目的 例 3 一种回收锌电解阳极泥(主要成 分为 MnO2、PbSO4 和ZnO,还有少量锰铅氧 化物Pb2Mn8O16 和 Ag)中金属元素锌、锰、 铅和银的工艺如下所示。 已知:MnSO4·H2O易溶于水,不溶于 乙醇。 (1)Pb2Mn8O16 中 Pb的化合价为+2 价,Mn的化合价有+2价和+4价,则氧化 物中+2价和+4价 Mn的个数比为 。 (2)“还原酸浸”过程中主要反应的化学 方程式为 。 (3)MnSO4 溶解度曲线如图3所示,由 MnSO4 溶液制得 MnSO4·H2O晶体的“一 系列操作”是 、 ,用 (填物质的名 称)洗涤、干燥。 图3 (4)“电解”时,加入SeO2 与水反应生成 二元弱酸H2SeO3,在阴极放电生成Se单质, 有利于 Mn2+ 电还原沉积。则 H2SeO3 放电 的电极反应式为 。 (5)通过计算说明可用 Na2CO3 溶液将 “滤 渣”中 的 PbSO4 转 化 为 PbCO3 的 原 因: 。[已知:25 ℃时Ksp(PbSO4)=2.5× 10-8,Ksp(PbCO3)=7.5×10-14] (6)锰、镍、镓的某种磁性形状记忆型合金 的晶胞结构如图4所示。NA 表示阿伏加德罗 常数的值。该晶体的密度为 g·cm-3(列 出计算式即可)。 图4 23 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 解析:向阳极泥中加入稀硫酸将ZnO转 成ZnSO4,随滤液除去,向滤渣中加稀硫酸和 葡萄糖酸浸还原+4价 Mn为+2价进行溶 液,过滤分离得到 MnSO4 溶液和滤渣1,经 过一系列操作,得 MnSO4·H2O晶体,滤渣 1中加入 Na2CO3 溶液,使PbSO4 转化成溶 解度更小的PbCO3,再加入醋酸,酸浸溶铅, 得到Ag单质和醋酸铅溶液,在醋酸铅溶液 中加入 H2SO4,生成 PbSO4 沉 淀,过 滤 得 PbSO4,据此解答。 (1)设Pb2Mn8O16 中含a 个+2价 Mn, 则+4价 Mn有(8-a)个,据化合价代数和 为0列式为2×2+2a+4×(8-a)=2×16, 解得a=2,则+2价和+4价 Mn的个数比 为1∶3。 (2)由题中信息可知,酸洗后,加入稀硫 酸、葡萄糖,与 MnO2 发生氧化还原反应,+4 价 Mn得电子被还原成 Mn2+,葡萄糖中C失 电子 被 氧 化 成 CO2,其 化 学 方 程 式 为 C6H12O6 + 12H2SO4 + 12MnO2 􀪅􀪅 12MnSO4+6CO2↑+18H2O。 (3)根据 MnSO4 溶解度曲线图分析,首 先进行蒸发结晶,当进行蒸发结晶出的晶体 与滤液分离操作时需进行趁热过滤,防止杂 质从中因温度降低而析出混入,晶体样品易 溶 于 水,难 溶 于 乙 醇,可 用 乙 醇 洗 涤 MnSO4·H2O晶体。 (4)H2SeO3 在阴极放电生成Se单质, H2SeO3 中Se的化合价为+4价,生成单质 Se,则电极反应式为 H2SeO3+4H++4e-􀪅􀪅 Se+3H2O。 (5)当 加 入 碳 酸 钠 溶 液 时,发 生 CO2-3 (aq)+PbSO4(s)􀜩􀜨􀜑 PbCO3(s)+SO2-4 (aq) 反应,该反应的平衡常数 K= c(SO2-4 ) c(CO2-3 ) = Ksp(PbSO4) Ksp(PbCO3) = 2.5×10-8 7.5×10-14 >105,几乎可以完 全转化,故可用 Na2CO3 溶液将“滤渣”中的 PbSO4 转化为PbCO3。 (6)根据图示,Ni原子处于的位置为顶 点8个,面心6个,棱心12个,体心1个,则 Ni的个数为8× 1 8+12× 1 4+6× 1 2+1=8 , Mn原子处于的位置为体内,则有4个原子, Ga原子位于体内,则有4个原子,则晶胞的 质量 m= (55×4+59×8+70×4) NA g ,体积为 V = (a × 10-7 )3cm3,ρ = m V = 4×(59×2+55+70) NA×(a×10-7)3 g·cm-3。 答案:(1)1∶3 (2)C6H12O6+12H2SO4+12MnO2 􀪅􀪅 12MnSO4+6CO2↑+18H2O (3)蒸发结晶 趁热过滤 乙醇 (4)H2SeO3+4H++4e-􀪅􀪅Se+3H2O (5)当 加 入 碳 酸 钠 溶 液 时,发 生 反 应 CO2-3 (aq)+PbSO4 (s)􀜩􀜨􀜑 PbCO3 (s)+ SO2-4 (aq),该反应的平衡常数K= c(SO2-4 ) c(CO2-3 ) = Ksp(PbSO4) Ksp(PbCO3) = 2.5×10-8 7.5×10-14 >105,几乎可以完 全转化 (6) 4×(59×2+55+70) NA×(a×10-7)3 题型四:以化学图表、图像信息加工考查 为目的 例 4 锆是一种重要的战略金属,在国 民经济中的地位举足轻重。中国科学院工程 研 究 所 研 发 了 以 锆 英 矿 (主 要 成 分 为 ZrSiO4,含少量 Al2O3、SiO2 杂质)制氧氯化 锆的工艺如下。 注:Na2ZrO3、Na2ZrSiO5 均不溶于水 (1)在750 ℃下碱熔,ZrSiO4 全部转化 为Na2ZrO3,该反应的化学方程式为 。 (2)“滤液1”中的溶质除含有NaOH外, 还含有 (化学式)。 (3)当 碱 熔 的 温 度 高 于 750 ℃ 时, Na2ZrO3 中含有少量的Na2ZrSiO5 杂质,“转 型”的 主 要 目 的 是 将 Na2ZrSiO5 转 化 为 ZrO(OH)2·SiO2,则“滤液2”中主要溶质 为 。 (4)“酸分解”目的是将锆的化合物转化 33 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 为ZrOCl2,温度或盐酸浓度对“酸分解”的影 响如图5所示。 图5 从“酸分解”的效果考虑,宜采用的温度 为 ℃,采用盐酸浓度为 mol·L-1。 加入“絮凝剂”的目的是 。 (5)“操作1”的主要步骤为 、 。 解析:锆英砂(主要成分为ZrSiO4)在碱 熔焙烧过程中,ZrSiO4 与 NaOH 反应生成 Na2ZrO3 和 Na2SiO3,过滤后滤饼的主要成 分为 Na2ZrO3,第 一 次 加 盐 酸 转 型,生 成 ZrO(OH)2·SiO2 和 NaCl,继 续 加 盐 酸 酸 化,在ZrO(OH)2 溶液中加 HCl,发生反应 ZrO(OH)2+2HCl􀪅􀪅ZrOCl2+2H2O,过滤 除去硅渣,再经浓缩结晶,获得最终产品,据 此分析解答。 (1)ZrSiO4 全部转化为 Na2ZrO3,该反 应的 化 学 方 程 式 为 ZrSiO4+4NaOH 高温 􀪅􀪅 Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O。 (2)“滤液1”中的溶质除含有NaOH外, 还含有Na[Al(OH)4]和Na2SiO3。 (3)“转型”的主要目的是将 Na2ZrSiO5 转化ZrO(OH)2·SiO2,同时生成 NaCl,则 “滤液2”中主要溶质为NaCl。 (4)根据图像分析可知,宜采用的温度为 100 ℃,采用盐酸浓度为6 mol·L-1;加入 “絮凝剂”的目的是为了让沉淀更彻底,减少 产品中的杂质,提高纯度。 (5)“操作1”之后得到晶体,所以其主要 步骤为蒸发浓缩、冷却结晶。 答案:(1)ZrSiO4+4NaOH 高温 􀪅􀪅Na2ZrO3+ Na2SiO3+2H2O (2)Na[Al(OH)4]、Na2SiO3 (3)NaCl (4)100 6 让沉淀更彻底,减少产品中 的杂质,提高纯度 (5)蒸发浓缩 冷却结晶 题型五:以考查物质结构和性质为目的 例 5 钕铁硼磁铁因其超强的磁性被 誉为“永磁之王”。一种从钕铁硼废料[含钕 (Nd,质量分数为28.8%)、Fe、B]中提取氧 化钕的工艺流程如下。 已知:Nd稳定的化合价为+3价;金属 钕的活 动 性 较 强,能 与 酸 发 生 置 换 反 应; Nd(H2PO4)3 难溶于水;硼不与稀硫酸反应, 但可溶于氧化性酸。 (1)“酸溶”时,不可将稀硫酸换为浓硫酸 的原因是 。 (2)在常温下“沉钕”,当Nd(H2PO4)3 完 全沉淀 时 pH 为2.3,溶 液 中c(Fe2+)= 2.0 mol·L-1。 ①写出“沉钕”的化学方程式: 。 ②通过计算说明,“沉钕”完全时 (填 “有”或“无”)Fe(OH)2 沉淀生成,列式计算 并说明: 。(常温下,Ksp[Fe(OH)2]= 8.0×10-16) ③酸溶后需调节溶液的pH=1,若酸性 太强,“沉钕”不完全,试分析其原因: 。 (3)焙烧“沉淀”Nd2(C2O4)3·10H2O时 生成无毒气体,该反应的化学方程式为 。 (4)热重法是测量物质的质量与温度关系 的方法。草酸钕晶体[Nd2(C2O4)3·10H2O,相 对分子质量为732]的热重曲线如图6所示, 加热到450 ℃时,只剩余一种盐,该盐的化学 式为 。 图6 (5)二 碳 化 钕 可 通 过 下 列 途 径 制 得: Nd2O3 电解 → Nd 高温,C → NdC2。二 碳 化 钕 43 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月 (NdC2)的晶胞结构与氯化钠相似,但由于哑 铃形C2-2 的存在,使晶胞沿同一个方向拉长 (如图7所示)。则二碳化钕晶体中1个C2-2 周围距离最近且等距的 Nd2+ 围成的几何图 形为 。 图7 解析:钕铁硼废料加入稀硫酸酸浸,其中硼 不与 稀 硫 酸 反 应,滤 渣1为 硼,随 后 加 入 NaH2PO4 反应生成Nd(H2PO4)3 沉淀,过滤,滤 液1中含有亚铁离子,再加入过量NaOH进行 碱转化,加入稀硫酸溶解沉淀得到Nd3+,加入草 酸溶液生成 Nd2(C2O4)3·10H2O沉淀,焙烧 Nd2(C2O4)3·10H2O得到Nd2O3。 (1)根据题干可知,硼不与稀酸反应但是 可溶于氧化性酸,若加入浓硫酸则浓硫酸会 与硼反应从而引入杂质离子,同时还会生成 SO2 等污染气体。 (2)①“沉钕”过程中,NaH2PO4 和Nd3+ 反应生成Nd(H2PO4)3 沉淀,化学方程式为 6NaH2PO4+Nd2(SO4)3 􀪅􀪅2Nd(H2PO4)3↓+ 3Na2SO4。 ②当沉钕完全时,由题给数据可得浓度 熵 Qc =c(Fe2+ )·c2 (OH- )=2.0× 10-14 10-2.3 2 =2×10-23.4 <8.0×10-16 = Ksp[Fe(OH)2],则无Fe(OH)2 沉淀生成。 ③酸浸后调整溶液的pH,若酸性太强, H+ 与 H2PO-4 反 应 生 成 H3PO4,导 致 H2PO-4 浓度太小,沉淀不完全。 (3)焙烧沉淀[Nd2(C2O4)·10H2O]时, 生 成无毒的气体CO2、H2O,同时产生Nd2O3,该反 应的化学方程式为2[Nd2(C2O4)3·10H2O]+ 3O2 焙烧 􀪅􀪅2Nd2O3+12CO2+20H2O。 (4)Mr[Nd2(C2O4)3·10H2O]=732,其 中 结 晶 水 的 总 相 对 分 子 质 量 为 180, 732-180 732 =75.4% ,则110~397 ℃时,固体 为Nd2(C2O4)3,397~584 ℃时,物质的相对 分子质量较上一阶段下降172,Nd2(C2O4)3 分解产生CO2 导致相对分子质量减小,但是 172并不是44的整数倍,设 Nd2(C2O4)3 分 解减少x 个 C和y 个 O,则12x+16y= 172,解可为x=1,y=10;x=5,y=7(x 一 定小于6),合理的解为x=5,y=7,此时分 子式为Nd2O2CO3。 (5)二碳化钕(NdC2)的晶胞结构与氯化 钠相似,但由于哑铃形C2-2 的存在,使晶胞沿 同一个方向拉长,所有二碳化钕晶体中1个 C2-2 周围距离最近且相等的4个 Nd2+,围成 的几何图形为正方形。 答案:(1)浓硫酸会与硼反应从而引入杂 质离子,同时还会生成SO2 等污染气体 (2)① 6NaH2PO4 +Nd2 (SO4)3 􀪅􀪅 2Nd(H2PO4)3↓+3Na2SO4 ②无 当沉钕完全时,由题给数据可得 浓度熵 Qc=c(Fe2+)·c2(OH-)=2.0× 10-14 10-2.3 2 =2×10-23.4 <8.0×10-16 = Ksp[Fe(OH)2],则无氢氧化亚铁沉淀生成 ③若酸性太强,H+ 与 H2PO-4 反应生成 H3PO4,导致 H2PO-4 浓度太小,沉淀不完全 (3)2[Nd2(C2O4)3·10H2O]+3O2 焙烧 􀪅􀪅 2Nd2O3+12CO2+20H2O (4)Nd2O2CO3 (5)正方形 注:本文系河南省教育科学规划2024年 度一般课题“‘三新’背景下高中化学大单元 教学实践研究”(课题批准号:2024YB1126) 研究成果。 (责任编辑 谢启刚) 53 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2025年6月