内容正文:
主题二 元素及其化合物
选择题7 “大题小做”——无机化工微流程分析
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Part 01 真题精做
Part 02 疑难精讲
Part 03 预测演练
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真 题 精 做
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疑 难 精 讲
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预 测 演 练
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1.(2025·山东卷)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物,实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca、Si、Fe元素,流程如下。已知:Fe2(C2O4)3能溶于水;Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,Ksp(FeC2O4)=3.2×10-7。
下列说法错误的是( )
A.试剂X可选用Fe粉
B.试剂Y可选用盐酸
C.“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中
D.“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少
答案 A
解析 钢渣用盐酸酸浸后,CaO、FeO、Fe2O3分别转化成Ca2+、Fe2+、Fe3+进入滤液Ⅰ中,则滤渣Ⅰ为SiO2,根据已知信息,CaC2O4的Ksp与FeC2O4的接近,而Fe2(C2O4)3能溶于水,则要想有效分离Ca、Fe元素,滤渣Ⅱ只能是CaC2O4,为了防止生成FeC2O4,需要将滤液Ⅰ中的Fe2+完全转化成Fe3+以保证Fe元素留在滤液Ⅱ中,因此试剂X需氧化Fe2+,滤渣Ⅰ用NaOH溶液碱浸得到Na2SiO3溶液,向其中加入试剂Y经一系列操作得到SiO2。结合上述分析可知,试剂X不能用Fe粉,A错误;向Na2SiO3溶液中加酸可得到H2SiO3,H2SiO3受热分解可得到SiO2,因此试剂Y可以为盐酸,B正确;“分离”后,Fe元素在滤液Ⅱ中,C正确;CaC2O4存在沉淀溶解平衡:CaC2O4(s)⇌Ca2+(aq)+C2O eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) (aq),若酸浸后滤液Ⅰ的pH过小,则C2O eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 与H+结合导致C2O eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 浓度降低,平衡正向移动,导致CaC2O4的质量减少,D正确。
2.(2025·黑吉辽内蒙古卷)某工厂利用生物质(稻草)从高锰钴矿(含MnO2、Co3O4和少量Fe2O3)中提取金属元素,流程如图。已知“沉钴”温度下Ksp(CoS)=10-20.4,下列说法错误的是( )
A.硫酸用作催化剂和浸取剂
B.使用生物质的优点是其来源广泛且可再生
C.“浸出”时,3种金属元素均被还原
D.“沉钴”后上层清液中c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4
答案 C
解析 矿石(含MnO2、Co3O4、Fe2O3)经过硫酸和稻草浸出过滤得到滤液,滤液含有Fe3+、Mn2+、Co2+,加入Na2CO3沉铁得到FeOOH,过滤,滤液再加入Na2S沉钴得到CoS,过滤最后得到硫酸锰溶液。根据分析可知,加入硫酸和稻草浸出,硫酸作催化剂和浸取剂,A正确; 生物质(稻草)是可再生的,且来源广泛,B正确; 根据图示可知,“浸出”时,Fe的化合价没有变化,Fe元素没有被还原,C错误; “沉钴”后的上层清液存在CoS的沉淀溶解平衡,满足Q=Ksp=c(Co2+)·c(S2-)=10-20.4,D正确。
3.(2025·甘肃卷)处理某酸浸液(主要含Li+、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下:
下列说法正确的是( )
A.“沉铜”过程中发生反应的离子方程式:2Fe+3Cu2+===3Cu+2Fe3+
B.“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多,Al(OH)3沉淀越完全
C.“氧化”过程中铁元素化合价降低
D.“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质
答案 D
解析 “沉铜”过程中铁置换出铜单质,发生反应的离子方程式:Fe+Cu2+===Cu+Fe2+,A错误;Al(OH)3是两性氢氧化物,NaOH过量,则Al(OH)3会溶解,B错误;“氧化”过程中将Fe2+氧化为Fe3+,铁元素化合价升高,C错误;加入Na2CO3得到Li2CO3沉淀,利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质,D正确。
4.(2024·贵州卷)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国 eq \f(1,3) 以上。某研究小组对重晶石矿进行“富矿精开”研究,开发了制备高纯纳米钛酸钡(BaTiO3)工艺。部分流程如下:
下列说法正确的是( )
A.“气体”主要成分是H2S,“溶液1”的主要溶质是Na2S
B.“系列操作”可为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
C.“合成反应”中生成BaTiO3的反应是氧化还原反应
D.“洗涤”时可用稀H2SO4去除残留的碱,以提高纯度
解析 重晶石矿(主要成分为BaSO4)通过一系列反应,转化为BaS溶液;加盐酸酸化,生成BaCl2和H2S气体;在BaCl2溶液中加入过量的NaOH,通过蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到Ba(OH)2·8H2O;过滤得到的溶液1的溶质主要含NaCl及过量的NaOH;Ba(OH)2·8H2O加水溶解后,加入Ti(OC4H9)4,进行合成反应,得到BaTiO3粗品,最后洗涤得到最终产品。由分析可知,“气体”主要成分为H2S气体,“溶液1”的溶质主要含NaCl及过量的NaOH,A项错误;由分析可知,“系列操作”得到的是Ba(OH)2·8H2O晶体,故“系列操作”可以是蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,B项正确;“合
成反应”是Ba(OH)2·8H2O和Ti(OC4H9)4反应生成BaTiO3,该反应中元素化合价未发生变化,不是氧化还原反应,C项错误;“洗涤”时,若使用稀H2SO4,BaTiO3会部分转化为难溶的BaSO4,故不能使用稀H2SO4,D项错误。
答案 B
1.题型特点
(1)核心元素转化过程中条件控制、定性及定量关系判断(难点)。
(2)过渡金属元素价态变化特点、形成氢氧化物沉淀的条件、形成配合物的性质等。
(3)物质分离提纯中涉及仪器使用、操作注意事项的判断等。
(4)绿色化学思想的考查,主要是废物的再利用、循环物质的判断等。
2.四线分析法
(1)试剂线:分清各步加入试剂的作用,一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物间的转化等。
(2)操作线:分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。
(3)杂质线:分清各步去除杂质的种类,杂质的去除顺序、方法及条件等。
(4)产品线:工艺流程主线,关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的操作方法,实质是目标元素及其化合物的转化。
3.熟悉几种重要元素及其化合物的转化关系
(1)铝的重要化合物
(2)铁的重要化合物
(3)硫及其重要化合物
(4)硅的重要化合物
1.(2025·山东济南二模)从炼钢粉尘(主要含Fe2O3、Fe3O4和ZnO)中提取Zn的流程如下:
已知:“盐浸”时ZnO转化为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2+,仅少量铁元素浸出;Ksp eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ZnS)) =1.0×10-23。
下列说法正确的是( )
A.“盐浸”主要离子反应:ZnO+4NH3·H2O=== eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2++3H2O+2OH-
B.“滤渣”的主要成分为Fe eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH))
eq \s\do7(3)
C.“沉锌”的离子反应: eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2++4H2O+S2-===ZnS↓+4NH3·H2O
D.“滤液”可直接循环利用
解析A.“盐浸”过程ZnO和NH3、NH4Cl溶液反应转化为 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2+,主要离子反应:ZnO+2NH3+2NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) ===[Zn(NH3)4]2++H2O,A错误;B.根据分析可知,Fe2O3、Fe3O4只有少量溶解,所以滤渣中除Fe eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH))
eq \s\do7(3) ,还有Fe2O3和Fe3O4,B错误;C.“沉锌”过程中 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2+和S2-反应生成ZnS和NH3·H2O,离子方程式为: eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Zn\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))4)) 2++4H2O+S2-===ZnS↓+4NH3·H2O,C正确;D.“沉锌”后得到的滤液主要成分为NH4Cl,可以返回到“盐浸”循环使用,因此需要控制 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH4)) 2S的用量,让“沉锌”后的滤液中只含NH4Cl,D错误;故选C。
答案 C
2.(2025·长沙二模)利用某钒废渣(主要成分为V2O4以及铁、铝、硅的氧化物)制备V2O5的工艺流程如图。
已知:Ⅰ.V2O4溶于酸后以VO2+的形式存在;过量H2O2可氧化VO2+;
Ⅱ.VO2++2HR(有机层) VOR2(有机层)+2H+;
Ⅲ.溶液中VO eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(2)) 与VO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 可相互转化:VO eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(2)) +H2O⇌VO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) +2H+。
下列说法错误的是( )
A.“氧化1”中,不适宜用升温的方式加快转化速率
B.“滤渣2”的成分为Fe(OH)3
C.有机萃取剂可循环使用
D.“沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性
答案 B
解析 “氧化1”中,可通过搅拌加快转化速率,加热会使H2O2分解,A正确;加入Na2CO3调节pH的目的是使Fe3+和Al3+沉淀,因此“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3,B错误;反萃取分离出有机萃取剂,因此有机萃取剂可循环使用,C正确;溶液中存在平衡VO eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(2)) +H2O⇌VO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) +2H+,通入氨气结合H+,使该平衡正移,尽可能多的生成VO eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) ,因此“沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性,D正确。
3.(双选)(2025·北师大实验中学一模)由工业废铜泥[主要成分为CuS、Cu2S、Cu2(OH)2CO3,含少量Fe]制备难溶于水的氯化亚铜,其工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A.“灼烧”可将CuS、Cu2S等转化为CuO
B.“除杂”①过程中升高温度或增大c(H2O2)一定能加快化学反应速率
C.流程中的H2SO4可循环使用
D.“还原”中每消耗1 mol还原剂,理论上可获得1 mol CuCl
答案 BD
解析 灼烧过程中,空气中的氧气可将CuS、Cu2S等转化为CuO,A正确;除杂过程中加入过氧化氢溶液,若温度过高,则过氧化氢会分解,化学反应速率可能变慢,B错误;酸浸过程消耗硫酸,还原过程生成硫酸,所以硫酸可以循环使用,C正确;根据得失电子守恒,还原剂为亚硫酸钠,设CuCl的物质的量为x mol,则有以下关系:
Na2SO3 ~ 2e- ~ 2CuCl
1 mol 2 mol 2 mol
1 mol 2 mol x mol
x=2,D错误。
4.以磷肥生产中的副产物氟硅酸(H2SiF6)为原料制备高纯氟化铝,可以解决萤石资源日益匮乏的现状。其中一种新工艺流程如图所示:
已知:①常温下,0.05 mol·L-1 H2SiF6溶液的pH为1;
②熔点:AlCl3 192℃,AlF3 1 090 ℃,SiCl4 -70 ℃;沸点:SiF4 -86℃。
下列有关说法不正确的是( )
A.AlCl3与AlF3固体晶体类型不同
B.氟硅酸与硫酸钠反应的离子方程式为SiF eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(6)) +2Na+===Na2SiF6↓
C.“气相沉积”工序中,将无水氯化铝以气态形式投入,可以使反应更充分,产品纯度更高
D.含1 mol H2SiF6的原料最终制得1.2 mol AlF3,则实验产率为60%
答案 D
解析 H2SiF6与硫酸钠反应生成Na2SiF6,经过干燥、热分解得到氟化钠和四氟化硅,再经过“气相沉积”工序,得到高纯氟化铝。A.根据熔点数据可知,AlCl3为分子晶体,AlF3为离子晶体,A正确;B.根据已知①常温下,0.05 mol·L-1 H2SiF6溶液的pH为1,则知H2SiF6是强酸,由流程知Na2SiF6为沉淀,因此氟硅酸与硫酸钠反应的离子方程式为SiF eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(6)) +2Na+===Na2SiF6↓,B正确;C.“气相沉积”工序中,将无水氯化铝以气态形式投入,增大了反应物间的接触面积,使反应更充分,C正确;D.该工艺中转化的关系为H2SiF6~Na2SiF6~SiF4~ eq \f(4,3) AlF3,含
1 mol H2SiF6的原料理论上得到 eq \f(4,3) mol AlF3,实际最终制得1.2 mol AlF3,则实验产率为 eq \f(1.2,\f(4,3)) ×100%=90%,D错误; 故选D。
5.(2025·石家庄模拟)一种利用铅铋合金(主要成分为Pb、Bi、Au,杂质为Ag)制备草酸铅的工艺流程如图所示。其中,熔化和制粒两步工序的具体操作为:将铅铋合金加热熔化后,以一定的流速加入水中,形成直径为2~4 mm的合金颗粒。
已知:醋酸铅为弱电解质。下列说法错误的是( )
A.熔化和制粒的目的是增大铅铋合金与反应物的接触面积
B.氧化酸浸工序中,H2O2和空气中的O2作氧化剂
C.氧化酸浸工序所得浸渣的主要成分为Au、Ag
D.制备草酸铅的反应可表示为:2CH3COO-+Pb2++H2C2O4===PbC2O4↓+2CH3COOH
答案 D
解析 熔化和制粒可以增大铅铋合金与反应物的接触面积,充分反应,提高反应速率,氧化酸浸工序中,H2O2和空气中的O2作氧化剂,氧化Pb、Bi,浸渣的主要成分为Au、Ag,经过水解把铋元素沉淀,再加入草酸,把醋酸铅转化为草酸铅,滤液转入氧化酸浸步骤循环利用。A.熔化和制粒可以增大铅铋合金与反应物的接触面积,充分反应,提高反应速率,A正确;B.氧化酸浸工序中,H2O2和空气中的O2作氧化剂,氧化Pb、Bi,B正确;C.氧化酸浸工序中,H2O2和空气中的O2氧化Pb、Bi,浸渣的主要成分为Au、Ag,C正确;D.醋酸铅为弱电解质,不能拆成离子形式,D错误; 故选D。
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