大单元6 主观题突破(3) 化工生产中物质的分离与提纯(课时作业)-【优化探究】2026年高考化学二轮专题复习配套课件（广东专版）

2 3 4 5 6 1 非选择题 1.(12分)钌(Ru)为稀有元素,广泛应用于电子、航空航天、化工等领域。某科研小组设计了一种从含钌废料中分离、提纯钌的工艺流程如下: (1)操作X的名称为　　　　。  过滤 1 2 3 4 5 6 1 (2)金属钌与草酸的质量比x和反应温度T对钌的回收率的影响如图所示,回收钌较为适宜的条件是　　 　　。  在酸性介质中,若使用NaClO3溶液代替草酸,可获得RuO4(Cl→Cl-),则反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为　　　　。  x=1∶5,T=70 ℃ 1∶3 2 2 3 4 5 6 1 解析:含钌废料研磨预处理,增大接触面积,提高钌的浸出率,“碱浸”时钌与NaOH溶液、NaClO溶液发生氧化还原反应,经过滤得到含Na2RuO4的浸取液,浸取液中加入草酸,利用草酸的还原性,过滤得到RuO2,洗涤、干燥后用氢气还原得到高纯钌,据此分析。(2)根据已知图像中钌的回收率的变化判断,回收率较高时,外界条件变化对回收率影响不大的条件: x=1∶5,T=70 ℃,NaClO3与Ru反应中,根据化合价的升降,氯元素化合价由+5价降低到-1价,Ru元素化合价由+6价升高到+8价(RuO4),根据得失电子守恒得出关系式:n(NaClO3)∶n()=1∶3。 3 2 3 4 5 6 1 (3)实验室中洗涤沉淀的具体操作是_______________________________  　 , 写出加热条件下“还原”时发生反应的化学方程式:　 。  向漏斗中加水浸没沉淀,待水自然 流下后,重复操作2~3次 RuO2+2H2Ru+2H2O 4 2 3 4 5 6 1 2.(15分)白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、印刷等行业,可用蛇纹石[主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取,其主要工艺流程如图所示: 5 2 3 4 5 6 1 (1)碱浸时,为提高其中硅酸盐的浸取率,除采用合适的液固比和循环浸取外,还可采用的方法:①　 ; ②__________________________   (任举两种)。 (2)过滤1得到的滤液的主要成分是　　　　　　 　　　　。  (3)滤液与盐酸反应的离子方程式为 　 。  (4)洗涤时,如何证明产品已洗涤干净?______________________________  　 。  适当升高温度 连续搅拌(或适当延长停留时间、选择合适的氢氧化钠浓度等) 硅酸钠和氢氧化钠 Si+2H+===H2SiO3↓ 取少许最后一次洗涤液,滴入2~3滴硝酸酸化的AgNO3溶液,若不出现白色浑浊,表示已洗涤干净 6 2 3 4 5 6 1 3.(10分)徐光宪院士曾用P204萃取剂对稀土元素进行萃取分离。某提纯稀土元素后的P204萃取废液(含大量Mn2+及少量Fe2+、Co2+、Cu2+、Al3+、Ca2+)可制备MnCO3,流程如图所示。 7 2 3 4 5 6 1 已知:①25 ℃时,几种物质的Ksp或Ka如下表: ②P204的萃取机理:2RH+M2+⥫⥬R2M+2H+。 Ksp [Al(OH)3] Ksp [Mn(OH)2] Ksp (MnS) Ksp (CoS) Ksp (CuS) Ksp (CaF2) Ka (H2S) 1.0×10-30 2.0×10-13 9.6× 10-14 2.2× 10-25 1.6× 10-16 5.3× 10-9 Ka1=1.0×10-7 Ka2=1.0×10-13 8 2 3 4 5 6 1 回答下列问题: (1)“反萃取”时,加入稀硫酸必须适量的原因是_______________________   　 。  稀硫酸加入过少会使Mn2+的浸出率降低;加入过多会导致后续增加成本 9 2 3 4 5 6 1 解析:P204萃取废液中加稀硫酸,进行反萃取,得到P204再生液,金属阳离子进入水溶液中;水溶液中加活性MnO2,将还原性离子Fe2+氧化生成Fe3+,进而转化为Fe(OH)3沉淀除去;过滤后再向溶液中加入Na2S将Co2+、Cu2+转化为CoS、CuS沉淀除去;滤液中加氨水调节溶液的pH将铝离子转化为Al(OH)3,再过滤,滤液中加NaF溶液,将Ca2+转化为CaF沉淀除去;过滤,最后向滤液中加入碳酸氢铵得到MnCO3沉淀。(1)根据P204的萃取机理: 2RH+M2+⥫⥬R2M+2H+,稀硫酸加入过少,不能将Mn2+充分萃取出来,导致Mn2+的浸出率低;稀硫酸加入过多,后续消耗大量NH3,增加成本。 2 3 4 5 6 1 (2)“滤渣2”的成分为　　 　　。  CoS、CuS 解析:由上述分析可知,“滤渣2”的成分为CoS、CuS。 2 3 4 5 6 1 (3)“除杂”后,测得溶液中含硫物种(H2S、HS-、S2-)的浓度之和为10-3 mol·L-1,c(Mn2+)=1 mol·L-1,c(Al3+)=5×10-2 mol·L-1。若“沉铝”后,Al3+的去除率为98.0%,Mn2+以　　　　(填化学式)形式损耗,则Mn2+的损耗率为 　　　(保留两位有效数字)。  MnS 4.0% 2 3 4 5 6 1 解析:根据Al3+的去除率为98%,可计算出除杂后溶液中c(Al3+)=5×10-2 ×2%=1×10-3 mol·L-1,根据Al(OH)3的Ksp=1.0×10-30,可得c(OH-)=1×10-9 mol·L-1,则pH=5。Q=c(Mn2+)·c2(OH-)<Ksp[Mn(OH)2],此时Mn2+以MnS形式被损耗。根据H2S的Ka1、Ka2可得c(HS-)=10-2c(H2S),c(S2-)=10-8c(HS-)= 10-10c(H2S),又根据H2S、HS-、S2-的浓度之和为10-3 mol·L-1,可得c(H2S)≈1×10-3 mol·L-1,c(S2-)≈10-13 mol·L-1。再根据MnS的Ksp=9.6×10-14,求得除杂后溶液中c(Mn2+)=0.96 mol·L-1,则Mn2+的损耗率为4.0%。 2 3 4 5 6 1 4.(18分)(1)碘化亚铜(CuI)是阳极射线管覆盖物,不溶于水和乙醇。如图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。 14 2 3 4 5 6 1 ①步骤a中Cu2S被转化为Cu,同时有大气污染物A生成,相关反应的化学方程式为 　 。  熔渣B主要成分为黑色磁性物质,其化学式为　　　 　。  ②步骤b中H2O2的作用是　　　　　　　　　 　　　　　　;步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为　 　 。  ③步骤d用乙醇洗涤的优点是　　　　　　　　　　　　　;检验沉淀是否洗涤干净的方法是____________________________________________ 　 　 。  Cu2S+O22Cu+SO2 Fe3O4 作氧化剂,将Cu2O和Cu氧化为Cu2+ 2Cu2++4I-===2CuI↓+I2 洗去残余水分且可快速晾干 蘸取最后一次洗涤液进行焰色试验,如果火焰无黄色则已洗净(或其他合理答案) 15 2 3 4 5 6 1 (2)如图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线,则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是　　　　　　→　　　　　　→用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是__________________________________ 　 　 。  蒸发结晶 趁热过滤 防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O,并防止Na2SO4因溶于水而损耗 16 2 3 4 5 6 1 5.(9分)废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值,其主要组成为CuIn0.5Ga0.5Se2。某探究小组回收处理流程如图: 17 2 3 4 5 6 1 (1)高温焙烧得到的烧渣主要成分是氧化物(如Cu2O、In2O3、Ga2O3),“酸浸氧化”得蓝色溶液,则该过程发生的主要氧化还原反应的离子方程式为 　 。  (2)“滤渣”与SOCl2混合前需要洗涤、干燥,检验滤渣是否洗净的操作: ______________________________________________________________ ______________________________________________________________    　 。  (3)SOCl2的作用:　 。  Cu2O+H2O2+4H+===2Cu2++3H2O 取最后一次洗涤液于试管中,加入盐酸酸化,无明显现象,再加氯化钡溶液,若无白色沉淀生成,则证明洗涤干净;若有白色沉淀生成,则证明没有洗涤干净 将氢氧化物转化为氯化物;作溶剂 18 2 3 4 5 6 1 6.(18分)用含钴废料(主要成分为Co2O3,含有少量NiO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2杂质)制备Co2O3的流程如图所示。 19 2 3 4 5 6 1 已知:①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下: ②在pH为4~6时,Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x)S胶粒的胶体。 金属离子 Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+ 开始沉淀的pH 7.5 2.2 6.4 6.7 完全沉淀的pH 9.5 3.0 8.4 8.7 20 2 3 4 5 6 1 (1)“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有__________________     (写出一种方法即可)。“过滤”所得滤渣的成分是　　　　　　　(填化学式)。  (2)“酸浸”时Co2O3与H2O2发生反应的离子方程式为 　 。  适当提高H2SO4浓度、粉碎废料、充分搅拌、适当延长酸浸时间等(写出一种即可) SiO2、CaSO4 Co2O3+H2O2+4H+===2Co2++O2↑+3H2O 21 2 3 4 5 6 1 (3)“除铁”中,溶液pH对除铁率和钴回收率的影响如图所示。该步骤应控 制pH范围为　　　　　,图中钴回收率骤降的可能原因是_____________ ______________________________________________________________ 　  　 。  3.0~4.0 Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x)S胶粒的胶体,吸附大量的Co2+,导致钴回收率下降 22 2 3 4 5 6 1 (4)“除镍”步骤的实验操作名称是　　　　 　　。实验室中进行“操作1”用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、酒精灯、泥三角、　　　　。  (5)“沉钴”时温度不能太低也不能太高,原因是_______________________  　 。  (6)“沉钴”步骤的化学方程式是____________________________________   　 。  萃取(或萃取分液) 坩埚 温度过低,反应速率慢;温度过高,NH4HCO3受热易分解　 2CoSO4+4NH4HCO3===Co2(OH)2CO3↓ +3CO2↑+H2O+2(NH4)2SO4 23 2 3 4 5 6 1 解析:含钴废料的主要成分为Co2O3,含有少量NiO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2杂质,用硫酸溶解,过氧化氢把Co3+还原为Co2+,把Fe2+氧化为Fe3+得到含有Co2+、Fe3+、Ni2+的溶液,CaSO4微溶、SiO2难溶,过滤出沉淀;调节溶液的pH在3.0~4.0,除去Fe3+;滤液中加入萃取剂,萃取除去Ni2+,取水相加入NH4HCO3生成Co2(OH)2CO3,在空气中灼烧Co2(OH)2CO3生成Co2O3。 24 $