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高考热考法6 以微型化学工业流程为载体的分析判断
1.(2025·黑吉辽蒙卷)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(C)
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
解析 “浸出”过程中硫酸可作催化剂催化稻草中的纤维素水解生成葡萄糖,还可作浸取剂与金属氧化物反应得到含金属离子的溶液,A项正确;该流程中所用生物质为稻草,而稻草来源广泛且可再生,B项正确;结合“浸出”后的操作及产物可知,“浸出”时MnO2被葡萄糖还原为Mn2+,Co3O4被还原为Co2+,Fe2O3转化为Fe3+,Fe的化合价不变,故Fe未被还原,C项错误;“沉钴”后的上层清液为CoS的饱和溶液,存在c(Co2+)·c(S2-)=Ksp(CoS)=10-20.4,D项正确。
2.(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(D)
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
解析 “沉铜”过程中,Fe与Cu2+发生置换反应生成Fe2+和Cu,正确的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu,A项错误;“碱浸”过程中若NaOH过量,会使Al(OH)3转化为可溶于水的[Al(OH)4]-,B项错误;“氧化”前Fe元素的化合价为+2,“氧化”后得到Fe(OH)3沉淀,Fe的化合价升高,C项错误;“沉锂”过程中加入Na2CO3后有Li2CO3析出,利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质,D项正确。
3.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(C)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子
Zn2+
Cu2+
Cl-
浓度/(g·L-1)
145
0.03
1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O22Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
解析 “浸铜”时,铜屑不能溶解完全,Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂,A项错误;“浸铜”时,铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2Cu2++2H2O,B项错误;“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变得到CuCl固体,即Cu的化合价升高,Cu2+的化合价降低,发生归中反应,化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-2CuCl,C项正确;脱氯液净化后电解,Zn2+应在阴极得到电子变为Zn,D项错误。
4.(2024·湖南卷)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:K1=6.9×10-3,K2=6.2×10-8,K3=4.8×10-13;
②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是(C)
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
解析 铁是较活泼金属,可与H3PO4反应生成氢气,故“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液,A项正确。若“中和”工序加入过量Na2CO3,则需要加入酸性物质来调节pH,为了不引入新杂质,可加入H3PO4;若“中和”工序加入过量H3PO4,则需要加入碱性物质来调节pH,为了不引入新杂质,可加入NaOH,所以“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4,B项正确。“结晶”工序中的溶液为饱和Na2HPO4溶液,由已知可知H3PO4的K2=6.2×10-8、K3=4.8×10-13,则的水解常数Kh==≈1.6×10-7,由于Kh>K3,则Na2HPO4的水解程度大于电离程度,溶液显碱性,C项错误。由于Na2HPO4·12H2O易风化失去结晶水,故“干燥”工序需要在低温下进行,D项正确。
5.(2024·贵州卷)贵州重晶石矿(主要成分BaSO4)储量占全国以上。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(B)
A.“气体”的主要成分是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”时可用稀硫酸去除残留的碱,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。“气体”的主要成分为H2S气体,“溶液1”的溶质主要含NaCl及过量的NaOH,A项错误;“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,若使用稀硫酸,BaTiO3会部分转化为难溶的BaSO4,故不能使用稀硫酸,D项错误。
6.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是(B)
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
解析 反应Ⅰ是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应生成SO2和Fe3O4,化学方程式为3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2,A项正确;反应Ⅱ条件要兼顾平衡转化率和反应速率,还要考虑生产成本,如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2的平衡转化率,B项错误;将黄铁矿换成硫黄,则不再产生Fe3O4,即可以减少废渣产生,C项正确;硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3,可以用碱液吸收,D项正确。
掌握经典无机化工流程
(1)纯碱制备。
饱和NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3
(2)绿矾制备。
废铁屑
(3)从铝矿石中获得铝。
(4)海水提镁。
海水浓液Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2·6H2OMgCl2Mg
(5)海水提溴。
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