30.主观题突破(七) 化工流程题的综合分析(A)(专题微练Word)-【赢在微点·考前顶层设计】2026年高考化学大二轮专题复习

主观题突破(七)　化工流程题的综合分析(A) 1.(2025·九江十校联考)铁、钴、镍主要用于制造合金,是重要的战略性金属。可采用酸浸—氨浸等工艺从铁钴镍矿中(主要含Co2O3、NiO、FeO、Fe2O3,少量MgO、SiO2)提取Fe、Co、Ni,并获得一系列化工产品,部分流程如图: 已知:Co2+易与NH3发生配位生成[Co(NH3)6]2+,[Co(NH3)6]2+不稳定,易被氧化为[Co(NH3)6]3+;Ka(HF)=6.0×10-4、Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5;相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如表: 金属离子 Fe3+ Co3+ Co2+ Ni2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.5 7 6.9 沉淀完全的pH 2.8 9 10 8.9 回答下列问题: (1)写出基态Fe3+的价层电子排布式: 3d5 。 (2)为了提高“酸浸”速率,可采取的措施是 适当增加酸的浓度,将铁钴镍矿粉碎等 (写出一种即可)。 (3)“除镁”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+,若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是 F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动 。 (4)“氧化”的目的是 将Fe2+氧化为Fe3+ 。“调pH”过程中,溶液的pH范围应调节为 2.8≤pH<6.5 时才能保证“滤渣2”纯度较高。“结晶”过程通入的酸性气体X是 HCl (填化学式)。 (5)“还原”过程中,足量SO2与[Co(NH3)6]3+反应的离子方程式为 2[Co(NH3)6]3++9SO2+10H2O2Co2++S+12N+8HS 。 (6)“沉镍”过程中会产生一种无色无味的气体,反应的离子方程式是 2HC+Ni2+NiCO3↓+CO2↑+H2O 。 解析　(1)基态Fe原子的价电子为3d64s2,故基态Fe3+的价层电子排布式为3d5。(2)为了提高“酸浸”速率,可采取的措施是适当增加酸的浓度,将铁钴镍矿粉碎等。(3)沉淀除去Mg2+,若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动。(4)氧化的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,通过调节pH值得到Fe(OH)3沉淀,除去Fe3+;调节pH值让Fe3+沉淀,Co3+和Ni2+不沉淀,溶液的pH范围应调节为2.8≤pH<6.5;为了防止FeCl3水解,需要在氯化氢气流中蒸发结晶。(5)“还原”过程中,足量SO2与[Co(NH3)6]3+反应将三价钴还原为Co2+同时生成N和HS,离子方程式为2[Co(NH3)6]3++9SO2+10H2O2Co2++S+12N+8HS。(6)“沉镍”过程中产生无色无味的一种气体是CO2,反应的离子方程式:2HC+Ni2+NiCO3↓+CO2↑+H2O。 2.(2025·吉安联考)工业含铬废水毒性较大需经处理达标后才能排放。某电镀厂废水中主要含有Cr3+,同时还含有少量的Fe2+、Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+等,且酸性较强。为回收利用,通常采用如下流程处理: 已知:①部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表: 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mg(OH)2 Al(OH)3 Cr(OH)3 pH 3.7 9.6 11.1 8 9(>9溶解) ②过二硫酸钠(Na2S2O8)是一种强氧化剂,能将Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ); ③在酸性条件下Cr(Ⅵ)主要以Cr2存在。 回答下列问题: (1)基态Fe2+价层电子轨道表示式为。 (2)“滤渣1”的主要成分是 Fe(OH)3、Al(OH)3 (填化学式);欲分离滤渣1中各组分可以依次选用 NaOH溶液、CO2 作试剂。 (3)已知:Ksp(CaCO3)=2.8×10-9,Ksp(MgCO3)=6.8×10-6。若水相中c(Ca2+)=c(Mg2+)=0.1 mol·L-1,当c(Ca2+)≤1.0×10-5 mol·L-1时,认为沉淀完全;试通过计算判断Ca2+和Mg2+是否能完全分离: 当溶液中c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1,c(C)= =2.8×10-4 mol·L-1,此时c(Mg2+)· c(C)=2.8×10-5>Ksp(MgCO3),说明Ca2+、Mg2+不能完全分离 。 (4)在“过滤”和“萃取分液”时,均需用到的玻璃仪器有 烧杯 (填仪器名称),分液漏斗使用前必须 检查是否漏液 。 (5)“还原”过程在酸性条件下进行,则发生氧化还原反应的离子方程式为 Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O 。 (6)Cr3+能形成多种配位离子,如[Cr(H2O)6]3+、[Cr(NH3)3(H2O)2Cl]2+、。配体H2NCH2CH2NH2(乙二胺)属于 分子 晶体。 解析　(1)基态Fe2+的价电子排布式为3d6,其价层电子轨道表示式为。(2)在含Cr2和Fe3+、Mg2+、Ca2+、Al3+的溶液中,加入NaOH调节pH=8,根据表中数据可知生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀,故“滤渣1”的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3;要分离Al(OH)3和Fe(OH)3可选用强碱NaOH溶液或KOH溶液作试剂,将Al(OH)3转化为可溶盐,然后过滤;再向滤液中通入过量CO2,过滤,即可分离Al(OH)3和Fe(OH)3。(4)过滤用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒;萃取分液用到分液漏斗和烧杯,共同用到的玻璃仪器是烧杯;分液漏斗在使用前应先检查是否漏液。(5)“还原”过程中Na2SO3将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),此时溶液呈酸性,故发生反应的离子方程式为Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O。(6)乙二胺是由非金属元素组成的分子晶体。 3.(2025·湖南模拟)金红石是一种重要的钛矿石,具有较高的稳定性和化学惰性,其主要成分为TiO2,还含有少量Fe、Cr的氧化物。金属钛具有高强度、低密度、耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天、化工、医疗器械等领域。工业上常采用氯化法和还原法相结合的工艺来制备金属钛。工艺流程如下: (1)Ti原子的价层电子轨道排布式为。 (2)金红石粉碎后遇浓硫酸加热酸浸,转化成了TiO2+,加入大量水,水解成TiO2·xH2O,水解过程的化学方程式为 TiOSO4+(x+1)H2OTiO2·xH2O+H2SO4 。 (3)若氯化过程产生等物质的量的CO和CO2,则该过程发生反应的化学方程式为 3TiO2+4C+6Cl23TiCl4+2CO+2CO2 。 (4)还原过程用金属镁在高温下还原TiCl4得到金属Ti。 ①还原过程需在 a (填字母)气氛中进行。 a.氩气 b.N2 c.CO2 d.空气 ②下列金属冶炼常用的方式和上述过程相似的是 b (填字母)。 a.Al b.Fe c.Na d.Pt ③钛的提取率在不同温度下随时间变化的曲线如图甲所示,工业中实际生产选择1 000 ℃左右进行,请解释原因: 800 ℃时,转化率低;1 500 ℃和1 000 ℃的转化率相当,1 500 ℃时能耗太高 。 (5)如图乙是“碳中和”反应在钛的氧化物催化作用下的反应机理,该过程的总反应可以表示为 2CH3OH+CO2HCOOCH3+HCHO+H2O 。 (6)四卤化钛熔点如下表所示,利用物质结构的知识解释熔点变化的原因: TiF4为离子晶体,熔点较高,TiCl4、TiBr4、TiI4都是分子晶体,相对分子质量逐渐增大,分子间作用力逐渐增大,熔点逐渐升高 。 物质 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/℃ 377 -25 38 150 解析　“酸浸”后过滤,得到含TiOSO4、Fe2(SO4)3等的溶液,加入大量水使TiOSO4水解,过滤后得到胶状TiO2·xH2O;TiO2·xH2O经煅烧得到TiO2,TiO2再与C、Cl2发生氧化还原反应生成TiCl4、CO、CO2,TiCl4经Mg热还原得到Ti。(1)Ti的价层电子排布式为3d24s2,故价层电子轨道排布式为。(2)依题TiOSO4水解生成TiO2·xH2O和H2SO4,水解方程式为TiOSO4+(x+1)H2OTiO2·xH2O+H2SO4。(3)水解后的TiO2·xH2O经煅烧得到TiO2,再与C、Cl2发生氧化还原反应生成TiCl4、CO、CO2,反应的化学方程式为3TiO2+4C+6Cl23TiCl4+2CO+2CO2。(4)①Mg与氧气、氮气、二氧化碳均反应,故还原过程应在氩气氛围中进行;②Mg还原TiCl4制Ti,属于热还原法,Fe也是用热还原法制备;Na、Al等活泼金属用电解法,Pt、Au等不活泼金属用富集法制备;③800 ℃的提取率低,1 000 ℃与1 500 ℃提取率很高而且相差不大,故选择1 000 ℃,可以节约生产成本。(5)根据反应机理图可知,在催化剂作用下甲醇和二氧化碳转化甲酸甲酯、甲醛和水,总反应方程式为2CH3OH+CO2HCOOCH3+HCHO+H2O。(6)TiF4是离子晶体,其余为分子晶体。离子晶体熔点较高,分子晶体熔点低,且分子晶体熔点随相对分子质量增大而升高。 4.稀有金属钒和钛在钢铁、化工、航空航天等领域应用广泛。一种利用钒钛磁铁矿精矿(主要成分为Fe3O4、FeV2O4、TiO2和SiO2)综合提取钒、钛,并同步制备黄铵铁矾的工艺流程如图所示: 已知:①“加压焙烧”过程中存在反应2FeCl3(s)2FeCl2(s)+Cl2(g),生成的Cl2会对钒钛磁铁矿精矿“二次氯化”; ②“酸浸”所得溶液中钒、钛以V、TiO2+形式存在。 回答下列问题: (1)基态钛原子的价电子排布式为 3d24s2 ;已知FeV2O4中Fe为+2价,则V的化合价为 +3 价。 (2)“加压焙烧”中FeV2O4经“二次氯化”转化为VO2Cl和FeCl2的化学方程式为 FeV2O4+2Cl2FeCl2+2VO2Cl 。 (3)“酸浸”时,产生的“浸出渣”的主要成分为 SiO2 (填化学式)。 (4)已知Ksp[TiO(OH)2]=1×10-29,“沉钛”时,为使TiO2+沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1),需要调节溶液的pH不低于 2.0 ;该过程中,加入适量铁粉的目的为 调节溶液pH使TiO2+沉淀完全 。 (5)“氧化”时,H2O2的使用量远大于理论计算量,可能的原因为 产生的Fe3+催化H2O2的分解 。 (6)“萃取”时,V先转化为H2V10,再与萃取剂R3N结合,其过程可表示为4R3N+4H++H2V10[R3NH]4H2V10O28,据此分析“反萃取”过程中加入Na2CO3溶液的作用: 消耗H+,使萃取反应的平衡逆向移动,将H2V10与萃取剂分离 。 (7)“沉铁”时,生成黄铵铁矾的离子方程式为 N+3Fe3++2S+6H2ONH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+ 。 解析　钒钛磁铁矿精矿(主要成分为Fe3O4、FeV2O4、TiO2和SiO2)“加压焙烧”过程中存在反应2FeCl3(s)2FeCl2(s)+Cl2(g),生成的Cl2会对钒钛磁铁矿精矿“二次氯化”,FeV2O4经“二次氯化”转化为VO2Cl、FeCl2,加入盐酸进行酸浸,VO2Cl转化为V,TiO2转化为TiO2+,滤渣含SiO2,加适量铁粉沉钛,调节溶液pH使TiO2+完全生成TiO(OH)2沉淀,加入H2O2将+2价亚铁离子氧化成+3价铁离子,加入有机萃取剂R3N,V先转化为H2V10,再与萃取剂R3N结合进入有机相,4R3N+4H++H2V10[R3NH]4H2V10O28,加酸化的Na2SO4洗涤分液,有机相加入Na2CO3进行反萃取,经一系列操作得V2O5;水相加入(NH4)2SO4生成黄铵铁矾,据此分析。(1)钛为22号元素,其价电子排布式为3d24s2,已知FeV2O4中Fe为+2价,根据化合价代数和为零,则V的化合价为+3价。(2)“加压焙烧”中FeV2O4经“二次氯化”转化为VO2Cl和FeCl2,V由+3价升高到+5价,Cl由0价降至-1价,根据化合价升降守恒进行配平,化学方程式为FeV2O4+2Cl2FeCl2+2VO2Cl。(3)根据分析可知,“酸浸”时,产生的“浸出渣”的主要成分为SiO2。(4)Ksp[TiO(OH)2]=c(TiO2+)·c2(OH-)=1.0×10-5 mol·L-1×c2(OH-)=1×10-29,c(OH-)=1.0×10-12 mol·L-1 ⇒c(H+)=1.0×10-2 mol·L-1,pH不低于2.0;加入适量铁粉的目的:调节溶液pH使TiO2+沉淀完全。(5)“氧化”时,将+2价亚铁离子氧化成+3价铁离子,H2O2的使用量远大于理论计算量,可能的原因为产生的Fe3+催化H2O2的分解。(6)Na2CO3与H+反应,消耗H+,使c(H+)降低,使萃取反应的平衡逆向移动,将H2V10与萃取剂分离。(7)“沉铁”时,加入(NH4)2SO4,生成黄铵铁矾的离子方程式为N+3Fe3++2S+6H2ONH4Fe3(SO4)2(OH)6↓+6H+。 5.(2025·湖北联考)工业上以铬铁矿(FeCr2O4含有少量Fe2O3和Al2O3等杂质)为主要原料制备K2Cr2O7的工艺流程如图: 已知:①最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2存在,在碱性介质中以存在; ②煅烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4; ③室温下,Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-,K=100.63,Kw=1×10-14 (1)Cr元素位于元素周期表第 四 周期第 ⅥB 族。 (2)“煅烧”时FeCr2O4参与反应的化学方程式为 4FeCr2O4+8Na2CO3+7O22Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 。 (3)“滤渣1”的主要成分为 Fe2O3 。 (4)“酸化”过程中发生反应的离子方程式为 2Na++2Cr+2CO2+H2OCr2+2NaHCO3↓ ,加入硫酸也能达到“酸化”目的,选择CO2的优点是 析出的白色晶体碳酸氢钠加热后产生的Na2CO3、CO2能循环利用(或CO2来源丰富,廉价易得等合理答案均可) 。 (5)室温下“中和”:[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O。控制pH= 8.37 ,可保证[Al(OH)4]-恰好沉淀完全(溶液中浓度为1×10-5 mol/L)。 (6)分光光度法是一种基于物质对光的选择性吸收而建立的常见定性定量分析方法。用分光光度法测产品的纯度时(K2Cr2O7溶液的吸光度与其浓度成正比),测得的质量分数明显偏低,分析原因,发现配制K2Cr2O7待测液时少加了一种试剂,该试剂可以是 A (填字母)。 A.硫酸 B.氢碘酸 C.硝酸钾 D.氢氧化钾 解析　铬铁矿(FeCr2O4含有少量Fe2O3和Al2O3等杂质)加入碳酸钠灼烧,将FeCr2O4转化为Na2CrO4,“焙烧”所得固体为Na2CrO4、Na[Al(OH)]4和Fe2O3,加水浸取,滤渣为难溶性的Fe2O3,滤液中含有可溶性的Na2CrO4、Na[Al(OH)]4,加入CO2中和,得到沉淀Al(OH)3,则滤渣为Al(OH)3,再通入足量CO2酸化,Cr转化为Cr2,向溶液中加入KCl,得到溶解度较小的K2Cr2O7,以此解答。(1)Cr是24号元素,位于元素周期表第四周期第ⅥB族。(2)“煅烧”时FeCr2O4和Na2CO3、O2反应转化为Na2CrO4,同时有Fe2O3和CO2生成,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+7O22Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2。(3)由分析可知,“滤渣1”的主要成分为Fe2O3。(4)“酸化”过程中Cr转化为Cr2,发生反应的离子方程式为2Na++2Cr+2CO2+H2OCr2+2NaHCO3↓;选择CO2的优点是析出的白色晶体碳酸氢钠加热后产生的Na2CO3、CO2能循环利用或CO2来源丰富,廉价易得等。(5)室温下“中和”:[Al(OH)4]-+H+Al(OH)3↓+H2O,平衡常数K中和=,由已知③可知,K中和==1013.37,故[Al(OH)4]-完全转化为沉淀时(溶液中浓度为1×10-5 mol/L),溶液中c(H+)=10-8.37,即控制pH=8.37可保证[Al(OH)4]-恰好沉淀完全。(6)用分光光度法测定K2Cr2O7时,若配制溶液时缺少了某种强酸,以保持溶液的酸性,会有部分Cr2转化为Cr,则测得Cr2的质量分数会偏低,另外氢碘酸能够和Cr2发生氧化还原反应,导致Cr2的量减小,则少加的试剂为硫酸。 学科网（北京）股份有限公司 $