31.主观题突破(七) 化工流程题的综合分析(B)(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(B) 1.氧化铈(CeO2)是一种应用非常广泛的稀土氧化物。现以氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)为原料制备氧化铈,其工艺流程如图所示: 已知:①稀土离子易与S形成复盐沉淀,Ce3+和S发生反应:Ce2(SO4)3+Na2SO4+nH2OCe2(SO4)3·Na2SO4·nH2O↓; ②硫脲:具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2; ③Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+,两者均能形成氢氧化物沉淀; ④Ce2(CO3)3为白色粉末,难溶于水。 回答下列问题: (1)58Ce位于元素周期表的第 六 周期第 ⅢB 族。 (2)滤渣A的主要成分是 BaSO4、SiO2 (填化学式)。 (3)在另一种生产工艺中,在氟碳铈矿矿石粉中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧,焙烧得到NaF和CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质,请写出焙烧过程中相应的化学方程式: 4CeFCO3+4NaHCO3+O24NaF+4CeO2+8CO2+2H2O 。 (4)加入硫脲的目的是将Ce还原为Ce3+,反应的离子方程式为 2Ce++2H+2Ce3++(SCN2H3)2+4HF 。 (5)步骤③加入盐酸后,通常还需加入另一种化学试剂X,根据题中信息推测,加入X的作用为 防止Ce3+被氧化 。 (6)下列关于步骤④的说法正确的是 CD (填字母)。 A.过滤后的滤液中仍含有较多Ce3+,需要将滤液循环以提高产率 B.可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,不影响产品纯度 C.过滤时选择减压过滤能够大大提高过滤效率 D.该步骤发生的反应是2Ce3++6HCCe2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O (7)若常温下,Ka2(H2CO3)=5.0×10-11,Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10-28,Ce3+恰好沉淀完全c(Ce3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时测得溶液的pH=5,则溶液中c(HC)= 0.2 mol·L-1。 解析　氟碳铈矿在空气中焙烧,Ce3+在空气中氧化为Ce4+,用硫酸浸取,Ce元素以Ce形式进入溶液,SiO2不反应,BaO与硫酸反应生成BaSO4沉淀,过滤分离,滤渣A为SiO2、BaSO4,含Ce的滤液中加入硫脲将Ce4+还原为Ce3+,Ce2(SO4)3与Na2SO4形成复盐沉淀,过滤分离,复盐沉淀B中加入NaOH,再加入稀盐酸,得到含Ce3+的滤液,再加入碳酸氢铵使Ce3+沉淀为Ce2(CO3)3,最后灼烧分解生成CeO2。(1)58Ce为58号元素,位于元素周期表的第六周期第ⅢB族。(2)由分析,滤渣A的主要成分是BaSO4、SiO2。(3)在氟碳铈矿矿石粉(CeFCO3)中加入碳酸氢钠同时通入氧气焙烧,焙烧得到NaF和CeO2两种固体以及两种高温下的气态物质,根据质量守恒得到两种高温气体为二氧化碳和水蒸气,则焙烧过程中反应的化学方程式为4CeFCO3+4NaHCO3+O24NaF+4CeO2+8CO2+2H2O。(4)根据信息硫脲()具有还原性,酸性条件下易被氧化为(SCN2H3)2,则加入硫脲的目的是将Ce还原为Ce3+,反应的离子方程式为2Ce++2H+2Ce3++(SCN2H3)2+4HF。(5)步骤③加入盐酸后,通常还需加入另一种化学试剂X,根据题中信息Ce3+在空气中易被氧化为Ce4+推测,加入X的作用是防止Ce3+被氧化。(6)由于加入的碳酸氢铵过量,沉淀比较充分,因此过滤后的滤液中含有的Ce3+很少,A项错误;碳酸钠与Ce3+直接快速反应沉淀,在生成沉淀的过程中,其他杂质离子会掺杂在沉淀中,因此不可以用Na2CO3溶液代替NH4HCO3溶液,碳酸钠碱性较强,会生成Ce(OH)3沉淀,会影响产品纯度,B项错误;减压过滤能够大大提高过滤效率,C项正确;Ce3+加入碳酸氢铵反应生成Ce2(CO3)3沉淀,同时生成二氧化碳和水,则该步骤发生的反应是2Ce3++6HCCe2(CO3)3↓+3CO2↑+3H2O,D项正确。(7)Ce3+恰好沉淀完全时,c(Ce3+)=1.0×10-5 mol·L-1,则Ksp[Ce2(CO3)3]=1.0×10-28=c2(Ce3+)·c3(C)=(1×10-5)2·c3(C),解得c(C)=1.0×10-6 mol·L-1,测得溶液的pH=5,根据Ka2(H2CO3)=5.0×10-11==,解得c(HC)=0.2 mol·L-1。 2.(2025·南宁测试)钴酸锂(LiCoO2)是锂离子电池的电极材料。以水钴矿(主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、MgO、CaO、SiO2等杂质)为原料制备LiCoO2的工艺流程如图所示: 已知:①Co2+不易被氧化,Co3+具有强氧化性;②[Co(SCN)4]2-在水中不稳定,易溶于有机溶剂;③常温下,Ksp(MgF2)≈4.0×10-11,Ksp(CaF2)≈4.0×10-9。回答下列问题: (1)滤渣的主要成分为 SiO2、CaSO4 。 (2)“酸浸”工序中不能用盐酸替代硫酸的原因,除了盐酸可能会挥发,腐蚀设备以外,还有可能的原因是 Co2O3有强氧化性,易氧化HCl生成Cl2 ,该过程中Co2O3发生的反应的离子方程式为 Co2O3+H2O2+4H+2Co2++3H2O+O2↑ 。 (3)室温下,若金属离子浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可视为沉淀完全,假设在酸浸溶液中Mg2+和Ca2+浓度均为0.1 mol·L-1,则溶液中Mg2+恰好沉淀完全时,溶液中Ca2+的浓度为 1.0×10-3 mol·L-1 。 (4)在水中的稳定性:Fe(SCN)3 < (填“>”“=”或“<”)[FeF6]3-。流程中“操作”包含的实验操作名称为 萃取、分液 。 (5)“煅烧”工序发生主要反应的化学方程式为 4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2 。 (6)钴酸锂(LiCoO2)的晶胞结构如图所示。晶体中O围绕Co形成八面体,八面体共棱形成层状空间结构,与Li+层交替排列。该晶胞中O的个数为 6 ;充电过程中晶胞高度c变大,原因是Li+会从八面体层间脱出,导致 Li+层和Co—O层吸引力减弱,Co—O层之间的同性排斥使层间距增大(或相邻的Co—O层中Co同性相斥,使层间距增大) 。 解析　水钴矿主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、MgO、CaO、SiO2等杂质。加入稀硫酸和双氧水进行“酸浸”,Co3+被双氧水还原为Co2+,滤渣中有少量硫酸钙、二氧化硅,滤液中含有Co2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+,而后加入氟化铵生成MgF2、CaF2沉淀除Mg2+、Ca2+,加入KSCN与Co2+反应生成[Co(SCN)4]2-进入有机相,三价铁离子生成[FeF6]3-进入水相,而后加入稀硫酸进行反萃取,得到Co2+,加入碳酸钠后得到碳酸钴,再加入碳酸锂和通入空气煅烧得到钴酸锂。(1)二氧化硅难溶于硫酸、硫酸钙微溶,根据分析可知,滤渣的主要成分为SiO2、CaSO4。(2)根据信息说明Co2O3有强氧化性,易氧化HCl生成Cl2,所以“酸浸”工序中不能用盐酸替代硫酸,该过程中Co2O3被双氧水还原为Co2+,Co元素化合价由+3降低为+2、双氧水中O元素化合价由-1升高为0,根据得失电子守恒,发生的反应的离子方程式为Co2O3+H2O2+4H+2Co2++3H2O+O2↑。(3)室温下,若金属离子浓度低于1.0×10-5 mol·L-1时,可视为沉淀完全,假设在酸浸溶液中Mg2+和Ca2+浓度均为0.1 mol·L-1,则溶液中Mg2+恰好沉淀完全时,c(F-)==2×10-3,溶液中Ca2+的浓度为=1×10-3 mol·L-1。(4)含[FeF6]3-的水溶液中加入KSCN,没有转化为Fe(SCN)3,可知在水中的稳定性:Fe(SCN)3<[FeF6]3-。流程中“操作”将溶液分为了有机相和无机相,因此操作为萃取、分液。(5)碳酸钴加入碳酸锂,通入空气煅烧得到钴酸锂,在煅烧中,钴的化合价升高,空气中O2参与反应,并放出CO2,反应为4CoCO3+2Li2CO3+O24LiCoO2+6CO2。(6)由钴酸锂(LiCoO2)晶胞结构示意图可知,Li位于顶点和内部,个数为8×+2=3,由化学式LiCoO2可知,O原子个数为6;充电过程中,正极材料失电子发生氧化反应,Li+从八面体层间脱出,Li+减少,使Li+层和Co—O层吸引力减弱,Co—O层之间的排斥使层间距离增大。 3.(2025·沧州监测)利用绿柱石(主要化学成分为BeO、Al2O3、SiO2,还含有少量FeO和Fe2O3)冶炼Be的一种工艺流程如下。 已知:①铍的性质与处于元素周期表对角线的铝相似; ②氯化铍在熔融态时较难电离; ③在强碱性条件下,Be元素以[Be(OH)4]2-形式存在。 (1)“熔炼”的目的是通过改变绿柱石晶相中的稳定结构增强其反应活性,气体A是 CO2 。 (2)滤渣1的成分为 H2SiO3、CaSO4 ,“溶浸”工序、“沉铁”工序所加试剂改为稀硫酸、氨水和过氧化氢会更好,这是由于 浓硫酸和FeO发生反应放出SO2污染性气体 。 (3)“沉铍”时若使用NaOH溶液,将导致铍的产率降低,用离子方程式解释原因: Be2++4OH-[Be(OH)4]2- 。 (4)“灼烧”工序的化学方程式为 (NH4)2BeF4BeF2+2NH3↑+2HF↑ 。 (5)“高温反应”镁或铍均会和氧气反应,需在惰性气氛中进行, 不能 (填“能”或“不能”)选择N2气氛。氯化铍熔融盐电解法也可以制备铍,但在电解过程中需要加入一定量NaCl,加入NaCl的作用是 增强熔融盐的导电性 。 (6)该流程中能循环使用的物质有HF、NH3和 (NH4)2SO4 (填化学式)。 解析　绿柱石(主要化学成分为BeO、Al2O3、SiO2,还含有少量FeO和Fe2O3),加入石灰石熔炼,SiO2、Al2O3、BeO分别与CaCO3反应生成CaSiO3、铝酸钙、铍酸钙和二氧化碳,加入浓硫酸溶浸,浸出液中含有BeSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3,滤渣1为H2SiO3和CaSO4,向滤液中加入硫酸铵沉铝,过滤得到滤液和铝铵矾,在滤液中加氨水调节pH使铁离子转化为沉淀,滤渣2为氢氧化铁,过滤后滤液中含有BeSO4、(NH4)2SO4,再向溶液中加入氨水沉铍得到氢氧化铍,过滤后向氢氧化铍中加入HF、NH3,得到(NH4)2BeF4,(NH4)2BeF4灼烧得到BeF2、NH3和HF,加入镁在高温下反应生成Be,以此解答该题。(1)“熔炼”过程中SiO2、Al2O3、BeO分别与CaCO3反应生成CaSiO3、铝酸钙、铍酸钙和二氧化碳,气体A为二氧化碳。(2)加入浓硫酸进行溶浸,浸出液中含有BeSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3,滤渣1为H2SiO3和微溶物CaSO4。“溶浸”工序、“沉铁”工序所加试剂改为稀硫酸、氨水和过氧化氢会更好,这是因为浓硫酸具有强氧化性,浓硫酸和FeO发生反应放出SO2污染性气体。(3)由题给信息可知,Be的性质与Al类似,在强碱性条件下,Be元素以[Be(OH)4]2-形式存在,若使用NaOH溶液,生成[Be(OH)4]2-,因此会降低Be的沉淀率,导致Be的产率降低。离子方程式为Be2++4OH-[Be(OH)4]2-。(4)根据流程图可知,灼烧时(NH4)2BeF4分解生成BeF2、NH3和HF。反应方程式为(NH4)2BeF4BeF2+2NH3↑+2HF↑。(5)不能选择N2气氛,因为高温下,Be、Mg皆能与N2发生反应生成氮化物。氯化铍在熔融态时较难电离,熔融氯化铍电解制Be时加入NaCl的作用是增强熔融盐导电性。(6)根据元素守恒可知沉铍后的滤液中含有(NH4)2SO4,灼烧过程中会产生HF和NH3,故该流程中能循环使用的物质是(NH4)2SO4、HF、NH3。 4.(2025·泰山联考)稀土是重要的战略资源,包括第ⅢB族的钪、钇和镧系元素共17种元素(表示为RE),中国是最大的稀土氧化物(REO)供应国。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为原料制备二氧化铈(CeO2)的一种工艺流程如图。 已知:①Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+,也能与S结合成[CeSO4]2+;②在硫酸中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取,而Ce3+不能。 回答下列问题: (1)①中空气与矿料逆流而行,目的是 使气固反应物充分接触,加快反应速率,使Ce3+氧化更加充分 。①至⑩中,发生的主要反应为氧化还原反应的有 ①⑤⑧ (填序号)。滤液A中主要阳离子是 N (写离子符号)。 (2)“萃取”时存在平衡:Ce4++n(HA)2Ce·H2n-4A2n+4H+。保持其他条件不变,在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(S)。通过下图分析ΦΦ=随起始料液中c(S)变化的原因: 随着c(S)增大,水层中Ce4+与S结合生成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向左移动,Φ迅速减小 。 (3)写出⑧中主要反应的离子方程式: 2Ce(OH)3+ClO-+H2O2Ce(OH)4+Cl- 。 (4)⑨中沉淀需进行洗涤,写出检验沉淀是否洗涤干净的实验操作及现象: 取适量最后一次的洗涤液于试管中,加入硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,若没有观察到白色沉淀,说明沉淀已经洗涤干净(或若有白色沉淀生成则没有洗涤干净) 。 解析　由题中流程可知,“氧化焙烧”的目的是将+3价铈氧化成+4价。加稀硫酸,与S结合成[CeSO4]2+,加萃取剂,硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取;分离除去水层,加入氟洗液,除去氟;“反萃取”加H2O2,又将Ce4+还原为Ce3+,发生反应2Ce4++H2O22Ce3++O2↑+2H+,加入氨水后Ce3+转化为沉淀,滤液A中主要阳离子是N,再加NaClO溶液可将Ce(OH)3氧化为Ce(OH)4,最后灼烧得到产品。(1)①中空气与矿料逆流而行,目的是使气固反应物充分接触,加快反应速率,使Ce3+氧化更加充分;步骤①“氧化焙烧”将+3价铈氧化成+4价,步骤⑤加H2O2将Ce4+还原为Ce3+,步骤⑧加NaClO溶液将Ce(OH)3氧化为Ce(OH)4,因此发生的主要反应为氧化还原反应的有①⑤⑧;步骤⑥中加入氨水后Ce3+转化为沉淀,滤液A中主要阳离子是N。(2)由平衡Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+,可知加入Na2SO4时,随着c(S)增大,水层中Ce4+与S结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向左移动,Φ迅速减小。(3)步骤⑧加NaClO溶液将Ce(OH)3氧化为Ce(OH)4,离子方程式为2Ce(OH)3+ClO-+H2O2Ce(OH)4+Cl-。(4)加入NaClO后,ClO-中的Cl化合价降低得到Cl-,因此验证沉淀是否洗涤完全,可以检验Cl-,检验沉淀是否洗涤干净的实验操作及现象为取适量最后一次的洗涤液于试管中,加入硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,若没有观察到白色沉淀,说明沉淀已经洗涤干净。 5.(2025·绵阳诊断)我国自2024年10月1日起开始施行《稀土管理条例》,稀土(RE)包括钪(Sc)、钇(Y)和镧系共17种元素。一种从稀土矿(含Fe、Al、Mg等元素)中分离稀土金属的工艺流程如下: 已知:①月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水; ②该工艺流程中稀土金属离子保持+3价,(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.6×10-8; ③Al(OH)3开始溶解时的pH为9,有关金属离子沉淀的相关pH见下表: 离子 Mg2+ Fe3+ Al3+ RE3+ 开始沉淀时的pH 8.8 1.5 3.6 6.2~7.4 沉淀完全时的pH / 3.2 4.7 / (1)Sc3+的基态电子排布式与 Ar 原子的基态电子排布式相同;稀土元素位于周期表中的 CE 区(填字母)。 A.s　　B.p　　C.d　　D.ds　　E.f (2)“氧化”步骤的主要目的是转化Fe2+,发生反应的离子方程式为 2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 。 (3)“沉淀除杂”前调pH的适宜范围是 4.7~6.2 ,滤渣的成分有 Fe(OH)3、Al(OH)3 。 (4)“沉淀RE”后,滤液中Mg2+浓度为2.4 g/L。为确保滤饼中检测不到Mg元素,滤液中c(C11H23COO-)应低于 4×10-4 mol/L。 (5)稀土元素La的一种合金LaNi5是较好的储氢材料,贮氢后的合金用于制作镍氢二次电池,该电池的总反应是LaNi5H6+6NiO(OH)LaNi5+6NiO+6H2O(碱性介质),写出其放电时负极的电极反应式: LaNi5H6-6e-+6OH-LaNi5+6H2O 。 解析　稀土矿(含Fe、Al、Mg等元素)中加入H2SO4“酸浸”将各金属转化为离子,再加入过氧化氢将Fe2+氧化为Fe3+,调pH将Fe3+、Al3+转化为对应的氢氧化物沉淀而除去,再向滤液中加月桂酸钠将稀土金属元素转化为(C11H23COO)3RE沉淀,再向其滤饼中加入盐酸并加热搅拌、冷却结晶以除去月桂酸,得到RECl3,据此解答。(1)Sc为21号元素,基态Sc3+核外有18个电子,其电子排布式与Ar原子的基态电子排布式相同;稀土元素包括d区的Sc、Y和f区的镧系元素,故选CE。(2)“氧化”步骤中Fe2+被过氧化氢氧化为Fe3+,同时过氧化氢被还原生成水,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。(3)据分析,“沉淀除杂”目的是将Fe3+、Al3+转化为对应的氢氧化物沉淀而除去,因此调节pH范围应使Fe3+和Al3+完全沉淀,而不使RE3+沉淀,因此pH的适宜范围是4.7~6.2,此时滤渣的成分有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)为使得滤饼中检测不到Mg元素,则加入月桂酸钠后Mg2+未开始沉淀,则Q=c(Mg2+)·c2(C11H23COO-)<Ksp[(C11H23COO)2Mg],即c(C11H23COO-)<= mol/L=4×10-4 mol/L。(5)根据电池的总反应式LaNi5H6+6NiO(OH)LaNi5+6NiO+6H2O(碱性介质),放电时负极上LaNi5H6失去电子被氧化生成LaNi5,则电极反应式为LaNi5H6-6e-+6OH-LaNi5+6H2O。 6.以炼锌烟尘(主要成分为ZnO,含少量CuO和FeO)为原料,可以制取金属锌和氯化锌,主要工艺流程如下: 已知:①ZnO与Al2O3的化学性质相似; ②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH如下: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ 开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 回答下列问题: (1)根据金属的“电子气理论”,锌晶体中每个原子贡献 2 个电子形成自由移动的“电子气”,赋予金属良好的导电性和延展性。 (2)氧化锌的一种晶胞结构如图所示,则该晶胞的质量为  g (用NA表示阿伏加德罗常数的值)。 (3)“碱溶”过程中加入NaOH溶液发生反应的化学方程式为 ZnO+2NaOH+H2ONa2[Zn(OH)4] ;滤渣1的主要成分有 CuO和FeO 。 (4)若要提高炼锌烟尘的“酸溶”速率,可采取的措施有 适当增大盐酸浓度(或搅拌、适当升高温度等) (任写一条)。 (5)“氧化”过程中加入H2O2溶液发生反应的离子方程式为 2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O 。 (6)下列所给试剂中,“调pH”的试剂X可以是 abc (填字母);若“氧化”后溶液中c(Zn2+)=0.1 mol·L-1,则pH应调整的范围是 2.8≤pH<6.2 。 a.ZnO b.Zn(OH)2 c.Zn2(OH)2CO3 d.ZnSO4 解析　由题给流程可知,向炼锌烟尘加入氢氧化钠溶液碱浸,将氧化锌转化为四羟基合锌酸钠,氧化亚铁和氧化铜与氢氧化钠溶液不反应,过滤得到含有氧化铜、氧化亚铁的滤渣和滤液;电解四羟基合锌酸钠溶液,在阴极得到锌;向炼锌烟尘加入盐酸酸浸,金属氧化物转化为可溶的金属氯化物,向反应后的溶液中加入锌粉,将溶液中的铜离子转化为铜,过滤得到含有铜的滤渣和滤液;向滤液中加入过氧化氢溶液,将溶液中的亚铁离子转化为铁离子,向反应后的溶液中加入氧化锌或氢氧化锌或碱式碳酸锌调节溶液pH在2.8~6.2的范围内,将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤得到含有氢氧化铁的滤渣和氯化锌溶液。(1)锌元素的原子序数为30,基态原子的价电子排布式为3d104s2,根据金属的“电子气理论”,锌晶体中每个原子贡献最外层2个电子形成自由移动的“电子气”,赋予金属良好的导电性和延展性。(2)由晶胞结构可知,晶胞中位于体内的锌离子个数为4,位于顶点和面心的氧离子个数为8×+6×=4,则晶胞的质量为 g= g。(3)由分析可知,加入氢氧化钠溶液碱浸的目的是将氧化锌转化为四羟基合锌酸钠,反应的化学方程式为ZnO+2NaOH+H2ONa2[Zn(OH)4];滤渣1的主要成分为氧化铜、氧化亚铁。(4)适当增大盐酸浓度、搅拌、适当升高温度等措施能提高炼锌烟尘的“酸溶”速率。(5)由分析可知,加入过氧化氢溶液的目的是将溶液中的亚铁离子转化为铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。(6)由分析可知,加入氧化锌或氢氧化锌或碱式碳酸锌调节溶液pH在2.8~6.2的范围内的目的是将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀。 学科网（北京）股份有限公司 $