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。