44 综合题突破(三) 化学工艺流程题-（配套课件）【金版新学案】2026年高考化学大二轮专题复习与测试（单选）

综合题突破(三)　化学工艺流程题 　 第三部分　热点专项练 1.(20分)(2025·福建龙岩一模)下图是以氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)为原料制备二氧化铈(CeO2)的一种工艺流程。 回答下列问题： (1)“氧化焙烧”中铈元素转化为CeO2和CeF4，该反应的还原产物是_____。 CeO2 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)； 1 2 3 (2)“酸浸”中： ①生成滤渣A的化学反应方程式是____________________________。 BaO＋H2SO4BaSO4＋H2O 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)；加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，生成滤渣A的化学反应方程式是BaO＋H2SO4BaSO4＋H2O； 1 2 3 ②“酸浸”时，铈的浸出率与温度、c(H＋)的关系如图所示：当温度高于75 ℃时，Ce的浸出率下降的可能原因是_____(填字母)。 A.温度升高，HF挥发 B.生成CeF3＋的反应为吸热反应 C.温度升高，Ce4＋水解程度增大 D.温度升高，稀硫酸分解 AC 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中氧 化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为CeO2、 CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，滤 液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到的水层含有Ce3＋， 加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)；温度升高，HF挥发，c(H＋)降低，Ce的浸出率下降，故A符合；生成CeF3＋的反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，Ce的浸出率增大，故B不符合；温度升高，Ce4＋水解程度增大，产生沉淀，Ce的浸出率下降，故C符合；稀硫酸不易分解，故D不符合； 1 2 3 (3)若测得水层中c(Ce3＋)＝0.125 mol·L－1，滤液B的pH＝8，忽略溶液体积变化，“调pH”后Ce3＋的沉淀百分率是_____(已知25 ℃时Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20)。 92％ 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中 氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为 CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为 硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到 的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤 渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)；若测得水层中c(Ce3＋)＝0.125 mol·L－1，滤液B的pH＝8，忽略溶液体积变化，c(OH－)＝10－6 mol/L，c(Ce3＋)＝＝＝0.01 mol·L－1，“调pH”后Ce3＋的沉淀百分率是×100％＝92％； 1 2 3 (4)“氧化”中的化学反应方程式为_________________________________ ________。 2Ce(OH)3＋NaClO＋H2O2Ce(OH)4 ＋NaCl 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)； 1 2 3 (5)已知CeO2的立方晶胞结构如图所示，用NA表示阿伏加德罗常数值。 ①Ce4＋的配位数为____。 8 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中 氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为 CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为 硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到 的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤 渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)；分析晶胞结构图，白球个数为8×＋6×＝4，黑球个数为8个，故白球为铈离子、黑球为氧离子，处于面心的铈离子周围有4个氧离子，根据晶胞无隙并置原则，铈离子的配位数为4×2＝8； 1 2 3 ②O2－填充在Ce4＋构成的__________空隙中。 正四面体 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空 气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主 要成分为CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸 得到滤渣A为硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋， 经系列操作得到的水层含有Ce3＋，加入氢氧 化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)；根据图中位置，每个O2－连接四个Ce4＋，O2－填充在Ce4＋构成的正四面体空隙中； 1 2 3 ③该晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞中Ce4＋、O2－之间的最近距离为 ___________________ pm(用含NA的代数式表示)。 ××1010 1 2 3 氟碳铈矿(主要含CeFCO3、BaO等)在富氧空气中氧化焙烧产生二氧化碳和熔渣，熔渣主要成分为CeO2、CeF4和BaO，加入硫酸酸浸得到滤渣A为硫酸钡，滤液A主要含有CeF3＋，经系列操作得到的水层含有Ce3＋，加入氢氧化钠调pH，得到的滤渣B为Ce(OH)3，滤液B主要含有硫酸钠等，滤渣B加入次氯酸钠氧化得到Ce(OH)4，煅烧得到二氧化铈(CeO2)； 1 2 3 该晶胞的密度为ρ g·cm－3，则晶胞中Ce4＋、O2－之间的最近距离为体对角线的，为棱长的；设棱长为a cm，ρ＝＝＝ g/cm3，棱长a＝×1010 pm，则晶胞中Ce4＋、O2－之间的最近距离为××1010 pm。 1 2 3 2.(20分)(2025·安徽江南十校联考学年一模)稀土金属已成为发展尖端科学技术不可缺少的材料，我国稀土资源丰富，其中铈(Ce)是稀土中丰度最高的元素，其在电子材料、催化剂等方面的应用非常广泛。以氟碳铈矿石(含CeFCO3)为原料制备CeO2的工艺流程可表示为： (1)“氧化焙烧”时，为提高反应速率和原料利用率，将空气从焙烧炉______通入(填“顶部”或“底部”)。 底部 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形成含Ce4＋、Ce的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧化氢将Ce4＋还原为Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2； 1 2 3 (2)在硫酸介质中Ce(Ⅳ)可被磷酸二异辛酯( )萃取，Ce(Ⅲ)不能被萃取。 ①磷酸二异辛酯在煤油中通过氢键形成对称的环状二聚体，较大的烃基会使与之连接的氧原子难以形成氢键，该环状二聚体结构简式可表示为 __________________。 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形成含Ce4＋、Ce的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧化氢将Ce4＋还原为Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2；(磷酸二异辛酯在煤油中通过氢键形成对称的环状二聚体，较大的烃基会使与之连接的氧原子难以形成氢键，该环状二聚体结构简式可表示为 ； 1 2 3 ②被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比(D)，本题实验条件下D[Ce(Ⅳ)]＝16。向20 mL含0.09 mol·L－1 Ce(Ⅳ)的酸浸液中加入10 mL萃取剂，充分振荡、静置后，水层中c[Ce(Ⅳ)]＝______ mol·L－1。 0.01 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、 CeF4和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O2 3CeO2＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形 成含Ce4＋、Ce的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧化氢将Ce4＋还原为Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2；被萃取物在有机层和水层中的物质的量浓度之比称为分配比(D)，D[Ce(Ⅳ)]＝16。向20 mL含0.09 mol·L－1 Ce(Ⅳ)的酸浸液中加入10 mL萃取剂，充分振荡、静置后，0.09 mol/L×20×10－3 L＝20×10－3c水[Ce(Ⅳ)]＋10×10－3×16c水[Ce(Ⅳ)]，解得c水[Ce(Ⅳ)]＝0.01 mol/L； 1 2 3 ③“反萃取”过程中H2O2的作用是___________________________________。 将Ce(Ⅳ)还原为Ce(Ⅲ)，使其进入水层 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形成含Ce4＋、Ce的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧化氢将Ce4＋还原为Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2；反萃取时加H2O2，可将＋4价铈还原为＋3价，使其进入水层； 1 2 3 (3)加入硫脲( )还原酸浸液中的Ce离子，生成二硫甲脒( ) 和Ce3＋，硫脲和Ce反应的离子方程式为__________________________ __________________________________。 ＋2Ce3＋＋4HF 2Ce＋2 ＋2H＋ 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O23CeO2＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形成含Ce4＋、Ce的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧化氢将Ce4＋还原为 Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2；加入硫脲( )，将Ce还原为 Ce3＋，硫脲和Ce反应的离子方程式为2Ce＋2 ＋2H＋ ＋2Ce3＋＋4HF； 1 2 3 (4)氧化铈(CeO2)是一种重要的光催化材料，光催化过程中立方晶胞的组成变化如图所示，Ce4＋和Ce3＋之间可进行可逆的电荷转移。假设CeO2晶胞棱长为a pm。 CeO2晶胞中Ce4＋与最近O2－的核间距为______ pm(用含a参数表示)，每个CeO2－x晶胞中Ce4＋个数为_______(用含x参数表示)。 a 4－8x 1 2 3 氟碳铈矿CeFCO3焙烧时和氧气反应生成CeO2、CeF4 和气体CO2，化学方程式为4CeFCO3＋O23CeO2 ＋CeF4＋4CO2，然后加入稀硫酸形成含Ce4＋、Ce 的溶液，加入有机萃取剂萃取分液，取有机相用过氧 化氢将Ce4＋还原为Ce3＋后反萃取得Ce3＋，最终得CeO2；Ce4＋占据顶点和面心位置，为面心立方堆积，O2－填充在Ce4＋形成的四面体空隙处，CeO2晶胞中Ce4＋与最近O2－的核间距为晶胞对角线长度的，即a；假设CeO2－x中Ce4＋和Ce3＋的个数分别为m和n，则m＋n＝1，由化合价代数和为0可得4m＋3n＝4－2x，解得m＝1－2x，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的Ce4＋或Ce3＋的个数为8×＋6×＝4，所以每个晶胞中Ce4＋的个数为4－8x。 1 2 3 回答下列问题： (1)为了加快废渣的“酸浸”速率可以采取的措施：_________、________ ___________(任写两条)。 (2)滤渣1的主要成分是_________ (写化学式)。Pb元素位于元素周期表中第ⅣA族，Pb3O4中Pb元素的化合价为＋2价和_____价。 粉碎废渣 高硫酸浓度 适当提 PbSO4 ＋4 (3)加入MnO2这一步反应的离子方程式为____________________________ ________________。 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋2Fe3＋ ＋Mn2＋＋2H2O 1 2 3 由题给信息可知，用硫酸处理湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、S等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4为滤渣1。过滤后，滤液中加入MnO2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO，调节溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3。再次过滤后，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后“氧化沉钴”加入强氧化剂KMnO4，将溶液中的Co2＋氧化为Co3＋，Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4被还原为MnO2。KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。 1 2 3 (4)“氧化沉钴”过程中，若氧化等物质的量的Co2＋和Mn2＋，消耗KMnO4的物质的量之比为______。 1∶2 1 2 3 由题给信息可知，用硫酸处理湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、S等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4为滤渣1。过滤后，滤液中加入MnO2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO，调节溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3。再次过滤后，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后“氧化沉钴”加入强氧化剂KMnO4，将溶液中的Co2＋氧化为Co3＋，Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4被还原为MnO2。KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。 1 2 3 KMnO4氧化Co2＋的离子方程式为Mn＋3Co2＋＋7H2O3Co(OH)3↓ ＋MnO2↓＋5H＋；KMnO4氧化Mn2＋的离子方程式为2Mn＋3Mn2＋＋2H2O5MnO2↓＋4H＋；根据离子方程式可知，若氧化等物质的量的Co2＋和Mn2＋，消耗KMnO4的物质的量之比为1∶2。 1 2 3 (5)“除钴液”中残留的Co3＋浓度为________________。 10－16.7 mol·L－1 1 2 3 由题给信息可知，用硫酸处理湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、S等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4为滤渣1。过滤后，滤液中加入MnO2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO，调节溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3。再次过滤后，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后“氧化沉钴”加入强氧化剂KMnO4，将溶液中的Co2＋氧化为Co3＋，Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4被还原为MnO2。KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。 1 2 3 根据题给数据，可知Co3＋完全沉淀时的pH＝1.1，此时c(Co3＋)＝10－5 mol·L－1，c(OH－)＝10－12.9 mol·L－1。则Ksp[Co(OH)3]＝c(Co3＋)×c3(OH－)＝10－43.7(mol·L－1)4。“除钴液”的pH＝5，则“除钴液”中残留的Co3＋的浓度＝Ksp[Co(OH)3]÷c3(OH－)＝＝10－16.7 mol·L－1。 1 2 3 (6)一种含Co、Ni和Ga元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比N(Co)∶N(Ga)∶N(Ni)＝__________，其立方晶胞的体积为__________ nm3。 2∶1∶1 8a3×10－9 1 2 3 由题给信息可知，用硫酸处理湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)，得到含有Co2＋、Zn2＋、Fe2＋、S等离子的溶液，Pb的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4为滤渣1。过滤后，滤液中加入MnO2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后加入ZnO，调节溶液pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3。再次过滤后，滤液中的金属离子主要是Co2＋、Zn2＋和Mn2＋；最后“氧化沉钴”加入强氧化剂KMnO4，将溶液中的Co2＋氧化为Co3＋，Co3＋形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4被还原为MnO2。KMnO4还会与溶液中的Mn2＋发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4，据此解答。 1 2 3 合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形 成如图所示的结构单元： 。该结构似氯化钠晶胞的结构， 根据均摊法，可知晶胞中Ga、Ni个数均为4，Co个数为8，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝2∶1∶1，由图可知，晶胞棱长为2a pm，故晶胞的体积为(2a×10－3 nm)3＝8a3×10－9 nm3。 1 2 3 谢 谢 观 看 ！ 返回 $