流程图专项分层训练-2027届高三化学一轮复习

**基本信息** 聚焦化学工艺流程专题，通过基础与拔高分层训练，系统整合物质转化、反应原理及实验操作，强化科学思维与化学观念。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础训练|5题|涵盖锰、铁、钠等元素化合物制备，涉及氧化、沉淀、检验等基础操作|以原料处理→中间分离→产物获取为主线，衔接离子反应、Ksp应用等原理| |拔高提升|5题|结合晶胞计算、电解原理、复杂除杂，融入图表分析与实验方案设计|深化物质转化逻辑，关联电化学、平衡移动等理论，体现科学探究与实践要求|

流程图专题分层练 一、基础训练 1．一种以锰矿烧渣(主要含MnO，还有少量FeO、CaO等)为原料制备的工艺流程如图： 已知：为难溶固体。 (1)“氧化”时的作用是___________。 (2)检验“氧化”步骤是否达到目的的方法是___________。 (3)写出“沉铁”时反应的离子方程式：___________。 (4)“沉锰”后的滤液中一定存在的离子有___________。 (5)取固体，条件下，在空气中加热至恒重，所得锰的一种氧化物的质量为，该氧化物中Mn和O的原子个数比为___________。(已知加热过程中只有含碳气体挥发) 2．LiFePO4是新能源汽车电池的正极材料。工业上以硫铁矿(主要成分为FeS2，含有少量Al2O3、SiO2和Fe2O3)为原料制备LiFePO4，流程如图。 已知：①一定条件下，金属氢氧化物沉淀的pH。 金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ 开始沉淀的pH 7.6 2.7 3.7 完全沉淀的pH 9.7 3.2 4.7 ②含磷微粒的物质的量分数随pH的变化曲线如图。 回答下列问题： (1)Fe2+价层电子排布式为____________。 (2)“焙烧”前将硫铁矿粉碎的目的为__________________。 (3)滤渣1的主要成分为______(填化学式)。 (4)“除铝”前要先“还原”的原因是__________________。 (5)“除铝”过程中的离子方程式为__________________。 (6)“沉铁”时选择(NH4)2HPO4而不选择(NH4)3PO4的原因是__________________。 (7)煅烧过程中的化学方程式为__________________。 3．联合制碱法又称侯氏制碱法，因其提高了食盐的转化率，减少了对环境的污染，从而赢得了国际化工界的高度评价。联合制碱法的主要过程如图所示： 已知：沉淀池中的反应原理如下：NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl。 (1)“侯氏制碱法”中从沉淀池分离出母液的操作是__________，从母液中提取的副产品为____________。(填化学式) (2)煅烧炉中反应的化学方程式为______________________。 (3)在饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，这样操作的目的是_______。(填选项) a．NH3比CO2更易制取 b．NH3极易溶于水，使CO2更易被吸收，加快反应速率 c．CO2的密度比NH3大 (4)制得的碳酸钠样品中往往含有少量的NaCl，检验样品中含有NaCl的操作及现象为_________________________________________________________________________。 (5)将0.84 g NaHCO3和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加稀盐酸至过量。计算标准状况下产生CO2的体积_________。(写出计算过程) 4．利用工业烟尘(主要成分为ZnO、ZnS、PbO、GeO2、Fe2O3等)制备 GeO2•nH2O和ZnFe2O4的流程如下。 已知：该工艺条件下，Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10−17。回答下列问题： (1)“一段低酸还原”过程中， GeO2转化为 GeO2+的离子方程式为____________；酸浓度不宜过大的原因是____________________。 (2)“二段高酸氧压”过程中，存在反应 ZnS(s)+2H+(aq)H2S(aq)+Zn2+(aq)，K=2.0×10−4，其中通入氧气的目的是____________________________。 (3)“沉锗”时，若溶液中，为了提高锗的纯度，则常温下溶液pH的理论值应小于_________；“水解”的另一种产物用水吸收后可循环使用，利用该吸收液的操作步骤为________________。 (4)“沉锌铁”过程中，生成ZnFe2O4的离子方程式为___________________。 5．锗是一种优良的半导体材料，主要用于电子工业、光导纤维等领域。某锌浸渣中含有ZnO、Fe2O3、GeO2、SiO2、Pb3O4等，利用锌浸渣提取锗的实验流程如下图所示： 已知：①部分含锗微粒的存在形式与pH的关系为： pH pH<2 2.5<pH<5 5 ≤ pH <9 9≤ pH <12 pH≥12 Ge存在形式 - ②部分金属离子的沉淀pH： 开始沉淀 7.5 2.3 6.2 沉淀完全 9.0 3.2 8.0 ③已知lg2=0.3 回答下列问题： (1)基态锗原子核外价电子排布式为______________。 (2)Pb3O4在“还原浸出”步骤中发生反应的化学方程式为______________________； (3)“滤渣”主要成分为______________(填化学式)；物质A属于碱性氧化物，其化学式为________。 (4)“沉锗”操作理论上需控制pH范围为________________；若pH=6时Zn2+还未沉淀，则此时溶液中c(Zn2+) ≤ __________ mol/L。 (5)“酸溶”后，溶液的pH为1.8，向溶液中加入酒石酸和萃取剂，其原理为酒石酸(，结构为)与含锗微粒形成酒石酸络阴离子。 ①“萃取锗”中主要反应的离子方程式为___________________________________。 ②若溶液的，锗的萃取率下降，原因是______________________________。 ③“反萃取”中加入的物质B是________(填标号)。 a．NaOH溶液     b．溶液     c．溶液 (6)由钛(Ti)、锗(Ge)、碳(C)组成的晶体X是一种新型防紫外线涂层材料。以晶胞参数为单位长度建立坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。X晶胞中部分原子的原子坐标如图所示，晶胞参数a=b≠c。 ①与Ge最近且等距离的Ti有___________个。 ②X晶体中粒子个数比___________。 二、拔高提升 6．以菱锰矿(主要成分，主要杂质为、)为原料，采用氯化铵焙烧工艺，可由菱锰矿制备高纯二氧化锰。流程如下图所示： 已知：金属离子沉淀的pH 项目 开始沉淀时 1.5 6.3 5.8 完全沉淀时 2.8 8.3 7.8 试回答下列问题。 (1)“焙烧”。将菱锰矿粉与氯化铵进行焙烧时发生的主要反应的化学方程式为___________。 (2)“除铁”。加入试剂有和，搅拌反应一段时间后，过滤。和加入的顺序为___________。 (3)“除钙”。向溶液中加入适量的，将反应生成沉淀除去。溶液pH与去除率之间的关系如图-1。随着溶液pH变小，去除率逐渐下降的原因是___________。 (4)和可发生如下反应：。已知和的物质的量相同时，改变NaOH的用量，测得Mn的转化率、的含量()与的关系如图-2所示。根据信息，补充完整制取纯净的实验方案：将20mL的溶液和20mL的溶液混合，___________，得到纯净的。(须使用的试剂：NaOH溶液、溶液、溶液) (5)电解法制取原理如下图所示，阳极的电极反应式为___________。 7．我国科学家开发的光催化剂硒化锌(ZnSe，不溶于水)，可实现人工光合作用，某科研团队设计一种以锌矿(主要成分是ZnS，含FeS2、CuS、NiS、SiO2等)为原料制备ZnSe的工艺流程如图。 已知：i：“堆浸”时金属硫化物均转化为硫酸盐；ii：pH过高时，FeOOH沉淀会转化为吸附性较强的胶体。 (1)传统用“灼烧”法将锌矿转化为金属氧化物，再酸浸。新工艺采用细菌“堆浸”，为提高“堆浸”速率，可采取的措施为_______(填序号)。 A．延长堆浸时间 B．将锌矿粉碎 C．大幅升温 D．将锌矿充分暴露 (2)“除铁”时需控制溶液pH为3.2左右。如果pH过高会导致溶液中的含量降低，其原因可能是___________。 (3)流程中①和②的操作名称分别为___________、___________。 (4)回收镍时，用锌粉直接置换速率极慢，现在多采用“锑盐净化法”，在酸性含溶液中同时加入锌粉和得到金属Ni和Sb的混合物，该混合物可表示为NiSb，形成NiSb的离子方程式为___________________。 (5)反萃液“净化”后的“滤液”加入阴极室内进行“电沉积”可得到纯锌，电解原理如图所示。 ①图中“离子交换膜”为______(填“阴”或“阳”)离子交换膜； ②阳极的电极反应式为___________。 (6)反萃液“净化”后的“滤液”可通过进一步反应，制备得到半导体材料硒化锌，其晶胞结构如下图左所示。与Zn原子最近且等距离的Zn原子有_____个。请在下图右方框中补全沿x轴方向晶胞投影图_______。 8．铌(41Nb)是重要的高熔点金属，是制造超音速喷气式飞机的重要材料。从低品位铌矿(主要成分为Nb2O5、Fe2O3、MnO2、CaO、Na2O等)分离提取铌的一种流程如图1所示。 已知：；；；。 回答下列问题： (1)“焙烧、溶出”步骤中，生成Nb2O3(SO4)2的化学方程式为______________________________。 (2)“焙烧、溶出”步骤中，铌矿粒级(颗粒大小)、焙烧温度对溶出率产生的影响如图2、图3所示，铌矿粒级应选择__________μm，焙烧温度应控制在__________℃。 (3)“洗涤”步骤中，Nb2O3(SO4)2会发生水解，生成NbO(OH)3进入水洗渣中，水洗渣中除了NbO(OH)3外，还存在的主要物质是__________。 (4)“溶解”步骤中生成CaC2O4反应的平衡常数的数量级为__________。 (5)“蒸发结晶”后得H3[NbO(C2O4)3]，其在空气中“煅烧”的化学方程式为_______________。 (6)铌的某种氧化物的晶胞结构如图4所示，已知晶胞参数为anm、bnm、cnm，。 ①铌在元素周期表中的位置为_______________。 ②若Nb和O原子半径分别为r(Nb)pm和r(O)pm，则晶胞中原子的空间利用率为_________________(列出计算式)。 9．氨法溶浸钢铁厂烟灰（主要成分ZnO、含有少量等）制取活性氧化锌的工艺流程如下所示。 已知：氨浸后锌、铜元素以形式存在。 (1)“氨浸” ①中锌离子基态价电子排布式为_____________。 ②“氨浸”时，写出CuO参与反应的离子方程式：________________________。 ③“氨浸”时锌浸取率随温度变化如图1所示先升高后降低的原因是_______________________。 (2)“除杂”时常用锌粉除去，相对于用铁粉除杂，使用锌粉的原因是_________________________。 (3)“蒸氨”得到固体，其发生反应的离子方程式为______________________。 (4)某实验小组取固体进行热重分析，研究发现“煅烧”后热分解的过程如图2，（固体残留= 时所得固体产物可表示为，通过以上实验数据确定该产物中a：b：c的比值_____________。 10．科学家开发的光催化剂实现了高选择性制备氢气。某小组以辉铋矿粉(主要成分是，含少量和等杂质)为原料制备钒酸铋的流程如图所示。 已知部分信息如下： ①滤液1中的主要阳离子有和。② 回答下列问题： (1)提高浸取率的措施是___________________(任写两个措施)；浸渣1的成分为___________。 (2)写出转化的离子方程式：___________________。 (3)氧化调pH的温度不宜过高的原因是___________________________；调pH的范围为___________。(当溶液中某离子浓度时，可视为该离子沉淀完全；氧化调pH时浓度为) (4)写出氯化的化学方程式：___________________。 (5)将滤液3经蒸发结晶、趁热过滤，得到NaCl晶体，其晶胞结构如图所示 ①在NaCl晶体中，与每个距离等同且距离最近的几个所围成的空间几何构型为___________。 ②已知NaCl晶体中，距离最近的与间的平均距离为，求NaCl晶胞的密度的表达式为___________。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《流程图专题分层练》参考答案 1．(1)将氧化为，便于后续通过调节pH等方式除去铁杂质，同时被还原为(进入溶液，提高锰的利用率) (2)取少量氧化后的溶液于试管中，滴加铁氰化钾溶液，若不产生蓝色沉淀，说明已完全被氧化，氧化步骤达到目的；(或滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液不褪色，也可证明已完全氧化) (3) (4)、、 (5)3∶4 【分析】锰矿烧渣（主要含MnO，还有少量FeO、CaO 等）加入稀酸浸，发生反应：，，（微溶，溶液中会有少量），然后加入氧化剂将溶液中的氧化为，以便后续将铁元素转化为沉淀除去，被还原为，之后加入，调节pH，使转化为沉淀，然后沉钙：加入溶液，利用与结合生成难溶的沉淀，从而除去钙杂质，最后沉锰：加入，使转化为沉淀。 【详解】（1）酸浸后溶液中含有，由于完全沉淀的 pH 较高，此时也会沉淀，因此需要先将氧化为（在较低 pH 下即可完全沉淀），在酸性条件下具有氧化性，能将氧化为，自身被还原为，不引入新杂质； （2）氧化达到目的意味着溶液中的已被完全氧化为，即溶液中不再含有，检验常用的试剂是铁氰化钾溶液，若有会产生蓝色沉淀；(或滴加酸性高锰酸钾溶液，若溶液不褪色，也可证明已完全氧化)。 （3）沉铁时，加入氨水（），发生反应的离子方程式为； （4）分析整个流程中引入和剩余的离子：酸浸引入，始终在溶液中，沉铁引入的也一定在滤液，沉钙加入，可能过量以确保除钙完全，所以滤液中可能有，沉锰加入，引入，不参与沉淀，一定在滤液中，沉锰反应为，可能过量，滤液中可能会有。故“沉锰”后的滤液中一定存在的离子有、、。 （5）计算的物质的量：，，根据锰元素守恒，氧化物中Mn的物质的量为0.03 mol ，质量为，氧化物总质量为2.29 g ，则氧元素的质量为2.29 g − 1.65 g = 0.64 g，氧原子的物质的量为，原子个数比。 2．(1) (2)增大反应物之间的接触面积，加快反应速率，使反应更充分 (3) (4)开始沉淀的pH小于，若不先将还原为，在调节pH除铝时会先沉淀而导致铁元素流失 (5) (6)若用溶液，会消耗，导致溶液pH升高，易生成沉淀；而用，反应生成，有利于控制溶液pH，防止生成沉淀 (7) 【分析】以硫铁矿主要成分是，含少量和通入空气后被氧气氧化生成二氧化硫，铁元素被氧化为三价铁，在酸浸后二氧化硅不反应进入到滤渣1中，氧化铝和氧化铁与硫酸反应，生成硫酸铝和硫酸铁，在还原时二硫化亚铁加入后将三价铁还原为二价铁，在除铝过程中加入碳酸亚铁将铝元素转化为氢氧化铝沉淀，在氧化过程中双氧水将二价铁氧化为三价铁，在沉铁过程中将三价铁转化为磷酸铁；过滤得到磷酸铁，磷酸铁和碳酸锂乙二酸反应，生成磷酸铁锂，据此回答； 【详解】（1）为26号元素，核外电子排布式为，价层电子排布式为，转化为时失去能级的2个电子，因此的价层电子排布式为； （2）“焙烧”前将硫铁矿粉碎的目的为增大反应物之间的接触面积，加快反应速率，使反应更充分； （3）根据分析可知，滤渣1主要为和硫酸不反应的物质，即； （4）由题意和分析可知，完全沉淀的为3.2，而开始沉淀的为3.7，如不先把转化为，会导致未沉淀，而已完全沉淀，除铝操作失败，产品产率降低； （5）除铝过程为碳酸亚铁和铝离子和水反应生成氢氧化铝沉淀，产生二氧化碳，反应离子方程式为：； （6）含磷微粒的物质的量分数随的变化曲线可知，若用溶液，会消耗，升高，生成沉淀，而用，反应生成，利于沉铁反应继续发生，反应离子方程式为：； （7）煅烧过程中乙二酸作为还原剂，生成的磷酸铁锂为二价铁，反应方程式为：。 3．(1) 过滤 NH4Cl (2)2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O (3)b (4)取少量样品于试管中，加适量蒸馏水溶解，先滴加过量硝酸，再滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，证明样品中含有NaCl (5)n(NaHCO3)=0.01mol，n(Na2CO3)=0.01mol，n(CO2)=0.02mol，V(CO2)=0.448L 【分析】侯氏制碱法是依据离子反应发生的原理进行的，利用溶解度差异产生NaHCO3固体：先在饱和食盐水中通入氨气，形成饱和氨盐水，再向其中通入足量二氧化碳，在溶液中就有了大量的钠离子、铵根离子、氯离子和碳酸氢根离子，这其中NaHCO3溶解度最小，所以析出NaHCO3晶体，然后过滤出NaHCO3晶体和母液，母液中有大量的铵根离子、氯离子和剩余的钠离子、碳酸氢根离子，可用于提取副产品NH4Cl，或重新投入到沉淀池中循环利用，最后利用NaHCO3的不稳定性，煅烧NaHCO3分解产生Na2CO3、CO2和水。 【详解】（1）由分析可知，“侯氏制碱法”中从沉淀池分离母液的操作是过滤，从母液中提取的副产品是NH4Cl。 （2）煅烧炉中反应的化学方程式为：2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。 （3）在饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，这样操作的目的是由于NH3极易溶于水，通入氨气使溶液呈碱性，使CO2更易被吸收，增大碳酸氢根离子的浓度，有利于析出更多的碳酸氢钠，因此答案选b。 （4）制得的碳酸钠样品中往往含有少量的NaCl，检验样品中含有氯离子的操作及现象为：取少量样品于试管中，加适量蒸馏水溶解，先滴加过量硝酸，再滴加硝酸银溶液，若产生白色沉淀，证明样品中含有NaCl。 （5）将0.84 g NaHCO3和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加稀盐酸至过量，n(NaHCO3)=0.01mol，n(Na2CO3)=0.01mol，由碳守恒可知，标准状况下产生CO2的物质的量为n(CO2)=0.02mol，。 4．(1) GeO2+2H+=GeO2++H2O 防止产生SO2或H2S，污染空气 (2)O2氧化H2S，H2S(aq)的浓度减小， 平衡 ZnS(s)+2H+(aq)H2S(aq)+Zn2+(aq)不断正向移动，提高Zn2+的浸出率 (3) 6.5 氯化蒸馏 (4)Zn2++2Fe3++8=ZnFe2O4↓+8CO2↑+4H2O 【分析】工业烟尘(主要成分为ZnO、ZnS、PbO、、等)中加、进行“一段低酸还原”、“二段高酸氧压”后得铅渣，将“一段低酸还原”和“二段高酸氧压 ”所得物质混合后加单宁酸沉锗，过滤得滤液和滤渣，滤液中加双氧水氧化、加碳酸氢钠溶液沉锌铁得，滤渣焙烧后加浓盐酸氯化蒸馏，然后加水水解得。 【详解】（1）一段低酸还原体系中，酸性条件下和反应生成，离子方程式：； 若一段工序酸度过高，会直接和烟尘中的ZnS反应生成有毒的或逸出，污染环境； （2）通入氧气的目的：将体系中生成的氧化，降低溶液中，使溶解平衡正向移动，促进ZnS的溶解，提高锌元素的浸出率，同时避免逸出污染环境； （3）为避免生成沉淀混入锗产物，需保证不沉淀，根据，代入，可得，即，对应，pH=6.5，因此理论上溶液pH需小于6.5，防止沉淀； “氯化蒸馏”中Ge以形式存在，“水解”时，另一种产物HCl用水吸收后得到盐酸，可用于“氯化蒸馏”单元； （4）氧化后滤液中的、和加入的发生完全相互促进的水解反应，生成沉淀，同时生成和，配平后得到离子方程式：。 5．(1) (2)Pb3O4 + SO2 + 2H2SO4=3PbSO4 + 2H2O (3) SiO2和PbSO4 CaO (4) 5 ≤ pH <6.2 0.1 (5) 时Ge4+转化为[Ge(OH)3]+等其他形式，无法形成目标络阴离子进入有机相，因此萃取率下降 a (6) 2 3∶1∶2 【分析】向锌浸渣中加入二氧化硫、硫酸进行还原浸出，其中的被二氧化硫还原为，浸出液中含有，滤渣为；“沉锗”过程中需要将转化为沉淀，由已知①可得，此时转化为，题（3）中给出物质A为碱性氧化物，且酸溶后得到石膏，则物质A为；加入酒石酸和有机溶剂形成酒石酸络阴离子，加入物质B反萃取得到，时，以形式存在，则物质B应为强碱。 【详解】（1）锗是32号元素，基态原子简化电子排布式为，所以核外价电子排布式为 ； （2）还原浸出中中的被还原为+2价，配平得到反应方程式； （3）锌浸渣中不与硫酸反应，难溶于硫酸，因此还原浸出后的滤渣主要为和；沉锗步骤需要调pH，且后续酸溶得到石膏，物质A为碱性氧化物，因此A为； （4）“沉锗”操作后锗以形式存在，当pH<2时，Ge以存在溶解度高难以沉淀；pH=2.5-5时，Ge以存在；pH>12时，Ge以存在。要使锗沉淀且尽量减少沉淀，根据信息，开始沉淀的pH为6.2，所以“沉锗”操作理论上需控制pH范围为 5 ≤ pH <6.2；沉淀完全时，pH=8.0，此时，，计算得；pH=6时，，此时； （5）① pH=1.8<2时，锗以形式存在，每个酒石酸()失去2个与络合，配平后得到离子方程式； ② 根据已知信息，时锗转化为，无法形成目标络阴离子进入有机相，因此萃取率下降； ③ 反萃取最终得到，pH>12时锗以形式存在，因此需要加入NaOH溶液，选a； （6）①由晶胞图可知，与Ge最近且等距离的Ti位于同一棱上，故只有2个；②结合原子坐标可知，Ti原子：8个位于顶角，4个在棱心，4个在体内，故共6个Ti原子。8个Ge原子位于棱上，故共有2个Ge．C原子位于体内，共4个。。 6．(1) (2)先加入，后加入 (3)pH变小，溶液中氢离子浓度增加，与氟离子结合生成HF，使钙离子难以沉淀 (4)边搅拌边向混合溶液中加入90mL的NaOH溶液，充分反应后过滤，向滤渣中边搅拌边加入适量溶液，当固体不再减少时，过滤，用蒸馏水多次洗涤滤渣，直至取最后一次洗涤滤液加入溶液无沉淀生成，过滤，干燥 (5) 【分析】由制备流程可知，结合质量守恒，混合后“焙烧”过程的主要反应为碳酸锰和氯化铵高温生成氯化锰、二氧化碳、氨气和水，反应为，水浸后溶液含Mn2+、Fe2+、Ca2+，除杂时加MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，便于铁元素除去，然后加入一水合氨调节pH使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，加入适量的NH4F，使得钙离子生成CaF2沉淀除去，过滤后经过处理得到二氧化锰； 【详解】（1）由分析，“焙烧”过程的主要反应为碳酸锰和氯化铵高温生成氯化锰、二氧化碳、氨气和水，反应为； （2）结合图表数据，应该先加MnO2氧化亚铁离子为铁离子，再加调节溶液的pH，使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀，故顺序为：先加入，后加入； （3）HF为弱酸，随着溶液pH变小，溶液中氢离子浓度增加，与氟离子结合生成HF，使钙离子难以沉淀，导致去除率逐渐下降； （4）由图，=4.5时，Mn的转化率、的含量均达到较高数值，故20mL的溶液和20mL的溶液混合后，应该加入的NaOH溶液的体积为20mL×4.5=90mL左右，反应后过滤得到二氧化锰和氢氧化锰混合物，混合物加入稀硫酸溶解氢氧化锰，过滤，分离出二氧化锰固体，洗涤干净后烘干得到纯净二氧化锰，故实验方案为：边搅拌边向混合溶液中加入90mL的NaOH溶液，充分反应后过滤，向滤渣中边搅拌边加入适量溶液，当固体不再减少时，过滤，用蒸馏水多次洗涤滤渣，直至取最后一次洗涤滤液加入溶液无沉淀生成，过滤，干燥； （5）由图，阳极锰离子失去电子被氧化为二氧化锰：。 7．(1)BD (2)溶液中会转化为Zn(OH)2沉淀， FeOOH沉淀会转化成胶体，胶体会吸附 (3) 过滤 分液 (4) (5) 阴 (6) 12 【分析】向锌矿(主要成分为ZnS，含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等)中加入野外细菌堆浸，金属硫化物转化为硫酸盐，SiO2不反应，堆浸渣中含有SiO2等难溶物，堆浸液中含有硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸锌等物质；加入过氧化氢氧化亚铁离子，利用氢氧化钠除铁得到FeOOH；加入适量锌粉置换出铜，过滤，滤液中加入有机相萃取剂萃取Zn2+，分液得到的有机相经过反萃取获得含有ZnSO4的反萃液，最后电解反萃液提取金属锌，据此分析回答。 【详解】（1）A．延长堆浸时间，只能增加浸出总量，无法提高单位时间内的堆浸数量，A错误； B．将锌矿粉碎可以增大反应物间的接触面积，能提高堆浸速率，B正确； C．大幅升温会降低细菌活性甚至杀灭细菌，无法提高堆浸速率，C错误； D．将锌矿充分暴露可以增大锌矿与细菌的接触面积，能提高堆浸速率，D正确； 故选BD； （2）“除铁”时pH过高会转化为沉淀，由生成的沉淀会转化为吸附性较强的胶体，胶体也会吸附，以上因素均会导致的含量降低； （3）由分析可知，“置换铜”后应过滤除去杂质铜，所得滤液加入萃取剂后，应通过分液分离出水相和有机相； （4）回收镍时，在酸性含的溶液中同时加入锌粉和得到金属Ni和Sb的混合物，根据描述确定出反应物与生成物，可得形成的离子方程式：； （5）①该电解池中，阴极发生反应，为维持电荷平衡，需通过交换膜向阳极移动，故该离子交换膜为阴离子交换膜；②阳极区为稀硫酸溶液，故阳极发生反应：； （6） 在一个晶胞结构中，一个顶点的原子周围有3个面心的原子与它最近且等距，则在完整的晶体结构中，与一个原子最近且等距的原子有12个；由晶胞示意图可知，硒化锌晶胞沿x轴方向的晶胞投影图为：。 8．(1) (2) (-104+74) 200 (3)CaSO4 (4) (5) (6) 第五周期第ⅤB族 【分析】低品位铌矿经80%硫酸焙烧溶出，铌转化为可溶性硫酸铌，钙、铁、锰、钠等金属氧化物同步转化为硫酸盐；水洗后硫酸铌发生水解生成沉淀，同时析出溶解度较小的进入水洗渣，实现大部分杂质分离；水洗渣加草酸溶解，转化为更难溶的滤渣除去，铌以草酸铌配合物进入溶液；溶液经蒸发结晶得到，煅烧后草酸配合物分解氧化，最终得到目标产物。 【详解】（1）“焙烧、溶出”步骤中，与硫酸反应生成，化学方程式为：； （2）①观察图2得：铌矿粒级在(-104+74)μm时，溶出率最高； ②观察图3得：焙烧温度为200℃时，溶出率达到峰值； （3）矿中与硫酸生成，溶解度小，水洗析出； （4）“溶解”步骤中发生反应：，，反应的平衡常数的数量级为； （5）草酸根被氧化为，产物、、，“煅烧”的化学方程式为：； （6）①铌为41号元素，铌在元素周期表中的位置为第五周期第ⅤB族； ②，，空间利用率为。 9．(1) 温度升高反应速率加快，温度大于时，氨水挥发且碳酸氢铵受热分解导致反应物浓度降低，该影响大于温度升高对反应速率影响 (2)使用铁粉除杂，会引入新的杂质，使用锌粉，活泼性更强，反应速率更快 (3) (4)3：2：1 【分析】钢铁厂烟灰经氨浸，ZnO、CuO转化为、，、等形成滤渣Ⅰ；加入锌粉除杂，置换除去铜元素；蒸氨过程中，锌氨络离子分解生成，煅烧后得到活性ZnO，据此分析。 【详解】（1）①的原子序数为30，基态原子价电子排布式为，形成时失去最外层2个电子，故基态价电子排布式为； ②氨浸时，与氨水、反应生成，结合原子守恒与电荷守恒，离子方程式为：； ③温度低于时，温度升高，反应速率加快，锌浸出率升高；温度高于时，氨水挥发、受热分解，导致反应物浓度降低，该影响大于温度升高对反应速率的促进作用，因此锌浸出率降低； （2）若使用铁粉除杂，铁粉会与溶液反应引入等新杂质；而使用锌粉除杂，一方面可置换除去中的铜，另一方面不引入新杂质，且锌的活泼性比铁强，反应速率更快，除杂效果更好； （3）蒸氨过程中，在加热条件下与反应，生成沉淀，同时释放和，配平后离子方程式为：； （4）设初始的质量为，其物质的量为；时，固体残留率为，剩余固体质量为；反应中元素的物质的量不变，为，则的质量为；剩余固体中，和的总质量为；设产物为，根据电荷守恒：，即；根据质量：，联立解得，；因此。 10．(1) 适当升温，适当增大盐酸浓度 SiO2 和S (2)Bi2S3 + 6Fe3+ = 2Bi3+ + 3S↓ + 6Fe2+ (3) 温度过高，易分解 3≤ pH<4 (4) (5) 正八面体 【分析】该工艺原料为辉铋矿粉(主要成分是Bi2S3，含少量Bi2O3、Bi、FeS2和SiO2等杂质)，产品为钒酸铋(BiVO4)，流程中主元素为铋元素，硫、铁、硅等元素作为杂质在工艺流程中被除去，由滤液1中的主要阳离子有Bi3+、Fe3+、Fe2+和H+可知，在浸取过程中，硅及硫元素进入滤渣1(SiO2、S)中被除去，氧化调pH除去铁元素，滤渣2为，稀释水解使Bi3+转化为Bi(OH)3作为滤饼进入酸洗流程，酸洗生成BiOCl，氯化生成，最终合成钒酸铋。 【详解】（1）提高浸取率的措施有：适当升温，在浸取过程中适当增大盐酸浓度。硅及硫元素进入滤渣1(SiO2、S)中被除去。 （2）转化为及S单质，反应离子方程式为Bi2S3+6Fe3+=2Bi3++3S↓+6Fe2+； （3）温度不宜过高的原因是避免升温易分解；且具有氧化性可以将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+易转化为沉淀分离除去； 调pH是使Fe3+完全转化为沉淀而与Bi3+未开始沉淀；c(Fe3+)≤1×10−5mol/L，根据Ksp(Fe(OH)3)=10-38，可以求出3≤ pH，c(Bi3+)=0.1 mol/L，根据Ksp(Bi(OH)3)=10-31 ，可以求出pH<4，故调pH的范围为3≤ pH<4； （4）氯化过程发生反应为BiOCl+SOCl2=BiCl3+SO2↑； （5）①NaCl晶体属于典型的“岩盐型”离子晶体结构。每个Cl-周围距离相等且最近的Na+共有6个，这6个Na+分别位于Cl-的上下、左右、前后六个方向，即沿三条互相垂直的轴对称分布。若把这6个Na+连接起来，形成的空间几何构型为正八面体。因此Cl-的配位数为6，所围成的空间几何构型为正八面体； ②NaCl晶胞中，Cl-和Na+按1：1组成。观察晶胞结构可知，每个晶胞中含有4个NaCl结构单元，即含4个Na+和4个Cl-，所以一个晶胞的质量为 g。题中已知距离最近的Na+与Cl-间的平均距离为b pm，而在NaCl晶胞中，最近的Na+与Cl-之间的距离等于晶胞棱长的一半，所以晶胞棱长为2b pm。由于1pm=10-10cm，所以晶胞体积为(2b×10-10)3cm3=(2b)3×10-30cm3。根据ρ=，可得NaCl晶胞密度为 。 【点睛】本题以制备高纯 为背景，考查无机化工流程。核心是利用 的氧化性浸取 ，再通过调节pH，依据 差异除去铁杂质。后续经水解、氯化等步骤提纯铋元素，最终与钒酸盐反应制得产品。题目综合考查了氧化还原、沉淀溶解平衡、化学计算及晶胞结构等核心知识。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $ 流程图专题分层练 一、基础训练 1．一种以锰矿烧渣(主要含MnO，还有少量FeO、CaO等)为原料制备的工艺流程如图： 已知：为难溶固体。 (1)“氧化”时的作用是___________。 (2)检验“氧化”步骤是否达到目的的方法是___________。 (3)写出“沉铁”时反应的离子方程式：___________。 (4)“沉锰”后的滤液中一定存在的离子有___________。 (5)取固体，条件下，在空气中加热至恒重，所得锰的一种氧化物的质量为，该氧化物中Mn和O的原子个数比为___________。(已知加热过程中只有含碳气体挥发) 2．LiFePO4是新能源汽车电池的正极材料。工业上以硫铁矿(主要成分为FeS2，含有少量Al2O3、SiO2和Fe2O3)为原料制备LiFePO4，流程如图。 已知：①一定条件下，金属氢氧化物沉淀的pH。 金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ 开始沉淀的pH 7.6 2.7 3.7 完全沉淀的pH 9.7 3.2 4.7 ②含磷微粒的物质的量分数随pH的变化曲线如图。 回答下列问题： (1)Fe2+价层电子排布式为____________。 (2)“焙烧”前将硫铁矿粉碎的目的为__________________。 (3)滤渣1的主要成分为______(填化学式)。 (4)“除铝”前要先“还原”的原因是__________________。 (5)“除铝”过程中的离子方程式为__________________。 (6)“沉铁”时选择(NH4)2HPO4而不选择(NH4)3PO4的原因是__________________。 (7)煅烧过程中的化学方程式为__________________。 3．联合制碱法又称侯氏制碱法，因其提高了食盐的转化率，减少了对环境的污染，从而赢得了国际化工界的高度评价。联合制碱法的主要过程如图所示： 已知：沉淀池中的反应原理如下：NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl。 (1)“侯氏制碱法”中从沉淀池分离出母液的操作是__________，从母液中提取的副产品为____________。(填化学式) (2)煅烧炉中反应的化学方程式为______________________。 (3)在饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，这样操作的目的是_______。(填选项) a．NH3比CO2更易制取 b．NH3极易溶于水，使CO2更易被吸收，加快反应速率 c．CO2的密度比NH3大 (4)制得的碳酸钠样品中往往含有少量的NaCl，检验样品中含有NaCl的操作及现象为_________________________________________________________________________。 (5)将0.84 g NaHCO3和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加稀盐酸至过量。计算标准状况下产生CO2的体积_________。(写出计算过程) 4．利用工业烟尘(主要成分为ZnO、ZnS、PbO、GeO2、Fe2O3等)制备 GeO2•nH2O和ZnFe2O4的流程如下。 已知：该工艺条件下，Ksp[Fe(OH)2]=4.9×10−17。回答下列问题： (1)“一段低酸还原”过程中， GeO2转化为 GeO2+的离子方程式为____________；酸浓度不宜过大的原因是____________________。 (2)“二段高酸氧压”过程中，存在反应 ZnS(s)+2H+(aq)H2S(aq)+Zn2+(aq)，K=2.0×10−4，其中通入氧气的目的是____________________________。 (3)“沉锗”时，若溶液中，为了提高锗的纯度，则常温下溶液pH的理论值应小于_________；“水解”的另一种产物用水吸收后可循环使用，利用该吸收液的操作步骤为________________。 (4)“沉锌铁”过程中，生成ZnFe2O4的离子方程式为___________________。 5．锗是一种优良的半导体材料，主要用于电子工业、光导纤维等领域。某锌浸渣中含有ZnO、Fe2O3、GeO2、SiO2、Pb3O4等，利用锌浸渣提取锗的实验流程如下图所示： 已知：①部分含锗微粒的存在形式与pH的关系为： pH pH<2 2.5<pH<5 5 ≤ pH <9 9≤ pH <12 pH≥12 Ge存在形式 - ②部分金属离子的沉淀pH： 开始沉淀 7.5 2.3 6.2 沉淀完全 9.0 3.2 8.0 ③已知lg2=0.3 回答下列问题： (1)基态锗原子核外价电子排布式为______________。 (2)Pb3O4在“还原浸出”步骤中发生反应的化学方程式为______________________； (3)“滤渣”主要成分为______________(填化学式)；物质A属于碱性氧化物，其化学式为________。 (4)“沉锗”操作理论上需控制pH范围为________________；若pH=6时Zn2+还未沉淀，则此时溶液中c(Zn2+) ≤ __________ mol/L。 (5)“酸溶”后，溶液的pH为1.8，向溶液中加入酒石酸和萃取剂，其原理为酒石酸(，结构为)与含锗微粒形成酒石酸络阴离子。 ①“萃取锗”中主要反应的离子方程式为___________________________________。 ②若溶液的，锗的萃取率下降，原因是______________________________。 ③“反萃取”中加入的物质B是________(填标号)。 a．NaOH溶液     b．溶液     c．溶液 (6)由钛(Ti)、锗(Ge)、碳(C)组成的晶体X是一种新型防紫外线涂层材料。以晶胞参数为单位长度建立坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。X晶胞中部分原子的原子坐标如图所示，晶胞参数a=b≠c。 ①与Ge最近且等距离的Ti有___________个。 ②X晶体中粒子个数比___________。 二、拔高提升 6．以菱锰矿(主要成分，主要杂质为、)为原料，采用氯化铵焙烧工艺，可由菱锰矿制备高纯二氧化锰。流程如下图所示： 已知：金属离子沉淀的pH 项目 开始沉淀时 1.5 6.3 5.8 完全沉淀时 2.8 8.3 7.8 试回答下列问题。 (1)“焙烧”。将菱锰矿粉与氯化铵进行焙烧时发生的主要反应的化学方程式为___________。 (2)“除铁”。加入试剂有和，搅拌反应一段时间后，过滤。和加入的顺序为___________。 (3)“除钙”。向溶液中加入适量的，将反应生成沉淀除去。溶液pH与去除率之间的关系如图-1。随着溶液pH变小，去除率逐渐下降的原因是___________。 (4)和可发生如下反应：。已知和的物质的量相同时，改变NaOH的用量，测得Mn的转化率、的含量()与的关系如图-2所示。根据信息，补充完整制取纯净的实验方案：将20mL的溶液和20mL的溶液混合，___________，得到纯净的。(须使用的试剂：NaOH溶液、溶液、溶液) (5)电解法制取原理如下图所示，阳极的电极反应式为___________。 7．我国科学家开发的光催化剂硒化锌(ZnSe，不溶于水)，可实现人工光合作用，某科研团队设计一种以锌矿(主要成分是ZnS，含FeS2、CuS、NiS、SiO2等)为原料制备ZnSe的工艺流程如图。 已知：i：“堆浸”时金属硫化物均转化为硫酸盐；ii：pH过高时，FeOOH沉淀会转化为吸附性较强的胶体。 (1)传统用“灼烧”法将锌矿转化为金属氧化物，再酸浸。新工艺采用细菌“堆浸”，为提高“堆浸”速率，可采取的措施为_______(填序号)。 A．延长堆浸时间 B．将锌矿粉碎 C．大幅升温 D．将锌矿充分暴露 (2)“除铁”时需控制溶液pH为3.2左右。如果pH过高会导致溶液中的含量降低，其原因可能是___________。 (3)流程中①和②的操作名称分别为___________、___________。 (4)回收镍时，用锌粉直接置换速率极慢，现在多采用“锑盐净化法”，在酸性含溶液中同时加入锌粉和得到金属Ni和Sb的混合物，该混合物可表示为NiSb，形成NiSb的离子方程式为___________________。 (5)反萃液“净化”后的“滤液”加入阴极室内进行“电沉积”可得到纯锌，电解原理如图所示。 ①图中“离子交换膜”为______(填“阴”或“阳”)离子交换膜； ②阳极的电极反应式为___________。 (6)反萃液“净化”后的“滤液”可通过进一步反应，制备得到半导体材料硒化锌，其晶胞结构如下图左所示。与Zn原子最近且等距离的Zn原子有_____个。请在下图右方框中补全沿x轴方向晶胞投影图_______。 8．铌(41Nb)是重要的高熔点金属，是制造超音速喷气式飞机的重要材料。从低品位铌矿(主要成分为Nb2O5、Fe2O3、MnO2、CaO、Na2O等)分离提取铌的一种流程如图1所示。 已知：；；；。 回答下列问题： (1)“焙烧、溶出”步骤中，生成Nb2O3(SO4)2的化学方程式为______________________________。 (2)“焙烧、溶出”步骤中，铌矿粒级(颗粒大小)、焙烧温度对溶出率产生的影响如图2、图3所示，铌矿粒级应选择__________μm，焙烧温度应控制在__________℃。 (3)“洗涤”步骤中，Nb2O3(SO4)2会发生水解，生成NbO(OH)3进入水洗渣中，水洗渣中除了NbO(OH)3外，还存在的主要物质是__________。 (4)“溶解”步骤中生成CaC2O4反应的平衡常数的数量级为__________。 (5)“蒸发结晶”后得H3[NbO(C2O4)3]，其在空气中“煅烧”的化学方程式为_______________。 (6)铌的某种氧化物的晶胞结构如图4所示，已知晶胞参数为anm、bnm、cnm，。 ①铌在元素周期表中的位置为_______________。 ②若Nb和O原子半径分别为r(Nb)pm和r(O)pm，则晶胞中原子的空间利用率为_________________(列出计算式)。 9．氨法溶浸钢铁厂烟灰（主要成分ZnO、含有少量等）制取活性氧化锌的工艺流程如下所示。 已知：氨浸后锌、铜元素以形式存在。 (1)“氨浸” ①中锌离子基态价电子排布式为_____________。 ②“氨浸”时，写出CuO参与反应的离子方程式：________________________。 ③“氨浸”时锌浸取率随温度变化如图1所示先升高后降低的原因是_______________________。 (2)“除杂”时常用锌粉除去，相对于用铁粉除杂，使用锌粉的原因是_________________________。 (3)“蒸氨”得到固体，其发生反应的离子方程式为______________________。 (4)某实验小组取固体进行热重分析，研究发现“煅烧”后热分解的过程如图2，（固体残留= 时所得固体产物可表示为，通过以上实验数据确定该产物中a：b：c的比值_____________。 10．科学家开发的光催化剂实现了高选择性制备氢气。某小组以辉铋矿粉(主要成分是，含少量和等杂质)为原料制备钒酸铋的流程如图所示。 已知部分信息如下： ①滤液1中的主要阳离子有和。② 回答下列问题： (1)提高浸取率的措施是___________________(任写两个措施)；浸渣1的成分为___________。 (2)写出转化的离子方程式：___________________。 (3)氧化调pH的温度不宜过高的原因是___________________________；调pH的范围为___________。(当溶液中某离子浓度时，可视为该离子沉淀完全；氧化调pH时浓度为) (4)写出氯化的化学方程式：___________________。 (5)将滤液3经蒸发结晶、趁热过滤，得到NaCl晶体，其晶胞结构如图所示 ①在NaCl晶体中，与每个距离等同且距离最近的几个所围成的空间几何构型为___________。 ②已知NaCl晶体中，距离最近的与间的平均距离为，求NaCl晶胞的密度的表达式为___________。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $