考向06 工艺流程题之物质成分的确定-备战2021年高考化学主观题答题模板与考向专练(解析版)

专题一工艺流程题
考向6 物质成分的确定
1．滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：
(1)反应过程中哪些物质(离子)消失了？
(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子？要考虑这些离子间是否会发生反应？
2.熟记常见难溶于水微溶于水的物质
盐酸盐：AgCl 、HgCl、CuCl ；硫酸盐：BaSO4、PbSO4、CaSO4、Ag2SO4。

碳酸盐、亚硫酸盐：除K、Na、NH4+外均难溶；氢氧化物：除KOH、NaOH、Ba(OH)2、NH3.H2O 外均难溶。

3．循环物质的确定
4．副产品的判断
1．[2020新课标Ⅰ]钒具有广泛用途。

黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO 2、Fe 3O 4。

采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH 4VO 3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如下表所示：
回答下列问题：
（4）“沉淀转溶”中，转化为钒酸盐溶解。

滤渣③的主要成分是___________。

答案：滤渣③的主要成分是Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；
2．[2020新课标Ⅲ]某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni 、Al 、Fe 及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。

采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO 4·7H 2O ）：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如下表所示： 金属离子
Ni 2+ Al 3+ Fe 3+ Fe 2+
开始沉淀时（
c =0.01 mol·L −1）的pH 沉淀完全时（c =1.0×10−5 mol·L −1）的pH 7.2 8.7
3.7
4.7
2.2
3.2
7.5 9.0
回答下列问题：
（2）“滤液②”中含有的金属离子是______________。

（3）“转化”中可替代H 2O 2的物质是______________。

若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即
，“滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。

252V O H O x
（6）将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。

答案：（2）加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe及其氧化物溶解，所以“滤液②”中含有的金属离子是Ni2+、Fe2+、Fe3+，故答案为：Ni2+、Fe2+、Fe3+；
（3）“转化”在H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，可用O2或空气替代；若将工艺流程改为先“调pH”后“转化”，会使调pH过滤后的溶液中含有Fe2+，则滤液③中可能含有转化生成的Fe3+，故答案为：O2或空气；Fe3+；
6）分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni2+，可将其收集、循环使用，从而提高镍的回收率，故答案为：提高镍的回收率。

3．[2019新课标Ⅲ]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：
相关金属离子[c0(M n+)=0.1 mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
（1）“滤渣1”含有S和__________________________；
（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

答案：（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；（4）根据题干信息，加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。

4．[2018新课标Ⅱ卷]我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。

一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(M n+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
回答下列问题：
（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

答案：（2）由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。

根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2+。

1.氧化钪（Sc2O3）在合金、电光源、催化剂、激活剂和陶瓷等领域有广泛的应用，以钪精矿为原料（主要成分为Sc2O3，还含有Fe2O3、MnO、SiO2 等杂质）生产氧化钪的一种工艺流程如下：
（1）“酸溶”得到滤渣的主要成分是；25 ℃时，加入氨水调节溶液的
pH＝3，过滤，滤渣的主要成分是。

（2）草酸钪在空气中“灼烧”时，产物除氧化钪外，还有。

答案：（1）SiO2Fe(OH)3（2）CO2
2.某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：
（3）滤渣I 的主要成分有 。

答案： Fe （OH ）3、Al （OH ）3
；
3、高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。

工业上以钛白粉生产的副产品FeSO 4制备高铁酸钾的生产流程如下：
FeSO 4B
2FeO 4
滤渣
查资料得知K 2FeO 4的一些性质：
①在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定 ②溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂
③具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液
（2）过滤操作中，得到的滤渣B 中除NaCl 还有 ，则氧化Ⅱ中，试剂A 为 (填
“H 2O 2”或“HNO 3
”
或“NaClO”)； 答案：NaClO Na 2SO 4
4、工业上利用硫铁矿烧渣（主要成分为Fe 2O 3、FeO 、SiO 2等）为原料制备高档颜料铁红(Fe 2O 3 )，具体生产流程如下：
试回答下列问题：
答案：Fe 2+、Fe 3+
5.(2019·淄博一模)用工业制立德粉后的铅锌废渣(主要成分为ZnO和PbSO4，杂质为含Si、Fe3＋、Cu、Cd 等元素的化合物)为原料，制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄，工业流程如图所示：
已知常温下K sp(PbSO4)＝1.6×10－5，K sp(PbCO3)＝7.4×10－14，K sp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38。

(4)滤液D中溶质的主要成分为________。

答案：(4)由图知滤液B中含有的离子为Zn2＋、NH＋4、CO2－3，加硫酸调节溶液的pH＝6.0～6.5出现
Zn2(OH)2CO3，滤液为(NH4)2SO4。

6．(2020·试题调研)钒是一种熔点很高的金属，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性，有延展性、硬度大，无磁性。

广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。

工业上常用钒炉渣(主要含FeO·V2O3，还有少量SiO2、P2O5等杂质)提取V2O5的流程如图1所示：
图1
(2)加MgSO4溶液的步骤中，滤渣的主要成分是______(用化学式表示)。

答案：向钒炉渣中加入碳酸钠并在空气中焙烧，生成的有NaVO3、氧化铁、硅酸钠、磷酸钠，水浸后得到的浸出渣中含有氧化铁，浸出液为NaVO3、硅酸钠、磷酸钠的水溶液，向滤液中加入硫酸镁生成难溶的硅酸镁、磷酸镁沉淀。

7．高铁酸盐(钠、钾)，具有很强的氧化性，从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。

实验证明，由于其强烈的氧化和絮凝共同作用，高铁酸盐的消毒和除污效果，全面优于含氯消毒剂和高锰酸盐。

更为重要的是在整个的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物质。

高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。

某兴趣小组利用黄铜矿废渣(主要成分为CuFeS2和SiO2)制取高铁酸钠，工艺流程如下：
回答下列问题：
(3)滤渣1的主要成分是_____(填化学式)，要检验溶液I中的金属阳离子，实验操作是_______。

答案：(3)分析可知，滤渣1的主要成分是SiO2；滤液1中的金属阳离子为Fe2+，可加入K3[Fe(CN)6]，若产生蓝色沉淀，则有Fe2+；
8．硫化铋在光电、催化及储能方面有着广泛应用，还可用作新型锂离子电池的电极材料。

以浮选过的辉铋矿(主要成分是Bi2S3，还含少量Fe2O3、SiO2等杂质)为原料制备高纯Bi2S3的工艺流程如下：
已知：铋单质不溶于盐酸，可溶于硝酸，BiCl3极易水解生成BiOCl沉淀。

回答下列问题：
(2)“浸出”时加入盐酸，既可提高铋的浸出率，又可_____ ；滤渣1的主要成分是S和______。

答案(2)“浸出”时加入盐酸，HCl与Fe2O3发生反应：Fe2O3+6H+=2Fe3+＋3H2O，生成的Fe3+可以提高铋的浸出率，HCl电离出的氢离子又可以防止Bi3+水解；因SiO2不参与反应，所以滤渣1的主要成分是S和SiO2；9．以工业制立德粉后的铅锌废渣(主要成分为ZnO和PbSO4，杂质含Si、Fe、Cu、Cd等元素)为原料，可以制活性氧化锌和黄色颜料铅铬黄，工艺流程如图所示：
HNO；
已知：①PbSO4难溶于3
②常温下，K sp(PbCO3)=8×10-14，K sp(PbSO4)=1.6×10-8，K sp(PbCrO4)=2.8×10-13，K sp[Pb(OH)2]=1.0×10-16，K sp[Fe(OH)3]=1.0×10-38。

回答下列问题：
(3)滤液E中溶质的主要成分为______。

(填化学式)
答案：(3)碱浸后的滤液A中含有NH+
4、CO2
3
以及金属阳离子形成的配合物，经除铜、镉、沉锌后，溶液
中的阳离子主要为NH+
4
，因用硫酸调节的pH，所以滤液E的主要成分为(NH4)2SO4；
10．为充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，从工业废液中(主要成分为FeCl2、FeCl3、CuCl2)中回收铜并制备氯化铁晶体。

(1)试剂b的名称_______；滤渣Y的成分_______(填化学式)；操作Ⅰ的名称_______。

答案：(1) 整个实验中只有Cu、Fe两金属元素出现，所以在不带入新杂质的条件下，应加入过量Fe粉将FeCl3、CuCl2完全还原成Cu、Fe固体混合物和FeCl2溶液，过滤得到Cu、Fe固体混合物和FeCl2溶液，Cu、Fe固体混合物中加人盐酸进行分离，故试剂b的名称盐酸；滤渣Y的成分为Fe、Cu；操作Ⅰ的名称为过滤。

11．铬及其化合物在现代工业上的应用广泛。

工业上以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，还含有少量的ZnO、CuO等)为原料制备金属铬的工艺流程如下：
已知：
①水浸出液中含有Na2ZnO2、Na2CrO4；
②Zn(OH)2和Al(OH)3的化学性质相似，属于两性氢氧化物。

回答下列问题：
(2)“浸渣”中除了含有Fe2O3外，还含有_______。

答案：(2)在“煅烧”中加入了空气，其中的O2可以把FeO转化为Fe2O3，水浸出液中含有Na2ZnO2、Na2CrO4，
所以浸渣中含有Fe2O3和CuO；
12．合理处理废弃物有利于保护环境和资源再利用。

某课题组对含钛高炉渣(主要成分CaTiO3，含有MgO、Al2O3、Fe3O4、SiO2等杂质)资源化综合处理的流程如图所示。

已知：①溶液中离子浓度≤1.0×10-5 mol●L-1，认为该离子沉淀完全；
②常温下，部分难溶物的溶度积常数如下表所示：
回答下列问题:
(3)滤渣1中两种主要成分的化学式为______________。

答案：(3)由分析可知，浸渣中SiO2与硫酸溶液不反应，而浸渣中CaTiO3与H2SO4反应生成更难溶物CaSO4，因此过滤后滤渣1中两种主要成分为CaSO4、SiO2；
13．氧化锌在工业和生活中的运用非常广泛，以闪锌矿(主要成分为ZnS，含有少量FeS和SiO2)为原料制备活性氧化锌的工艺流程如下，请回答下列问题：
(2)矿渣中除了有淡黄色的物质，还有___________(填化学式)。

(3)加入铁粉的目的是___________，能循环利用的无机物是___________(填化学式)。

答案：(2)根据上述分析可知，得到的矿渣中含新生成的淡黄色固体S与不参与反应的SiO2；
(3)浸出液中可能含有过量的氯化铁，则加入铁粉是为了将过量的Fe3+还原为Fe2+；能循环利用的无机物是FeCl3；
故答案为：将过量的Fe3+还原为Fe2+；FeCl3；
14．Ⅰ．钒及其化合物在工业生产中有着广泛的应用，可作为制硫酸的催化剂，从含钒废料(含有V2O5、
V2O4、SiO2、Fe2O3等)中回收V2O5的流程如下：
巳知：NH4VO3微溶于冷水，易溶于热水，不溶于乙醇。

回答下列问题：
(1)滤渣1的成分是_____________
(3)该流程中可循环利用的物质有______(填化学式)。

答案：（1）在含钒废料中不与酸进行反应的物质为二氧化硅，故答案为SiO2或二氧化硅；
（3）由流程图可知，气体1为CO2，气体2为NH3，两者可以生成NH4HCO3，可以在沉钒操作进行利用，降低成本。

15．雷尼镍是有机合成中常用的一种加氢催化剂，使用一定周期后会失活。

现欲利用图示工艺流程回收某废雷尼镍催化剂(主要为铝镍合金，还含有NiO、Al2O3、FeO、SiO2及有机物等)中的金属资源：
已知金属离子沉淀的pH：
回答下列问题：
(1)“滤渣1”的成分为_______。

答案：废雷尼镍催化剂(主要为铝镍合金，还含有NiO 、Al 2O 3、FeO 、SiO 2及有机物等)经煅烧后残渣主要成分为NiO 、Al 2O 3、FeO 、SiO 2，加硫酸“酸溶”时，除了SiO 2不反应之外，NiO 、Al 2O 3、FeO 均与硫酸反应生成同价态金属硫酸盐，过滤，得滤渣1主要成分为SiO 2，
16．镍及其化合物用途广泛。

某矿渣的主要成分是NiFe 2O 4(铁酸镍)、NiO 、FeO 、CaO 、SiO 2等，如图是从该矿渣中回收NiSO 4的工艺路线：
已知：(NH 4)2SO 4在350℃以上会分解生成NH 3和H 2SO 4。

NiFe 2O 4在焙烧过程中生成NiSO 4、Fe 2(SO 4)3。

锡(Sn)位于第五周期第ⅣA 族。

(2)“浸泡”过程中Fe 2(SO 4)3生成FeO(OH)的离子方程式为__________，“浸渣”的成分除Fe 2O 3、FeO(OH)外还含有_______(填化学式)。

答案：（2）“浸泡”过程中Fe 2(SO 4)3生成FeO(OH)的反应为水解反应，矿渣的主要成分是NiFe 2O 4（铁酸镍）、NiO 、FeO 、CaO 、SiO 2等，加入硫酸铵加热浸取后的浸渣为微溶于水的硫酸钙和不反应的二氧化硅； 17．钛白的化学名称是二氧化钛，是一种重要的白色颜料。

工业上常以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁3FeTiO ，含有少量23Fe O 、23Al O 、FeO 、CaO 和2SiO 等杂质)为原料，采用硫酸法生产钛白，简易流程如图：
回答下列问题：
(3)已知“还原”过程中加入的铁屑适量，则“滤渣”的主要成分为________，副产品的化学式是________。

答案：(3)已知“还原”过程中加入的铁屑适量，则“滤渣”的主要成分为4CaSO ，铁离子被还原为亚铁离子，副产品的化学式是FeSO 4.7H 2O 。