2021届高三化学一轮复习每天练习20分钟——工业流程图题中物质的分离与提纯(有答案和详细解析)

2021届高三化学一轮复习每天练习20分钟——工业流程图题中物质的分离与提纯（有答案和详细解析）
1．SO2是硫酸工业尾气的主要成分。

以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。

反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。

(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是______________________________ ______________________________________________________________________________。

(3)已知室温下Mn(OH)2的K sp＝4.5×10－13，向MnSO4溶液中滴加氨水使溶液的pH＝10，请列式计算，判断此时溶液中Mn2＋是否沉淀完全：_______________________________
____________________________________________________________________________。

2．(2020·重庆调研)磷酸铁锂电池被广泛应用于各种电动汽车，其正极是通过将磷酸铁锂(LiFePO4)、导电剂、黏结剂和乙炔黑等按比例混合，再涂于铝箔上制成。

一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料中回收某些金属资源的工艺流程如下：
已知：①常温下，K sp[Fe(OH)3]＝10－39；
②Li2CO3的溶解度：0 ℃为1.54 g；100 ℃为0.72 g。

请回答：
(1)“沉铁”时，溶液的pH与金属元素的沉淀百分率(ω)的关系如表：
则该过程应调节pH＝________，其原因为____________________________________；假设该过程在常温下进行，则此时溶液中c(Fe3＋)＝_____________________________________。

(2)“沉锂”时，所得Li2CO3应选择________(填“冷水”或“热水”)进行洗涤，判断Li2CO3已洗涤干净的操作和现象为______________________________________________________。

3．高氯酸铵(NH4ClO4)是复合火箭推进剂的重要成分，实验室可通过下列反应制取。

(1)氯酸钠受热分解生成高氯酸钠和氯化钠的化学方程式为____________________________ ______________________________________________________________________________。

(2)反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.15，从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、________、________、冰水洗涤、干燥。

用冰水洗涤的目的是__________________________________。

若氯化铵溶液用氨气和浓盐酸代替，则该反应不需要加热就能进行，其原因是_________________________ ______________________________________________________________________________。

4．(2019·德州模拟)以高氯冶炼烟灰(主要成分为铜锌的氯化物、氧化物、硫酸盐，少量铁元素和砷元素)为原料，可回收制备Cu和ZnSO4·H2O，其主要实验流程如下：
已知：①Fe3＋完全沉淀pH为3.2，此时Zn2＋、Cu2＋未开始沉淀；
②K3[Fe(CN)6]可用于检验Fe2＋：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(深蓝色)；
③砷元素进入水体中对环境污染大，可通过沉淀法除去。

(1)两段脱氯均需在85 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________。

(2)碱洗脱氯时，溶液中Cu2＋主要转化为Cu(OH)2和Cu2(OH)2CO3，也会发生副反应得到Cu2(OH)3Cl沉淀并放出气体，该副反应的离子方程式为________________________________ ______________________________________________________________________________。

若用NaOH溶液进行碱洗操作时，浓度不宜过大，通过下表的数据分析其原因是___________ ______________________________________________________________________________。

NaOH溶液浓度对脱氯率和其他元素浸出率的影响
(3)ZnSO4的溶解度曲线如图所示。

“电解”后，从溶液中回收ZnSO4·H2O的实验、操作为_____________________________________________________________________________。

(4)滤液1和滤液2中含一定量的Cu2＋、Zn2＋。

为提高原料利用率，可采取的措施有：将滤液1和滤液2混合，回收铜锌沉淀物；循环使用电解过程产生的____________(填化学式)。

5．(2019·长春模拟)硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。

用炼锌厂废渣(含ZnO、FeO、CuO)回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：
已知：某温度下，K sp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17，K sp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16，K sp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。

(1)酸浸时，为提高浸出速率，可采取的措施是___________________________(填两种)。

(2)氧化、中和时，需要用NaOH溶液调节pH为4.5～5.0，原因是__________________
___________________________________________________________________________。

(3)氧化、中和时用漂白粉作氧化剂，此时发生反应的化学方程式为_________________
______________________________________________________________________________；实际操作中通入空气的作用是____________________________________________________。

(4)操作X的名称为______________。

(5)第三次操作X后，得到成品的步骤为______________________，过滤，洗涤，加热脱水。

答案精析
1．(1)趁热过滤 (2)取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO 3)2溶液，取上层清液滴加HNO 3酸化的AgNO 3溶液 (3)c (Mn 2＋)＝K sp c 2(OH －)＝4.5×10
－5 mol·L －1>1×10－5 mol·L －1，Mn 2＋
没有沉淀完全
2．(1)8 Fe 元素的沉淀百分率较大且Li 元素的损失较小 10
－21
mol·L －
1 (2)热水 取最后
一次洗涤液少许，向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液，无沉淀生成，则证明已洗涤干净 3．(1)4NaClO 3=====高温
N aCl ＋3NaClO 4 (2)蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 减少洗涤过程中NH 4ClO 4晶体的损失 氨气与浓盐酸反应放出热量
解析 (1)根据题中信息可知NaClO 3发生歧化反应生成NaClO 4和NaCl ，根据Cl 元素化合价变化可写出该反应的化学方程式：4NaClO 3=====高温
N aCl ＋3NaClO 4。

(2)由溶解度曲线可知NH 4ClO 4的溶解度随温度升高而明显增大，而NaCl 的溶解度随温度变化不明显，故混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤和干燥可获得较多NH 4ClO 4晶体。

用冰水洗涤能降低NH 4ClO 4的溶解度，减少洗涤过程中NH 4ClO 4晶体的损失。

若NH 4Cl 溶液用氨气和浓盐酸代替，则反应不需要加热就能进行，说明氨气与浓盐酸的反应为放热反应，放出的热量可促使反应器中的反应发生。

4．(1)水浴加热(或85 ℃水浴加热)
(2)4Cu 2＋
＋3CO 2－
3＋2Cl －
＋3H 2O===2Cu 2(OH)3Cl ↓＋3CO 2↑
NaOH 溶液浓度高时Zn 元素损失较多；As 元素浸出率高，增加废水处理难度
(3)在330 K 以上(330～380 K 范围内皆可以)蒸发结晶，趁热过滤，热水洗涤，干燥 (4)H 2SO 4 5．(1)适当增大硫酸的浓度、加热(或将废渣粉碎等) (2)pH 太低，铁的去除率低，pH 太高，锌的损失率会增大
(3)4FeSO 4＋8NaOH ＋Ca(ClO)2＋2H 2O===CaCl 2＋4Na 2SO 4＋4Fe(OH)3↓ 加快氧化速率 (4)过滤 (5)蒸发浓缩、冷却结晶。