微专题5 元素化合物的综合应用(二)——化学工艺流程题

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解析 答案
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体
积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1， 此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_F_e_3＋__恰__好__沉__淀__完_全__时__，__c_(P_O__34_－_)＝________ _11_..3_0×_×_1_10_0－_－2_52__m_o_l_·L__－_1＝__1_._3_×__1_0_－_1_7m__o_l·_L_－_1_，__c_3(_M__g_2＋__)·_c_2_(P_O__34－__)值__为__0_._0_1_3_×_ _(_1_.3_×__1_0_－_1_7)_2≈__1_._7_×__1_0－__40_<_K_s_p_[M__g_3_(P_O__4)_2]_，__因__此__不__会__生__成__M_g_3_(P_O__4)_2_沉__淀___
解析 二氧化硅不溶于一般酸性溶液，所以沉淀A是二氧化硅。它可以 溶于氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
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解析 答案
2.识记化工术语
关键词
释义
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液
研磨、雾化 滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更
充分
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分 灼烧(煅烧)
解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶 解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
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答案
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法 是_加__热__。“滤液”中的溶质主要是_K_C__l 。“调pH”中发生反应的化学 方程式为_K_H__(I_O_3_)_2＋__K__O_H_=_=_=_2_K__IO__3＋__H__2O__(或__H__IO__3＋__K_O__H_=_=_=_K__IO__3＋__H__2O__) 。
洗涤晶体 表面处理
①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防 止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 ③用特定的有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质， 降低晶体的溶解度有利于析出，减少损耗等 ④洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀， 待水自然流下后，重复以上操作2～3次 用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打 磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
微专题5 元素化合物的综合应用(二)——化学 工艺流程题
核心知识透析
1.解题要领必备 解答工艺流程综合题的关键是分析流程图，对于比较陌生且复杂的流程 图，需要宏观把握整个流程，可针对问题分析细节，不必把每个环节的 原理都弄清。总体方法：关注箭头的指向(聚焦局部，箭头指入——反应 物，箭头指出——生成物)、前后追溯物质(放大局部)、考虑反应实际(物 质性质、试剂用量)。
金属离子
Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋
开始沉淀的pH 1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH 2.8
8.3
8.2
9.4
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回答下列问题： (1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_2_Z_n_S_＋__3_O_2_=_焙=_=_烧=_=_2_Z__n_O_＋__2_S_O__2 。
解析 闪锌矿的主要成分是 ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学 方程式为 2ZnS＋3O2=焙==烧==2ZnO＋2SO2。
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解析 答案
4.(2017·全国卷Ⅰ，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料， 可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制 备，工艺流程如下：
回答下列问题： (1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如右图所示。 由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条 件为_1_0_0_℃__、__2__h_或__9_0_℃__、__5__h_。
高考真题研究
1.[2018·全国卷Ⅰ，27(1)(2)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、 食品等方面应用广泛。回答下列问题： (1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该 过程的化学方程式：_2_N_a_H__S_O_3_=_=_=_N__a_2S_2_O_5_＋__H__2O__。 解析 根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5， 则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
解析 反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4，生成物有LiFePO4，铁元素的 化合价降低，则H2C2O4中碳元素的化合价升高，产物为CO2，配平。
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解析 答案
5.(2017·全国卷Ⅱ，26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定 水泥样品中钙含量的过程如图所示：
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解析 答案
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30 35 40 45 50
TiO2·xH2O转化率/%
92 95 97 93 88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：_低__于__4_0_℃__，__T_i_O_2_·x_H__2O__转__化__ _反__应__速__率__随__温__度__升__高__而__增__加__；__超__过__4_0_℃__，__双__氧__水__分__解__与__氨__气__逸__出__导__致__ _T_iO__2_·x_H__2O__转__化__反__应__速__率__下__降__。
阳极放电的是OH－，电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌 后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。
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解析 答案
3.[2018·全国卷Ⅲ，27(1)(2)]KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食 盐中的补碘剂。回答下列问题： (1)KIO3的化学名称是_碘__酸__钾___。
(列式计算)。
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。
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答案
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_2_F_e_P_O_4_＋___ _L_i_2C__O_3_＋__H_2_C_2_O_4_=高_=_=温_=_=_2_L_i_F_e_P_O__4＋__H__2O__＋__3_C_O_2_↑__。
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解析 答案
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：
①pH＝4.1时，Ⅰ中为_N_a_H__S_O_3_溶液(写化学式)。 解析 酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。
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解析 答案
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是_得__到__N_a_H__S_O_3_过__饱___ _和__溶__液__。
解析 溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为 Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。
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解析 答案
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_Z_n_2_＋_＋__2_e_－_=_=_=__ _Z_n__；沉积锌后的电解液可返回_溶__浸__工序继续使用。
解析 电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋和H＋。因为溶 液中的Zn2＋浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2＋＋2e－===Zn，
解析 工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过 饱和溶液。
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解析 答案
2.(2018·全国卷Ⅱ，26)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(Mn＋)＝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：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入 几滴硝酸。加入硝酸的目的是_将__F_e_2_＋_氧__化__为__F_e_3_＋_，还可使用_双__氧__水__代 替硝酸。
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解析 答案
(2)沉淀A的主要成分是_S_i_O_2_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反 应的化学方程式为_S_i_O_2_＋__4_H_F_=__=_=_S_iF_4_↑__＋__2_H__2O__。
浸出率
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过 滤除去的过程
水浸
与水接触反应或溶解
过滤
固体与液体的分离
滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的 蒸发结晶
溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等
酸作用 碱பைடு நூலகம்用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂 质离子等 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促 进水解(沉淀)
3.常见操作的答题考虑角度
常见的操作
答题要考虑的角度
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作；
分离、提纯 从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—
过滤—(洗涤、干燥)
绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用 提高原子利用率
率、能量的充分利用)
在空气中或在其 他气体中进行的 反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或 能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
判断沉淀是 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
否洗涤干净
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解析 答案
(2)“酸浸”后，钛主要以 TiOCl24－ 形式存在，写出相应反应的离子方程 式：_F_e_T_i_O_3_＋__4_H_＋__＋__4_C_l－__=_=_=_F_e_2_＋_＋__T_i_O_C_l_24_－＋__2_H__2_O__。
解析 反应物有FeTiO3，由生成物有TiOCl24－可知，反应物中还含有Cl－， 生成物中还有Fe2＋，注意酸性条件，用H＋平衡电荷，配平。
解析 温度低，转化速率慢，单位时间内转化效率低，温度过高，
H2O2分解，NH3挥发，导致转化速率慢。注意：取的是相同时间内的 转化率。
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解析 答案
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为__4__。 解析 由化合物中所有元素化合价代数和为0，有15个O原子共22价， 设－2价氧原子为x个，－1价氧原子则为(15－x)个，有－2x－(15－x)＝ －22，x＝7，则－1价O原子共8个，即有4个过氧键。
①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子
形成氢氧化物沉淀)
控制溶液的 ②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
pH
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、
二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率：使催化剂达到最大活性 控制温度(常 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点 用水浴、冰 挥发 浴或油浴) ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可 以减少能源成本，降低对设备的要求
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解析 答案
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有_P_b_S__O_4_；氧化除杂工序中ZnO的作用 是_调__节__溶__液__的__p_H_，若不通入氧气，其后果是_无__法__除__去__杂__质__F_e_2_＋__。
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解析 答案
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为 _C__d_2＋__＋__Z_n_=_=_=_C_d_＋__Z__n_2＋__。