2020届高考化学二轮复习化工工艺流程专题卷

[专题针对训练]

1．(2018·高考北京卷)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

已知：磷精矿主要成分为Ca 5(PO 4)3(OH)，还含有Ca 5(PO 4)3F 和有机碳等。

溶解度：Ca 5(PO 4)3(OH)

(1)上述流程中能加快反应速率的措施有____________________________。

(2)磷精矿粉酸浸时发生反应：

2Ca 5(PO 4)3(OH)＋3H 2O ＋10H 2SO 4=====△

10CaSO 4·0.5H 2O ＋6H 3PO 4

①该反应体现出酸性关系：H 3PO 4________H 2SO 4(填“>”或“<”)。

②结合元素周期律解释①中结论：P 和S 电子层数相同，_______________________。

(3)酸浸时，磷精矿中Ca 5(PO 4)3F 所含氟转化为HF ，并进一步转化为SiF 4除去。写出生成HF 的化学方程式：_______________________________________________________。

(4)H 2O 2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO 2脱除，同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因：________________________________________________________________________。

(5)脱硫时，CaCO 3稍过量，充分反应后仍有SO 2－

4残留，原因是_________________；加入BaCO 3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式是____________________________。

(6)取a g 所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞做指示剂，用b mol ·L －1 NaOH 溶液滴定至终点时生成Na 2HPO 4，消耗NaOH 溶液c mL 。精制磷酸中H 3PO 4的质量分数是________。(已知：H 3PO 4摩尔质量为98 g·mol －1)

解析：(1)流程中能加快反应速率的措施有将磷精矿研磨，酸浸时进行加热。(2)①该反应符合复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。②比较硫酸与磷酸的酸性强弱，可以比较S 与P 的非金属性强弱。结合元素周期律可以比较S 、P 的原子半径、核电荷数。(3)根据元素守恒可写出反应的化学方程式。(4)有机碳的脱除率受两个因素的共同影响：一方面，温度越高，反应速率越快，在相同投料比、相同反应时间内，有机碳的脱除率越高；另一方面，温度升高可使较多的H 2O 2分解，氧化剂的量减少，使得有机碳的脱除率降低。80 ℃后，H 2O 2分解对有机碳脱除率的影响超过了温度升高的影响，导致脱除率逐渐降低。(5)脱硫是用CaCO 3除去剩余的硫酸，由于生成的硫酸钙是微溶物，所以即使CaCO 3过量，充分反应后仍有SO 2－4残留。加入BaCO 3可使CaSO 4转化为更难溶的BaSO 4，进一步提高硫的脱除率。

(6)H 3PO 4 ＋ 2NaOH===Na 2HPO 4＋2H 2O

98 g 2 mol

m (H 3PO 4) 10－3bc mol

m (H 3PO 4)＝4.9×10－2bc g ，则精制磷酸中H 3PO 4的质量分数为4.9×10－2bc g a g ×100%＝4.9bc a %＝0.049bc a

。 答案：(1)研磨、加热

(2)①< ②核电荷数PS ，得电子能力P

(3)2Ca 5(PO 4)3F ＋10H 2SO 4＋5H 2O=====△

10CaSO 4·0.5H 2O ＋6H 3PO 4＋2HF

(4)80 ℃后，H 2O 2分解速率大，浓度显著降低

(5)CaSO 4微溶 BaCO 3＋SO 2－4＋2H 3PO 4===BaSO 4＋CO 2↑＋H 2O ＋2H 2PO －

4

(6)0.049bc a

2．(2017·高考全国卷Ⅰ，T27，14分)Li 4Ti 5O 12和LiFePO 4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO 3，还含有少量MgO 、SiO 2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__________________。

(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl 2－

4形式存在，写出相应反应的离子方程式：

________________________________________________________________________。

(3)TiO 2·x H 2O 沉淀与双氧水、氨水反应40 min 所得实验结果如下表所示：

分析40 22。

(4)Li 2Ti 5O 15中Ti 的化合价为＋4，其中过氧键的数目为__________。

(5)若“滤液②”中c (Mg 2＋)＝0.02 mol·L －1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe 3＋恰好沉淀完全即溶液中c (Fe 3＋)＝1.0×10－5 mol ·L －1，此时是否有Mg 3(PO 4)2沉淀生成？

_______________________________________________________________(列式计算)。

FePO 4、Mg 3(PO 4)2的K sp 分别为1.3×10－22、1.0×10－24。

(6)写出“高温煅烧②”中由FePO 4制备LiFePO 4的化学方程式：

________________________________________________________________________。 解析：(1)从图像直接可以看出，铁的浸出率为70%时对应的温度、时间，符合温度升高，反应速率加快，值得注意的是，这类填空题可能有多个合理答案。(2)考查离子方程式书写。难点为生成物还有什么，钛酸亚铁中钛为＋4价，铁为＋2价，产物有氯化亚铁，比较FeTiO 3和TiOCl 2－

4知，

产物中一定有H 2O 。值得注意的是钛酸亚铁与盐酸反应是非氧化还原反应。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 ℃时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 ℃时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。(4)考查化学式与元素化合价关系。锂元素在化合物中只有一种化合价(＋1)，化合物中元素化合价代数和等于0，过氧键中氧显－1价，类似双氧水、过氧化钠。如果能求出－1价氧原子个数，就能求出过氧键数目，即过氧键数目等于－1价氧原子个数的一半。设Li 2Ti 5O 15中－2价、－1价氧原子个

数分别为x 、y 。有⎩⎪⎨⎪⎧x ＋y ＝152x ＋y ＝22，解得x ＝7，y ＝8。所以，过氧键数目为82＝4。(5)考查溶度积计算以及判断沉淀是否形成。分两步计算：①计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。

c (Fe 3＋)·c (PO 3－4)＝K sp (FePO 4)，c (PO 3－4)＝1.3×10－221.0×10

－5 mol ·L －1＝1.3×10－17 mol ·L －1。②混合后，溶液中镁离子浓度为c (Mg 2＋)＝0.01 mol·L －1，c 3(Mg 2＋)·c 2(PO 3－4)＝0.013×(1.3×10－17)2

＝1.7×10－40

答案：(1)100 ℃、2 h ，90 ℃、5 h

(2)FeTiO 3＋4H ＋＋4Cl －===Fe 2＋＋TiOCl 2－

4＋2H 2O

(3)低于40 ℃，TiO 2·x H 2O 转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨逸出导致TiO 2·x H 2O 转化反应速率下降

(4)4