實踐素養(yǎng)檢測()　無機化工流程題1．(2021·湖南高考)Ce2(CO3)3可用于催化劑載體及功能材料的制備。天然獨居石中，鈰(Ce)主要以CePO4形式存在，還含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物質。以獨居石為原料制備Ce2(CO3)3·nH2O的工藝流程如下：回答下列問題：(1)鈰的某種核素含有58個質子和80個中子，該核素的符號為________。(2)為提高“水浸”效率，可采取的措施有___________________________________________________________________________________________________(至少寫兩條)。(3)濾渣Ⅲ的主要成分是________(填化學式)。(4)加入絮凝劑的目的是____________________________________________________。(5)“沉鈰”過程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的離子方程式為_______________________，常溫下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“堿性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)。(6)濾渣Ⅱ的主要成分為FePO4，在高溫條件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制備電極材料LiFePO4，同時生成CO和H2O，該反應的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由質量數(shù)＝質子數(shù)＋中子數(shù)可知，鈰的質量數(shù)＝58＋80＝138，因此該核素的符號為Ce。(2)為提高“水浸”效率，可采取攪拌、適當升高溫度、研碎等措施。(3)根據流程及題中信息分析可知，濾渣Ⅰ為SiO2、CaSO4，濾渣Ⅱ為FePO4，濾渣Ⅲ的主要成分為Al(OH)3。(4)加入絮凝劑的目的是使懸浮粒子聚集變大，加快粒子聚沉速度，更快地形成沉淀。(5)“沉鈰”過程中，Ce3＋與HCO反應生成Ce2(CO3)3·nH2O，反應的離子方程式為2Ce3＋＋6HCO＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑；由于NH水解溶液顯酸性，HCO水解溶液顯堿性，根據題中提供的電離平衡常數(shù)，可計算出NH的水解平衡常數(shù)為＝≈5.71×10－10，HCO的水解平衡常數(shù)為＝≈2.3×10－8，所以HCO的水解程度大于NH的水解程度，所以溶液顯堿性。(6)根據題中信息，可知反應物為Li2CO3、C6H12O6和FePO4，生成物為LiFePO4、CO和H2O，根據元素的化合價變化，C：＋4價→＋2價，0價→＋2價，Fe：＋3價→＋2價，則反應的化學方程式為6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑。答案：(1)Ce(2)攪拌、適當升高溫度(合理即可)(3)Al(OH)3(4)促進Al(OH)3膠體聚沉，便于分離(5)2Ce3＋＋6HCO＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑　堿性(6)6FePO4＋3Li2CO3＋C6H12O66LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑2．(2021·全國乙卷)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH3.24.711.113.8 回答下列問題：(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉化為相應的硫酸鹽。寫出Al2O3轉化為NH4Al(SO4)2的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________。(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是____________________。(3)“母液①”中Mg2＋濃度為__________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最適合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。(5)“酸溶”后，將溶液適當稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應的離子方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經處理得________，循環(huán)利用。解析：(1)“焙燒”中，Al2O3和(NH4)2SO4反應生成NH4Al(SO4)2，同時放出NH3，反應的化學方程式為Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由題表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀時的pH分別為3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步調節(jié)pH至11.6的過程中，依次析出的金屬離子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依據Mg2＋完全沉淀時的pH＝11.1，可知此時c(OH－)＝10－2.9 mol·L－1，此時c(Mg2＋)＝10－5 mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步調節(jié)pH至11.6時，c(OH－)＝10－2.4 mol·L－1，則c(Mg2＋)＝＝10－6 mol·L－1。(4)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，為了盡可能減少酸溶液的揮發(fā)而造成不必要的損失且保證TiO2可以完全溶解，故最好選擇硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙燒”生成CaSO4固體，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分為SiO2、CaSO4。(5)由題意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，該反應的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分為硫酸銨和氨水，母液②的主要成分為硫酸，混合后吸收尾氣NH3，經處理可得到(NH4)2SO4，循環(huán)利用。答案：(1)Al2O3＋4(NH4)2SO42NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸　SiO2　CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2OTiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO43．(2021·廣東高考)對廢催化劑進行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物，一種回收利用工藝的部分流程如下：已知：25 ℃時，H2CO3的Ka1＝4.5×10－7，Ka2＝4.7×10－11；Ksp(BaMoO4)＝3.5×10－8；Ksp(BaCO3)＝2.6×10－9；該工藝中，pH>6.0時，溶液中Mo元素以MoO的形態(tài)存在。(1)“焙燒”中，有Na2MoO4生成，其中Mo元素的化合價為________。(2)“沉鋁”中，生成的沉淀X為________。(3)“沉鉬”中，pH為7.0。①生成BaMoO4的離子方程式為____________________________________________。②若條件控制不當，BaCO3也會沉淀。為避免BaMoO4中混入BaCO3沉淀，溶液中c(HCO)∶c(MoO)＝____________________(列出算式)時，應停止加入BaCl2溶液。(4)①濾液Ⅲ中，主要存在的鈉鹽有NaCl和Y，Y為________。②往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后，通入足量________(填化學式)氣體，再通入足量CO2，可析出Y。解析：(1)根據化合物Na2MoO4中Na為＋1價，O為－2 價，由化合物中化合價代數(shù)和為0，可計算出Na2MoO4中Mo元素的化合價為＋6價。(2)“750 ℃焙燒”時，廢催化劑中的氧化鋁發(fā)生反應：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，“濾液Ⅰ”中主要存在NaAlO2和Na2MoO4，通入過量CO2時，發(fā)生反應：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，生成的沉淀X為Al(OH)3。(3)由(2)的分析可知“濾液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4，①“濾液Ⅱ”中加入BaCl2溶液生成BaMoO4的離子方程式為MoO＋Ba2＋===BaMoO4↓。②開始生成BaCO3時，溶液中＝＝，又因為Ka2＝＝4.7×10－11，由于“沉鉬”中，pH為7.0，則＝＝，因此可得＝×。(4)①由于“濾液Ⅱ”的主要成分是NaHCO3和Na2MoO4，加入適量BaCl2溶液“沉鉬”后，“濾液Ⅲ”中主要存在的鈉鹽有NaCl和NaHCO3，則Y為NaHCO3。②由“濾液Ⅲ”制備NaHCO3，原理類似侯氏制堿法，加入NaCl固體后，通入足量堿性氣體NH3，再通入足量CO2，發(fā)生反應：NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3、NH4HCO3＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，析出溶解度較小的NaHCO3固體。答案：(1)＋6價　(2)Al(OH)3　(3)①MoO＋Ba2＋===BaMoO4↓　②×(4)①NaHCO3　②NH34．(2021·湖北適應性考試)某化學興趣小組通過查閱文獻，設計了從某廠陽極泥(成分為Cu、Ag2Se、Au、Pt)中回收貴重金屬的工藝，其流程如圖所示。回答下列問題：(1)寫出“焙燒”時，生成SeO2的化學反應方程式________________________。(2)“濾液”中的金屬陽離子有____________________；“酸浸氧化”中通入氧氣的目的是______________________、________________________。(3)“酸溶”時Pt、Au分別轉化為[PtCl6]2－和[AuCl4]－，寫出Au溶解的離子方程式________________________________________________________________________。(4)可從“有機層”回收的金屬是________；實驗室“萃取分液”的玻璃儀器有__________、____________。(5)電解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的陰極反應式為____________________。解析：陽極泥(成分為Cu、Ag2Se、Au、Pt)通入氧氣焙燒得CuO、Ag2O、SeO2、Au、Pt，Se以SeO2形式除去，燒渣的成分為CuO、Ag2O、Au、Pt；將燒渣酸浸氧化，CuO、Ag2O溶解，濾液為硝酸銅、硝酸銀溶液，濾渣為Au、Pt；酸溶時，Au、Pt轉化為[AuCl4]－、[PtCl6]2－，用磷酸三丁酯萃取分液，得到H2[PtCl6]的有機溶液，水層為H[AuCl4](aq)，加入KOH、(NH4)2SO3轉化為NH4[Au(SO3)2]。　(1)“焙燒”時，Ag2Se被氧氣氧化生成SeO2和Ag2O，反應的化學方程式為2Ag2Se＋3O22SeO2＋2Ag2O。(2)由分析可知“濾液”中的金屬陽離子有Cu2＋、Ag＋；燒渣中可能還含有Cu、SeO2，與硝酸直接反應會產生NO有毒氣體，因此“酸浸氧化”中通入氧氣的目的是氧化可能存在的Cu、SeO2；防止硝酸產生的NO排放到空氣中污染空氣。(3)“酸溶”時Pt、Au分別轉化為[PtCl6]2－和[AuCl4]－，則Au溶解的離子方程式為2Au＋3Cl2＋2Cl－===2[AuCl4]－。(4)由分析可知，可從“有機層”回收的金屬是Pt；實驗室“萃取分液”的玻璃儀器有燒杯、分液漏斗。(5)電解NH4[Au(SO3)2]溶液回收Au的陰極反應式為Au3＋＋3e－===Au。答案： (1)2Ag2Se＋3O22SeO2＋2Ag2O(2)Cu2＋、Ag＋　氧化可能存在的Cu、SeO2　防止硝酸產生的NO排放到空氣中污染空氣(3)2Au＋3Cl2＋2Cl－===2[AuCl4]－(4)Pt　燒杯　分液漏斗(5)Au3＋＋3e－===Au5．(2021·湖南適應性考試)蛋殼是一種很好的綠色鈣源，其主要成分為CaCO3。以蛋殼為原料制備葡萄糖酸鈣晶體{M[Ca(C6H11O7)2·H2O]＝448 g·mol－1}，并對其純度進行測定，過程如下：步驟Ⅰ.葡萄糖酸鈣晶體的制備步驟Ⅱ.產品純度測定——KMnO4間接滴定法①稱取步驟Ⅰ中制得的產品0.600 g置于燒杯中，加入蒸餾水及適量稀鹽酸溶解；②加入足量(NH4)2C2O4溶液，用氨水調節(jié)pH為4～5，生成白色沉淀，過濾、洗滌；③將②洗滌后所得的固體溶于稀硫酸溶液中，用0.020 00 mol·L－1 KMnO4標準溶液滴定，消耗KMnO4標準溶液25.00 mL。根據以上兩個步驟，回答下列問題：(1)以上兩個步驟中不需要使用的儀器有________(填字母)。(2)步驟Ⅰ中“操作a”是________________、過濾、洗滌、干燥。(3)步驟Ⅱ中用氨水調節(jié)pH為4～5的目的為__________________________________________________________________________________________________________。(4)用KMnO4標準溶液滴定待測液的反應原理為______________________________(用離子方程式表示)，判斷滴定達到終點的現(xiàn)象為______________________________________________________________________________________________________________。(5)根據以上實驗數(shù)據，測得產品中葡萄糖酸鈣晶體的純度為________(保留三位有效數(shù)字)。解析：蛋殼的主要成分是碳酸鈣，洗滌、干燥后灼燒蛋殼，碳酸鈣在高溫下發(fā)生分解反應生成氧化鈣和二氧化碳，加水浸泡后氧化鈣和水反應生成氫氧化鈣，控制溶液pH在6～7的范圍內，加入葡萄糖酸溶液，氫氧化鈣與葡萄糖酸溶液反應生成葡萄糖酸鈣和水，過濾得到葡萄糖酸鈣溶液，經蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到葡萄糖酸鈣晶體。(1)過濾時要用到漏斗、灼燒時要用到坩堝、滴定時要用到酸式滴定管，則步驟Ⅰ和Ⅱ中不需要使用的儀器是圓底燒瓶，故答案為C。(2)由分析可知，步驟Ⅰ中操作a是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。(3)加入蒸餾水及適量稀鹽酸溶解產品后所得溶液為酸性溶液，酸性溶液中加入飽和(NH4)2C2O4溶液，C2O會與氫離子反應導致濃度降低而不能生成沉淀，則向溶液中滴加氨水調節(jié)pH為4～5的目的是中和溶液中的氫離子，增大溶液中C2O濃度，有利于鈣離子完全轉化為草酸鈣沉淀。(4)用高錳酸鉀標準溶液滴定待測液的反應原理為酸性條件下，高錳酸鉀溶液與草酸溶液發(fā)生氧化還原反應生成硫酸鉀、硫酸錳、二氧化碳和水，反應的離子方程式為5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O；當草酸與高錳酸鉀溶液完全反應后，再滴入一滴高錳酸鉀標準溶液，溶液會由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內不褪色。(5)由題意可得如下關系式：5Ca(C6H11O7)·H2O～5CaC2O4～5H2C2O4～2MnO，則Ca(C6H11O7)·H2O的物質的量為×0.020 00 mol·L－1×0.025 L＝1.250×10－3 mol，產品中葡萄糖酸鈣晶體的純度為×100%≈93.3%。答案： (1)C　(2)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶(3)中和溶液中的H＋，增大溶液中C2O濃度，使Ca2＋完全沉淀(4)5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O　滴入最后一滴高錳酸鉀標準溶液，溶液由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內不褪色(5)93.3% 

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