2020届高三化学工业流程专题训练试题及答案

2020 届高三化学工业流程专题训练试题及答案 1、（2020 年北京西城 4 月模拟）我国化学家侯德榜发明的“侯氏制碱法”联合合成氨 工业生产纯碱和氮肥，工艺流程图如下。碳酸化塔中的反应：NaCl+NH3+CO2+H2O== NaHCO3↓+NH4Cl。 下列说法不正确的是 A．以海水为原料，经分离、提纯和浓缩后得到饱和氯化钠溶液进入吸氨塔 B．碱母液储罐“吸氨”后的溶质是 NH4Cl 和 NaHCO3 C．经“冷析”和“盐析”后的体系中存在平衡 NH4Cl(s) NH4+(aq) + Cl－(aq) D．该工艺的碳原子利用率理论上为 100% 答案：B 2、(2019·四川省教考联盟高三第三次诊断性考试)处理锂离子二次电池正极废料铝钴膜(含有 LiCoO2、Al 等)的一种工艺如下： 下列有关说法不正确的是(　　) A．碱浸的目的是溶解铝 B．酸溶时 H2O2 被还原 C．H2SO4/H2O2 可改用浓盐酸 D．铝、钴产物可再利用 答案　B 3、(2019·佛山市南海区七校联合体模拟)以高硫铝土矿(主要成分为 Al 2O3、Fe2O3，还含有 少量 FeS2)为原料，生产氧化铝并获得 Fe3O4 的部分工艺流程如下，下列叙述不正确的是(　　) A．加入 CaO 可以减少 SO2 的排放同时生成建筑材料 CaSO4B．向滤液中通入过量 CO2、过滤、洗涤、灼烧沉淀可制得 Al2O3 C．隔绝空气焙烧时理论上反应消耗的 n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶5 D．烧渣分离可以选择用磁铁将烧渣中的 Fe3O4 分离出来 答案　C 4、磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷 酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下： 下列叙述错误的是(　　) A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用 B．从“正极片”中可回收的金属元素有 Al、Fe、Li C．“沉淀”反应的金属离子为 Fe3＋ D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠[来源:学,科,网] 答案　D 5、碱式氯化铜[CuaClb(OH)c·xH2O]是一种重要的无机杀虫剂，它可以通过以下步骤制备。 步骤 1：将铜粉加入稀盐酸中，并持续通入空气发生反应生成 CuCl2。已知 Fe3＋对该反应有 催化作用，其催化原理如 下图所示。 步骤 2：在制得的 CuCl2 溶液中，加入石灰乳充分反应后即可制备碱式氯化铜。 下列有关说法正确的是(　　) A．a、b、c 之间的关系式为：a＝b＋c B．图中 M、N 分别为 Fe2＋、Fe3＋ C．步骤 1 充分反应后，加入少量 CuO 是为了除去 Fe3＋ D．若制备 1mol 的 CuCl2，理论上消耗 11.2LO2 答案　C 6、(2019·临沂市普通高考模拟)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。 采用废易拉罐制备明矾的过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　)A．合理处理易拉罐有利于环境保护和资源再利用 B．从易拉罐中可回收的金属元素有 Al、Fe C．“沉淀”反应的金属离子为 Fe3＋ D．上述流程中可用 NaHSO4 代替 NaHCO3 答案　D 7、（2020 年北京人附中 3 月）As2O3 在医药、电子等领域有重要应用。某含砷元素 （As）的工业废水经如下流程转化为粗 As2O3。 （1） “碱浸”的目的是将废水中的 H3AsO3 和 H3AsO4 转化为盐。H3AsO4 转化为 Na3AsO4 反应 的化学方程式是________。 （2） “氧化”时，1 mol AsO 33－转化为 AsO43－至少需要 O2________mol。 （3） “沉砷”是将砷元素转化为 Ca5(AsO4)3OH 沉淀，发生的主要反应有： a．Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH－(aq) ΔH ＜0 b．5Ca2+ + OH－ + 3AsO43－ Ca5(AsO4)3OH ΔH ＞0 研究表明：“沉砷”的最佳温度是 85℃。用化学平衡原理解释温度高于 85℃后，随温度升 高沉淀 率下降的原因是________。 （4）“还原”过程中 H3AsO4 转化为 H3AsO3，反应的化学方程式是________。 （5） “还原”后加热溶液，H3AsO3 分解为 As2O3，同时结晶得到粗 As2O3。As2O3 在不同 温度和不同浓度硫酸中的溶解度（S）曲线如右图所示。为了提高粗 As2O3 的沉淀率，“结晶” 过程进行的操作是 ________。 （6）下列说法中，正确的是________（填字母）。 a．粗 As2O3 中含有 CaSO4 b．工业生产中，滤液 2 可循环使用，提高砷的回收率 c．通过先“沉砷”后“酸化”的顺序，可以达到富集砷元素的目的 【答案】 (1). H3AsO4 + 3NaOH == Na3AsO4 + 3H2O (2). 0.5 (3). 温度升高，反应 a 平衡逆向移动，c(Ca2+)下降，使反应 b 中 Ca5(AsO4)3OH 沉淀率下降 (4). H3AsO4 + H2O + SO2 == H3AsO3 + H2SO4 (5). 调硫酸浓度约为 7 mol·L－1，冷却至 25℃，过滤 (6). abc 8（2020 年四川宜宾）锡酸钠用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。以锡锑渣(主要 含 Sn、Sb、As、Pb 的氧化 物)为原料，制备锡酸钠的工艺流程图如下： 请回答下列问题： （1）Sn(ⅣA)、As(VA)、Sb(VA)三种元素中，As 和 Sb 最高正化合价为______，Sn 的原子 序数为 50，其原子结构示意图为_______。 （2）从溶液中得到锡酸钠晶体的实验操作是_______、趁热过滤、干燥。 （3）“碱浸”时，若 SnO 含量较高，工业上则加入 NaNO3，其作用是_________________； 如图是“碱浸”实验的参数，请选择“碱浸”的合适条件______________。 （ 4 ） “ 脱 铅 ” 是 从 含 Na2PbO2 的 溶 液 中 形 成 硫 化 铅 渣 ， 其 离 子 方 程 式 为 ____________________________________。 （5）“脱锑”时发生的化学方程式为_______________________________。 答案：+5 蒸发结晶把 SnO 氧化成 SnO32-100g·L-1 烧碱浓度、温度 85℃ PbO22- + S2- + 2H2O═PbS↓+ 4OH- 5Sn + 4Na3SbO4 + H2O ═ 4Sb + 5Na2SnO3 + 2NaOH 9（2020 年北京西城 4 月）生物浸出是用细菌等微生物从固体中浸出金属离子，有速率快、 浸出率高等特点。氧化亚铁硫杆菌是一类在酸性环境中加速 Fe2+氧化的细菌，培养后能 提供 Fe3+，控制反应条件可达细菌的最大活性，其生物浸矿机理如下图。 反应 1 反应 2（1）氧化亚铁硫杆菌生物浸出 ZnS 矿。 ①反应 2 中有 S 单质生成，离子方程式是______。 ②实验表明温度较高或酸性过强时金属离子的浸出率均偏低，原因可能是______。 （2）氧化亚铁硫杆菌生物浸出废旧锂离子电池中钴酸锂（LiCoO2）与上述浸出机理相似， 发生反应 1 和反应 3：LiCoO2 +3Fe3+== Li++ Co2++3Fe2++O2↑ ①在酸性环境中，LiCoO2 浸出 Co2+的总反应的离子方程式是______。 ②研究表明氧化亚铁硫杆菌存在时，Ag+对钴浸出率有影响，实验研究 Ag+的作用。 取 LiCoO2 粉末和氧化亚铁硫杆菌溶液于锥形瓶中，分别加入不同浓度 Ag+的溶 液，钴浸出率（图 1）和溶液 pH（图 2）随时间变化曲线如下： Ⅰ．由图 1 和其他实验可知，Ag+能催化浸出 Co2+，图 1 中的证据是______。 Ⅱ．Ag+是反应 3 的催化剂，催化过程可表示为： 反应 4：Ag++LiCoO2== AgCoO2+Li+ 反应 5：…… 反应 5 的离子方程式是______。 Ⅲ．由图 2 可知，第 3 天至第 7 天，加入 Ag+后的 pH 均比未加时大，结合反应 解释其原因： 。 答案（1）①ZnS+2Fe3+== Zn2++S+2Fe2+ ②细菌的活性降低或失去活性（1 分） （2）①4LiCoO2 +12H+==== 4Li++4Co2++6H2O +O2↑ ②Ⅰ．加入 Ag+明显提高了单位时间内钴浸出率，即提高了钴浸出速率 Ⅱ．AgCoO2+3Fe3+== Ag++ Co2++3Fe2++O2↑ Ⅲ．加入 Ag+催化了反应 3，使 LiCoO2 浸出的总反应的化学反应速率加快，相 同时间内消耗 H+更多，故加入 Ag+后的 pH 比未加时大 10、(2019·河南省部分省示范性高中 1 月联考，27)铍铜是广泛应用于制造高级 图 1 不同浓度 Ag+作用下钴浸出率变化曲线 图 2 不同浓度 Ag+作用下溶液中 pH 变化曲线 细菌弹性元件的良好合金。某科研小组从某度旧铍铜元件(含 25% BeO、71% CuS、 少量 FeS 和 SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下： 已知：Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似； Ⅱ.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表： 难溶物 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2 溶度积常数(Ksp) 2.2×10－20 4.0×10－38 2.1×10－13 (1)滤液 A 的主要成分除 NaOH 外，还有________(填化学式)，写出反应 I 中含铍 化合物与过量盐酸反应的离子方程式：______________________________。 (2)①滤液 C 中含 NaCl、BeCl2 和少量 HCl，为提纯 BeCl2，最合理的实验步骤顺 序为________(填字母)。 a．加入过量的氨水 b．通入过量的 CO2 c．加入过量的 NaOH d．加入适量的 HCl e．洗涤 f．过滤 ②从 BeCl2 溶液中得到 BeCl2 固体的操作是________。 (3)①MnO2 能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。写出反应Ⅱ中 CuS 发生反 应的化学方程式：___________________________。 ②若用浓 HNO3 溶解金属硫化物，缺点是________(任写一条)。 (4)滤液 D 中 c(Cu2＋)＝2.2 mol·L －1、c(Fe3＋)＝0.008 mol·L －1、c(Mn2＋)＝0.01 mol·L－1，逐滴加入稀氨水调节 pH 可将其依次分离，首先沉淀的是________(填 离子符号)，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的 pH 大于________。 (5)电解 NaCl－BeCl2 混合熔盐可制备金属铍，下图是电解装置图。①电解过程中，加入氯化钠的目的是________。 ②石墨电极上的电极反应式为________。 ③电解得到的 Be 蒸气中约含 1%的 Na 蒸气除去 Be 中少量 Na 的方法为 ________。 已知部分物质的熔、沸点如下表： 物质 熔点(K)[ 沸点(K) Be 1 551 3 243 Na[来源:学*科*网] 370 1 156 解析　(1)由题中信息可知，Be、SiO2 与氢氧化钠反应生成 Na2BeO2、Na2SiO3， Na2BeO2 与 HCl 反应生成 BeCl2，离子方程式为：BeO2－2 ＋4H＋===Be2＋＋2H2O； (2)①由于 Be 的性质与 Al 相似，所以 Be 具有两性，用氨水使 Be2＋全部沉淀， 再过滤，将 Be(OH)2 洗涤后，加入盐酸最终转化成 BeCl2；②由于 Be2＋易水解， 所以从氯化铍溶液中得到纯净的 BeCl2，需要在 HCl 气流中蒸发结晶；(3)①MnO2 能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，所以化学反应方程式为：MnO2＋CuS ＋2H2SO4===MnSO 4＋S＋CuSO4 ＋2H2O；②由于 HNO3 的氧化性很强，在反应 中会产生氮的氧化物，对空气造成污染，所以我们不选用浓硝酸；(4)根据 Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，当溶液中 c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1 时， 计算可得 c(OH－)＝10－10 mol/L，即当 c(OH－)＝10－10 mol/L 时，即 pH＝4 时，Cu2 ＋开始沉淀；根据 Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(Fe3＋)＝0.008 mol/L，可得到 c(OH－)＝3.6 8×10－13 mol/L，即当 c(OH－)＝3.68×10－13 mol/L 时，Fe3＋开始沉淀；根据 Ksp[Mn(OH)2]＝2.1×10－13＝c(Mn2＋)·c2(OH－)，c(Mn2 ＋)＝0.01 mol/L，可得到 c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L，即当 c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L 时，Mn2＋开始沉淀；由计算可知，Fe3＋先沉淀，其次是 Cu2＋，最后是 Mn2 ＋；(5)①电解过程中，加入氯化钠是为了增大导电性即降低电解质熔融状态的温 度，节约能耗；②石墨电极生成金属 Be，电极反应方程式为：Be2＋＋2e－===Be； ③图表信息可知 Na 和 Be 的熔、沸点 差距很大，分离 Na 蒸气和 Be 蒸气可以控 制温度 1 156～3 243 K 之间冷却。 答案　(1)Na2BeO2、Na2SiO3　BeO2－2 ＋4H＋===Be2＋＋2H2O (2)①afed　②要在 HCl 气流中蒸发结晶 (3)①MnO2＋CuS＋2H 2SO4===MnSO4＋S＋CuSO 4＋2H2O　②会产生污染环境 的气体 (4)Fe3＋　4 (5)①降低电解质的熔融温度，降低能耗　②Be2＋＋2e－===Be　③可以控制温度 1 156～3 243 K 之间冷却 11 以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取 MgSO4·7H2O 的过程如图所示： 硼镁泥的主要成分如下表： MgO SiO2 FeO、Fe2O3 CaO Al2O3 B2O3 30%～40% 20%～25% 5%～15% 2%～3% 1%～2% 1%～2% 回答下列问题： (1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣 1”中主要含有________(写化 学式)。 (2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________、________． (3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_________________________。 (4)分离滤渣 3 应趁热过滤的原因是________________。 答案　(1)浓硫酸　SiO2 (2)氧化亚铁离子　调节溶液 pH，促进铁离子、铝离子转化为沉淀(3)取少量上层清液于洁净试管中，滴入几滴 KSCN 溶液，若无明显现象，则证 明除杂基本完成 (4)蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙，防止硫酸镁结晶析出 氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下： 已知：①菱锰矿的主要成分是 MnCO3，还含少量 Fe、Al、Ca、Mg 等元素。 ②相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol/L]形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下： 金属离子 Al3＋ Fe3＋ Fe2＋ Ca2＋ Mn2＋ Mg2＋ 开始沉淀的 pH 3.8 1.5 6.3 10.6 8.8 9.6 沉淀完全的 pH 5.2 2.8 8.3 12.6 10.8 11.6 ③常温下，CaF2、MgF2 的溶度积分别为 1.46×10－10、7.42×10－11。 回 答下列问题： (1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为________。 分析下列图 1，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为 500 ℃。分析选择 反应温度为 500 ℃的原因______________________________。 (2)浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入 MnO2 将 Fe2＋氧化为 Fe3＋，反应的 离子方程式为________________________________；再调节溶液的 pH 将 Al3＋、 Fe3＋变为沉淀除去，溶液 pH 的范围为_ _______；然后加入 NH4F 将 Ca2＋、Mg2＋变为 CaF2、MgF2 沉淀除去，两种沉淀共存时溶液中c（Ca2＋） c（Mg2＋）＝________。 (3)碳化结晶时，反应的离子方程式为____________________________。 (4)MnCO3 在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度 的 变 化 如 图 2 所 示 ， 300 ℃ ～ 770 ℃ 范 围 内 ， 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ____________________________________________________。 图 2 解析　(1)焙烧过程中发生的主要反应的化学方程式为：MnCO3＋2NH4Cl ===== △ MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；温度过低，反应速率慢、浸出率低；随着温度 的升高，锰浸出率逐渐升高，但在 500 ℃以后，锰浸出率增加缓慢，并且在 500 ℃时，锰浸出率已经达到 95%以上，温度过高，浸出率变化不大，成本增加，故 焙烧温度取 500 ℃即可；(2)净化除杂中加入 MnO2 将 Fe2＋氧化为 Fe3＋，反应的 离子方程式为：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；由表可知，Fe3＋、 Al3＋完全沉淀的 pH 分别为 2.8 和 5.2，Mn2＋开始沉淀 pH 为 8.8，故若要将 Al3 ＋、Fe3＋变为沉淀除去，但 Mn2＋不能沉淀，故需调节 pH 的范围为 5.2≤pH