大單元八綜合與應(yīng)用高考特訓18化學工藝流程(非選擇題)1.(2023·常熟檢測)納米鐵在廢水處理、材料研發(fā)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。以某鈦白粉廠副產(chǎn)品(主要含F(xiàn)eSO4，還含有TiOSO4、CoSO4、NiSO4等雜質(zhì))為原料制備納米鐵的流程如下：已知：Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CoS))＝1.8×10－22，Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS))＝1.0×10－21，Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(FeS))＝4.0×10－17，Kspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(CuOH2))＝2.0×10－20。當溶液中離子濃度小于1.0×10－5mol/L時，認為該離子沉淀完全。TiOSO4在溶液中以TiO2＋和SOeq\o\al(2－,4)形式存在。(1)結(jié)合離子方程式解釋“除鈦”時加入鐵粉的作用：TiO2＋水解生成H2TiO3的反應(yīng)為TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，加入鐵粉消耗H＋，促進水解正向進行，使TiO2＋轉(zhuǎn)化為難溶的H2TiO3而除去。(2)“除鈷鎳”完全后，溶液中ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Fe2＋))的最大值為0.4mol/L。(3)“還原”時NaBH4與FeSO4以物質(zhì)的量之比2∶1反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學方程式：2NaBH4＋FeSO4＋6H2O=7H2↑＋2H3BO3＋Fe↓＋Na2SO4。(4)用納米鐵去除廢水中的Cu2＋。常溫下，選擇Cu2＋初始濃度為2×10－4mol/L的廢水，控制納米鐵用量相同，測得Cu2＋去除率隨初始pH的變化如圖所示。寫出初始pH在3～6內(nèi)Cu2＋去除率隨初始pH增大緩慢上升，而初始pH在6～7內(nèi)Cu2＋去除率隨初始pH增大快速上升的原因：初始pH在3～6范圍內(nèi)，pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))減小，與H＋反應(yīng)的鐵減少，更多的鐵與Cu2＋反應(yīng)，Cu2＋去除率緩升；初始pH在6～7范圍內(nèi)，除了鐵與Cu2＋反應(yīng)外，pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH－))增大，Cu2＋沉淀生成Cu(OH)2，Cu2＋去除率迅速上升【解析】(2)當溶液中離子濃度小于1.0×10－5mol/L時，認為該離子沉淀完全，由Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CoS))＝1.8×10－22、Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS))＝1.0×10－21可知CoS更難溶，故當Ni2＋沉淀完全時Co2＋也已完全沉淀，Ni2＋沉淀完全時溶液中ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(S2－))＝eq\f(Ksp\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Ni2＋)))＝eq\f(1.0×10－21,1.0×10－5)mol/L＝1.0×10－16mol/L，溶液中Fe2＋濃度最大值為c(Fe2＋)＝eq\f(KspFeS,cS2－)＝eq\f(4.0×10－17,1.0×10－16)mol/L＝0.4mol/L。(3)2molNaBH4還原1molFeSO4時，NaBH4中氫由－1價升至H2中的0價，失去8mol電子，1molFeSO4轉(zhuǎn)化為納米鐵得2mol電子，故有H2O參加反應(yīng)且＋1價的氫得6mol電子生成H2，共生成7molH2，反應(yīng)的化學方程式為2NaBH4＋FeSO4＋6H2O=7H2↑＋2H3BO3＋Fe↓＋Na2SO4。(4)ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))較大時，H＋與鐵粉反應(yīng)消耗鐵，初始pH在3～6范圍內(nèi)，隨pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))減小，與H＋反應(yīng)的鐵減少，更多的鐵與Cu2＋反應(yīng)，Cu2＋去除率緩升；Cu2＋初始濃度為2×10－4mol/L，開始沉淀的c(OH－)＝eq\r(\f(2×10－20,2×10－4))mol/L＝10－8mol/L，pH＝6，故pH>6時Cu2＋開始沉淀，Cu2＋去除率迅速上升。2.(2024·丹陽中學)釹鐵硼磁鐵因其超強的磁性被譽為“永磁之王”。一種從釹鐵硼廢料[含釹(Nd，質(zhì)量分數(shù)為28.8%)、Fe、B]中提取氧化釹的工藝流程如下：已知：Nd穩(wěn)定的化合價為＋3；金屬釹的活動性較強，能與酸發(fā)生置換反應(yīng)；Nd(H2PO4)3難溶于水；硼不與稀硫酸反應(yīng)，但可溶于氧化性酸。(1)“酸溶”時，不可將稀硫酸換為濃硫酸的原因是濃硫酸會與硼反應(yīng)從而引入了雜質(zhì)離子，同時還會生成SO2等污染氣體。(2)在常溫下“沉釹”，當Nd(H2PO4)3完全沉淀時pH為2.3，溶液中c(Fe2＋)＝2mol/L。①寫出“沉釹”的化學方程式：6NaH2PO4＋Nd2(SO4)3=2Nd(H2PO4)3↓＋3Na2SO4。②“沉釹”完全時，無(填“有”或“無”)Fe(OH)2沉淀生成{常溫下，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16}。③“酸溶”后需調(diào)節(jié)溶液的pH＝1，若酸性太強，“沉釹”不完全，試分析其原因：若酸性太強，H＋與H2POeq\o\al(－,4)反應(yīng)生成H3PO4，導致H2POeq\o\al(－,4)濃度太小，沉淀不完全。(3)“焙燒”沉淀Nd2(C2O4)3·10H2O時生成無毒氣體，該反應(yīng)的化學方程式為2[Nd2(C2O4)3·10H2O]＋3O2eq\o(=,\s\up7(焙燒))2Nd2O3＋12CO2＋20H2O。(4)熱重法是測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的方法。草酸釹晶體[Nd2(C2O4)3·10H2O，式量為732]的熱重曲線如圖所示，加熱到450℃時，只剩余一種鹽，該鹽的化學式為Nd2O2CO3(計算過程見解析)【解析】(1)根據(jù)題給信息可知，硼不與稀酸反應(yīng)但是可溶于氧化性酸，若加入濃硫酸，濃硫酸會與硼反應(yīng)，引入了雜質(zhì)離子，同時還會生成SO2，污染空氣。(2)②Q＝c(Fe2＋)·c2(OH－)＝2.0×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10－14,10－2.3)))2＝2×10－23.4<8.0×10－16＝Ksp[Fe(OH)2]，則無Fe(OH)2沉淀生成(4)由題給信息，Mr[Nd2(C2O4)3·10H2O]＝732，其中結(jié)晶水的相對分子質(zhì)量為180，固體殘留率：eq\f(732－180,732)×100%≈75.4%，此時殘留固體為Nd2(C2O4)3；固體殘留率由75.4%→51.9%時，相對分子質(zhì)量減少172，設(shè)Nd2(C2O4)3分解減少x個C(x<6)和y個O(x、y為正整數(shù))，則12x＋16y＝172，解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝1,y＝10))(舍去)、eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝5,y＝7))，該鹽的化學式為Nd2O2CO3。3.(2023·揚州中學)以粉煤灰浸取液(含Al3＋、Li＋、Mg2＋、Cl－等)為原料制備電極材料LiFePO4的實驗流程如圖：(1)“焙燒”過程中AlCl3最終轉(zhuǎn)化為Al2O3和HCl(填化學式)。(2)“浸出”后的濾液中主要含Li＋、Mg2＋、Cl－等。已知Ksp[Mg(OH)2]＝5.5×10－12，欲使c(Mg2＋)≤5.5×10－6mol/L，“除雜”需要調(diào)節(jié)溶液的pH不低于11。(3)離子篩法“富集”鋰的原理如圖1所示。在堿性條件下，離子篩吸附Li＋容量較大，其可能原因為在堿性條件下，OH－與離子篩中H＋反應(yīng)，使離子篩留出更多“空位”，能吸附更多Li＋。圖1圖2(4)已知Li2CO3的溶解度曲線如圖2所示?！俺龄嚒狈磻?yīng)1h，測得Li＋沉淀率隨溫度升高而增加，其原因有隨溫度升高，“沉鋰”反應(yīng)速率加快，相同時間內(nèi)Li2CO3沉淀量增大；隨溫度升高，Li2CO3溶解度減小，Li2CO3沉淀量增大。(5)“合成”在高溫下進行，其化學方程式為Li2CO3＋H2C2O4＋2FePO4eq\o(=,\s\up7(高溫))2LiFePO4＋H2O＋3CO2↑?！窘馕觥?1)“焙燒”浸取液過程中，AlCl3水解最終轉(zhuǎn)化為Al2O3和HCl。(2)Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝5.5×10－12，欲使c(Mg2＋)≤5.5×10－6mol/L，則此時溶液中c(OH－)≥eq\r(\f(Ksp[MgOH2],cMg2＋))＝eq\r(\f(5.5×10－12,5.5×10－6))mol/L＝1×10－3mol/L，c(H＋)＝eq\f(Kw,cOH－)＝eq\f(10－14,1×10－3)mol/L＝1×10－11mol/L，故需要調(diào)節(jié)溶液的pH不低于11。(3)離子篩中含有H＋和Li＋，堿性條件下，OH－與離子篩中H＋反應(yīng)，使離子篩留出更多“空位”，能吸附更多Li＋。(4)溫度越高，Li2CO3溶解度越小，越易產(chǎn)生沉淀；“沉鋰”發(fā)生反應(yīng)：2Li＋＋COeq\o\al(2－,3)=Li2CO3↓，溫度越高，反應(yīng)速率越大，相同時間內(nèi)產(chǎn)生Li2CO3的量越大，故“沉鋰”反應(yīng)1h，測得Li＋沉淀率隨溫度升高而增加。4.(2024·如東中學)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，實現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。(1)在一定溫度下，用硫酸浸取已粉碎的鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為適當增大硫酸濃度(答案合理即可)(答出一條即可)。(2)“氧化”中，混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強氧化性的過一硫酸(H2SO5)，寫出H2SO5的結(jié)構(gòu)式：。(3)“氧化”中，用石灰乳調(diào)節(jié)pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化為MnO2，該反應(yīng)的離子方程式為H2O＋Mn2＋＋HSOeq\o\al(－,5)=MnO2↓＋SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋(H2SO5的電離第一步完全，第二步微弱)。(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變，Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如圖1。SO2體積分數(shù)為9%時，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；繼續(xù)增大SO2體積分數(shù)時，Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是SO2有還原性，過多將會降低H2SO5的濃度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率。圖1圖2(5)將“鈷鎳渣”酸溶后，進行如圖2流程。①寫出“鈷鎳分離”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：ClO－＋2Co2＋＋5H2O=2Co(OH)3↓＋Cl－＋4H＋。②“鎳鈷分離”后溶液中c(Ni2＋)＝1.0mol/L，若“濾液1”中c(COeq\o\al(2－,3))＝10－5mol/L，則沉鎳率＝0.99eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(已知：KspNiCO3＝1.0×10－7，沉鎳率＝\f(因沉淀減少的cNi2＋,初始cNi2＋)))?！窘馕觥?1)提高浸取率可以適當增大硫酸濃度或適當升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積等。(2)過一硫酸可以看作過氧化氫中的一個氫原子被磺酸基取代，過一硫酸結(jié)構(gòu)式見答案。