2024版 步步高 考前三个月 化学 新高考第8题　以工艺流程为主流的无机综合题

第8题 以工艺流程为主流的无机综合题复习建议：4课时(题型突破2课时 习题2课时)1.(2022·全国甲卷)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：离子Fe3＋Zn2＋Cu2＋Fe2＋Mg2＋Ksp4.0×10－386.7×10－172.2×10－208.0×10－161.8×10－11回答下列问题：(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_________________________________________________________________。(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有________________、________________。(3)加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是__________(填标号)。A.NH3·H2O B.Ca(OH)2 C.NaOH滤渣①的主要成分是________、__________、________。(4)向80～90℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________。(5)滤液②中加入锌粉的目的是_______________________________________。(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是__________、__________。答案 (1)ZnCO3eq\o(=====,\s\up7(焙烧))ZnO＋CO2↑(2)将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积、增大硫酸的浓度等 (3)B Fe(OH)3 CaSO4 SiO2 (4)3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋ (5)置换Cu2＋为Cu从而除去 (6)CaSO4 MgSO4解析 由题干信息，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，结合流程图分析，菱锌矿焙烧，主要发生反应：ZnCO3eq\o(=====,\s\up7(焙烧))ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4酸浸，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液，加入物质X调节pH＝5，结合表格数据，过滤得到滤渣①为Fe(OH)3、CaSO4、SiO2，滤液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、Ca2＋、Fe2＋，再向滤液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，过滤得到滤渣②为Fe(OH)3和MnO2，滤液②中加入锌粉，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，过滤后得到滤渣③为Cu，再向滤液③中加入HF脱钙镁，过滤得到滤渣④为CaF2、MgF2，滤液④为ZnSO4溶液，经一系列处理得到ZnSO4·7H2O，据此分析解答。(1)焙烧时，生成ZnO的反应为ZnCO3eq\o(=====,\s\up7(焙烧))ZnO＋CO2↑。(2)可采用将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积、增大硫酸的浓度等方式提高锌的浸取率。(3)NH3·H2O易分解产生NH3污染空气，且经济成本较高，故A不适宜；Ca(OH)2不会引入新的杂质，且成本较低，故B适宜；NaOH会引入杂质Na＋，且成本较高，C不适宜；当沉淀完全时(离子浓度小于10－5mol·L－1)，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时的pH，pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe(OH)3，又因为CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2。(4)向80～90℃的滤液①中加入KMnO4溶液，可氧化Fe2＋，得到Fe(OH)3和MnO2的滤渣②，反应的离子方程式为3Fe2＋＋MnOeq\o\al(－,4)＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋。(5)滤液②中加入锌粉，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故加入锌粉的目的为置换Cu2＋为Cu从而除去。(6)滤渣④为CaF2、MgF2，与浓硫酸反应可得到HF，同时得到的副产物为CaSO4、MgSO4。2.(2022·全国乙卷)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.5×10－87.4×10－141.1×10－102.6×10－9一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为_________________________________________________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：_________________________________________________________________。(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是______________________________________；(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________________；(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是_________________________________________________________________。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是__________。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有________。答案 (1)PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)===PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq) 反应PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Pb2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Pb2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（PbSO4）,Ksp（PbCO3）)≈3.4×105>105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3(2)反应BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Ba2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Ba2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）)≈0.04105，反应正向进行的程度有限(3)(ⅰ)Fe2＋ (ⅱ)Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O (ⅲ)作还原剂(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)Ba2＋、Na＋解析 向铅膏中加入碳酸钠溶液进行脱硫便于后续的酸浸，硫酸铅转化为碳酸铅，过滤，向所得固体中加入醋酸、过氧化氢进行酸浸，过氧化氢可将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁，过滤后，向滤液中加入氢氧化钠溶液进行沉铅，得到氢氧化铅沉淀，滤液中的金属阳离子主要为钠离子和钡离子，氢氧化铅再进行处理得到PbO。(1)“脱硫”中，碳酸钠溶液与硫酸铅反应生成碳酸铅和硫酸钠，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)===PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，Ksp(PbCO3)＝7.4×10－14，Ksp(PbSO4)＝2.5×10－8，反应PbSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)PbCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Pb2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Pb2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（PbSO4）,Ksp（PbCO3）)＝eq\f(2.5×10－8,7.4×10－14)≈3.4×105>105，说明反应可以转化的比较彻底，且转化后生成的碳酸铅可由酸浸进入溶液中，减少铅的损失。(2)反应BaSO4(s)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)BaCO3(s)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)的平衡常数K＝eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(c（Ba2＋）·c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（Ba2＋）·c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(Ksp（BaSO4）,Ksp（BaCO3）)＝eq\f(1.1×10－10,2.6×10－9)≈0.04105，说明该反应正向进行的程度有限，因此加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化。(3)(ⅰ)过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。(ⅱ)过氧化氢促进金属Pb在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O。(ⅲ)过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由＋4价降低到＋2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子转化为了氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为了氢氧化铅，最终转化为了氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2＋和加入碳酸钠、氢氧化钠时引入的Na＋。3.(2021·全国甲卷)碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：(1)I2的一种制备方法如下图所示：