2020年高考专题训练-工艺流程题(七)

工艺流程题（七）15．钒是一种熔点很高的金属，具有良好的可塑性和低温抗腐蚀性，有延展性、硬度大，无磁性。

广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工等领域。

工业上常用钒炉渣（主要含FeO?V2O3，还有少量SiO 2、P2O5等杂质）提取V2O 5的流程如图：（1）焙烧的目的是将FeO?V2O3 转化为可溶性NaVO 3，其中铁元素全部转化为+3 价，写出该反应的化学方程式___________________________________（2）加MgSO 4溶液的步骤中，滤渣的主要成分是__________ （用化学式表示）。

（3）沉钒过程中的发生反应的离子方程式为________________ ，得到的固体物质往往需要洗涤，写出实验室洗涤NH 4VO 3沉淀的操作方法______________ 。

（4）元素钒在溶液中还可以以V2＋（紫色）、V3＋（绿色）、VO2＋（蓝色）、VO2＋（黄色）等形式存在．某利用钒元素微粒间的反应来设计的可充电电池的工作原理如图示,已知溶液中还含有 1 mol硫酸，请回答下列问题：①充电时，左槽电极上发生的电极反应式为_________________②放电过程中，右槽溶液颜色变化为_______________________ ，若此时外电路转移了3.01 ×1022个电子，则左槽溶液中H＋的变化量Δn（H＋）＝_______ 。

【答案】4FeO?V2O5+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2 MgSiO3 Mg（3 PO4） 3 NH4＋+VO3－=NH4VO3↓ 往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复2-3 次VO2＋+H2O-e=VO2＋+2H 紫色变为绿色0.05mol【解析】【分析】钒炉渣加入碳酸钠在空气中焙烧，生成NaVO3、氧化铁、硅酸钠、磷酸钠，水浸后得到滤渣中含有氧化铁，滤液为NaVO3、硅酸钠、磷酸钠的水溶液，滤液中加入硫酸镁生成生成难溶的硅酸镁、磷酸镁沉淀，过滤后向溶液中再加入硫酸铵生成NH4VO3 沉淀，NH4VO3灼烧生成V2O5。

【详解】根据以上分析，(1) FeO?V 2O3与碳酸钠、氧气在高温条件下反应生成NaVO3、Fe2O3、CO2，该反应的化学方程式是4FeO?V2O5+4Na2CO3+5O2 8NaVO3+2Fe2O3+4CO2。

(2) 加入MgSO4溶液生成硅酸镁、磷酸镁沉淀，所以滤渣的主要成分是MgSiO3、Mg3(PO4) 3。

(3) 沉钒过程中NaVO3与(NH4) 2SO4发生反应生成NH4VO3沉淀，反应的离子方程式为NH4＋+VO3－=NH4VO3↓，实验室洗涤NH4VO3 沉淀的操作方法是：往漏斗中加水至浸没沉淀，让水自然流下，重复2-3 次；(4) ①充电时，外接电源的正极与电池的正极相连，左槽电极为阳极，失电子发生氧化反应，钒元素化合价升高，发生的电极反应式为VO2＋+H2O-e- =VO2＋+2H＋；②放电过程中，右槽是负极，负极失电子钒元素化合价升高，由V2＋变为V3 ＋，溶液颜色由紫色变为绿色，放电时正极反应为VO2＋+2H＋+e-=VO2＋+H2O，若此时外电路转移了 3.01 ×10 22个电子，通过电极反应消耗氢离子0.1mol ，同时0.05mol 氢离子由右槽进入左槽，则左槽溶液中H＋的变化量Δn(H＋) ＝0.1-0.05=0.05mol 。

【点睛】本题考查物质制备工艺流程，需要熟练掌握元素化合物性质；对工艺流程题目关键是理解整个过程，常涉及物质的分离提纯、原理的分析评价、陌生方程式书写等，侧重考查学生分析能力、知识迁移运用能力。

16．硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。

用锌白矿( 主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂成) 制备ZnSO4 ·7H2O的流程如下。

相关金属离了生成氢氧化物沉淀的pH (开始沉淀的pH按金属离子浓度为 1.0mol ·L-1计算)如下表：(1) “滤渣1”的主要成分为_______ ( 填化学式)。

“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、______________ (填一种)。

(2) “置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的Fe3+，H+反应外，另一主要反应的化学方程式为__________________________ 。

(3) “氧化”一步中，发生氧化还原反应的离子方程式为 ________________________ 。

溶液pH控制在[3.2 ，6.4) 之间的目的是________________________________ 。

(4) “母液”中含有的盐类物质有 ________ ( 填化学式) 。

(5) _________________________________________________________________________ ZnSO4 ·7H2O 可用于配制铁件上镀锌电镀池的电解液，下列说法不正确的是_____________________________A．配制一定物质的量浓度ZnSO4 溶液时必需的玻璃仪器为容量瓶、烧杯、玻璃棒B．电镀池的阳极为铁件C．阴极质量增加65g 时，理论上导线中通过2mol 电子D．电镀过程中电解质溶液的浓度不变【答案】SiO2 粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等) Zn+CuSO4═Cu+ZnSO43Fe2++MnO4-+7ZnO+9H+═3Fe(OH) 3↓+MnO2↓+7Zn2+使Fe3+沉淀完全，而Zn2+不沉淀MnO4-变为MnO2 沉淀，避免引入杂质ZnSO4、K2SO4 AB【解析】【分析】锌白矿(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂成) 加稀硫酸溶解，SiO2不溶，过滤，滤渣1为SiO2，滤液中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸铁，加入锌粉发生置换反应：Zn+CuSO4═ Cu+ZnSO4、Zn+Fe2(SO4) 3═ 2FeSO4+ZnSO4 ，滤渣 2 为铜与过量的锌粉，滤液中再加高锰酸钾溶液、纯ZnO 与亚铁离子反应生成MnO 2和氢氧化铁沉淀，过滤，滤液为硫酸锌，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到ZnSO4·7H2O 晶体，以此解答该题。

【详解】(1) 锌白矿加稀硫酸溶解，SiO2不溶，过滤，滤渣1为SiO2；“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)；因此，本题正确答案是：SiO2；粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等)；(2) “置换”过程中，加入适量的锌粉，发生置换反应：Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4、Zn+Fe2(SO4) 3═ 2FeSO4+ZnSO4 ；因此，本题正确答案是：Zn+CuSO 4═ Cu+ZnSO4；(3) “氧化”一步中，高锰酸钾溶液、纯ZnO 与亚铁离子反应生成MnO 2和氢氧化铁沉淀，发生反应的离子方程式为3Fe2++MnO 4-+7ZnO+9H +═ 3Fe(OH)3↓ +MnO2↓ +7Zn2+；由表知溶液pH 控制在[3.2 ，6.4) 之间的目的是使Fe3+沉淀完全，而Zn2+不沉淀，MnO4-变为MnO 2沉淀，避免引入杂质；因此，本题正确答案是：3Fe2++MnO 4-+7ZnO+9H +═ 3Fe(OH)3↓ +MnO2↓ +7Zn2+；使Fe3+沉淀完全，而Zn2+不沉淀，MnO 4-变为MnO 2沉淀，避免引入杂质；(4) 锌离子、钾离子、硫酸根离子未除去，“母液”中含有的盐类物质有ZnSO4、K2SO4；因此，本题正确答案是：ZnSO4、K2SO4；(5) A. 配制一定物质的量浓度ZnSO4 溶液时必需的玻璃仪器为容量瓶、烧杯、玻璃棒和胶头滴管，故 A 错误；B. 电镀时，铁件作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的溶液作电解液，故 B 错误；C. 镀锌时，阴极反应为Zn2++2e- =Zn，当阴极质量增加65g 时，理论上导线中通过2mol 电子，故 C 正确；D. 镀锌时，阴极反应为Zn2++2e-=Zn，阳极反应式为Zn-2e - = Zn 2+，所以电镀过程中电解质溶液的浓度不变，故 D 正确。

因此，本题正确答案是：AB 。

17．某厂废酸主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO 2+、Al 3+。

利用该废液制备过二硫酸铵[( NH 4) 2S2O8] 和TiO 2 的一种工艺流程如下:已知：i. TiOSO 4在热水中易水解生成H2TiO 3,相关离子形成氢氧化物沉淀的pH 范围如下表:ii. pH>7 时,Fe2+部分生成Fe( Ⅱ)氨络离Fe(NH 3)2]2+o请回答下列问题:(1) __________________________________ 加入适量Fe 的作用是.(2) __________________________________________ 生成TiO(OH) 2 的化学方程式为。

(3) ________________________________________________ 滤渣I 、滤渣II 均含有的物质的化学式为.(4) _____________________ 加入H 2O 2的目的是除掉Fe( Ⅱ)氨络离子[Fe(NH 3)2]2+,此过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比理论上等于(填数值)。

(5) 常温下，含硫微粒主要存在形式与pH 的关系如下图所示。

用Pt 电极电解饱和NH 4HSO 4 溶液制备过二硫酸铵时，为满足在阳极放电的离子主要为HSO 4-，应调节阳极区溶液的pH 范围在之间,其电极反应式为(6) 科研人员常用硫酸铁铵[NH 4Fe(SO4)2]滴定法测定TiO 2 的纯度，其步骤为：用足量酸溶解wg 二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 mL, 取25.00 mL, 以NH 4SCN 作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为: Ti 3++Fe3+=Ti 4++Fe 2+① _________________________________________ 判断滴定终点的方法：。

② _______________________________________________________________ 滴定终点时消耗 c mol/ L -1 NH4Fe(SO4)2溶液VmL, 则TiO 2纯度为_____________________________________ (写岀相关字母表示的代数式)。

【答案】将Fe3+还原为Fe2+，避免Fe3+和TiO 2+同时沉淀TiOSO 4+2NH 3?H2O = TiO(OH) 2↓+(NH 4)2SO4 Fe(OH) 3 1 : 2 0～2 2HSO 4- -2e- = S2O82 - + 2H+当滴入最后一滴硫酸铁铵溶液时，溶液变为血红色且30s 内不恢复原色32cv/w%解析】【分析】废酸中主要含硫酸、Fe3+、Fe2+、TiO2+、Al3+，根据流程图，用氨水调节pH=3 得到TiO(OH) 2，而此时铁离子也会形成沉淀，因此需要加铁粉将铁离子转化为亚铁离子；滤液中加入氨水调节pH=10 ，得到的沉淀有氢氧化亚铁和氢氧化铝(滤渣I)；滤液中含有部分Fe(II)氨络离子[Fe(NH 3)2]2+，因此加入双氧水将亚铁离子氧化形成氢氧化铁沉淀(滤渣II) ；再在滤液中加入硫酸酸化后电解得到过二硫酸铵[(NH 4)2S2O8]。