专题六　主观题突破1　化工生产中物质转化条件的控制（含解析）-2025高考化学二轮复习

专题六　主观题突破1　化工生产中物质转化条件的控制
1.(10分)研究从太阳能电池的碲化镉吸收层(主要含CdTe、CdS)中回收碲具有重要的意义。某回收工艺的流程如下：
(1)反应釜中，溶液的pH、温度(T)与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为　　　　(填字母)。
a.2，80 ℃ b.4，90 ℃
c.5，160 ℃ d.6，25 ℃
(2)制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是　　　　　　　。
(3)常温下，若在含Cd2+、Te4+滤液中加入NaOH溶液调节pH为7，溶液中c(Cd2+)的最大值为　　　
(已知：Ksp[Cd(OH)2]=5.3×10-15)。
(4)从含Te滤液得到“吸附Te”，利用了磁性纳米铁棒的性质有　　　　、　　　　。
2.(6分)废催化剂(含TiO2、V2O5、WO3等成分)提取钛、钒工艺流程如图所示。
已知：①钛酸钠(Na2TiO3)难溶于水；
②溶液的酸性较强时，+5价钒主要以的形式存在。
(1)“沉钒”过程中，一般要加入过量NH4Cl，其原因是　　　　　　　。
(2)沉钒过程中，沉钒率随溶液pH的变化如图所示。沉钒率随溶液pH的增加先升高后降低的原因可能是　　　　　　　　　　　。
3.(8分)LiMn2O4是一种锂离子电池的正极材料。用高锰酸钾废渣(主要成分为MnO2、Fe2O3、Al2O3、SiO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)制备LiMn2O4的工艺流程如下：
已知：酸浸液主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属阳离子。
(1)保持温度、浸取时间不变，能提高锰元素浸出率的措施有　　　　　　　　。
(2)除杂。加入H2O2的作用为　　　　　　　　　　　　。
(3)热解。在真空中加热分解MnSO4·H2O，测得固体的质量随温度变化如图所示。真空热解MnSO4·H2O制备Mn3O4，需控制的温度为大于　　　　℃，原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出计算推理过程)。
4.(8分)草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。用含钴废料(主要成分为Co，含有一定量的NiO、Al2O3、Fe、SiO2等)制备草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)的流程如下：
已知：①草酸钴晶体难溶于水。
②RH为有机物(难电离)，Mn+代表金属离子，Mn++nRHMRn+nH+。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Ni(OH)2
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.5
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 8.0
④滤液中Co元素以Co2+形式存在。
(1)为提高浸出速率，除将含钴废料粉碎外，还可采取的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(写出两条)。
(2)加入氧化钴调节溶液的pH，调节的pH范围是　　　　　　　　　　。
(3)可否考虑先将Co2+转化为CoCO3，再利用反应CoCO3(s)+C2(aq)CoC2O4(s)+C(aq)将CoCO3转化为CoC2O4：　　　　(填“能”或“不能”)，说明理由：　　　　　　　　。
[Ksp(CoCO3)=1.5×10-13，Ksp(CoC2O4)=6.0×10-8]
5.(9分，每空3分)钯催化剂(主要成分为Pd、α Al2O3，还含少量铁、铜等)是石油化工中催化加氢和催化氧化等反应的重要催化剂。一种从废钯催化剂中回收海绵钯的工艺流程如下：
已知：①钯催化剂在使用过程中Pd易被氧化为难溶于酸的PdO而失活；H2PdCl4是一种二元强酸；②常温下，Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=1×10-20。
(1)“还原Ⅰ”过程中加入甲酸的主要目的是还原　　　　　　　　　(填化学式)。
(2)“酸浸”过程中温度、固液比对浸取率的影响如图，则“酸浸”的最佳条件为　　　　。
(3)“离子交换”过程可简单表示为+2RClR2PdCl4+2Cl-，流出液通入NH3调节pH后过滤，滤液经一系列操作可以得到CuCl2·2H2O。假设流出液中各金属离子的浓度均为0.01 mol·L-1，常温下需调节pH的范围是　　　　。
6.(9分)以接触法制硫酸的废催化剂(主要成分是V2O5，含少量Al2O3、Fe2O3、MoO3、NiO等)为原料回收金属化合物的工艺流程如图：
(1)如图所示曲线Ⅰ、曲线Ⅱ分别表示“沉钒”中沉钒率与加铵系数(K)(指氯化铵与钒元素质量之比)、温度的关系。
最佳“沉钒”条件是　　　　　　　。温度超过80 ℃时沉钒率下降的主要原因是　　　　　　　　。
(2)“水浸”中浸渣可制备高纯度铁红。操作过程包括酸溶、沉铁等。“沉铁”有两种方法：
方法1：调节溶液pH。
已知：沉铁的滤液中c(Ni2+)=0.02 mol·L-1。当c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1时被视为完全沉淀。用Na2CO3溶液调节pH分离Ni2+、Fe3+，pH范围为　　　　(已知：Ksp≈1.0×10-38，Ksp≈2.0×10-15)。
方法2：结合法。
已知：Ni(OH)2+4NH3·H2O===+2OH-+4H2O。从含Fe3+、Ni2+的溶液中提取Fe(OH)3的方法是　　　　　　、过滤、洗涤、干燥。
答案精析
1.(1)b　(2)排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化　(3)0.53 mol·L-1　(4)吸附性　还原性
解析　(2)磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反应容器中的空气。(3)常温下，溶液的pH=7，则c(OH-)=1.0×10-7mol·L-1，根据Ksp［Cd(OH)2］=5.3×10-15，则c(Cd2+)== mol·L-1=0.53 mol·L-1。(4)Te中Te的化合价降低，被磁性纳米铁棒还原，磁性纳米铁棒还能吸附Te，故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。
2.(1)增大浓度，使NH4VO3(s)N(aq)+V(aq)平衡逆向移动，利于NH4VO3尽可能析出完全　(2)pH过低，V转化为V的程度较大；pH过高，N转化为NH3·H2O的程度较大；两因素均使沉钒率降低
3.(1)适当增加硫酸浓度，将固体原料粉碎，加快搅拌速率(任答一条即可，其他合理答案也可)　(2)氧化剂，将Fe2+氧化为Fe3+　(3)1 000　3MnSO4·H2O~Mn3O4，×100%=×100%≈54.83%，所以需控制温度大于1 000 ℃
4.(1)适当提高酸浸温度、适当增加硫酸浓度等(答案合理即可)　(2)5.2≤pH<7.5　(3)不能　该反应的平衡常数K=2.5×10-6，转化程度小，不能实现转化
解析　(2)加入氧化钴，发生反应：CoO+2H+Co2++H2O，根据阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，调节溶液的pH为5.2≤pH<7.5，使Fe3+和Al3+完全转化为沉淀Fe(OH)3、Al(OH)3，同时不能影响镍和钴。(3)CoCO3(s)+C2(aq)CoC2O4(s)+(aq)的平衡常数K=====2.5×10-6，转化程度小，不能实现该转化。
5.(1)PdO　(2)温度80 ℃，固液比4∶1
(3)3≤pH<5
解析　(3)通入NH3调节pH，对于铁离子：c(OH-)== mol·L-1=10-11 mol·L-1，则对应最低pH为3，对于铜离子：c(OH-)<= mol·L-1=10-9 mol·L-1，则对应pH=5，故需调节pH的范围是3≤pH<5。
6.(1)K为4附近、温度为80 ℃左右　温度过高，水解程度增大，生成的NH3挥发，c(N)降低较快，故沉钒率下降　(2)3≤pH<7.5　向混合液中加入过量氨水
解析　(1)加入NH4Cl溶液调节pH，将钒元素以偏钒酸铵的形式分离出来，根据图像可知，当K在4附近时，沉钒率可达到最大，温度最佳值约为80 ℃；因为NH4Cl受热易分解，温度过高氯化铵分解，同时促进铵根离子水解，溶液中铵根离子浓度下降，会使沉钒率下降。(2)铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)= mol·L-1=10-11 mol·L-1，pH=3；当镍离子开始沉淀时溶液中c(OH-)= mol·L-1=10-6.5 mol·L-1，pH=7.5，即沉铁的pH范围为3≤pH<7.5，根据Ni(OH)2+4NH3·H2O+2OH-+4H2O可知，氢氧化镍能溶于过量的氨水中，氢氧化铁不能，则从含Fe3+、Ni2+的溶液中提取Fe(OH)3的方法是向混合液中加入过量氨水、过滤、洗涤、干燥。