专题六　主观题突破2　化工生产中物质的分离与提纯（含解析）-2025高考化学二轮复习

专题六　主观题突破2　化工生产中物质的分离与提纯
1.(11分)(1)碘化亚铜(CuI)是阳极射线管覆盖物，不溶于水和乙醇。下图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。
①步骤a中Cu2S被转化为Cu，同时有大气污染物A生成，相关反应的化学方程式为　　　　　　　。
熔渣B主要成分为黑色磁性物质，其化学式为　　　　　　　　　　。
②步骤b中H2O2的作用是　　　　　　　；
步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为　　　　　　　。
③步骤d用乙醇洗涤的优点是　　　　；检验沉淀是否洗涤干净的方法是　　　　　　　。
(2)如图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是　　　→　　　→用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是　　　　　　　　。
2.(11分)磷精矿主要成分为Ca5F(PO4)3，含少量REPO4、FeO、Fe2O3、SiO2，其中RE代表稀土元素。从磷精矿分离稀土元素的工业流程如下。
(1)“萃取”的目的是富集RE，但其他元素也会按一定比例进入萃取剂中。
①通过3ROH+POCl3(RO)3PO+3HCl制得有机磷萃取剂(RO)3PO，其中—R代表烃基，—R对(RO)3PO产率的影响如下表。
—R —CH2CH3 —CH2CH2CH3 —CH2CH2CH2CH3
(RO)3PO产率/% 82 62 20
由表可知，随着碳原子数增加，烃基　　　　(填“推电子”或“吸电子”)能力增强，O—H更难断裂，(RO)3PO产率降低。
②“萃取”过程使用的萃取剂(C4H9O)3PO的结构如图，与RE3+配位的能力：1号O原子　　　　(填“>”“<”或“=”)2号O原子。
(2)“反萃取”的目的是分离RE和Fe元素。向“萃取液”中通入NH3，Fe2+、Fe3+、RE3+的沉淀率随pH变化如图。
①试剂X为　　　　(填“Na2SO3”或“NaClO”)，应调节pH为　　　　。
②通入NH3得到REPO4沉淀的过程：
ⅰ.H3PO4+3NH3===(NH4)3PO4；
ⅱ.　　　(写出该过程的化学方程式)。
③若萃取剂改用三丁基氧化膦会导致“反萃取”RE产率降低，其原因为　　　　　　　。
(3)若略去“净化”过程，则制得的草酸稀土会混有　　　　　　(填化学式)杂质。
(4)在整个工艺中，可从副产物中提取　　　　(填名称)，用于生产氮肥。
3.(6分)废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值，其主要组成为CuIn0.5Ga0.5Se2。某探究小组回收处理流程如图：
(1)高温焙烧得到的烧渣主要成分是氧化物(如：Cu2O、In2O3、Ga2O3)，“酸浸氧化”得蓝色溶液，则该过程发生的主要氧化还原反应的离子方程式为　　　　　　　。
(2)“滤渣”与SOCl2混合前需要洗涤、干燥，检验滤渣是否洗净的操作：　　　　。
(3)SOCl2的作用：　　　　　　　。
4.(11分)硫酸铈铵[Ce]微溶于水，不溶于乙醇，溶于无机酸，可用作分析试剂、氧化剂。某工厂用含铈矿石[主要成分为Ce2]制备硫酸铈铵的工艺流程如图所示：
已知：①Ksp=2×10-48。
②硫酸铈铵的熔点为130 ℃，沸点为330 ℃。
(1)含铈矿石进行的“一系列操作”包含用硫酸酸浸，其中铈浸出率与温度的关系如图1所示，铈浸出率与硫酸浓度的关系如图2所示。工业生产应选择的适宜温度是　　　　 ℃，适宜的硫酸浓度是　　　　mol·L-1。
(2)步骤一中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。
(3)步骤三中，反应生成Ce(OH)4的化学方程式为　　　　　　　　　　　。
(4)步骤三在0~30 ℃反应完全后又升温至90 ℃的目的是　　　　　　　　　　。
(5)步骤四反应完全后的溶液经　　　　　　　、　　　　　　　、过滤，得到晶体，最后用　　　　洗涤2~3次后，得到高纯硫酸铈铵晶体。
5.(11分)用含钴废料(主要成分为Co2O3，含有少量NiO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2杂质)制备Co2O3的流程如图所示。
已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+
开始沉淀的pH 7.5 2.2 6.4 6.7
完全沉淀的pH 9.5 3.0 8.4 8.7
②在pH为4~6时，Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x)S胶粒的胶体。
(1)“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有　　　　　　　　　　(写出一种方法即可)。“过滤”所得滤渣的成分是　　　　　　　　　　　(填化学式)。
(2)“酸浸”时Co2O3与H2O2发生反应的离子方程式为　　　　。
(3)“除铁”中，溶液pH对除铁率和钴回收率影响如图所示。该步骤应控制pH范围为　　　　，图中钴回收率骤降的可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)“除镍”步骤的实验操作名称是　　　　。实验室中进行“操作1”用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、酒精灯、泥三角、　　　　。
(5)“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是　　　　　　　。
(6)“沉钴”步骤的化学方程式是　　　　　　　。
答案精析
1.(1)①Cu2S+O22Cu+SO2　Fe3O4
②作氧化剂，将Cu2O和Cu氧化为Cu2+　2Cu2++4I-2CuI↓+I2　③洗去残余水分且可快速晾干　蘸取最后一次洗涤液进行焰色试验，如果火焰无黄色则已洗净(或其他合理答案)　(2)蒸发结晶　趁热过滤　防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗
2.(1)①推电子　②<　(2)①Na2SO3　2
②(NH4)3PO4+RE(NO3)3REPO4↓+3NH4NO3　③—C4H9有较强的推电子作用，导致稀土元素与萃取剂形成的配位键牢固，难以断裂实现反萃取　(3)CaC2O4　(4)硝酸铵、硝酸
解析　磷精矿加入硝酸酸浸，二氧化硅不反应得到滤渣1，稀土元素、铁、钙元素进入滤液，加入萃取剂萃取出稀土元素，然后加入亚硫酸钠将三价铁转化为二价铁，通入氨气，调节pH分离出含有稀土的固相，再加入硝酸溶解，加入硫酸除去钙元素得到滤渣2硫酸钙，滤液加入草酸分离出草酸稀土。(1)②由随着碳原子数增加，烃基推电子能力增强可知，烃基导致1号位氧更难与RE3+配位，故与RE3+配位的能力：1号O原子<2号O原子。(2)①由图可知，亚铁离子与RE的分离效果更好，则试剂X为将铁离子转化为亚铁离子的物质，故应选择Na2SO3；结合图像可知，应调节pH为2，此时RE几乎完全沉淀，而亚铁离子几乎没有沉淀，分离效果好。②总反应为通入NH3得到REPO4沉淀，反应ⅰ.H3PO4+3NH3(NH4)3PO4，则反应ⅱ为(NH4)3PO4和稀土的硝酸盐转化为REPO4沉淀的反应：(NH4)3PO4+RE(NO3)3REPO4↓+3NH4NO3。(4)在整个工艺中，通入氨气生成的硝酸铵，以及酸溶加入的硝酸均含有氮元素，故可从副产物中提取硝酸铵、硝酸用于生产氮肥。
3.(1)Cu2O+H2O2+4H+2Cu2++3H2O
(2)取最后一次洗涤液于试管中，加入盐酸酸化，无明显现象，再加氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，则证明洗涤干净；若有白色沉淀生成，则证明没有洗涤干净　(3)将氢氧化物转化为氯化物；作溶剂
4.(1)95　3.0　(2)2Ce3++6Ce2↓+3CO2↑+3H2O　(3)Ce2(SO4)3+H2O2+6NH3·H2O2Ce(OH)4↓+3(NH4)2SO4
(4)0~30 ℃反应是防止H2O2、氨水分解，后升温至90 ℃是除去过量的H2O2(合理即可)
(5)蒸发浓缩　冷却结晶　乙醇
解析　含铈矿石经过一系列操作，Ce3+进入溶液中，加入NH4HCO3溶液得到Ce2(CO3)3，加入0.5 mol·L-1 H2SO4溶液得到Ce2(SO4)3溶液，加入过氧化氢将Ce3+氧化为Ce4+，加入氨水控温在0~30 ℃，然后升温至90 ℃得到Ce(OH)4悬浊液，加入硫酸、硫酸铵得到硫酸铈铵晶体。
5.(1)适当提高H2SO4浓度、粉碎废料、充分搅拌、适当延长酸浸时间等(写出一种即可)　SiO2、CaSO4
(2)Co2O3+H2O2+4H+2Co2++O2↑+3H2O　(3)3.0~4.0　Fe3+水解生成含Fe(OH)3·nFe3+·(n-x)S胶粒的胶体，吸附大量的Co2+，导致钴回收率下降　(4)萃取(或萃取分液)　坩埚　(5)温度过低，反应速率慢；温度过高，NH4HCO3不稳定受热易分解　(6)2CoSO4+4NH4HCO3Co2(OH)2CO3↓+3CO2↑+H2O+2(NH4)2SO4
解析　含钴废料主要成分为Co2O3，含有少量NiO、FeO、Fe2O3、CaO、SiO2杂质，用硫酸溶解，过氧化氢把Co3+还原为Co2+，把Fe2+氧化为Fe3+得到含有Co2+、Fe3+、Ni2+的溶液，CaSO4微溶、SiO2难溶，过滤出沉淀；调节溶液的pH在3.0~4.0，除去Fe3+；滤液中加入萃取剂，萃取除去Ni2+，取水相加入NH4HCO3生成Co2(OH)2CO3，在空气中灼烧Co2(OH)2CO3生成Co2O3。