【高考快车道】第一部分 高考热点突破 综合通关一 无机化工流程（课件）-化学高考二轮复习

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综合通关一　无机化工流程
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题型导图
典型考题
(2025·陕晋青宁卷)一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、N的硫酸盐)的工艺流程如下。
已知:
①常温下Ksp(MgCO3)=10-5.17,Ksp[Mg(OH)2]=10-11.25,Ksp[Mn(OH)2]=10-12.72;
②S2结构式为 。
回答下列问题:
(1)制备废盐溶液时,为加快废盐溶解,可采取的措施有__________、__________。(写出两种)
(2)“沉锰Ⅰ”中,写出形成的Mn(OH)2被氧化成Mn3O4的化学方程式: ______________________________。当Mg2+(c=10-0.68 mol·L-1)将要开始沉淀时,溶液中剩余Mn2+的浓度为_______ mol·L-1。
(3)“沉锰Ⅱ”中,过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除,最终产物是NH4HSO4和__________(填化学式)。
(4)“沉镁Ⅰ”中,当pH为8.0~10.2时,生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O],煅烧得到疏松的轻质MgO。pH过大时,不能得到轻质MgO的原因是______________________________。
搅拌
适当升温
6Mn(OH)2+O2══2Mn3O4+6H2O
10-2.15
O2
pH过大,沉淀为Mg(OH)2,不能分解产生CO2,不能得到疏松的轻质MgO
(5)“沉镁Ⅱ”中,加H3PO4至pH=8.0时,Mg2+沉淀完全;若加至pH=4.0时沉淀完全溶解,据图分析,写出沉淀溶解的离子方程式:__________________。
MgHPO4+H3PO4══Mg2++2H2P
(6)“结晶”中,产物X的化学式为__________。
(7)“焙烧”中,Mn元素发生了__________(填“氧化”或“还原”)反应。
(NH4)2SO4
还原
试题立意
本题以电解锰工业废盐的综合回收工艺流程为命题情境,考查学生对电解锰工业废盐综合回收工艺流程的理解,包括废盐溶解措施、化学方程式书写、物质浓度计算、产物判断、沉淀溶解条件、化学式确定及元素反应类型判断等知识。同时也考查了学生对化学知识在工业生产中应用的理解和分析能力,体现了化学在资源回收和环境保护中的重要价值。
关键能力
(1)信息获取与加工能力
①工艺流程图:从流程图“三线法”明确反应物与生成物和操作步骤,为产品转化提供信息。
②由Mn、O元素在不同物质中的化合价为化学方程式的书写提供信息:
③从相关物质的Ksp获取信息计算剩余溶液中c(Mn2+):
④从沉淀转化[MgCO3→Mg(OH)2]角度提供关键信息:
pH过大→c(OH-)较大→MgCO3转化为Mg(OH)2→分解生成MgO和H2O→不产生CO2→得不到疏松的轻质MgO
⑤基于图中粒子的分布分数提供信息书写离子方程式:
(2)逻辑推理与论证能力
①基于题给信息加快废盐溶解的措施判断:
废盐→加水溶解→搅拌、适当加热→加快废盐溶解
②基于(NH4)2S2O8经加热水解所得产物及性质等信息的推测:
(NH4)2S2O8含过氧键(O—O)→水解得到NH4HSO4和H2O2→加热时H2O2分解生成H2O和O2→最终产物。
③基于Mn元素价态变化的反应类型判断
Mn3O4和MnO2→MnSO4·H2O→Mn元素价态降低→发生还原反应。
核心素养
此类试题要求考生运用“微粒观”“变化观”“守恒观”等解决化工流程中的实际问题,体现高考试题对“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”等学科核心素养的考查。
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1.(2025·辽宁辽阳一模)采用废铁屑还原软锰矿(软锰矿的主要成分是MnO2,还含少量Fe、Mg、Ni、Si等元素的氧化物杂质)来制备Mn的工艺流程如图所示:
已知:①Ksp(MnS)=2.8×10-10,Ksp(NiS)=2.0×10-21;②若溶液中某离子的浓度≤1.0×10-6 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全;③室温时开始生成沉淀和沉淀完全的pH见下表。
离子 Fe2+ Fe3+ Mg2+ Ni2+ Mn2+
开始沉淀的pH 7.5 2.7 8.1 7.7 8.3
完全沉淀的pH 9.7 3.7 9.4 8.4 9.8
回答下列问题:
(1)在“浸出液”中加入“MnO2”时发生反应的离子方程式为_________________________________________________;
硫酸酸化的MnSO4可与NaBiO3(难溶于水)反应生成Bi3+和Mn,此反应的离子方程式为_______________________________________________。
(2)pH=5.5(室温)时,溶液中残余的Fe3+的浓度为__________ mol·L-1,加入MnS“除杂”后的滤渣为__________。
MnO2+2Fe2++4H+══Mn2++2Fe3++2H2O　
5NaBiO3+2Mn2++14H+══5Bi3++2Mn+5Na++7H2O
1×10-11.4
NiS
(3)“沉锰”过程中温度和pH对Mn2+和Mg2+沉淀率的影响如图所示。由图可知,“沉锰”的合适条件是____________________,“沉锰”除去的杂质金属离子是__________。
45 ℃,pH为7.5
Mg2+
(4)若“沉锰”过程在pH=7.0的条件下充分进行,反应温度对锰离子沉淀率的影响如图所示。当温度超过30 ℃时,“沉锰”过程的锰离子沉淀率随温度升高而下降的原因是______________________________。
温度超过30 ℃,NH4HCO3受热易分解,释放出NH3和CO2,不利于“沉锰”
解析:(2)由表格数据可知,Fe3+完全沉淀时溶液的pH=3.7,溶液中c(OH-)= mol·L-1=1×10-10.3 mol·L-1,溶液中某离子的浓度≤1.0×10-6 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全,则Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)= 1.0×10-6×(1×10-10.3)3=1×10-36.9。pH=5.5(室温)时,溶液中c(OH-)= mol·L-1=1×10-8.5 mol·L-1,溶液中残余的c(Fe3+)= mol·L-1=1×10-11.4 mol·L-1。根据信息,Ksp(MnS)=2.8×10-10> Ksp(NiS)=2.0×10-21,则加入MnS“除杂”后生成NiS,过滤得到滤渣NiS。
(3)“沉锰”过程中锰离子沉淀率越高、镁离子沉淀率越低对应的温度和pH就是“沉锰”的合适条件,由图可知,“沉锰”的合适条件是温度为45 ℃、pH为7.5;“沉锰”除去的杂质金属离子是Mg2+。
(4)温度超过30 ℃,NH4HCO3受热易分解,可释放出NH3和CO2,不利于“沉锰”。
2.(2025·山东德州一模)工业上利用锌焙砂(主要成分为ZnO,含有少量CuO、As2O3、NiO等)生产高纯ZnO的流程示意图如下。
(1)用足量(NH4)2SO4溶液和氨水“浸出”锌焙砂。
①“浸出”前,将锌焙砂预先粉碎的目的是____________________。
②通过“浸出”步骤,锌焙砂中的ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,该反应的离子方程式为__________________________________________。
(2)“除重金属”时,加入BaS溶液,滤渣Ⅱ中含有的主要物质是__________和BaSO4。
(3)“蒸氨”时会出现白色固体ZnSO4·Zn(OH)2,运用平衡移动原理解释原因: ___________________________________________________________。
提高浸出效率
ZnO+2NH3·H2O+2N══[Zn(NH3)4]2++3H2O
CuS
“蒸氨”过程中有NH3产生,溶液中NH3的浓度降低,平衡[Zn(NH3)4]2+ Zn2++4NH3正向移动,[Zn(NH3)4]2+转化为Zn2+,Zn2+和溶液中S、OH-结合得到白色固体
(4)“沉锌”步骤①中加入足量NH4HCO3溶液将白色固体转化为ZnCO3的离子方程式为_________________________________________________。
ZnSO4·Zn(OH)2+2HC══2ZnCO3+S+2H2O
(5)“煅烧”步骤中,不同温度下,ZnCO3分解的失重曲线和产品ZnO的比表面积变化情况如图1、图2所示。
已知:ⅰ.固体失重质量分数=×100%
ⅱ.比表面积指单位质量固体所具有的总面积;比表面积越大,产品ZnO的活性越高。
图1
图2
①280 ℃时煅烧ZnCO3,300 min后固体失重质量分数为33.3%,则ZnCO3的分解率为__________(保留到小数点后一位)。
②根据图1和图2,获得高产率(ZnCO3分解率>95%)、高活性(ZnO比表面积>40 m2·g-1)产品ZnO的最佳条件是__________(填字母)。
a.恒温280 ℃,60~120 min
b.恒温300 ℃,240~300 min
c.恒温350 ℃,240~300 min
d.恒温550 ℃,60~120 min
94.6%
b
解析:(1)①“浸出”前,将锌焙砂预先粉碎的目的是增大接触面积,使溶解更充分,提高浸出效率。②在“浸出”步骤中,锌焙砂中的ZnO与氨水、铵根离子反应生成[Zn(NH3)4]2+和水,该反应的离子方程式为ZnO+2NH3·H2O+2N══[Zn(NH3)4]2++3H2O。
(2)根据前后除杂分析“除重金属”是除掉铜离子,加入BaS溶液,滤渣Ⅱ中含有的主要物质是CuS和BaSO4。
(3)“蒸氨”时会出现白色固体ZnSO4·Zn(OH)2,原因是“蒸氨”过程中平衡[Zn(NH3)4]2+ Zn2++4NH3正向移动,有NH3产生,溶液中NH3的浓度降低, [Zn(NH3)4]2+转化为Zn2+,Zn2+会和溶液中的S和OH-结合得到白色固体ZnSO4·Zn(OH)2。
(4)“沉锌”步骤①中加入足量NH4HCO3溶液将白色固体转化为ZnCO3、硫酸铵和水,该反应的离子方程式为ZnSO4·Zn(OH)2+2HC══2ZnCO3+S+2H2O。
(5)①280 ℃时煅烧ZnCO3,300 min后固体失重质量分数为33.3%,设加热前ZnCO3的质量为a g,加热生成二氧化碳的质量为0.333a g,则ZnCO3的分解率为×100%≈94.6%。②根据图1恒温300 ℃和恒温550 ℃时失重质量分数相等,由图1和①可知×100%≈99.4%>95%,根据图2信息可知550 ℃或恒温350 ℃,240~300 min时ZnO的比表面积<40 m2·g-1,因此获得高产率产品ZnO的最佳条件是恒温300 ℃,240~300 min。