大题突破二 化学工艺流程
1．(2018·全国卷Ⅱ）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子［c0（Mn＋）＝0。1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示：
金属离子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ 6.2 8。2 Cd2＋ 7。4 9.4 开始沉淀的pH 1。5 6。3 沉淀完全的pH 2。8 8。3 回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为___________________
________________________________________________________。
（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________；氧化除杂工序中ZnO的作用是______________，若不通入氧气，其后果是______________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为
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______________________________；沉积锌后的电解液可返回__________工序继续使用。
[解析］ （1)闪锌矿的主要成分是ZnS,所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为ZnS＋错误!O2错误!ZnO＋SO2。
（2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2（SO4）3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2。8~6.2,使Fe3＋完全转变为Fe（OH）3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋,有利于除杂,若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。
(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去,反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。
(4）电解ZnSO4溶液制备单质Zn时,阴极放电的是Zn2＋，电极反应式是Zn2＋＋2e－===Zn。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。
［答案] (1）ZnS＋错误!O2错误!ZnO＋SO2
（2）PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋ (3）Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
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（4）Zn2＋＋2e－===Zn 溶浸
2．(2016·全国卷Ⅲ）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂.从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
（1）“酸浸”时V2O5转化为VO错误!，反应的离子方程式为____________________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________.
（2)“氧化\"中欲使3 mol的VO2＋变为VO错误!，则需要氧化剂KClO3至少为________mol.
（3）“中和”作用之一是使钒以V4O4－，12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有____________________。
(4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4O错误!
错误!
R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗
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脱效率,淋洗液应该呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。
（5)“流出液\"中阳离子最多的是________。
(6）“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生
反
应
的
化
学
方
程
式
________________________________________。
[解析］ (1)V2O5与H2SO4反应生成VO错误!，反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO错误!＋H2O；废钒催化剂中只有SiO2与H2SO4不反应，故“废渣1”的主要成分为SiO2。
（2）3 mol VO2＋变为VO错误!失3 mol电子，根据K错误!O3→K
错误!
，则需要KClO3错误! mol,即0.5 mol.
(3)废钒催化剂中含有Fe2O3、Al2O3，则KClO3氧化后的溶液中
含有Fe3＋、Al3＋，故“废渣2”中含有Fe（OH)3、Al（OH）3。
－－
（4)由4ROH＋V4O412错误!R4V4O12＋4OH知，洗脱时淋洗液中
的c(OH－）应较大，故淋洗液呈碱性。
(5)由于废钒催化剂中K2SO4的含量较高，结合回收工艺路线中KClO3、KOH的加入，故“流出液\"中阳离子最多的是K＋。
（6)煅烧NH4VO3生成V2O5、NH3及H2O.
［答案］ （1)V2O5＋2H＋===2VO错误!＋H2O SiO2 （2）0.5 （3）Fe(OH)3和Al（OH)3 （4）碱 （5)K＋
(6）2NH4VO3错误!V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
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［省市卷］
1．（2018·江苏卷）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：
（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离
子
方
程
式
为
______________________________________________。
（2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃ 硫去除率＝(1－错误!)×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要
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来源于________。
②700 ℃焙烧时，添加1％ CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是_____________________________
_________________________________________________________.
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由__________(填化学式)转化为__________（填化学式）.
（4）“过滤\"得到的滤渣中含大量的Fe2O3.Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）＝________。
[解析] (1）二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3，过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO3.(2）①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐，而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，如果不添加CaO在低于500℃焙烧，则去除的硫元素主要来源于FeS2，具体的反应原理为4FeS2＋11O2错误!2Fe2O3＋8SO2。②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3，CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃”，可知700℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中，从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低。（3）高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O;
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向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳,生成氢氧化铝：CO2(过量）＋2H2O＋NaAlO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3。(4）根据得失电子守恒可知FeS2与Fe2O3的物质的量之比为1∶16。
［答案］ （1)OH－＋SO2===HSO错误!
(2）①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中 (3）NaAlO2 Al(OH)3 （4)1∶16
2．(2018·北京卷)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：
已知：磷精矿主要成分为Ca5(PO4）3(OH），还含有 Ca5(PO4）3F和有机碳等.
溶解度:Ca5（PO4）3（OH) ①该反应体现出酸性关系：H3PO4________H2SO4（填“>”或“〈”). ②结合元素周期律解释①中结论：P和S电子层数相同， _____________________________________________________。 7 学必求其心得，业必贵于专精 （3)酸浸时，磷精矿中Ca5（PO4）3F所含氟转化为HF，并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式： _____________________________________________________。 （4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示.80 ℃后脱除率变化的原因： ____________. （5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO错误!残留，原因是____________；加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式 _______________________________________________________ ________________________________________________________。 （6)取a g所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L－1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已 8 是 学必求其心得，业必贵于专精 知：H3PO4摩尔质量为98 g·mol－1） [解析] (1）流程中能加快反应速率的措施有将磷精矿研磨，酸浸时进行加热。(2）①该反应符合复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。②比较硫酸与磷酸的酸性强弱，可以比较S与P的非金属性强弱。结合元素周期律可以比较S、P的原子半径、核电荷数。(3）根据元素守恒可写出反应的化学方程式。（4）有机碳的脱除率受两个因素的共同影响：一方面，温度越高，反应速率越快，在相同投料比、相同反应时间内，有机碳的脱除率越高；另一方面，温度升高可使较多的H2O2分解，氧化剂的量减少，使得有机碳的脱除率降低。80℃后，H2O2分解对有机碳脱除率的影响超过了温度升高的影响，导致脱除率逐渐降低。（5)脱硫是用CaCO3除去剩余的硫酸，由于生成的硫酸钙是微溶物，所以即使CaCO3过量，充分反应后仍有SO错误!残留。加入BaCO3可使CaSO4转化为更难溶的BaSO4,进一步提高硫的脱除率. （6） H3PO4 ＋ 2NaOH===Na2HPO4＋2H2O 98 g 2 mol m（H3PO4) 10－3bc mol m（H3PO4）＝4.9×10－2bc g，则精制磷酸中H3PO4的质量分数 为错误!×100%＝错误!。 [答案] （1）研磨、加热 (2）①＜ ②核电荷数P＜S，原子半径P＞S,得电子能力P＜S， 9 学必求其心得，业必贵于专精 非金属性P＜S (3)2Ca5（PO4)3F＋10H2SO4＋5H2O错误!10CaSO4·0.5H2O＋6H3PO4＋2HF (4）80 ℃后，H2O2分解速率大，浓度显著降低 （5)CaSO4微溶 BaCO3＋SO错误!＋2H3PO4===BaSO4＋CO2↑＋H2O＋2H2PO错误! (6)错误! 10 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容