（新课标）2020高考化学二轮复习 第二部分 高考大题突破 题型二 化工工艺流程题专题强化训练

1EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.题型二化工工艺流程题[专题强化训练]1．(2018·高考北京卷)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)CaSO4·0.5H2O(1)上述流程中能加快反应速率的措施有____________________________。(2)磷精矿粉酸浸时发生反应：2Ca5(PO4)3(OH)＋3H2O＋10H2SO4=====△10CaSO4·0.5H2O＋6H3PO4①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，_______________________。(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SO2－4残留，原因是_________________；加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式是____________________________。(6)取ag所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞做指示剂，用bmol·L－1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液cmL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已知：H3PO4摩尔质量为98g·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℃2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SO2－4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＋2H2O98g2molm(H3PO4)10－3bcmolm(H3PO4)＝4.9×10－2bcg，则精制磷酸中H3PO4的质量分数为4.9×10－2bcgag×100%＝4.9bca%＝0.049bca。答案：(1)研磨、加热(2)①②核电荷数PS，原子半径PS，得电子能力PS，非金属性PS(3)2Ca5(PO4)3F＋10H2SO4＋5H2O=====△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＋SO2－4＋2H3PO4===BaSO4＋CO2↑＋H2O＋2H2PO－4(6)0.049bca2．(2017·高考全国卷Ⅰ，T27，14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：回答下列问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为__________________。(2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl2－4形式存在，写出相应反应的离子方程式：________________________________________________________________________。(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：3温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率/%9295979388分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：______________________________。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为__________。(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_______________________________________________________________(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：________________________________________________________________________。解析：(1)从图像直接可以看出，铁的浸出率为70%时对应的温度、时间，符合温度升高，反应速率加快，值得注意的是，这类填空题可能有多个合理答案。(2)考查离子方程式书写。难点为生成物还有什么，钛酸亚铁中钛为＋4价，铁为＋2价，产物有氯化亚铁，比较FeTiO3和TiOCl2－4知，产物中一定有H2O。值得注意的是钛酸亚铁与盐酸反应是非氧化还原反应。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40℃时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40℃时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。(4)考查化学式与元素化合价关系。锂元素在化合物中只有一种化合价(＋1)，化合物中元素化合价代数和等于0，过氧键中氧显－1价，类似双氧水、过氧化钠。如果能求出－1价氧原子个数，就能求出过氧键数目，即过氧键数目等于－1价氧原子个数的一半。设Li2Ti5O15中－2价、－1价氧原子个数分别为x、y。有x＋y＝152x＋y＝22，解得x＝7，y＝8。所以，过氧键数目为82＝4。(5)考查溶度积计算以及判断沉淀是否形成。分两步计算：①计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。c(Fe3＋)·c(PO3－4)＝Ksp(FePO4)，c(PO3－4)＝1.3×10－221.0×10－5mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1。②混合后，溶液中镁离子浓度为c(Mg2＋)＝0.01mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO3－4)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.7×10－40Ksp[Mg3(PO4)2]，没有磷酸镁沉淀生成。(6)草酸中碳为＋3价，高温煅烧过程中铁的化合价降低，碳的化合价升高，有CO2生成。答案：(1)100℃、2h，90℃、5h(2)FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl2－4＋2H2O(3)低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降(4)44(5)Fe3＋恰好沉淀完全时，c(PO3－4)＝1.3×10－221.0×10－5mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO3－4)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.7×10－40Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4=====高温2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O↑3．最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3，设计流程如下：已知：H3AsO3为弱酸，热稳定性差。(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法：________________________；“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为__________________________________。(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，目的是________________________。(3)“沉砷”过程中有如下反应：①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)ΔH＜0②5Ca2＋＋OH－＋3AsO3－4Ca5(OH)(AsO4)3↓ΔH＞0沉砷率与温度关系如图。沉砷最佳温度为____________________________________，高于85℃时，沉砷率下降的原因是________________________________。(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学方程式为_____________________________；“操作A”为________、过滤；滤液Ⅱ的主要溶质是________。(5)若每步均完全反应，“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为xL、yL，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝________(写出含x、y的计算式)。解析：工业废料(含H3AsO3、H3AsO4)加入氢氧化钠溶液“碱浸”，与氢氧化钠反应生成Na3AsO3、Na3AsO4溶液，通入氧气，将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，向溶液中加入石灰乳，得到Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，将Ca5(OH)(AsO4)3用硫酸酸化得到H3AsO4，通入二氧化硫与H3AsO4溶液混合：H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4，还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，据此分析解答。(1)反应物接触时间越长，反应越充分，所以“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取使其充5分反应，提高原料浸取率；H3AsO4与氢氧化钠反应为酸碱中和反应，离子方程式为H3AsO3＋3OH－===AsO3－3＋3H2O。(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，可以增大O2的溶解度，加快反应速率。(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，发生的主要反应有①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)ΔH0、②5Ca2＋＋OH－＋3AsO3－4Ca5(OH)(AsO4)3ΔH0，高于85℃，随着温度升高，反应①中c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降。(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，化学方程式为H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4；还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，所以“操作A”为加热、过滤；由化学方程式可知，滤液Ⅱ的主要溶质是H2SO4。(5)“氧化”过程中将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，关系式为2H3AsO3～2Na3AsO3～O2；“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，关系式为H3AsO4～SO2；已知消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为xL、yL，体积比等于物质的量之比，即n(O2)∶n(SO2)＝x∶y，由关系式可知，n(H3AsO3)＝2n(O2)＝2x，则废水中原有的n(H3AsO4)＝y－2x，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝2x∶(y－2x)。答案：(1)搅拌(或多次浸取或其他合理答案)