题型二 以“化工流程”为载体的综合考查型
1．(2017·湖北省武昌区高三5月调研考试)铬渣(铬主要以Cr2O3形式存在，同时含有Al2O3、SiO2等杂质)是铬电镀过程中产生的含铬污泥，实现其综合利用，可减少铬产生的环境污染。铬渣综合利用工艺流程如下：
请回答下列问题：
(1)焙烧得到的产物含有Na2CrO4和一种无污染的气体，则生成Na2CrO4的反应的化学方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)除去浸出液中的杂质最好加入________(填试剂名称)来调节pH。除去铝元素的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)理论上加入醋酸铅、硝酸铅均可以得到铬酸铅沉淀，工艺流程中不选用醋酸铅的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)铬酸铅是一种用于水彩和油彩的筑色颜料。遇到空气中的硫化物颜色会变黑，该过程的
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化学方程式为____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)实验室常利用Cr在碱性溶液中的还原性，使其转化为CrO4，从而实现与Al的分离，这个过程中需要加入的试剂是________________________(填化学式)，分离操作是________________________________________________________________________。 答案 (1)5Cr2O3＋14NaOH＋6NaNO3 ===10Na2CrO4＋3N2↑＋7H2O (2)硝酸 AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓ (3)不引入新的杂质；得到的NaNO3可以循环利用 (4)PbCrO4＋H2S===PbS＋H2CrO4 (5)NH3·H2O、H2O2 过滤 解析 本题主要考查离子反应。
(1)焙烧得到的产物含有Na2CrO4和一种无污染的气体氮气，则生成Na2CrO4的反应的化学方程式为5Cr2O3＋14NaOH＋6NaNO3 ===10Na2CrO4＋3N2↑＋7H2O。
(2)为了不引入新的杂质，除去浸出液中的杂质最好加入硝酸来调节pH。除去铝元素的离子方程式为AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓。
(3)工艺流程中不选用醋酸铅的原因是不引入新的杂质；得到的NaNO3可以循环利用。 (4)铬酸铅遇到空气中的硫化物颜色会变黑，该过程的化学方程式为PbCrO4＋H2S===PbS＋H2CrO4。
(5)加入NH3·H2O 提供碱性环境，而且将Al转化为氢氧化铝沉淀，NH3·H2O不会溶解氢氧化铝沉淀，加入H2O2将Cr氧化为CrO4，不会引入杂质，所以这个过程中需要加入的试剂是NH3·H2O、H2O2，分离操作是过滤。
2．(2017·四川省双流中学高三下学期第二次适应性考试)氯化钡是白色的晶体，易溶于水，微溶于盐酸和硝酸，难溶于乙醇和乙醚，易吸湿，需密封保存。工业上制备BaCl2·2H2O有如下两种途径：
途径1：以重晶石(主要成分BaSO4)为原料，流程如下： 炭 盐酸 ↓ ↓
滤液重晶石矿―→高温焙烧―→溶解―→过滤――→结晶 ↓ ↓ ↓ CO H2S (1)写出“溶解”时反应的化学方程式：
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“高温焙烧”时必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是
BaCl2·2H2O
3＋
2－
3＋
－
＋
－
＋
3＋
2－
3＋
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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)结晶得到的晶体，需用乙醇洗涤的理由是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 途径2：以毒重石(主要成分BaCO3，含CaCO3、MgCO3、Fe2O3、SiO2等杂质)为原料，流程如下：
已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10，Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10
开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
(4)滤渣Ⅰ的成分为__________________________(填化学式)。
(5)滤渣Ⅱ中含________________________(填化学式)。过滤析出后，滤液中含有的Mg浓度为________________________。
(6)加入H2C2O4时应避免过量，其原因是为了防止生成______________________(填化学式)。 答案 (1)BaS＋2HCl===BaCl2＋H2S↑ (2)使硫酸钡得到充分还原，提高BaS的产量；该反应为高温反应，碳和氧气反应放出热量维持所需要的高温条件 (3)氯化钡难溶于乙醇，(水和乙醇互溶)洗涤时减少产品的损失
(4)SiO2、Fe (OH)3 (5)Mg(OH)2、Ca(OH)2 1.8×10 mol·L (6)BaC2O4
解析 (1)重晶石矿经过高温焙烧的产物用盐酸溶解，产生了硫化氢，根据复分解反应的原理，硫酸钡焙烧生成了BaS，因此溶解的化学方程式：BaS＋2HCl===BaCl2＋H2S↑。 (2)根据“高温焙烧”可知，此步需要维持高温，也可以使硫酸钡得到充分还原，提高BaS的产量，碳和氧气反应放出热量维持所需要的高温条件。
(3)根据信息可知，氯化钡易溶于水，微溶于盐酸和硝酸，难溶于乙醇和乙醚，用乙醇洗涤，可以减少产品的损失。
(4)二氧化硅不溶于盐酸和氨水，因此滤渣中含有二氧化硅，盐酸溶解氧化铁生成铁离子。氨水调节溶液的pH＝8时，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，因此滤渣中还含有氢氧化铁。
－8
－1
2＋
－7
－9
－11
。
Ca 11.9 13.9 2＋Mg 9.1 11.1 2＋Fe 1.9 3.7 3＋中小学最新教育资料
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(5)pH＝12.5时，溶液中的钙离子和镁离子转化为氢氧化钙和氢氧化镁沉淀，根据pH＝12.5时，c(OH)＝10
－8－
－1.5
mol·L，Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg)×c(OH)＝1.8×10
－12＋2－－11
，c(Mg)＝
2＋
1.8×10 mol·L。
(6)H2C2O4过量时，当Q＞Ksp(BaC2O4)，可能会生成BaC2O4沉淀，因此H2C2O4应避免过量。 3．(2017·南阳市第一中学高三第三次模拟考试)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如下：
－1
回答下列问题：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣主要成分是____________；再向滤液加入氨水调节pH＝6，滤液中Sc的浓度为_____________________________________________。 [已知：Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10
－13
3＋
、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10
－39
，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10
－31
]
－
cC2O24
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中＝________(保留两位有效数字)。
cH2C2O4
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式_______________________________________ ________________________________________________________________________。 [已知Ka1(H2C2O4)＝5.9×10，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10]
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)废酸中含钪量为15 mg·L，V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为________。
答案 (1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H2O2中，并不断搅拌
(2)Fe(OH)3 9.0×10mol·L (3)3.8×10 2Sc＋ 3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋ 6H 高温
(4)2Sc2(C2O4)3＋3O2=====2Sc2O3＋12CO2 (5)0.023V g
解析 (1)不同的液体在混合时，一般是先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，中小学最新教育资料
－7
－l
－2
3＋
＋
－1－2
－5
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若混合时放热，则最后加受热易分解的。因此，混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H2O2中，并不断搅拌。
(2)废酸中含钪、钛、铁、锰等离子，洗涤“油相”已除去大量的钛离子。根据Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10
－13
、Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10
－5
－39
，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10
－31
，可以求出余下3种离
子沉淀完全(离子浓度小于10 mol·L)的pH，发现锰离子沉淀完全时pH约为10，钪离子沉淀完全的pH约为5，而铁离子沉淀完全的pH约为3，所以先加入氨水调节pH ＝3，过滤，滤渣的主要成分是Fe(OH)3 ；再向滤液加入氨水调节pH＝6，此时溶液中c(OH)＝10 9.0×10－7－1
mol·L，滤液中Sc的浓度为＝9.0×10(mol·L)。 －83
10
－1
3＋
－－＋＋
cC2O2cC2O2cHC2O－144·cH4·cH
(3)25 ℃时pH＝2的草酸溶液中，＝××2＋＝－
cH2C2O4cHC2O4cH2C2O4cH
－31
－
－8
－1
Ka2(H2C2O4)×Ka1(H2C2O4)×
11－5－2－2
＝6.4×10×5.9×10×(保留两位有效2＋－22≈3.8×10cH10
3＋
＋
数字)。 “沉钪”得到草酸钪的离子方程式2Sc＋ 3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋ 6H。 高温
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc2(C2O4)3＋3O2=====2Sc2O3＋12CO2。
(5)废酸中含钪量为15 mg·L，则V L废酸中含钪的质量为15×10g·L×V L＝0.015V 0.015V g138
g，所以最多可提取Sc2O3的质量为×＝0.023V g。
4524．重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放。
Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr，同时还含有少量的Fe、 Fe、 Al、 Ca和Mg等，且酸性较强。为回收利用，通常采用如下流程处理：
3＋
2＋
3＋
3＋
2＋
2＋
－1
－3
－1
注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表。
氢氧化物 pH
(1)氧化过程中可代替H2O2加入的试剂是________(填字母，下同)。 A．Na2O2 C．FeCl3
B．HNO3 D．KMnO4
Fe(OH)3 3.7 Fe(OH)2 9.6 Mg(OH)2 11.1 Al(OH)3 8 Cr(OH)3 9(>9溶解) (2)加入NaOH溶液调整溶液pH＝8时，除去的离子是________；已知钠离子交换树脂的原理：M＋nNaR―→MRn＋nNa，此步操作被交换除去的杂质离子是________。 A．Fe C．Ca
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2＋3＋
n＋＋
B．Al D．Mg
2＋
3＋
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(3)还原过程中，每消耗172.8 g Cr2O7转移4.8 mol e，该反应离子方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.酸性条件下，六价铬主要以Cr2O7形式存在，工业上常用电解法处理含Cr2O7的废水。 实验室利用如图装置模拟处理含Cr2O7废水，阳极反应式是Fe－2e===Fe，阴极反应式是2H＋2e===H2↑
＋
－
2－
－
2＋
2－
2－
2－
－
(1)电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)电解时阳极附近溶液中Cr2O7转化为Cr的离子方程式为
________________________________________________________________________。 (3)上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡影响角度解释其原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)若溶液中初始含有0.1 mol Cr2O7，则生成的阳离子全部转化成沉淀的质量是________g。 答案 Ⅰ.(1)A (2)AB CD (3)3S2O3＋4Cr2O7＋13H2O===6SO4＋8Cr(OH)3↓＋2OH Ⅱ.(1)不能 因阳极产生的 Cu不能使Cr2O7还原到低价态 (2)Cr2O7＋6Fe＋14H
3＋
3＋
＋
＋
2＋
2－
2－
2＋
＋
2－
2－
2－
－
2－2－
3＋
===2Cr＋6Fe＋7H2O (3)水中的H在阴极区放电，H浓度减小促使水的电离平衡H2O
H＋ OH向右移动，阴极区OH浓度增大与金属阳离子在阴极区结合而沉淀完全
＋
－
－
(4)84.8
解析 Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr，同时还含有少量的Fe、Fe、Al、Ca和Mg
3＋
2－
3＋
2＋
3＋
3＋
2＋
2＋
等，加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子，同时Cr被氧化为Cr2O7，加氢氧化钠调节pH＝8，则Fe、Al转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，过滤，滤液中主要含有Cr2O7、Ca和Mg
2＋
2＋
2－
3＋
3＋
3＋
2－
2＋
2＋
等，通过钠离子交换树脂，除去Ca和Mg，然后加Na2S2O3把Cr2O7还原为Cr，再调节pH得到Cr(OH)(H2O)5SO4。
(1)加氧化剂的主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子，同时不能引入新的杂质，所以可以用Na2O2代替H2O2。
(2)根据表中数据可知，pH＝8时，Fe、Al转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，则Fe、Al中小学最新教育资料
3＋
3＋
3＋
3
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＋
被除去；通过钠离子交换树脂，除去Ca和Mg。
2－
2－
2＋2＋
(3)每消耗0.8 mol Cr2O7转移4.8 mol电子，则1 mol Cr2O7转移6 mol电子，所以生成Cr，S2O3被氧化为SO4，则反应的离子方程式为3S2O3＋4Cr2O7＋13H2O===6SO4＋8Cr(OH)3↓＋2OH。
Ⅱ.(1)若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应。
(2)Cr2O7具有强氧化性，可以将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为2Cr，反应的实质是6Fe＋Cr2O7＋14H===6Fe＋2Cr＋7H2O。
(3)随着电解进行，溶液中c(H) 逐渐减小，打破了水的电离平衡，促进了水的电离，使溶液中OH浓度增大，溶液的碱性增强，生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，金属阳离子在阴极区可沉淀完全。
(4)根据Cr2O7＋6Fe＋14H===2Cr＋6Fe＋7H2O，Cr＋3OH===Cr(OH)3↓、Fe＋3OH
2－
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3＋
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2－
===Fe(OH)3↓知，0.1 mol Cr2O7可生成0.2 mol Cr(OH)3，0.6 mol Fe(OH)3，质量为0.6 mol×107 g·mol＋0.2 mol×103 g·mol ＝84.8 g。
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