综合大题题型研究(Ⅳ)——工艺流程1．(2023·新课标卷，27)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如图所示：已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2Oeq\o\al(2－,7)存在，在碱性介质中以CrOeq\o\al(2－,4)存在。回答下列问题：(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为__________(填化学式)。(2)水浸渣中主要有SiO2和________________________________________________________。(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是______________。(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致_______________________________________________________________________________________________________________；pH>9时，会导致______________。(5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为VOeq\o\al(＋,2)或VO3＋，在碱性条件下，溶解为VOeq\o\al(－,3)或VOeq\o\al(3－,4)，上述性质说明V2O5具有______(填标号)。A．酸性B．碱性C．两性(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________。答案 (1)Na2CrO4 (2)Fe2O3 (3)NaAlO2(4)溶液中c(POeq\o\al(3－,4))降低，不利于形成MgNH4PO4沉淀 Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，不利于形成MgSiO3沉淀 (5)C (6)2Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋3S2Oeq\o\al(2－,5)＋10H＋===4Cr3＋＋6SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O解析 (6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2Oeq\o\al(2－,7)存在，还原过程中Cr2Oeq\o\al(2－,7)被S2Oeq\o\al(2－,5)还原为Cr3＋，S2Oeq\o\al(2－,5)转化为SOeq\o\al(2－,4)，因此反应的离子方程式为2Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋3S2Oeq\o\al(2－,5)＋10H＋===4Cr3＋＋6SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O。2．(2023·湖北，16)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co等金属，工艺路线如下：回答下列问题：(1)Co位于元素周期表第________周期，第________族。(2)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因________________________________________。(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是________。(4)已知Ksp[Co(OH)2]＝5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中Co2＋浓度为________mol·L－1。“850℃煅烧”时的化学方程式为____________________。(5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有______(填标号)。a．Si—Cl键极性更大b．Si的原子半径更大c．Si—Cl键键能更大d．Si有更多的价层轨道答案 (1)四 Ⅷ(2)SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl[或SiCl4＋4H2O===H4SiO4＋4HCl或SiCl4＋(2＋n)H2O===SiO2·nH2O＋4HCl](3)焰色试验 (4)5.9×10－7 6Co(OH)2＋O2eq\o(=====,\s\up7(850℃))2Co3O4＋6H2O (5)abd解析 由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1和滤饼1，滤饼1的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液1用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2[主要成分为Co(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl)；滤饼2置于空气中在850℃煅烧得到Co3O4；滤液2经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3和滤饼3，滤饼3为Li2CO3。(3)常用焰色试验鉴别Li2CO3和Na2CO3。(4)c(OH－)＝1.0×10－4mol·L－1，Co2＋浓度为eq\f(Ksp[CoOH2],c2OH－)＝eq\f(5.9×10－15,1.0×10－42)mol·L－1＝5.9×10－7mol·L－1。(5)a项，Si—Cl键极性更大，易受到极性强的H2O的影响，易水解；b项，Si的原子半径大，非金属性弱，Si—Cl键的极性强，分子中Si原子带有一定的正电荷，容易受到极性强的H2O的吸引，使之容易水解；c项，Si—Cl键键能更大，更稳定，与水解无关，d项，Si位于第三周期，3d轨道更易和H2O分子中的O原子配位。3．(2023·辽宁，16)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)，实现镍、钴、镁元素的回收。已知：物质Fe(OH)3Co(OH)2Ni(OH)2Mg(OH)2Ksp10－37.410－14.710－14.710－10.8回答下列问题：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为________________(答出一条即可)。(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1molH2SO5中过氧键的数目为_________________________________________________________。(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2＋被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为________________(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、________________(填化学式)。(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为________________时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是________________。(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为______________________________________________________________________________。(6)“沉镁”中为使Mg2＋沉淀完全(25℃)，需控制pH不低于________________(精确至0.1)。答案 (1)将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌或适当升高温度) (2)NA (3)H2O＋Mn2＋＋HSOeq\o\al(－,5)===MnO2↓＋SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋ Fe(OH)3、CaSO4(4)9.0% SO2具有还原性，能还原H2SO5(5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O(6)11.1解析 (2)H2SO5的结构式为，所以1molH2SO5中过氧键的数目为NA。(3)Ksp[Fe(OH)3]＝10－37.4，当铁离子完全沉淀时，溶液中c(Fe3＋)＝10－5mol·L－1，Ksp[Fe(OH)3]＝c3(OH－)·c(Fe3＋)＝c3(OH－)×10－5＝10－37.4，c(OH－)＝10－10.8mol·L－1，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，Ca2＋与SOeq\o\al(2－,4)结合生成CaSO4沉淀。(6)Ksp[Mg(OH)2]＝10－10.8，当镁离子完全沉淀时，c(Mg2＋)＝10－5mol·L－1，可求得c(OH－)＝10－2.9mol·L－1，则c(H＋)＝10－11.1mol·L－1，所以溶液的pH＝11.1。4．(2023·湖南，17)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；③相关物质的沸点：物质Ga(CH3)3Et2OCH3INR3沸点/℃55.734.642.4365.8回答下列问题：(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是___________________________________。(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45℃的原因是__________________________________________________________________________________________________，阴极的电极反应式为_____________________________________________________________。(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________________________________。(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是________________________。(5)下列说法错误的是______________________________。A．流程中Et2O得到了循环利用B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3__________Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“＝”)，其原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)分子晶体 (2)使Ga充分熔化 GaOe