題型突破特訓(二)化學工藝流程綜合題1.(2024·廣東湛江二模)固體電解質LATP的化學式為Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3，某探討人員以鈦鐵礦精粉(主要成分為FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2)為原料合成LATP的工藝流程如圖所示。請回答下列問題：(1)基態Ti原子的核外電子排布式為_1s22s22p63s23p63d24s2__。(2)“堿浸”的目的是除去_Al2O3、SiO2__(填化學式)。(3)“堿浸”時加入適當過量的NaOH溶液，“酸浸”時加入適當過量的稀硫酸，且NaOH溶液和稀硫酸均不宜過量太多，其主要緣由是_適當過量可以使反應更充分，不能過量太多是防止過量NaOH、H2SO4腐蝕反應容器，且后續處理浸液1和濾液2成本高__。(4)“沉鈦”時生成Ti3(PO4)4的化學方程式為4H3PO4＋3TiOSO4=Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O。(5)本試驗洗滌Ti3(PO4)4時采納如圖所示裝置，該裝置為抽濾裝置，其原理是用抽氣泵使吸濾瓶中的壓強降低，達到快速固液分別的目的。其中“平安瓶”的作用是_防止吸濾瓶中的液體倒吸到抽氣泵中__。(6)常溫下，Ti3(PO4)4的Ksp＝a，當溶液中c(Ti4＋)≤1.0×10－5mol·L－1時可認為Ti4＋沉淀完全，則“沉鈦”時，溶液中c(POeq\o\al(3－,4))最低為eq\r(4,1015a)mol·L－1。【解析】鈦鐵礦粉碎過篩后加入NaOH溶液，氧化鋁、二氧化硅和NaOH溶液反應而除去，FeTiO3用稀硫酸酸浸，得到TiOSO4和FeSO4的混合溶液，加磷酸沉鈦，得到Ti3(PO4)4，Ti3(PO4)4和AlPO4、Li3PO4高溫反應得到LATP。(1)Ti是22號元素，核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d24s2。(2)鈦鐵礦粉碎過篩后主要成分為FeTiO3，含少量Al2O3、SiO2，加入NaOH溶液“堿浸”的目的是除去雜質Al2O3，SiO2。(3)NaOH溶液、H2SO4溶液均具有劇烈的腐蝕作用，NaOH溶液和稀硫酸均不宜過量太多，防止過量NaOH、H2SO4腐蝕反應容器。(4)“沉鈦”時加入磷酸生成Ti3(PO4)4的化學方程式為4H3PO4＋3TiOSO4=Ti3(PO4)4↓＋3H2SO4＋3H2O。(5)抽濾原理是用抽氣泵使吸濾瓶中的壓強降低，抽氣泵中的壓強降低簡單出現倒吸現象，須要加入“平安瓶”防止吸濾瓶中的液體倒吸到抽氣泵中。(6)Ti3(PO4)4(s)3Ti4＋(aq)＋4POeq\o\al(3－,4)(aq)，Ksp＝c3(Ti4＋)·c4(POeq\o\al(3－,4))當Ti4＋沉淀完全時cmin(POeq\o\al(3－,4))＝eq\r(4,\f(Ksp,c3Ti4＋))＝eq\r(4,\f(a,10－53))mol·L－1＝eq\r(4,1015a)mol·L－1。2.(2024·湖北十一校二模)電子級氫氟酸是微電子行業的關鍵性基礎材料之一，由螢石粉(主要成分為CaF2，含有少量SiO2和微量As2O3等)制備工藝如下：回答下列問題：(1)“酸浸”時生成HF的化學方程式為CaF2＋H2SO4(濃)=CaSO4＋2HF↑，工業生產時往往會適當加熱，目的是_加快反應速率，提高CaF2的轉化率__。(2)“精餾1”設備運用的材料可選用_D__(填序號)。A．玻璃 B．陶瓷C．石英 D．金(3)已知H2SiF6是一種配位酸，酸性與硝酸相近，可與KMnO4溶液反應制備極易溶于水的強酸HMnO4，反應的離子方程式為2K＋＋SiFeq\o\al(2－,6)=K2SiF6↓。(4)“氧化”時將AsF3氧化為AsF5。AsF5的沸點高于AsF3，緣由是_AsF5、AsF3均為分子晶體(分子間均不存在氫鍵)，AsF5相對分子質量大，范德華力大，熔沸點高__。(5)液態HF是酸性溶劑，能發生自偶電離：HFH＋＋F－，由于H＋和F－都溶劑化，常表示為3HFH2F＋＋HFeq\o\al(－,2)。在HF溶劑中AsF5、BF3呈酸性，HClO3、HNO3、H2O呈堿性，比如AsF5、HClO3的電離方程式分別為AsF5＋2HFAsFeq\o\al(－,6)＋H2F＋；HOClO2＋2HF(HO)2ClO＋＋HFeq\o\al(－,2)。在HF作用下：①寫出BF3與HNO3反應的離子方程式BF3＋HNO3＋HF=(HO)2NO＋＋BFeq\o\al(－,4)。②已知：H2O與AsF5反應生成HAsF6。結合H＋的實力：H2O_<__AsFeq\o\al(－,6)(填“>”“<”或“＝”)。【解析】“酸浸”發生CaF2＋H2SO4=CaSO4＋2HF↑，二氧化硅與HF發生SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，As2O3與HF發生As2O3＋6HF=2AsF3＋3H2O；“硫酸吸附”：加入硫酸，部分HF、SiF4以氣體形式釋放出去，然后加入水汲取為H2SiF4，部分HF、AsF3、多余硫酸進入精餾1；“精餾1”：因為硫酸熔沸點較高，因此精餾1中得到HF、AsF3；“氧化”：依據問題(4)，過氧化氫將AsF3氧化成熔沸點較高的AsF5；“精餾2”：蒸餾方法得到HF，據此分析。(1)HF易揮發，“酸浸”時發生難揮發性酸制備易揮發性酸，即生成HF的反應方程式為CaF2＋H2SO4=CaSO4＋2HF↑；工業生產時往往會適當加熱，其目的是加快反應速率，提高CaF2的轉化率。(2)HF能與二氧化硅發生反應，玻璃、陶瓷、石英均含有二氧化硅，HF能腐蝕玻璃、陶瓷、石英，“精餾1”設備不能使玻璃、陶瓷、石英材料制作，HF不與金反應，因此“精餾1”設備以金為材料；故選D。(3)KMnO4→HMnO4中Mn的價態沒有發生改變，H2SiF6酸性與硝酸相像，即H2SiF6為強酸，HMnO4為溶于水的強酸，該反應為復分解反應，生成K2SiF6沉淀，即離子方程式為2K＋＋SiFeq\o\al(2－,6)=K2SiF6↓。(4)AsF3、AsF5均為分子晶體，不含分子間氫鍵，因此相對分子質量越大，范德華力越大，熔沸點越高，因此AsF5相對分子質量大于AsF3，AsF5熔沸點高。(5)①HNO3在HF中呈堿性，其電離方程式為HNO3＋2HF(HO)2NO＋＋HFeq\o\al(－,2)，BF3在HF中呈酸性，其電離方程式為BF3＋2HFBFeq\o\al(－,4)＋H2F＋，因此兩者混合，發生類似的中和反應，其離子方程式為BF3＋HNO3＋HF=(HO)2NO＋＋BFeq\o\al(－,4)。②H2O與AsF5反應生成HAsF6，從而推出H2O結合H＋實力小于AsFeq\o\al(－,6)。3.(2024·遼寧大連二模)央視報道王者歸“錸”，我國利用新技術提純稀有金屬錸(Re)，為航空航天發動機領域作出重要貢獻。一種以鉬精礦(主要成分為MoS2、ReS2、CuReS2、CuS)為原料提純錸的工藝如下：已知：①加壓焙燒后的產物中有Ca(ReO4)2、CaMoO4。②酸性條件下，MoOeq\o\al(2－,4)可轉化為MoOeq\o\al(2＋,2)。回答下列問題。(1)步驟Ⅰ中，加壓的目的是_增大氧氣濃度，加快反應速率__，寫出MoS2在此焙燒過程中發生的化學方程式2MoS2＋9O2＋6CaOeq\o(=,\s\up7(△))2CaMoO4＋4CaSO4。(2)廢渣1的主要成分是_CaSO4(多答MnO2不扣分)__(填化學式)。浸出液中除含有HReO4、H2MoO4外，主要含有的金屬陽離子還有_Cu2＋和Mn2＋__。如圖表示萃取液流速與錸吸附率的關系，結合實際生產效益，萃取液流速最佳范圍為_C__BV/h。(填選項)A．2～4 B．4～6C．6～8 D．8～10(3)步驟Ⅵ的離子交換法是在c(H＋)>0.5mol/L的條件，用陰離子交換樹脂吸附ReOeq\o\al(－,4)，請用適當的化學用語從平衡移動的角度說明“c(H＋)>0.5mol/L”的緣由MoOeq\o\al(2－,4)＋4H＋MoOeq\o\al(2＋,2)＋2H2O反應，c(H＋)>0.5mol/L時，該平衡正向程度大，使Mo元素轉變為陽離子，不會被陰離子交換樹脂吸附，從而與Re元素分別。(4)pH＝3時，通過X射線能譜分析，產品中僅含有少量ReO3雜質，并測得Re與O兩種原子的物質的量之比為1∶0.30，則該條件下產品中單質Re的質量分數為_88__%。(結果保留兩位有效數字)【解析】鉬精礦加入CaO加壓焙燒得到Ca(ReO4)2、CaMoO4、CuO。加入稀H2SO4、MnO2酸浸，浸出液主要含有HReO4、H2MoO4、Mn2＋、Cu2＋等離子，廢渣主要為CaSO4。浸出液經過沉鉬，得到鉬/錸浸出液，可采納離子交換或萃取/反萃取等方法分別鉬元素和錸元素。(1)加壓可增大氧氣濃度，從而加快反應速率，使反應進行更加充分。MoS2加壓焙燒后轉化為CaMoO4，化學方程式為2MoS2＋9O2＋6CaOeq\o(=,\s\up7(△))2CaMoO4＋4CaSO4。(2)CaSO4微溶于水，則廢渣1的主要成分是CaSO4(還有過量的MnO2)。酸浸過程中MnO2作氧化劑，被還原為Mn2＋，則浸出液中主要含有的金屬陽離子還有Cu2＋和Mn2＋。實際生產中要使錸吸附率較大的狀況下盡可能提升萃取液流速，則依據圖示，最佳流速范圍為6～8BV/h，選擇C項。(3)步驟Ⅵ中存在MoOeq\o\al(2－,4)＋4H＋MoOeq\o\al(2＋,2)＋2H2O反應，當c(H＋)>0.5mol/L時，該平衡正向程度大，使Mo元素轉變為陽離子，不會被陰離子交換樹脂吸附，而Re主要以ReOeq\o\al(－,4)陰離子形式存在，因此Mo元素可以與Re元素分別。(4)Re與O兩種原子的物質的量之比為1∶0.30，則Re原子與ReO3的物質的量之比為1∶0.10，Re金屬與ReO3的物質的量之比為0.90∶0.10，因此該條件下產品中單質Re的質量分數為eq\f(0.90×186,0.90×186＋0.10×186＋16×3)×100%＝88%。4.(2024·山東聊城二模)一種利用廢催化劑(含TiO2，WO3等)回收金屬Ti、W的工藝流程如圖所示。已知：①偏鈦酸鈉(Na2TiO3)難溶于水；“酸洗”時，Na2TiO3轉化為TiOCl2或TiOSO4，水解后得到H2TiO3；②當溶液中某離子濃度≤1×10－5mol/L時，認為該離子沉淀完全。請回答下列問題：(1)為加快“堿浸”的速率，可實行的措施為將廢催化劑粉碎、攪拌或增大NaOH溶液的濃度或加熱(任寫兩條)；“堿浸”時生成偏鈦酸鈉的離子方程式為TiO2＋2Na＋＋2OH－=Na2TiO3＋H2O。(2)銳鈦型和金紅石型是TiO2最常見的兩種晶體類型，煅燒H2TiO3過程中，TiO2會發生“銳鈦型→金紅石型”轉化，固體質量殘留率和晶型轉化率隨溫度改變如圖1所示，晶型轉化過程中的能量改變如圖2所示。設計用“過濾”所得Na2TiO3制備金紅石型TiO2的操作方案_用鹽酸酸洗Na2TiO3，將生成的TiOCl2充分水解后，過濾、洗滌得到H2TiO3，在950_℃下煅燒H2TiO3至恒重__。(3)“煅燒”時，TiO2的提取率隨時間、溫度的改變關系如圖，提取TiO2的相宜條件為_30_min、500_℃__。(4)用固體二氧化鈦生產海綿鈦的裝置如圖，其原理是TiO2的氧解離進入熔融鹽中而得到金屬海綿鈦。電解過程中，b極是_正__極，陰極的電極反應式為TiO2＋4e－=Ti＋2O2－。(5)將氫氧化鈣加入鎢酸鈉溶液中可得到鎢酸鈣，已知Ksp(CaWO4)＝4×10－10(mol/L)2，Ksp[Ca(OH)2]＝9×10－7(mol/L)3，當溶液中WOeq\o\al(2－,4)沉淀完全時，溶液中c(OH－)最大值為_0.15__mol/L。【解析】由題給流程可知，廢催化劑加入氫氧化鈉溶液堿浸時，二氧化鈦與氫氧化鈉溶液反應轉化犯難溶于水的偏鈦酸鈉，三氧化鎢與氫氧化鈉溶液反應轉化為鎢酸鈉，過濾得到偏鈦酸鈉和鎢酸鈉；向偏鈦酸鈉中加入鹽酸或硫酸溶液酸洗，將偏鈦酸鈉轉化為TiOCl2或TiOSO4，TiOCl2或TiOSO4在溶液中水解生成偏鈦酸，過濾得到偏鈦酸；偏鈦酸煅燒分解生成二氧化鈦，電解熔融二氧化鈦制得鈦；鎢酸鈉溶液中加入氫氧化鈣將鎢酸鈉轉化為鎢酸鈣沉淀，過濾得到鎢酸鈣，鎢酸鈣經多步轉化制得鎢。(1)將廢催化劑粉碎、攪拌、增大氫氧化鈉溶液的濃度、加熱等措施能加快“堿浸”的速率；“堿浸”時生成偏鈦酸鈉的反應為二氧化鈦與氫氧化鈉溶液反應生成難溶于水的偏鈦酸鈉和水，反應的離子方程式為TiO2＋2Na＋＋2OH－=Na2TiO3＋H2O。(2)由晶型轉化過程中的能量改變示意圖可知，酸洗時應加入鹽酸將偏鈦酸鈉轉化為TiOCl2，TiOCl2充分水解生成偏鈦酸，由固體質量殘留率和晶型轉化率隨溫度改變的示意圖可知，在950℃下煅燒偏鈦酸至恒重制得高純二氧化鈦，詳細操作為用鹽酸酸洗偏鈦酸鈉，將生成的TiOCl2充分水解后，過濾、洗滌得到偏鈦酸，在950℃下煅燒偏鈦酸至恒重制得純二氧化鈦。(3)由圖可知，500℃時二氧化鈦的提取率遠高于400℃，而800℃時的提取率與500℃時相比提高不多，從節約能源，降