题专训练10 化工流程
1. 锑(Sb)及其化合物在工业上有许多用途。以辉锑矿(主要成分为Sb2S3, 还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)为原料制备金属锑的工艺流程如图所示：
已知：①浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外, 还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等； ②常温下：Ksp(CuS)=1.27×10, Ksp(PbS)=9.04×10；
③溶液中离子浓度小于等于1.0×10-5mol·L-1时, 认为该离子沉淀完全。 （1）滤渣1中除了S之外, 还有___________（填化学式）。 （2）“浸出”时, Sb2S3发生反应的化学方程式为_______________。 （3）“还原”时, 被Sb还原的物质为___________（填化学式）。
（4）常温下, “除铜、铅”时, Cu和Pb均沉淀完全, 此时溶液中的c(S)不低于_________；所加Na2S也不宜过多, 其原因为_____________________________。
（5）“电解”时, 被氧化的Sb元素与被还原的Sb元素的质量之比为_________。 （6）一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图所示：
2+
2+
2--36
-29
该电池由于密度的不同, 在重力作用下分为三层, 工作时中间层熔融盐的组成不变。充电时, Cl-向_____（填“上”或“下”）移动；放电时, 正极的电极反应式为_________。
【答案】 (1). SiO2 (2). Sb2S3＋3SbCl5＝5SbCl3＋3S (3). SbCl5 (4). 9.04×10-24 mol·L-1 (5). 产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3 (6). 3︰2 (7). 下 (8). Mg -2e-＝Mg2+ 【解析】（1）二氧化硅与盐酸不反应；正确答案：SiO2；
（2）根据题给信息, Sb2S3与SbCl5反应生成单质硫, 浸出液中含有SbCl3；因此反应产生SbCl3和S；正确答案：Sb2S3＋3SbCl5＝5SbCl3＋3S；
（3）SbCl5 中+价Sb 被还原到+3价；正确答案：SbCl5；
（4）由Ksp(CuS)=1.27×10-36, Ksp(PbS)=9.04×10-29可知, Ksp(PbS)较大, 在保证PbS沉淀的前提下, CuS已经沉淀；所以：Ksp(PbS)=9.04×10-29=c(Pb2+)c(S2-)=1.0×10-5×c(S2-)；解出c(S2-)=9.04×10-24 mol/L；正
确答案：9.04×10-24；加入过多的Na2S, 硫离子与Sb3+形成Sb2S3或者硫离子与氢离子结合成硫化氢气体等；正确答案：产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3；
（5）+3价Sb被氧化到+5价, 还原到0价；根据电子得失守恒规律：被氧化的Sb与被还原的Sb的量之比为3:2；正确答案：3:2；
（6）根据电流方向可知：镁-锑液态金属极为正极, 液镁为负极；放电时, 氯离子向负极移动, 充电时, 氯离子向阳极移动, 向镁-锑液态金属极方向移动；放电时溶液中的镁离子得电子变为金属镁；正极反应： Mg2++2e-＝Mg；正确答案：下；Mg2++2e-＝Mg。
2. 钨有“光明使者”的美誉,在自然界中主要以钨(+6价)酸盐的形式存在, 黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐, 化学式常写成(Fe、Mn)WO4,钨酸(B)酸性很弱, 难溶于水, 黑钨矿传统冶炼工艺的第一阶段是碱熔法, 第二阶段则是用还原剂还原出金属钨。化合物A、B、C含有同一元素。请回答下列问题：
（1）为提高水浸速率, 采取的措施为___________________(写两种)。 （2）用还原剂还原出金属钨。
①碳和氢气均可还原化合物C得钨,用氢气比用碳更具有优点,其理由是___________。 ②如果用金属铝与化合物C反应,还原出1mol钨至少需要铝的质量为___________。 （3）利用“化学蒸气转移法”提纯金属钨的反应原理为：W(s)+I2(g)
WI2(g) △H<0。
①一定温度下,向某恒容密闭容器中加入2molI2(g)和足量W(s)达平衡后,I2(g)的转化率为20%, 则平衡时c[I2(g)]∶c[WI2(g)]=___________;相同条件下, 若开始加入I2(g)的物质的量变为原来2倍, 则下列数值是原来2倍的有___________(填标号)。
A．平衡常数 B．达到平衡的时间
C．I2(g)的物质的量浓度 D．平衡时WI2(g)的体积分数 ②工业上利用上述反应原理提纯金属钨的示意图如右：
反应在真空石英管中进行, 先在温度为T1端放入不纯W粉末和少量I2(g), 一段时间后, 在温度为T2的一端
得到纯净的晶体, 则温度T1___________T2(填：“>”、“<”或“=”)。
（4）写出黑钨矿中FeWO4在步骤Ⅰ中反应的化学方程式__________________________。
【答案】 (1). 为提高水浸速率, 粉碎、搅拌、升高水温等中的两种即可 (2). 氢气易与产物钨分离且不产生有毒气体 (3). 54g (4). 4∶1 (5). C (6). < (7). 4FeWO4+8NaOH+O2
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O；
【解析】（1）粉碎、搅拌、升温等方法都可以达到目的；正确答案：粉碎、搅拌、升高水温等中的两种即可；
(2)①氢气的氧化产物为水, 对环境无危害, 且气体易与固体分离；而碳的氧化产物易产生一氧化碳, 对环境有危害；正确答案：氢气易与产物钨分离且不产生有毒气体；
② 根据电子守恒规律：设消耗金属铝xmol,钨由+6价降到0价。铝由0价升高到+3价； 3×x=6×1, x=2mol,m(Al)= 2×27=54g, 正确答案：54g； （3）① W(s) + I2(g)
WI2(g) △H<0。
起始量 2 0 变化量 2×20% 2×20% 平衡量 1.6 0.4 则平衡时c（I2(g)）∶c（WI2(g)）=4:1 ；
平衡常数为温度的函数, 温度不变, 平衡常数不变, A错误；增大反应物的浓度, 反应速率加快, 但不是成正比关系, B错误；该反应为反应前后气体的总量不变的反应, I2(g)的物质的量浓度增大2倍, 相当于加压, 平衡不动, 平衡时I2(g)的物质的量浓度是原平衡的2倍, 平衡时WI2(g)的体积分数保持不变；C正确, D错误；正确答案：4∶1 ；C；
② 碘单质受热易升华, 温度升高, 碘固体变为碘蒸气, 从固体中分离；所以温度T1小于T2； 正确答案：<； （4）黑钨矿在氢氧化钠、空气的条件下, 高温发生反应, +2价铁变为+3价（氧化铁）, 发生氧化反应, 氧由0价降低到-2价, 发生还原反应, 然后根据电子得失守恒进行配平, 正确答案： 4FeWO4+8NaOH+O2
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O；
3. 随着材料科学的发展, 金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用, 并被誉为“合金的维生素”。为了回收利用含钢催化剂(V2O5、VOSO4及不溶性杂质), 科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺。该工艺的主要流程如图所示:
已知:部分含钒物质在水中的溶解性: 物质 溶解性
(1)由V2O5冶炼金属钒采用铝热剂法, 反应的化学方程式为:___________ (2)V2O5通常用作为反应2SO2+O2
2SO3的理想催化剂, 其催化的机理可能是加热时可逆地失去氧的原因,
2V2O5.
V2O5 难溶 VOSO4 可溶 NH4VO3 难溶 (VO2)2SO4 易溶 其过程可用两个化学方程式表示:_________、4V+5O2(3)反应①的目的是_________.
(4)将滤液1与滤液2混合后用氯酸钾氧化, 氯元素被还原为最低价, 其反应的离子方程式为______。 (5)反应③的沉淀率(又称沉钒率) 是回收钒的关键之一, 下图是反应温度与沉钒率的关系图, 则控制温度的方法是____________.
(6)反应④在NH4VO3的焙烧过程中, 固体质量的减少值(纵坐标) 随温度变化的曲线如图2所示, 则其分解过程中_______(填字母代号)。
A.先分解失去H2O, 再分解失去NH3 B.先分解失去NH3, 再分解失去H2O C.同时分解失去H2O 和NH3 D.同时分解失去H2和N2和H2O
(7)全钒电池的电解质溶液为VOSO4溶液, 电池的工作原理为VO2++V2++2H+极的电极反应式为__________
VO2++H2O+V3+。电池充电时阳
【答案】 (1). 3V2O5+10Al
-2+
6V+5A12O3 (2). 5SO2+V2O5
+
+
-
5SO3+2V (3). 将V2O5转化为
可溶性的VOSO4 (4). C1O3+6VO+3H2O=6VO2+6H+C1 (5). 将反应容器置于80℃的水浴中 (6). B (7). VO2+H2O-e =VO2+2H 【解析】
(1)高温下, 用金属铝从活泼性比铝差的金属氧化物中置换出该金属, 既为铝热剂法；正确答案：3V2O5+10Al (2)用2SO2+O2答案：5SO2+V2O5
6V+5A12O3。
2SO3反应减去4V+5O25SO3+2V。
2V2O5反应, 消去氧气, 即可得到第一个反应的方程式；正确
+
-+
+
(3) 根据题给信息, V2O5 不溶于水, 因此在酸性条件下, 用亚硫酸钠把 V2O5还原为可溶性的VOSO4, 便于氯酸钾把VOSO4氧化为(VO2)2SO4；正确答案：将V2O5转化为可溶性的VOSO4 。
(4) 易溶于水VOSO4被氧化为易溶的(VO2)2SO4, 而氯酸钾中氯元素被还原到Cl-；正确答案： C1O3
-
+6VO2++3H2O=6VO2++6H++C1-。
(5)从图像中看出, 温度为80℃时, 沉钒率最高, 因此可以用水浴加热进行操作；正确答案：将反应容器置于80℃的水浴中。
2019年高三化学二轮复习题型专练 化工流程含解析 (2)
