无机综合——化工流程综合题的研究真题调研
1．(2024·全国卷Ⅰ，26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。
(2)“滤渣1”的主要成分有________________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe离子，可选用的化学试剂是______________。 (3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2O
H＋B(OH)4，Ka＝5.81×10
＋
－
－10
3＋
，可判断H3BO3是
________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节到3.5，目的是________________。 (4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为_____________________， 母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
答案 (1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3 (2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN溶液
(3)一元弱 将硼元素转化为H3BO3，促进析出 (4)2Mg
2
＋
＋3CO
2－3
＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO
－3
(或2Mg
2＋
＋2CO
2－3
＋
H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑) 溶浸 高温焙烧 解析 (1)硫酸铵溶液中存在平衡：NH4＋H2O
＋
NH3·H2O＋H，硼酸镁能与水解出的H反应，
NH3＋H2O，一
＋＋
促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡NH3·H2O
水合氨浓度增大，促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe的试剂可选用KSCN溶液。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前，调节pH≈3.5的目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。(4)“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式
1
3＋
碳酸镁：2MgSO4＋2(NH4)2CO3＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2(NH4)2SO4＋CO2↑，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温
高温焙烧法，Mg(OH)2·MgCO3=====2MgO＋H2O＋CO2↑。
2．(2024·全国卷Ⅱ，26)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________(填标号)。 A．黄色B．红色C．紫色D．绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为________________________________________________________________________。 回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________________________________________________。 ②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的____________________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)成品中S的含量可以用“碘量法”测得。称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L的I2-KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000mol·LNa2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O3===2I＋S4O6。测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。终点颜色变化为________________，样品中S的含量为_____________________________________________________ (写出表达式)。
答案 (1)D (2)①BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑ CO＋H2O===CO2＋H2 ②BaCO3 ③S＋Ba＋1
?25.00－V?×0.1000×32
22＋2－
Zn＋SO4===ZnS·BaSO4↓ (3)浅蓝色至无色 ×100%
m×1000
解析 (1)灼烧立德粉样品时钡的焰色为绿色。(2)①由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知，在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶
2
2－
2＋
2－
2－
－
2－
－1
－1
2－
性的BaS和CO；生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO，即CO与H2O反应生成CO2和H2。②所得“还原料”的主要成分是BaS，BaS在潮湿空气中长期放置能与空气中的H2O反应生成具有臭鸡蛋气味的H2S气体，“还原料”的水溶性变差，表明其表面生成了难溶性的BaCO3。③结合立德粉的成分可写出沉淀器中S、Ba、Zn、SO4反应生成ZnS·BaSO4的离子方程式。(3)达到滴定终点时I2完全反应，可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色，且半分钟内颜色不再发生变化；根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式12－－32－2－
I2～2S2O3，可得n(I2)过量＝×0.1000V×10mol，再根据关系式S～I2可知，n(S)＝
21V－3－3－3
0.1000×25.00×10mol－×0.1000V×10mol＝(25.00－)×0.1000×10mol，则样品中
22?25.00－?×0.1000×3222－
S的含量为×100%。
m×1000
3．(2024·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：
2－
2＋
2＋
2－
V
相关金属离子[c0(M)＝0.1 mol·L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH
(1)“滤渣1”含有S和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式________________________________________________________________________。 (2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是______________________________________。 (3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为________～6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn和Ni，“滤渣3”的主要成分是________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg。若溶液酸度过高，Mg沉淀不完全，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式_______________________________________________ ________________________________________________________________________。
2＋
2＋
2＋
2＋
n＋－1
Mn 8.1 10.1 2＋Fe 6.3 8.3 2＋Fe 1.5 2.8 3＋Al 3.4 4.7 3＋Mg 8.9 10.9 2＋Zn 6.2 8.2 2＋Ni 6.9 8.9 2＋ 3
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、1
Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝时，z＝________。
3
答案 (1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O (2)将Fe氧化为Fe (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F与H结合形成弱电解质HF，MgF212＋－
右移动 (6)Mn＋2HCO3===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O (7)
3
解析 (1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S，可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S，根据化合价升降法可配平该反应。(2)“溶浸”后溶液中含Fe，“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe氧化为Fe。(3)“调pH”除去Fe和Al
＋
2＋
2＋
3＋
3＋
3
3＋
－
＋
2＋
Mg＋2F平衡向
2＋－
时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7～6之间。(4)“除杂1”中加入Na2S
2＋
2＋
能将Zn和Ni分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。(5)“除杂2”中F与Mg反应生成MgF2沉淀，若溶液酸度过高，则F与H结合生成弱电解质HF，导致MgF2(s)
Mg(aq)＋2F(aq)平衡向右移动，Mg不能完全除去。(6)“沉锰”时Mn与HCO3
2＋
－
2＋
2＋
－
－
2＋
－
＋
1反应生成MnCO3并放出CO2，由此可写出离子方程式。(7)化合物LiNixCoyMnzO2中，当x＝y＝
3111
时，根据化合价代数和为0得1＋2×＋3×＋4z－2×2＝0，解得z＝。
333
4．(2024·全国卷Ⅰ，27)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：__________________________________________________________________________。 (2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：
①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是___________________________。 (3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_________________________________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
4
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。滴定反应的离子方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 该样品中Na2S2O5的残留量为______g·L(以SO2计)。 答案 (1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O (2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液 (3)2H2O－4e===4H＋O2↑ a
(4)S2O5＋2I2＋3H2O===2SO4＋4I＋6H 0.128
解析 (1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
(2)①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。
(3)阳极上阴离子OH放电，电极反应式为2H2O－4e===O2↑＋4H，电解过程中H透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。
(4)根据电子、电荷及质量守恒，可写出反应的离子方程式为S2O5＋2I2＋3H2O===2SO4＋4I
2－
2－
－
－
－
＋
＋
2－
2－
－
＋
－
＋
－1
－1
11＋2－－1－3－5
＋6H，n(S2O5)＝×n(I2)＝×0.01000mol·L×10.00×10L＝5×10mol，该样品中
221000mL·L－1
SO的残留量(以SO2计)为5×10mol×2×64g·mol×＝0.128g·L。
50.00mL
2－25
－5
－1
－1
5．(2024·全国卷Ⅱ，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(M)＝0.1 mol·L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe 1.5 2.8 3＋n＋－1
Fe 6.3 8.3 2＋Zn 6.2 8.2 2＋Cd 7.4 9.4 2＋ 5
高考化学二轮复习 题型二 无机综合——化工流程综合题的研究真题调研教案
