高考化学大题专项复习：化学工艺流程题1.中南大学郑雅杰等 3 位老师提出“以含砷废水沉淀还原法制备 As2O3”，有较高的实际应用价值。
某工厂含砷废水含有 H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3 等，利用该废水提取As2O3 的流程如图所示。
表：金属离子沉淀 pH 值表格(20℃)（1）为了加快中和过程的速率，可以采取的措施有______________(施即可)。
（2）沉淀中的成分，除了 Bi(OH)3 沉淀外，还有。
（3）A 可以循环利用，A 的化学式为_________。
在滤液 1 中，加入 NaOH 调节 pH 为 8 的目的是。
（4）Cu3(AsO3)2 沉淀加入一定量的水调成浆料，通入 SO2，该过程的化学反应方程式是。
（5）按照一定的液固比，将水加入 Cu3(AsO3)2 沉淀中，调成浆料。
当反应温度为25℃，SO2 流量为 16L/h，液固比、时间对砷、铜浸出率的影响如图甲、乙所示。
请选择最适宜的液固比、反应时间：______________、_______________。
（6）一定条件下，用雄黄(As4S4)制备 As2O3 的转化关系如图所示。
若反应中，1mol As4S4(其中 As 元素的化合价为+2 价)参加反应时，转移 28mole-，则物质 a 为_______(填化学式)。
【答案】（1）适当增加氢氧化钠溶液的浓度或加热（2）Fe(OH)3（3）CuSO4 完全沉淀 Cu2+，回收利用铜（4）Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4（5）4：1 60min SO2【解析】（1）为了加快中和的速率，可以通过浓度、温度来调节反应的速率。
（2）根据元素守恒进行判断。
（3）Cu3(SO3)2·2H2O 氧化可以得到 CuSO4，在流程中可以循环利用。
（4）根据氧化还原反应中化合价升降守恒可知 S 的化合价升高，根据信息写出反应物和产物并配平方程式。
（5）根据图象，砷的浸岀率随着液固比增加而増加。
为了减少铜的浸出，适宜的液固比为 4:1。
砷浸出率随反应时间延长而升高，铜浸出率随反应时间延长而降低。
（6）根据电子转移相等计算。
【详解】（1）为了加快中和的速率，可以通过浓度、温度来调节反应的速率，因此可以通过增加氢氧化钠溶液的浓度、加热来加快化学反应速率。
（2）根据含砷废水的成分 H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3 等，根据元素守恒，除了得到 Bi(OH)3 沉淀外，还有 Fe(OH)3 沉淀。
（3）Cu3(SO3)2·2H2O 氧化可以得到 CuSO4，在流程中可以循环利用。
Cu3(AsO3)2 为了充分回收砷，使用了过量硫酸铜，为了减少铜的损失，应回收利用铜，用 NaOH 调节废水 pH 值至 8。
（4）结合 Cu3(AsO3)2 中 Cu 为+2 价，1molCu3(SO3)2·2H2O 中有 2molCu 显+1 价， 1molCu 显+2 价，根据氧化还原反应中化合价升降守恒可知 S 的化合价升高，根据信息写出反应物和产物并配平方程式：Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4。
（5）根据图象，砷的浸岀率随着液固比增加而増加，但同时铜的浸岀率也随着液固比増加而升高。
为了减少铜的浸出，适宜的液固比为 4:1。
砷浸出率随反应时间延长而升高，铜浸出率随反应时间延长市降低。
当反应为 60min 时，砷浸出率较大和铜浸出率较小，继续延长反应时间，砷、铜浸出率变化不大。
因此，选择 60min。
（6）As4S4 中 As 为+2 价、S 为-2 价，且 As 元素被氧化为+3 价的 As2O3，1molAs4S4(其中 As 元素的化合价为+2 价)参加反应时，转移 28mole-，由于 As 的化合价只升高了 1，则 S 元素化合价必须升高 6 价，即 S 元素的化合价由-2 升高为+4 价，因此应为 SO2。
2.钠离子电池由于成本低、资源丰富，成为取代锂离子电池在大规模储能领域应用的理想选择。
作为钠离子电池的正极材料之一，束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线电极材料成为关注焦点之一。
其制备工艺流程如图：（资料）①石煤的主要成分为 V2O3，含有 Al2O3、CaO、Fe2O3 等杂质。
②+5 价钒在溶液中的主要存在形式与溶液 pH 的关系如下表。
（1）K3V2(PO4)3 中 V 的化合价为___。
（2）焙烧时，向石煤中加生石灰，将 V2O3 转化为 Ca(VO3)2。
①为了提高焙烧过程中氧化效率，下述工艺步骤方法合理的是___。
a.在回转窑进行富氧焙烧，助燃风气量为煤气量的 0.5~2 倍b.焙烧过程中，在焙烧物料中加入辅助剂，增加物料疏松度和透气性c.窑体进行分段控温d.调控料层厚度为窑体的 2/3 高度②焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________。
（3）实验时将 NH4VO3、KOH 和 H3PO4 按物质的量分别为 5mmol、7.5mmol、7.5mmol 依次溶解于 20mL 去离子水中，溶液颜色依次为白色浑浊、无色澄清透明和棕红色透明溶液。
随后再加入 H2C2O4·2H2O，搅拌至溶液变为黄绿色，草酸的量对 K3V2(PO4)3 形貌的影响如下：①实验条件下束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线样品制备的最佳条件为。
②亚硫酸钠是常用的还原剂，但实验中不能用亚硫酸钠代替草酸晶体，原因是。
（4）加入的草酸晶体是过量的，其中只有的草酸为还原剂，将 VO3-还原成 VO2+，的草酸以 C2O42-的形式存在，此过程中反应的离子方程式为。
（5）“氩气中煅烧”时，氩气的作用是。
（6）某工厂利用上述工艺流程，用 10t 石煤生产束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线0.8064t，若整个过程中钒的总回收率为 80%，则石煤中钒元素的质量分数为___。
【答案】（1）+3（2）① a、b、c ② CaO+O2+V2O3 =Δ Ca VO3 2（3）①草酸质量为 6.0g②草酸在合成束状碳包覆 K2V2(PO4)3 纳米线的过程中不仅做还原剂还影响其形貌（4）2H+ +2VO3- +3H2C2O4 2H2O=2VO22C2O24-+2CO2 +10H2O（5）防止 K2V2(PO4)3 被氧化（6）2.04%【解析】石煤的主要成分为V2O3，含有Al2O3、CaO、Fe2O3等杂质，在空气中焙烧，生成Ca(VO3)2，固体进行酸浸，生成Fe3+、Al3+、Ca2+、VO+2 等，加入萃取剂将含VO+2 的物质萃取，然后进行反萃取操作将含VO+2 的物质提纯，向所得溶液中加入沉淀剂生成NH4VO3，NH4VO3 与KOH、H3PO4 反应后得到棕红色透明含VO3- 溶液，然后向溶液中加入过量草酸晶体发生氧化还原反应，将VO3- 还原成VO2+，然后进行干燥，将固体在氩气中煅烧制备束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线，以此解答。
（1）K3V2(PO4)3 中 K 元素化合价为+1 价，PO3-4 带 3 个单位负电荷，根据化合物化合价为0 可知，V 呈+3 价；（2）①a．焙烧过程中 V 元素被氧化，在富氧环境中焙烧有利于提高氧化效率，故 a 符合题意；b．增加物料疏松度和透气性可提高固体反应的效率以及反应速率，可提高氧化效率，故b 符合题意；c．分段控温可防止过热导致固体结块，可提高氧化效率，故 c 符合题意；d．若料层厚度过高，不利于反应的充分进行，因此需降低料层的厚度，故 d 不符合题意；故答案为：a、b、c；②焙烧过程中 V2O3 转化为 Ca(VO3)2，V 元素化合价升高，因此空气中 O2 参加反应，其反应方程式为：CaO+O2+V2O3 =Δ Ca VO3 2 ；（3）①由表格可知，若要制备出均一的束状 K3V2(PO4)3 纳米线，则草酸的量为 6.0g；②草酸在合成过程中作还原剂，由表格可知，草酸晶体的使用量不同，纳米线的形貌也会发生该变，因此选用草酸晶体而不用亚硫酸钠的原因为：草酸在合成束状碳包覆K2V2(PO4)3 纳米线的过程中不仅做还原剂还影响其形貌；（4）草酸只有的草酸为还原剂，草酸被氧化为 CO2，并将VO3- 还原成 VO2+，的草酸以C2O42- 的形式存在，根据氧化还原转移电子守恒、电荷守恒以及原子守恒可知该离子反应方程式为：2H+ +2VO3- +3H2C2O4 2H2O=2VO22C2O24-+2CO2 +10H2O ；（5）K3V2(PO4)3 中 V 呈+3 价，容易被空气中氧气氧化，因此用氩气作保护气，防止K3V2(PO4)3 被氧化；（6）设石煤中钒元素的质量分数为ω，根据整个过程中 V 元素质量守恒可得：m石煤Vω80% = Mm KK33VV22PPOO44332，10t5180% = 2500.84064 ，解得ω=0.0204，则M石煤中钒元素的质量分数为 2.04%。
3.含钒石煤(含有铁、硅、铝、钙、镁等元素的氧化物)中的钒大部分是以 V(III)和 V(IV)形式存在，由含矾石煤提钒的一种工艺流程如图所示：已知：铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物。
回答下列问题：（1）含矾石煤预制时加入复合添加剂对钒浸出率的影响如图所示，其中最佳复合添加剂为，最佳添加比例为。
（2）如图为“抽滤”实验原理装置图，"抽滤”时抽气泵的作用是渣”经“水洗涤”返回“浸出”的目的是。
（3）已知酸浸液中 V2O24+被 H2O2 氧化成 VO2+，其离子方程；“酸浸式。
“净化除杂”时用铜铁试剂除去所含的 Al3+、Fe3+ 等杂质离子而不通过调节酸浸液pH 的原因是。
（4）“沉钒”的离子反应方程式为。
（5）“煅烧”纯净的沉钒产物过程中，固体残留率与温度变化如图所示。
已知 A 点坐标为(260℃，85.47%)。
则 A 点对应物质的化学式为，B 点对应的物质为 V2O5，则 B 点坐标为。
【答案】(1)Na2CO3/K2CO3 1：1(2)抽走装置中的空气，形成负压，加快过滤速率提高钒浸出率(3)V2O42+ +H2O2=2VO+2 +2H+若调节酸浸液 pH 易生成 Fe(OH)3、Al(OH)3 胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失（4）VO3- +NH 4 =NH4VO3（5）HVO3 (400℃ ，77.78%)【解析】（1）据图可知，Na2CO3/K2CO3 作复合添加剂时，钒浸出率最高，添加比例为 1：1；故答案为：Na2CO3/K2CO3；1：1；（2）"抽滤"比过滤效果好速度快的原因是装置内外压强差大，是利用抽气泵使吸滤瓶中的压强降低，使过滤速度加快；答案为：抽走装置中的空气，形成负压，加快过滤速率；“酸浸渣”经“水洗涤”返回“浸出"可提高钒元素的浸出率；答案为：提高钒浸出率；（3）V2O24+被 H2O2 氧化成 VO2+，H2O2 作氧化剂，其还原产物为水，则离子方程式为：V2O42+ +H2O2=2VO+2 +2H+ ；答案为：V2O42+ +H2O2=2VO+2 +2H+ ；按信息，铜铁试剂能与铜、铁、铝、钛等元素形成不溶于水的配合物而除去，若调节酸浸液 pH 易生成 Fe(OH)3、Al(OH)3 胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；答案为：若调节酸浸液 pH 易生成 Fe(OH)3、Al(OH)3 胶体，胶体会吸附溶液中的钒酸根离子，造成钒损失；（4）据流程图知，“含钒净化液”中的VO3- 与铵盐中NH4结合生成NH4VO3 沉淀；答案为：VO3- +NH 4 =NH4VO3 ；（5）260℃时若分解生成 HVO3 和 NH3，则剩余固体质量与初始固体质量的百分比为85.47%，所以 A 点(260℃ )对应物质的化学式为 HVO3；答案为：HVO3；B 点对应的物质为 V2O5 ，根据质量变化特点，可以得出剩余固体质量与初始固体质量的百分比为18212 100% ≈77.78%，则 B 点坐标为(400℃，77.78%)；答案为：(400℃，11777.78%)。