高考化学特训18　化学工艺流程(非选择题) 附解析.docVIP

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高考特训18化学工艺流程(非选择题)

1.(2023·常熟检测)纳米铁在废水处理、材料研发等领域有重要应用。以某钛白粉厂副产品(主要含FeSO4，还含有TiOSO4、CoSO4、NiSO4等杂质)为原料制备纳米铁的流程如下：

已知：Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CoS))＝1.8×10－22，Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS))＝1.0×10－21，Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(FeS))＝4.0×10－17，Kspeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Cu?OH?2))＝2.0×10－20。当溶液中离子浓度小于1.0×10－5mol/L时，认为该离子沉淀完全。TiOSO4在溶液中以TiO2＋和SOeq\o\al(2－,4)形式存在。

(1)结合离子方程式解释“除钛”时加入铁粉的作用：TiO2＋水解生成H2TiO3的反应为TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，加入铁粉消耗H＋，促进水解正向进行，使TiO2＋转化为难溶的H2TiO3而除去。

(2)“除钴镍”完全后，溶液中ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Fe2＋))的最大值为0.4mol/L。

(3)“还原”时NaBH4与FeSO4以物质的量之比2∶1反应，写出该反应的化学方程式：2NaBH4＋FeSO4＋6H2O===7H2↑＋2H3BO3＋Fe↓＋Na2SO4。

(4)用纳米铁去除废水中的Cu2＋。常温下，选择Cu2＋初始浓度为2×10－4mol/L的废水，控制纳米铁用量相同，测得Cu2＋去除率随初始pH的变化如图所示。写出初始pH在3～6内Cu2＋去除率随初始pH增大缓慢上升，而初始pH在6～7内Cu2＋去除率随初始pH增大快速上升的原因：初始pH在3～6范围内，pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))减小，与H＋反应的铁减少，更多的铁与Cu2＋反应，Cu2＋去除率缓升；初始pH在6～7范围内，除了铁与Cu2＋反应外，pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(OH－))增大，Cu2＋沉淀生成Cu(OH)2，Cu2＋去除率迅速上升

【解析】(2)当溶液中离子浓度小于1.0×10－5mol/L时，认为该离子沉淀完全，由Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CoS))＝1.8×10－22、Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS))＝1.0×10－21可知CoS更难溶，故当Ni2＋沉淀完全时Co2＋也已完全沉淀，Ni2＋沉淀完全时溶液中ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(S2－))＝eq\f(Ksp\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NiS)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Ni2＋)))＝eq\f(1.0×10－21,1.0×10－5)mol/L＝1.0×10－16mol/L，溶液中Fe2＋浓度最大值为c(Fe2＋)＝eq\f(Ksp?FeS?,c?S2－?)＝eq\f(4.0×10－17,1.0×10－16)mol/L＝0.4mol/L。(3)2molNaBH4还原1molFeSO4时，NaBH4中氢由－1价升至H2中的0价，失去8mol电子，1molFeSO4转化为纳米铁得2mol电子，故有H2O参加反应且＋1价的氢得6mol电子生成H2，共生成7molH2，反应的化学方程式为2NaBH4＋FeSO4＋6H2O===7H2↑＋2H3BO3＋Fe↓＋Na2SO4。(4)ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))较大时，H＋与铁粉反应消耗铁，初始pH在3～6范围内，随pH上升，ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H＋))减小，与H＋反应的铁减少，更多的铁与Cu2＋反应，Cu2＋去除率缓升；Cu2＋初始浓度为2×10－4mol/L，开始沉淀的c(OH－)＝eq\r(\f(2×10－20,2×10－4))mol/L＝10－8mol/L，pH＝6，故pH6时Cu2＋开始沉淀，Cu2＋去除率迅速上升。

2.(2024·丹阳中学)钕铁硼磁铁因其超强的磁性被誉为“永磁之王”。一种从钕铁硼废料[含钕(Nd，质量分数为28.8%)、Fe、B]中提取氧化钕的工艺流程如下：

已知：Nd稳定的化合价为＋3；金属钕的活动性较强，能与酸发生置换反应；Nd(H2PO4)3难溶于水；硼不与稀硫酸反应，但可溶于氧化