大题02 化学工艺流程题（二）-【考前押大题】备战2021年高考化学（辽宁新高考专用）（解析版）

3.0 cande 2025-05-14 24 4 2.01MB 13 页 3知币
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大题 02 化学工艺流程题（二）
1．高纯砷(As)常用于制造砷化镓、砷化锗等半导体材料。工业上用含砷废料(主要成分为 ，含少量
)为原料制取高纯砷的工艺流程(硫化—还原法)如下图所示：
已知：砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性，能被 、氢碘酸等还原为亚砷酸(H3AsO3)，H3AsO3在加热
蒸发过程中会失水生成 。 时 的值为 。
回答下列问题：
（1）半导体材料 中 元素的化合价为_________________，“氧化(加压)”时 发生反应的化学
方程式为_________________________。
（2）用 溶液调溶液的 时， 的最小值为___________(当溶液中某离子浓度为
时，可认为该离子沉淀完全)。
（3）“还原”过程发生反应的离子方程式为___________________。
（4）过程中，检验 还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸。需进行的实验操作是：取 还原砷
酸后的溶液于试管中，____________________________________________________(请补充完整)。
（5）工业上用硫化-还原法制取砷的优点是____________________。
【答案】（1）+3 价
（2）2.8
（3）
（4）加入足量氢碘酸，然后加入几滴淀粉溶液，振荡，若溶液变蓝色，说明存在砷酸，反之，无砷酸
（5）制取的砷纯度高，H2S可循环使用，避免对空气造成污染
【解析】
（1）根据化合物中各元素化合价代数和为 0，砷化合价为-3 价，则半导体材料 中 元素的化合价为
+3 价，“氧化(加压)”时 与水、氧气反应生成 H3AsO4和硫，发生反应的化学方程式为
；
（2） 时 的值为 ，用 溶液调溶液的 时，目的是除铁，
，c(OH-)=10-11.2，c(H+)=10-2.8， 的最
小值为 2.8；
（3）“还原”过程二氧化硫与 H3AsO4反应生成 H3AsO3，发生反应的离子方程式为
；
（4）过程中，检验 还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸。需进行的实验操作是：取 还原砷
酸后的溶液于试管中，加入足量氢碘酸，然后加入几滴淀粉溶液，振荡，若溶液变蓝色，说明存在砷酸，反之，
无砷酸；
（5）工业上用硫化-还原法制取砷的优点是制取的砷纯度高，H2S可循环使用，避免对空气造成污染。
2．锆(40Zr)是现代工业中重要的金属原料，具有良好的可塑性，其抗蚀性能强于钛。以锆英石(主要成分是
ZrSiO4，还含有少量 Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)为原料生产错及其化合物的流程如图所示：
（1）分馏属于_________(填“物理变化”或“化学变化”)。
（2）锆英石_____________(填“能”或“不能”)直接用稀盐酸浸取后再分馏，理由是___________________
____。
（3）“高温气化”中 ZrSiO4发生反应得到 ZrCl4的反应的化学方程式为________________________________
_。
（4）流程中 ZrCl4与水反应后经过滤、洗涤、干燥等操作可获得 ZrOCl2·8H2O，检验该物质是否洗涤干净的
实验操作为__________________________________________。
（5）工业上使用惰性电极电解 K2ZrF6与KCl 组成的熔盐来制取金属错。阳极上的电极反应式为___________
___________，每转移 0.4mole-，理论上阴极增加的质重为______________________。
（6）极稀溶液中溶质的物质的量浓度很小，常用其负对数 pc(pcB=-lgcB)表示。某温度下 Ksp[Zr(CO3)2]=4.0×10-
12，则其饱和溶液中 pc(Zr4+)+pc(CO )=____________。(已知 lg2=0.3)
【答案】（1）物理变化
（2）不能 ZrSiO4难溶于盐酸，后续依然需要用氯气和石油焦与锆英石反应，浪费药品
（3）ZrSiO4+4Cl2+4C ZrCl4+SiCl4+4CO
（4）取少许最后一次的洗涤液于试管中，加入适量硝酸酸化的 AgNO3溶液，若无沉淀产生，则已洗涤干净
2Cl--2e-=Cl2↑
（5）9.1g
（6）7.7
【分析】
锆英石（主要成分是 ZrSiO4，还含有少量 Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质），通入足量的氯气以及和足量的石焦
油反应，ZrSiO4转化为 ZrCl4，加水水解，使 ZrCl4转化为 ZrOCl2•8H2O，900℃加热分解，即可得到 ZrO2，加入镁
置换得到海绵锆，据此解答。
【解析】
（1）分馏过程中没有产生新物质，属于物理变化。
（2）由于 ZrSiO4难溶于盐酸，后续依然需要用氯气和石油焦与锆英石反应，浪费药品，所以锆英石不能直
接用稀盐酸浸取后再分馏。
（3）“高温气化”中 ZrSiO4发生反应得到 ZrCl4，根据原子守恒可知还有四氯化硅生成，由于是高温条件下，
因此碳转化为 CO，则反应的化学方程式为 ZrSiO4+4Cl2+4C ZrCl4+SiCl4+4CO。
（4）由于溶液中含有氯离子，可以通过检验氯离子来判断该物质是否洗涤干净，即实验操作为取少许最后
一次的洗涤液于试管中，加入适量硝酸酸化的 AgNO3溶液，若无沉淀产生，则已洗涤干净。
（5）工业上使用惰性电极电解 K2ZrF6与KCl 组成的熔盐来制取金属锆，阳极上发生失去电子的氧化反应，
因此阳极是氯离子放电，电极反应式为 2Cl--2e-=Cl2↑，阴极上得到金属 Zr，Zr 元素化合价从+4 价降低到0价，每
转移 0.4mole-，生成 0.1molZr，则理论上阴极增加的质量为 0.1mol×91g/mol＝9.1g。
（6）某温度下 Ksp[Zr(CO3)2]=4.0×10-12，则其饱和溶液中 c(Zr4+)＝c(CO )，Ksp[Zr(CO3)2]=c(Zr4+)×c2(CO
)=4.0×10-12，解得 c(Zr4+)＝1×10-4mol/L，c(CO )＝2×10-4mol/L，所以 pc(Zr4+)+pc(CO )=4+4－0.3＝7.7。
3．锂、铍等金属广泛应用于航空航天、核能和新能源汽车等高新产业。一种从萤石矿(主要含 BeO、
、 及少量 、 、FeO、 、 )中提取铍的工艺如图：
已知：苯甲酸是一元弱酸，白色片状晶体，常温下微溶于水，温度升高，溶解度增大。
回答下列问题：
（1）铍的化学性质与铝相似，写出 BeO 溶于 NaOH 溶液的化学方程式_________________。
（2）“微波焙烧”使矿物内部变得疏松多孔，目的是_____________________________________。
（3）“浸出渣”的主要成分是_________________。
（4）“除铁”中发生反应的离子方程式： 、_________________。
（5）“除铝”时，溶液的 pH 越小，铝的去除率_______(填“越高”、“越低”或“不变”)。利用“除铝”
所得苯甲酸铝沉淀再生苯甲酸的方案为：将苯甲酸铝沉淀溶于热的稀硫酸中，______________________________
____________。
（6）由油酸铍制备BeO 的方法是___________________________。
【答案】（1）
（2）增大与 的接触面积，加快浸出速率
（3） 、 （4）
（5）越低 冷却结晶，过滤
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