1、母题四十一：工艺流程（废物回收）【母题来源】广东卷32【母题原题】（15分）银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：（注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450和80）（1）电解精炼银时，阴极反应式为 ；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为 。（2）固体混合物B的组成为 ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为 。（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式： CuO+ Al2O3 CuAlO2 + 。（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理
2、论上5.0kg废料中的铜可完全转化为 mol CuAlO2，至少需要1.0molL1的Al2(SO4)3溶液 L。（5）CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是 、过滤、洗涤和干燥。【试题解析】（1）电解精炼银与教材中电解精炼铜类似，纯银作阴极，粗银作阳极，硝酸银溶液作电解液，Ag不是惰性电极，则阳极反应式为Age=Ag+，Ag+从阳极区定向移动到阴极，阴极反应式为Ag+e=Ag；由教材中Cu+O2CuO、2Ag2O4Ag+O2可知，银铜合金废料在空气中熔炼时，铜被氧化为氧化铜，较不活泼的银不能被氧化，由CuO是碱性氧化物、银是金属活动顺序表中氢后金属、稀硫酸是非氧化性酸可知，CuO+H2
3、SO4=CuSO4+H2O，而Ag不溶于稀硫酸，则滤渣A的主要成分是Ag，由于稀硝酸是氧化性酸，能溶解银且产生无色气体，即3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO+2H2O，无色的一氧化氮气体在空气迅速被氧化为红棕色的二氧化氮气体，即2NO+O2=2NO2；（2）图中CuSO4溶液中加入适量Al2(SO4)3溶液和稀NaOH时，生成等物质的量的Al(OH)3沉淀和Cu(OH)2沉淀，即CuSO4+2NaOH= Cu(OH)2+Na2SO4、Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3+3Na2SO4，由于工艺流程图下注明Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450和80，悬
4、浊液煮沸时的温度约为100，则煮沸时只有氢氧化铜完全分解为氧化铜和水，即Cu(OH)2CuO+H2O，氢氧化铝没有变为氧化铝和水，则过滤后所得固体B是等物质的量的Al(OH)3和CuO，滤液中溶质为Na2SO4；由于氢氧化铝是两性氢氧化物，NaOH是强碱，过量的NaOH能溶解部分或全部氢氧化铝，其离子方程式为Al(OH)3+OH=AlO2+2H2O，这必将导致目标产物产量的减少；图中在惰性气体中煅烧固体B的温度大于450，氢氧化铝可分解为氧化铝和水，即2Al(OH)3 Al2O3+3H2O，CuO与Al2O3在高温下反应生成CuAlO2，由于CuAlO2中n(Cu)n(Al)=11，由铜原子守
5、恒、铝原子守恒逆向推断可知，固体B的主要成分是物质的量之比为11的Al(OH)3和CuO、煮沸前n(CuSO4)nAl2(SO4)3 n(CuSO4)=2110；（3）由于目标产物CuAlO2中氧元素为2价，铝元素为+3价，化合物中各元素化合价代数和为0，则铜元素为+1价；CuO与Al2O3在高温下反应生成CuAlO2时，铜元素由+2价降为+1价，铝元素化合价不变，由氧化还原反应的特征可知，该反应前后升价元素一定是氧，且其化合价由2价升为相邻的0价，即该小题生成物中缺项的是O2；配平时根据化合价升降的最小公倍数法、观察法可得：4CuO+2Al2O34CuAlO2+O2；（4）该问实际上是物质的
6、量在化学方程式计算中的应用，具体解答步骤如下：先根据单位进行换算，求银铜合金废料的质量为5.0kg=5.0103g，再根据合金组成情况，求银铜合金废料中铜的质量为5.0103g63.5%，然后由m/M=n计算铜的物质的量，即n（Cu）=5.0103g63.5%63.5g/mol=50mol，接着由原料与目标产物中铜原子守恒可得如下关系式：CuCuAlO2，由关系式中CuAlO2与Cu的物质的量之比等于系数之比可知，理论上50mol铜完全可以转化为50mol CuAlO2；紧接着由中间加入试剂与目标产物中铝原子守恒可得如下关系式：Al2(SO4)32CuAlO2，由Al2(SO4)3与CuAlO
7、2的物质的量之比等于系数之比可知，理论上制备50mol CuAlO2时至少需要25mol Al2(SO4)3；最后由V=n/c计算至少需要1.0molL1的Al2(SO4)3溶液的体积，即VAl2(SO4)3(aq)=25mol1.0mol/L=25L；（5）胆矾是硫酸铜溶液结晶析出的结晶水合物CuSO45H2O，CuSO4的溶解度随温度升高而明显增大，随温度下降而明显减少，从硫酸铜溶液中得到胆矾的基本操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。【命题意图】本题从知识上考查了电解精炼银、合金的组成、铜与氧气反应、氧化铜与硫酸反应、银与硝酸反应、NO与O2反应、Al2(SO4)3和CuSO4分别
8、与NaOH反应、Al(OH)3与NaOH反应、Cu(OH)2热分解、Al(OH)3热分解、高温下CuO与Al2O3反应生成CuAlO2等知识。本题以银铜合金切割废料的回收和利用为背景，以电解精炼银和回收银、利用铜铝等元素化合物制备铜化工产品（CuAlO2），结合给出的工艺流程图（含图下注明的文字信息）进行设问，主要考查了考生对常见金属、非金属元素及其化合物的主要性质的掌握，对常见化学方程式和离子方程式的书写，对电解精炼原理的理解，对氧化还原反应方程式的配平，对物质的量在元素守恒关系式计算中的应用，以及对工艺流程图的解读和所提供数据的应用等的掌握情况，考查考生基本的实验操作技能以及分析、解决问题
9、的能力。这道高考题为一道较难题，既注重金属元素化合物性质和应用的考查，又与电化学原理、氧化还原反应、离子反应、化学实验基本操作、化学计算等板块有机地结合于一身，符合考纲要求，创新性很强。【考试方向】将书写阴极反应式、书写NO变色的化学方程式、书写Al(OH)3溶于过量NaOH的离子方程式、根据工艺流程图中信息分析推断固体B的化学组成、配平新情景下的化学方程式、由原料计算目标产物的物质的量、由目标产物计算加入反应物的物质的量、质量、摩尔质量、物质的量、物质的量浓度、溶液的体积等有关关系的应用、实验室制备胆矾的基本操作等综合在一起考查。充分体现了考查考生接受、吸收、整合化学信息及分析问题和解决（解
10、答）化学问题、化学实验与探究能力的能力要求学以致用的目的。更突显了化学是一门实用性的学科的特点。【得分要点】首先，根据电解精炼铜的原理对电解精炼银进行正确、合理的推断，如果不了解电解精炼铜的阴极反应式为Cu2+2e=Cu，就很难类比推断出Ag+e=Ag为电解精炼银的阴极反应式。其次，根据金属活动顺序表、稀硫酸、过滤等知识进行滤渣A组成及其与稀硝酸反应产物的推断，才能顺利得出无色气体变为红棕色气体的原因。第三，根据目标产物中铜原子与铝原子之比、铜盐和铝盐与适量NaOH反应及氢氧化铜和氢氧化铝受热分解温度对煮沸、过滤所得固体B组成进行推断，根据氢氧化铝的两性对NaOH过量引起氢氧化铝沉淀溶解的原因
11、进行推断；第四，先根据化合物中元素化合价的代数和为0推断目标产物中变价元素铜的化合价，再根据氧化还原反应前后元素的化合价有升必然有姜推断反应式中缺少的生成物，最后才能根据最小公倍数法、观察法配平；第五，第一空的计算，先根据铜原子守恒推断铜银合金废料中铜与目标产物之间关系式，再由关系式中两种物质的系数之比等于物质的量之比计算；第二空的计算，先根据目标产物和中间流程加入的反应物中铝原子守恒推断关系式，再由关系式中物质的系数之比等于物质的量之比计算；第六，根据硫酸铜溶液中溶质的溶解度与温度变化的关系进行推断，应该采用结晶法、过滤法制备并分离出胆矾。只有充分了解常见金属、非金属元素及其化合物的主要性质
12、、从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容、采用分析和综合的方法将实际问题分解，才能顺利解答出此题。第（2）题的第一空、第（3）题、第（4）题的第一空和第二空的基本计算，都容易造成丢分。1（2014苏北四市期末）高纯超微细草酸亚铁可用于合成新型锂电池电极材料，工业上可利用提取钛白粉的副产品绿矾（FeSO47H2O）通过下列反应制备：FeSO42NH3H2OFe(OH)2(NH4)2SO4Fe(OH)2H2C2O4FeC2O42H2O（1）绿矾中含有一定量的TiOSO4杂质。将绿矾溶于稀硫酸，加入铁粉、搅拌、充分反应并保持一段时间，过滤，可得纯净的FeSO4溶液。在上述过程中，TiOSO4能与水
13、反应转化为H2TiO3沉淀，写出该反应的化学方程式： ；加入铁粉的作用有 、 。（2）由纯净的FeSO4溶液制取FeC2O4时，需在真空环境下进行，原因是 。FeC2O4生成后，为提高产品纯度，还需调节溶液pH2，若pH过低，则导致FeC2O4的产率 （填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。（3）将含有FeC2O4的混合液过滤，将产品先用水洗涤，再用无水乙醇清洗。无水乙醇的作用是 、 。（4）某研究小组欲从某化工残渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3）出发，先制备较纯净的FeSO4溶液，再合成FeC2O4。请补充完整由该化工残渣制备较纯净的FeSO4溶液的实验步骤（可选用的试剂：铁粉、
14、稀硫酸和NaOH溶液）：向一定量该化工残渣中加入足量的稀硫酸充分反应，过滤， ，过滤，得到较纯净的FeSO4溶液。2（2014龙岩期末）废钒催化剂的主要成分是V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等，现欲利用以下工艺流程回收V2O5。回答下列问题：（1） VOSO4中，V元素的化合价为_，中产生的废渣的主要成分是_。（2）配平中反应的离子方程式： （3）25时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表：试判断在实际生产时，中加入氨水调节溶液的最佳pH为_。（4）生产时，将中的酸性萃余液循环用于中的水浸。在整个工艺流程中，可循环利用的物质还有_。（5）成品V2O5
15、可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：_。3（2014房山期末）利用含锰废水（主要含Mn2+、SO42-、H+、Fe2+、Al3+、Cu2+）可制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO3）。其中一种工业流程如下：已知某些物质完全沉淀的pH值如下表：沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Cu(OH)2Mn(OH)2CuSMnSMnCO3沉淀完全时的PH3.75.26.49.8077回答下列问题：（1）若下列物质均能把Fe2+氧化为Fe3+，则过程中可选择加入的氧化剂是 。aCl2 bMnO2 c浓HNO3 dH2O2 （2）过程中，所得滤渣的成分是 。（3）过程中，搅拌的目的是 ，发生反应的离子方程式是 。（4）过程中，若生成的气体J可使澄清石灰水变浑浊，则生成MnCO3反应的离子方程式是_。（5）由MnCO3可制得重要的催化剂MnO2，MnCO3 +O2 MnO2 + CO2。现在空气中加热 460.0 g的MnCO3，得到332.0 g产品，若产品中杂质只有MnO，则该产品中MnO2的质量分数是 。（摩尔质量/g：MnCO3 115 MnO2 87 MnO 71）
