微专题34非金属及其化合物制备流程与实验探究（Si、N、P、As）-备战2022年高考化学考点微专题（解析版）_05高考化学_新高考复习资料_2022年新高考资料_备战2022年高考化学考点微专题

微专题 34 非金属及其化合物制备流程与实验探究（Si、N、P、 As） 1．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，以下是工业上制取纯硅的方法。 已知：在一定条件下可发生反应：Si(s)+3HCl(g)⇌SiHCl 3 (g)+H 2 (g)现在实验室模拟工业上 粗硅提纯的过程，已知：SiCl 沸点57.7℃、SiHCl 沸点33.0℃。 4 3 (1)现用如下装置进行模拟反应②的过程。实验室制HCl的反应原理为：2NaCl(s) +H SO (浓) 2HCl↑+Na SO 2 4 2 4 A中是HCl的发生装置，你认为应选择下图哪套装置___(填装置的字母)；(2)已知液态粗品SiHCl 中含有杂质SiCl ，则流程中操作①为___(填操作名称)，下列不是 3 4 该操作所需的仪器是___(填装置序号字母)； a．冷凝管 b．圆底烧瓶 c．蒸馏烧瓶 d．分液漏斗 e．温度计 f．接受器 (3)用SiHCl 与H 反应制备纯硅的装置如图： 3 2 ①按图示组装好仪器后，下列实验步骤的正确顺序为____(填字母) A．打开甲装置分液漏斗旋塞滴加稀硫酸，则生成H； 2 B．向装置中添加药品； C．停止通H； 2 D．检查装置气密性； E．停止向丙装置滴加SiHCl ，并停止加热相应装置； 3 F．打开丙装置分液漏斗旋塞滴加SiHCl ，并加热相应装置； 3 步骤c中需要加热的装置为___(填装置序号“甲”、“乙”、“丙”、“丁”) ②该套装置的设计缺陷是___。 【答案】(1)d (2) 分馏 bd (3) DBAFEC 丙和丁 装置中无尾气处理装置 【分析】 工业上制取纯硅的方法，是将焦炭和石英砂在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，再发生 反应Si(s)+3HCl(g)⇌SiHCl 3 (g)+H 2 (g)，液态粗品SiHCl 3 中含有杂质SiCl 4 等，根据物质的沸点相差不大，可选择分馏的方法进行除杂，根据分馏操作的装置可选择仪器，最后用 SiHCl 与H 反应制备纯硅；根据题中制HCl的实验原理2NaCl(s)+HSO (浓) 3 2 2 4 2HCl↑+Na SO ，为固体和液体加热，据此选择装置，反应中有剩余的氯化氢气体未反应， 2 4 要吸收，同时SiHCl 易水解，要防止空气中的水分进入装置，所以使用碱石灰；用 3 SiHCl 与H 反应制备纯硅，组装好仪器后，要先进行气密性检验，再在装置中通氢气， 3 2 排尽空气后再进行SiHCl 与H 的反应，实验结束时还要继续通氢气，直到装置冷却，防 3 2 止空气中的成分对反应干扰，根据装置可知，丙处是水浴，丁处进行SiHCl 与H 的反应， 3 2 都要进行加热，实验尾气中有氯化氢等气体不能直接排到空气中，据此分析。 【解析】 (1)根据题中制HCl的实验原理2NaCl(s)+HSO (浓) 2HCl↑+Na SO ，为固体和液体加热， 2 4 2 4 所以选择d装置； (2)液态粗品SiHCi中含有杂质SiCls，根据这些物质的沸点不同，可选择分馏的方法进行 除杂，所以流程中操作①为分馏，根据分馏操作的装置可知，分馏需要使用冷凝管进行 冷凝蒸气，在蒸馏烧瓶中进行加热，用温度计测量蒸汽的温度，用接受器接收冷凝后的 蒸汽，圆底烧瓶和分液漏斗不是分馏操作所需的仪器； (3)③用SiHCl 与H 反应制备纯硅，组装好仪器后，要先进行气密性检验，再在装置中通 3 2 氢气，排尽空气后再进行SiHCl 与H 的反应，实验结束时还要继续通氢气，直到装置冷 3 2 却，防止空气中的成分对反应干扰，所以实验步骤的顺序为DBAFEC，根据装置可知， 丙处是水浴，丁处进行SiHCl与H 的反应，都要进行加热，所以步骤F中需要加热的装 2 置为丙、丁； ②实验尾气中有氯化氢等气体不能直接排到空气中，而根据装置可知，装置中无尾气处 理装置。 2．氨基甲酸铵(H NCOONH )是一种重要的化工原料，可用作化学肥料、灭火剂、洗涤剂 2 4等。某化学兴趣小组用以下装置制取氨基甲酸铵。 已知：①制取氨基甲酸铵反应为： 2NH 3 (g)+CO 2 (g)⇌H 2 NCOONH 4 (s) △H<0。 ②氨基甲酸铵易分解、易吸水，溶于水后生成碳酸氢铵和一水合氨。 回答下列问题： (1)检查装置1气密性的操作是_______ (2)装置6中的试剂是_______，导管a出口直接与尾气处理装置连接，该尾气处理装置中 的试剂是_______。 (3)装置7中发生反应的化学方程式为_______ (4)三颈烧瓶需用冰水浴冷却，其目的是_______ (5) CCl 液体中产生较多晶体悬浮物时，即停止反应。停止反应的操作是_______，从三 4 颈烧瓶中分离出粗产品的操作是_______ (6)因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品1.173g，用足量石灰水充分反应后，使 碳元素全部转化为碳酸钙，经过滤、洗涤、干燥后称量，测得质量为1.500g。样品中氨 基甲酸铵的质量分数是_______[Mr(H NCOONH )=78、Mr(NHHCO )=79] 2 4 4 3 【答案】(1)关闭止水夹，向长颈漏斗中加水至长颈漏斗中液面高于试管中液面，静置一 段时间，观察液面高度差是否变化 (2) 碱石灰 浓硫酸 (3) 2NHCl+Ca(OH) 4 2 CaCl +2NH↑+2H O (4) 防止氨基甲酸铵分解；促进生成氨基甲酸铵反应正向移动 (5) 2 3 2关闭止水夹，熄灭酒精灯 过滤 (6) 79.80% 【分析】 根据题中已知原理，制取氨基甲酸铵，需要二氧化碳和氨气，又由于氨基甲酸铵易分解、 易吸水，所以二氧化碳和氨气必须干燥，且在冰水低温环境中反应，根据实验室制取二 氧化碳和制氨气的原理，1中为碳酸钙和盐酸混合制二氧化碳的反应，经过2中浓硫酸干 燥二氧化碳，7中为固体加热制氨气的反应(比如氯化铵和氢氧化钙混合加热)，6中碱石 灰干燥氨气，干燥的氨气和二氧化碳分别通过5,3的液体石蜡鼓泡瓶，通过气泡硫酸控制 反应物的用量，在4中三颈烧瓶中发生反应制取氨基甲酸铵，尾气为氨气和二氧化碳，其 中氨气有毒，在a处接酸液进行吸收处理，又由于氨基甲酸铵易吸水，要用浓硫酸进行尾 气处理。 【解析】 (1)装置1为带分液漏斗的试管，故检查装置气密性的操作为：关闭止水夹，向长颈漏斗 中加水至长颈漏斗中液面高于试管中液面，静置一段时间，观察液面高度差是否变化 (2)据分析，装置6为氨气的干燥装置，氨气为碱性气体，故6中试剂为：碱石灰；该反 应尾气为氨气和二氧化碳，其中氨气有毒，需要尾气处理，故a处应接的尾气处理装置中 应装有酸液，又由于产物氨基甲酸铵易吸水，故需要用浓硫酸，不能用稀硫酸，故答： 浓硫酸； (3)装置7为实验室固体加热制氨气的反应，用氯化铵和熟石灰混合加热制氨气，反应的 化学方程式为：2NH Cl+Ca(OH) CaCl +2NH↑+2H O； 4 2 2 3 2 (4)已知2NH 3 (g)+CO 2 (g)⇌H 2 NCOONH 4 (s) △H<0，反应放热，降低温度可以使平衡正向 移动，提高产率，同时，产物氨基甲酸铵易分解，低温下可以防止其分解，故答：防止 氨基甲酸铵分解；促进生成氨基甲酸铵反应正向移动； (5)停止反应需要停止反应物CO 和氨气的生成，故要停止反应需要关闭1处的止水夹， 2 和熄灭7处的酒精灯；得到产物在CCl 中是悬浮晶体，固液分离需要过滤操作； 4 (6)设碳酸氢铵为xmol，氨基甲酸铵为ymol，由样品总质量可得：79g/mol xmol+78g/molymol=1.173g，又因为n(C)=n(CaCO )= =0.015mol,由碳原子守恒可得： 3 xmol+ymol=0.015mol，解x=0.003，y=0.012，则m(HNCOONH )=0.012mol 78g/ 2 4 mol=0.936g，则氨基甲酸铵的质量分数= 79.80% 3．三氯氧磷(POCl )是一种工业化工原料，可用于制取有机磷农药、长效磺胺药物等，还 3 可用作染料中间体、有机合成的氯化剂和催化剂、阻燃剂等。利用O 和PCl 为原料可制 2 3 备三氯氧磷,其制备装置如图所示(夹持装置略去)： 已知PCl 和三氯氧磷的性质如表： 3 熔点/℃ 沸点/℃ 其他物理或化学性质 PCl -112.0 76.0 3 PCl 和POCl 互溶，均为无色液体，遇水均剧烈水 3 3 解，发生复分解反应生成磷的含氧酸和HCl POCl 1.25 106.0 3 （1）装置A中的分液漏斗能否用长颈漏斗代替？做出判断并分析原因：_______ （2）装置B的作用是______________(填标号)。 a.气体除杂 b.加注浓硫酸 c.观察气体流出速度 d.调节气压 （3）仪器丙的名称是__________，实验过程中仪器丁的进水口为________(填“a”或 “b”)口。 （4）写出装置C中发生反应的化学方程式_______，该装置中用温度计控制温度为60~65 ℃，原因是________。（5）称取16.73 g POCl 样品，配制成100 mL溶液；取10.00 mL溶液于锥形瓶中，加入 3 3.2 mol·L-1的AgNO 溶液10.00 mL，并往锥形瓶中滴入5滴Fe (SO ) 溶液；用0.20 3 2 4 3 mol·L-1的KSCN溶液滴定，达到滴定终点时消耗KSCN溶液10.00 mL(已知：Ag++SCN- =AgSCN↓)。则加入Fe (SO ) 溶液的作用是________，样品中POCl 的纯度为 2 4 3 3 _____________。 【答案】（1）否，长颈漏斗不能调节滴液速度 （2） acd （3） 三颈烧瓶 a （4）2PCl +O =2POCl 温度过低反应速度过慢；温度过高，PCl 易挥发，利用率低 3 2 3 3 （5） 指示剂 91.8% 【分析】 A装置中用双氧水与二氧化锰反应制备氧气，通过加入双氧水的量，可以控制产生氧气 的速率，氧气中含有的水蒸气用浓硫酸除去，装置B中有长颈漏斗，可以平衡装置内外 的压强，起到安全瓶的作用，纯净的氧气与三氯化磷在装置C中反应生成POCl ，为了控 3 制反应速率，同时防止三氯化磷挥发，反应的温度控制在60～65℃，所以装置C中用水 浴加热，POCl 遇水剧烈水解为含氧酸和氯化氢，为防止空气中水蒸汽进入装置，同时吸 3 收尾气，所以在装置的最后连有碱石灰的干燥管，据此分析解答(1)~(4)； (5)测定POCl 产品含量，用POCl 与水反应生成氯化氢，然后用硝酸银标准溶液沉淀溶液 3 3 中的氯离子，KSCN溶液滴定过量的AgNO 溶液，根据KSCN的物质的量可计算出溶液 3 中剩余的AgNO，结合AgNO 的总物质的量得知与氯离子反应的硝酸银，进而计算出溶 3 3 液中氯离子的物质的量，根据元素守恒可计算出样品中POCl 的质量，进而确定POCl 的 3 3 质量分数。 【解析】 (1)装置A中的分液漏斗不能用长颈漏斗代替，因为长颈漏斗不能调节滴液速度，故答案 为否，长颈漏斗不能调节滴液速度； (2)装置B中装有浓硫酸，可作干燥剂，另外气体通过液体时可观察到气泡出现，长颈漏 斗，可以平衡装置内外的压强，起到安全瓶的作用，则装置B的作用是观察O 的流速、 2 平衡气压、干燥氧气，故答案为acd； (3)根据装置图，仪器丙为三颈烧瓶，为了提高冷却效果，应该从冷凝管的下口进水，即进水口为a，故答案为三颈烧瓶；a； (4)氧气氧化PCl 生成POCl ，根据原子守恒，反应的化学方程式2PCl +O =2POCl ，根据 3 3 3 2 3 上面的分析可知，反应温度应控制在60～65℃，原因是温度过低，反应速率小，温度过 高，三氯化磷会挥发，利用率低，故答案为2PCl +O =2POCl ；温度过低，反应速率小， 3 2 3 温度过高，三氯化磷会挥发，利用率低； (5)Fe3+的溶液中滴加KSCN溶液，溶液显红色，则用 KSCN溶液滴定过量的AgNO 溶 3 液时，可选择硫酸铁溶液为指示剂，达到终点时的现象是溶液会变红色；KSCN的物质的 量为0.20mol•L-1×0.010L=0.002mol，根据反应Ag++SCN-=AgSCN↓，可知溶液中剩余的银 离子的物质的量为0.002mol，POCl 与水反应生成氯化氢的物质的量为 3 3.2mol•L-1×0.01L-0.002mol=0.03mol，即16.73 g POCl 产品中POCl 的物质的量为 3 3 × =0.1mol，则所得产品中POCl 的纯度为 3 ×100%=91.8%，故答案为指示剂；91.8%。 4．As O 为白色霜状粉末，俗称砒霜，为剧毒物质，对人的致死量为0.1g，法医学中可 2 3 采用马氏(Marsh)试砷法验证砒霜中毒。某实验室使用马氏试砷法检验某待测试样中As O 2 3 的含量，如图所示。马氏试砷法的原理是将Zn、盐酸和待测试样混合，若试样中含砒霜， 则可反应生成AsH ，将其导入硬质玻璃试管中，在250-300℃时AsH 分解，会在玻璃管 3 3 壁上生成黑色的“砷镜”。 已知：AsH 是一种有大蒜味的有毒气体，易自燃，As的熔点为817℃，在6149℃时升华。 3(1)仪器B的名称为____。 (2)AsH 的还原性极强，能与大多数无机氧化剂反应，例如与AgNO 溶液反应可生成 3 3 As O 和一种黑色沉淀，相关化学方程式为：__。 2 3 (3)若试样中含有砒霜，则仪器B中发生的用锌还原砒霜反应的离子方程式为___。 (4)打开仪器A的活塞前，应先打开K、K 通一段时间H，其目的是__，反应过程中还应 1 2 2 继续通入H，但流速不应过快，原因是___。 2 (5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是___。 (6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是___。 (7)若实验时试样质量为10.00g，当实验结束时，AsH 传感器未检测出AsH ，玻璃管中收 3 3 集到0.020mgAs，则试样(假设试样中的含砷化合物只有As O)中As O 的含量为___mg/ 2 3 2 3 100g(结果取三位有效数字)。 【答案】(1)三颈圆底烧瓶(或三口烧瓶) (2)2AsH+12AgNO +3H O=As O+12HNO +12Ag↓ (3) 6Zn+As O+12H+=6Zn2+ 3 3 2 2 3 3 2 3 +2AsH ↑+3H O (4) 排净装置内的空气，防止AsH 发生自燃 将AsH 全部带入玻璃管 3 2 3 3 中反应，并防止流速过快导致AsH 没有完全分解(或损耗) (5) 接收D中储存尾气时排出 3 的水 (6) 防止As升华，不易形成砷镜 (7) 0.264 【解析】 (1)仪器B的名称为三颈圆底烧瓶(或三口烧瓶)； (2)AsH 的还原性极强，能与大多数无机氧化剂反应，例如与AgNO 溶液反应可生成 3 3 As O 和一种黑色沉淀，As的化合价升高，则Ag化合价降低，黑色沉淀为：Ag。相关化 2 3 学方程式为：2AsH +12AgNO +3H O=As O+12HNO +12Ag↓； 3 3 2 2 3 3 (3) 在酸性溶液中，锌还原砒霜，锌氧化为锌离子，As O 还原为AsH ，反应的离子方程 2 3 3 式为：6Zn+As O+12H+=6Zn2++2AsH ↑+3H O； 2 3 3 2 (4)打开仪器A的活塞前，应先打开K、K 通一段时间H，其目的是排净装置内的空气， 1 2 2 防止AsH 发生自燃。反应过程中还应继续通入H，但流速不应过快，原因是：将AsH 3 2 3 全部带入玻璃管中反应，并防止流速过快导致AsH 没有完全分解(或损耗)； 3 (5)仪器D的作用是收集储存尾气，C的作用是接收D中储存尾气时排出的水；(6)实验时应严格控制硬质玻璃管处加热温度，原因是防止As升华，不易形成砷镜； (7)实验所用试样为10.00g当实验结束时，AsH 传感器未检测出AsH ，说明AsH 全部在 3 3 3 玻璃管中受热分解为0.020mgAs，则试样中As O 的含量为 2 3 =0.264mg/100g。 5．氮化硅硬度大、熔点高、不溶于酸(氢氟酸除外)，是一种重要的结构陶瓷材料。一种 用工业硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物)，已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸 气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺流程如下： 注：原料中的N 是采用空气分离法制备。 2 (1)净化N 和H 时，铜屑的作用是_______；硅胶的作用是_______。 2 2 (2)氮化炉中发生反应：3SiO(s)+2N(g)=Si N(s)，同时会剧烈放热，反应时要严格控制氮 2 2 3 4 气的流速以控制_______，原因是_______。 (3)X可能是_______(选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”)。 (4)如何说明氮化硅产品已用水洗干净？_______。 (5)用硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN )作氮源，直接燃烧生成氮化硅(发生置换反应)，该反应 3 的化学方程式为：_______。 【答案】(1)除去原料气中残存的氧气 除去生成的水蒸气 (2) 温度 防止局部过热， 导致硅熔化熔合成团，阻碍与N 的接触 (3) 硝酸 (4) 用pH试纸测得最后一次洗涤的 2 滤出液呈中性 (5) 9Si+4NaN 3Si N +4Na↑ 3 3 4【分析】 将N 和H 分别分别经过无水氯化钙、铜屑、硅胶除去水和氧气；净化后的N 和H 在氮 2 2 2 2 化炉中与粉碎的硅在1200～1400℃反应生成氮化硅，制取的氮化硅中混有Cu，用硝酸酸 洗除去杂质铜，再用蒸馏水水洗、后处理得到纯净的氮化硅，据此分析解答。 【解析】 (1) 原料中的N 是采用空气分离法制备的其中混有少量氧气，Cu能与氧气反应，可以除 2 去原料气中的氧气；高温下，氢气能够与氧气反应生成水，硅胶具有吸水性，可除去生 成的水蒸气，故答案为：除去原料气中残存的氧气；除去生成的水蒸气； (2)氮化炉中3SiO(s)+2N(g)=Si N(s)，该反应为放热反应，硅的熔点是1420℃，反应过 2 2 3 4 快，温度过高，会导致硅熔化熔合成团，阻碍与N 的接触，故应严格控制温度，故答案 2 为：温度；防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N 的接触； 2 (3)氮化硅能与HF酸反应，盐酸、稀硫酸均不与Cu反应，氮化硅中混有铜粉，为除去混 有的Cu，可选择硝酸，Cu与硝酸能够反应，而氮化硅与硝酸不反应，故答案为：硝酸； (4)氮化硅不溶于水、不溶于酸(HF酸除外)，若氮化硅产品用水洗干净，则洗涤后的滤出 液呈中性，故可以使用pH试纸测得最后一次洗涤的滤出液的酸碱性，故答案为：用pH 试纸测得最后一次洗涤的滤出液呈中性； (5)硅粉作硅源、叠氮化钠(NaN )作氮源，直接燃烧发生置换反应生成氮化硅，同时生成 3 Na，反应的化学方程式为9Si+4NaN 3Si N+4Na，故答案为：9Si+4NaN 3 3 4 3 3Si N+4Na。 3 4 6．工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO )制备NaNO 、NaNO ，工艺流 2 2 3 程如下：已知：NaCO＋NO＋NO =2NaNO ＋ 2 3 2 2 CO2 （1）中和液所含溶质除NaNO 及少量NaCO 外，还有__________(填化学式)。 2 2 3 （2）中和液进行蒸发Ⅰ操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_______。 蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量的NaNO 等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流 2 程中的_______(填操作名称)最合理。 （3）母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO 的目的是_______。母液Ⅱ需回收利用，下列处理方 3 法合理的是________。 a．转入中和液 b．转入结晶Ⅰ操作 c．转入转化液 d．转入结晶Ⅱ操作 （4）若将NaNO 、NaNO 两种产品的物质的量之比设为2：1，则生产1.38吨NaNO 时， 2 3 2 NaCO 的理论用量为______吨(假定NaCO 恰好完全反应)。 2 3 2 3 【答案】（1）NaNO （2） 防止NaNO 的析出 溶碱 （3） 将NaNO 氧化为 3 2 2 NaNO c、d （4） 1.59 3 【解析】 （1）NO 与碱液反应可生成NaNO ； 2 3 （2）浓度过大时，NaNO 可能会析出；NaNO 有毒，不能直接排放，回收后可用于流程 2 2 中的溶碱； （3）NaNO 在酸性条件下易被氧化，加入稀硝酸可提供酸性环境；母液Ⅱ的溶质主要是 2 NaNO ，所以回收利用时应转入转化液，或转入结晶Ⅱ操作，故c、d正确； 3 （4）1.38吨NaNO 的物质的量为：1.38×106÷69g/mol=2×104mol，则生成的NaNO 物质的 2 3 量为：1×104mol，故NaCO 的理论用量= ×（2×104+1×104）mol×106g/ 2 3 mol=1.59×106g=1.59吨。7．从废旧磷酸铁理电池的正极材料(含LiFePO 、石墨粉和铝箔等)中综合回收锂、铁和磷 4 等的工艺流程如图所示： 0 20 40 60 80 100 LiOH 11.9 12.4 13.2 14.6 16.6 19.1 LiCO 1.54 1.33 1.17 1.01 0.85 0.72 2 3 回答下列问题： (1)“溶浸1”中铝溶解的化学方程式为________。 (2)完成“溶浸2”反应的离子方程式：____LiFePO +___H O+____=_____Li++____+_____ 4 2 2 +____H O 2 __________ (3)“滤渣2”的主要成分是__________。 (4) “滤渣2”循环两次的目的是_______。 (5)“沉铁、磷”时，析出FePO 沉淀，反应的离子方程式为_______。实验中，铁、磷的 4 沉淀率结果如图所示。碳酸钠浓度大于30%后，铁沉淀率仍然升高，磷沉淀率明显降低， 其可能原因是_________。(6)为了充分沉淀，“沉锂”时所用的X和适宜温度是_______(填标号)。 A．NaOH 20-40℃ B．NaOH 80-100℃ C．NaCO 20-40℃ D．NaCO 60- 2 3 2 3 80℃ 【答案】(1)2Al+2NaOH+2H O═2NaAlO+3H ↑ (2) 2LiFePO +H O+6H+═2Li++2Fe3+ 2 2 2 4 2 2 +2H PO +2H O (3) 石墨 (4) 提高浸出液浓度 Fe3++H PO +CO 2 2 2 =FePO↓+CO ↑+2H O (5) 碳酸钠水解产生的氢氧根离子浓度增大，与铁离子反应生成氢 4 2 2 氧化铁沉淀，而使留在溶液中的磷酸根离子浓度增加 (6) D 【分析】 由流程可知，溶浸1中发生2Al+2OH-+2H O═2AlO +3H ↑，滤液中通入二氧化碳生成氢 2 2 氧化铝，溶浸2中发生2LiFePO +H O+6H+═2Li++2Fe3++2H PO +2H O，过滤分离出滤渣 4 2 2 2 2 2为石墨，滤液2两次循环可提高浸出液浓度（或提高过氧化氢和硫酸的利用率），滤液 2中加碳酸钠溶液发生Fe3++H PO +CO =FePO↓+CO ↑+2H O，若碳酸钠浓度较大时， 2 4 2 2 生成氢氧化铁，导致磷沉淀率明显降低，X为碳酸钠溶液，结合表中数据可知60-80℃时 生成碳酸锂沉淀易分离，沉淀转化时发生FePO 4 +3OH- ⇌Fe（OH） 3 +PO ，以此来解答。 【解析】 (1)“溶浸1”中铝溶解的化学方程式为2Al+2NaOH+2H O═2NaAlO+3H ↑，故答案为： 2 2 22Al+2NaOH+2H O═2NaAlO+3H ↑； 2 2 2 (2)“溶浸2”过程中LiFePO 和HO 在酸性条件下发生氧化还原反应，离子方程式为 4 2 2 2LiFePO +H O+6H+═2Li++2Fe3++2H PO +2H O，故答案为：2LiFePO +H O+6H+═2Li+ 4 2 2 2 2 4 2 2 +2Fe3++2H PO +2H O； 2 2 (3)“滤渣2”的主要成分是石墨，故答案为：石墨； (4)“滤液2”循环两次的目的是提高浸出液浓度，故答案为：提高浸出液浓度； (5)“沉铁、磷”时，析出FePO 沉淀，反应的离子方程式为Fe3++H PO +CO 4 2 =FePO↓+CO ↑+2H O，实验中，铁、磷的沉淀率 结果如图所示。碳酸钠浓度大于30%后， 4 2 2 铁沉淀率仍然升高，磷沉淀率明显降低，其可能原因是碳酸钠水解产生的氢氧根离子浓 度增大，与铁离子反应生成氢氧化铁沉淀，而使留在溶液中的磷酸根离子浓度增加，故 答案为：Fe3++H PO +CO =FePO↓+CO ↑+2H O；碳酸钠水解产生的氢氧根离子浓度增 2 4 2 2 大，与铁离子反应生成氢氧化铁沉淀，而使留在溶液中的磷酸根离子浓度增加； (6)由表中数据可知，相同温度下碳酸锂的溶解度比LiOH小，且升高温度碳酸锂的溶解度 减小，为了充分沉淀，需要碳酸锂的溶解度小，温度控制在60−80℃，则“沉锂”时所用 的X和适宜温度是NaCO、60−80℃，故答案为：D。 2 3 8．砷为VA族元素，金属冶炼过程产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。 （l）冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸（HAsO ）形式存在，可用化学沉降法处理酸性高 3 3 浓度含砷废水，其工艺流程如下：已知：I ．As S 与过量的S2一存在以下反应：As S(s)+3S2—(aq) 2AsS 3—(aq)； 2 3 2 3 3 II．亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。 ①亚砷酸中砷元素的化合价为______； ②砷酸的第一步电离方程式为____________________________； ③“一级沉砷”中FeSO 的作用是________________； 4 ④“二级沉砷”中HO 与含砷物质反应的化学方程式为_____________________； 2 2 ⑤沉淀X为_________________（填化学式）。 （2）冶炼废渣中的砷元素主要以As O 的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测（As的 2 3 最低检出限为3.0×10－6g)。 步骤1：取10 g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入HSO 共热，生成HAs气体。 2 4 3 步骤2：将HAs气体通入AgNO 溶液中，生成银镜和As O。 3 3 2 3 步骤3：取1g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成。 ①AsH 的电子式为______________； 3 ②步骤2的离子方程式为_________________________； ③固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0×10一5g·kg一1，请通过计算说明该排放的 废渣中砷元素的含量（填“符合”、“不符合”）排放标准，原因是 _____________________。 【答案】（l）+①3 ② HAsO H++H AsO — ③ 沉淀过量的S2—，使As S(s)+3S2— 3 4 2 4 2 3 (aq) 2AsS 3—(aq)平衡左移，提高沉砷效果 ④ HAsO +H O=H AsO +H O ⑤ 3 3 3 2 2 3 4 2 CaSO （2）① ②12Ag++2H As+3H O==12Ag↓+AsO+12H+ ③ 不符合， 4 3 2 2 3 因为该废渣砷含量为(3.0×10－6g÷10g)×1000g/kg=3.0×10—4g/kg大于排入标准4.0×10一5g·kg 一1 【解析】试题分析：（1）①根据HAsO ，氧元素显－2价，H元素显＋1价，化合价代数和为0， 3 3 As的价态为＋3价；②砷酸为弱酸，要分步电离，第一步电离：HAsO H++H AsO 3 4 2 4 —；③根据流程图，以及信息I，得出一级沉砷中加入FeSO 的作用是：沉淀过量的S2—， 4 使As S(s)+3S2—(aq) 2AsS 3—(aq)平衡左移，提高沉砷效果；④根据流程图，HO 作氧 2 3 3 2 2 化剂，把＋3价As氧化成＋5价，化合价升高2价，HO 中O的化合价降低2价，最小 2 2 公倍数为2，因此化学反应方程式为：HAsO +H O=H AsO +H O；⑤一级沉砷中加入 3 3 2 2 3 4 2 FeSO ，硫酸钙微溶于水，因此沉淀X为CaSO；(2)①As和N同主族，因此AsH 的电子 4 4 3 式，与NH 电子式相似，因此AsH 的电子式为： ；②银镜为Ag，AgNO 作氧 3 3 3 化剂，化合价有＋1价→0价，化合价降低1价，HAs作还原剂，化合价由－3价→＋3 3 价，化合价升高6价，最小公倍数为6，离子反应方程式为：12Ag+ +2H As+3H O==12Ag↓+AsO+12H+；③千克溶液中含As的质量为3.0×10－6×1000/10g/ 3 2 2 3 kg=3.0×10－4>4.0×10－5，因此不合格。