高中化学 加练 第十二章　微题型116　化学工艺流程综合大题(一)

微题型116化学工艺流程综合大题(一)1.(7分，每空1分)(2025·秦皇岛模拟)利用氟碳铈矿(主要成分为CeCO3F，含Fe2O3、FeO等杂质)制CeO2的工艺流程如下：已知：①滤渣1的主要成分是Ce(BF4)3，滤渣2的主要成分是KBF4；②部分金属阳离子开始沉淀和完全沉淀(离子浓度小于1×10-5mol·L-1)时的pH如下表：金属阳离子Fe3+Ce3+开始沉淀时的pH1.37.7完全沉淀时的pH3.19.2回答下列问题：(1)Fe在元素周期表的位置是，基态Fe2+和Fe3+的未成对电子数之比为。

(2)焙烧的过程中采用逆流焙烧，优点是，CeCO3F发生反应的化学方程式为

。

(3)调节滤液1的pH范围为。

(4)向滤液2中加入NH4HCO3，发生反应的离子方程式为。

(5)在空气中煅烧Ce2(C2O4)3也能制备CeO2，若生成CO2与CO的物质的量之比为2∶1，则反应的化学方程式为

。

答案(1)第四周期第Ⅷ族4∶5(2)增加气固接触面积，使反应更充分4CeCO3F+O23CeO2+CeF4+4CO2(3)3.1≤pH<7.7(4)2Ce3++6HCO3-=Ce2(CO3)3↓+3CO2↑+3H(5)Ce2(C2O4)3+O22CeO2+4CO2+2CO解析氟碳铈矿主要成分为CeCO3F，含Fe2O3、FeO等杂质，在空气中焙烧，Ce3+在空气中氧化为Ce4+，Fe2+氧化为Fe3+，用盐酸和H3BO3浸取，Ce4+还原为Ce3+，过滤分离，滤渣1主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3，滤液1含有Ce3+、Fe3+，“滤渣1”用饱和KCl溶液溶解时发生复分解反应，生成KBF4沉淀和CeCl3溶液，滤渣2是KBF4。滤液1调节pH生成Fe(OH)3沉淀除Fe，滤渣3是Fe(OH)3，滤液2中含Ce3+，再加入NH4HCO3使Ce3+沉淀为Ce2(CO3)3，最后灼烧生成CeO2。(1)Fe是26号元素，在元素周期表的位置是第四周期第Ⅷ族，基态Fe2+价层电子的轨道表示式为，Fe3+价层电子的轨道表示式为，未成对电子数之比为4∶5。(2)CeCO3F和O2反应生成CeO2、CeF4、CO2，Ce元素化合价由+3价升高为+4价，O元素化合价由0价降低为-2价，根据得失电子守恒，发生反应的化学方程式为4CeCO3F+O23CeO2+CeF4+4CO2。(3)滤液1含有Fe3+、Ce3+，调节滤液1的pH使Fe3+完全转化为Fe(OH)沉淀，同时Ce3+不能生成沉淀，所以调节pH的范围为3.1≤pH<7.7。2.(16分)(2026·合肥模拟)一种以软锰矿(主要含MnO2和少量MgO、CaCO3、SiO2)和黄铁矿石(主要含FeS2)为原料制备Mn3O4的工艺流程如图所示：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀的pH如表所示：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Mg(OH)2开始沉淀的pH1.96.38.39.6完全沉淀的pH3.28.39.811回答下列问题：(1)滤渣1是(填化学式，无单质硫)。

(2)“酸浸”时，反应过程中铁元素的变化为FeS2Fe2+Fe3+。90℃下，锰元素浸出率及Fe3+、Fe2+的ρ(质量浓度)随时间的变化如图所示：①“酸浸”时，0~20min内FeS2中硫元素被氧化为SO42-，写出FeS2与MnO2反应的离子方程式：②0~20min内，Fe2+的质量浓度逐渐增大的原因是

。

③100min后，Fe3+的质量浓度略微减小的原因是

。

(3)“氧化”时，H2O2的实际用量比理论用量大得多，原因是。

(4)“调pH”时，pH的范围是。

(5)“除钙、镁”时，若溶液中c(Ca2+)=1.0×10-3mol·L-1，当除钙率达到99%时，溶液中c(Mg2+)=mol·L-1[已知Ksp(CaF2)=1.4×10-10，Ksp(MgF2)=7.0×10-11]。

(6)向“除钙、镁”后的溶液中通入适量氨气，充分反应后过滤、洗涤，将所得沉淀加蒸馏水制成悬浊液，向其中通入适量氧气可得到Mn3O4。若通入氧气过量，且时间较长，Mn3O4产品中锰元素的质量分数会降低，原因是

。

答案(1)CaSO4、SiO2(2)①2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++4SO42-+15Mn2++14H2O②FeS2与酸反应生成Fe2+的速率大于Fe2+被MnO2氧化的速率③Fe2+被空气中氧气氧化为Fe3+，且溶液pH增大，Fe3+水解程度增大(3)溶液中Fe3+、Mn2+作催化剂，使H2O2催化分解(4)3.2≤pH<8.3(5)5.0×10—6解析由题给流程可知，向软锰矿、黄铁矿中加入稀硫酸酸浸，MnO2、FeS2与稀硫酸反应生成硫酸锰、硫酸铁和水，氧化镁、碳酸钙与稀硫酸反应转化为硫酸盐，二氧化硅不反应，过滤得到含有硫酸钙、二氧化硅的滤渣和滤液；向滤液中加入过量过氧化氢溶液，将溶液中的亚铁离子转化为铁离子，向反应后的溶液中加入合适的物质如碳酸锰调节溶液3.2≤pH<8.3，将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到含有氢氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入氟化钠，将溶液中的钙离子、镁离子转化为氟化钙、氟化镁沉淀，过滤得到含有氟化钙、氟化镁的滤渣和硫酸锰溶液；硫酸锰溶液经多步转化得到四氧化三锰。(5)由溶度积可知，当除钙率达到99%时，溶液中氟离子浓度为1.4×10-101.0×10-3×(1-99%)mol·L-1=1.4×10-5mol·L-1，则溶液中的镁离子浓度为7.0×10-11(1.4×3.(7分，每空1分)(2025·深圳模拟)铈是一种重要的稀土元素，在国防和科技领域有重要应用。二氧化铈(CeO2)是一种重要的催化剂。以氟碳铈矿(主要含CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下：已知：①Ce4+既能与F-结合成[CeFx](4-x)+，也能与SO42-结合成CeSO42+，Al3+能与②在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂(HA)2萃取，而Ce3+不能。(1)氟碳铈(CeCO3F)中Ce的化合价为。

(2)稀硫酸酸浸中，Ce的浸出率和稀硫酸浓度、温度有关，其关系如图所示，应选择的适宜的条件为(填字母)。

A.65℃2.0mol·L-1 B.75℃2.0mol·L-1C.85℃2.5mol·L-1 D.100℃2.5mol·L-1(3)TBP是一种有机萃取剂，“萃取”时发生反应：CeF3++TBPCeTBP4++F-，氟洗液中添加Al3+的作用是

。

(4)“萃取”时存在反应：Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。D是分配比，表示Ce(Ⅳ)分别在有机层中与水层中存在形式的物质的量浓度之比，D=c[Ce·(H2n-4A2n)]c[CeSO42+]。取20mL含四价铈总浓度为0.1mol·L-1的酸浸液，向其中加入10mL萃取剂(5)写出氧化工序中发生反应的离子方程式：。

(6)CeO2立方晶胞如图，Ce4+与最近O2-的核间距为apm。①CeO2晶胞中与Ce4+最近的Ce4+的个数为。

②CeO2晶体的密度为g·cm-3(列出表达式)。

答案(1)+3(2)C(3)Al3+能与F-结合生成AlF63-，使CeF3++TBPCeTBP4++F-平衡正向移动(4)0.0024mol·L-1(5)2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl-(6)①12解析(3)根据平衡的影响因素，加入的Al3+能与F-结合生成AlF63-，使CeF3++TBPCeTBP4++F-平衡正向移动，这样就有利于将CeF3+转化为CeTBP4+，从而有助于提高Ce的转化率。(4)n(Ce4+)=20×10-3L×0.1mol·L-1=0.002mol，萃取后Ce4+的n(有机层)+n(