高考化学大题专项复习：化学工艺流程题
1.中南大学郑雅杰等 3 位老师提出“以含砷废水沉淀还原法制备 As2O3”，有较高的实际应用
价值。某工厂含砷废水含有 H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3 等，利用该废水提取As2O3 的流程如图所示。
表：金属离子沉淀 pH 值表格(20℃)
（1）为了加快中和过程的速率，可以采取的措施有______________(
施即可)。
（2）沉淀中的成分，除了 Bi(OH)3 沉淀外，还有。
（3）A 可以循环利用，A 的化学式为_________。在滤液 1 中，加入 NaOH 调节 pH 为 8 的目的是。
（4）Cu3(AsO3)2 沉淀加入一定量的水调成浆料，通入 SO2，该过程的化学反应方程式是。
（5）按照一定的液固比，将水加入 Cu3(AsO3)2 沉淀中，调成浆料。当反应温度为25℃，
SO2 流量为 16L/h，液固比、时间对砷、铜浸出率的影响如图甲、乙所示。请选择最适宜的液固比、反应时间：______________、_______________。
（6）一定条件下，用雄黄(As4S4)制备 As2O3 的转化关系如图所示。若反应中，1mol As4S4(其中 As 元素的化合价为+2 价)参加反应时，转移 28mole-，则物质 a 为
_______(填化学式)。
【答案】（1）适当增加氢氧化钠溶液的浓度或加热
（2）Fe(OH)3
（3）CuSO4 完全沉淀 Cu2+，回收利用铜
（4）Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4
（5）4：1 60min SO2
【解析】（1）为了加快中和的速率，可以通过浓度、温度来调节反应的速率。
（2）根据元素守恒进行判断。
（3）Cu3(SO3)2·2H2O 氧化可以得到 CuSO4，在流程中可以循环利用。
（4）根据氧化还原反应中化合价升降守恒可知 S 的化合价升高，根据信息写出反应物和产物并配平方程式。
（5）根据图象，砷的浸岀率随着液固比增加而増加。为了减少铜的浸出，适宜的液固比为 4:1。砷浸出率随反应时间延长而升高，铜浸出率随反应时间延长而降低。（6）根据电子转移相等计算。
【详解】
（1）为了加快中和的速率，可以通过浓度、温度来调节反应的速率，因此可以通过增加氢氧化钠溶液的浓度、加热来加快化学反应速率。
（2）根据含砷废水的成分 H3AsO3、H2SO4、Fe2(SO4)3、Bi2(SO4)3 等，根据元素守恒，除了得到 Bi(OH)3 沉淀外，还有 Fe(OH)3 沉淀。
（3）Cu3(SO3)2·2H2O 氧化可以得到 CuSO4，在流程中可以循环利用。Cu3(AsO3)2 为了充分回收砷，使用了过量硫酸铜，为了减少铜的损失，应回收利用铜，用 NaOH 调节废水 pH 值至 8。
（4）结合 Cu3(AsO3)2 中 Cu 为+2 价，1molCu3(SO3)2·2H2O 中有 2molCu 显+1 价， 1molCu 显+2 价，根据氧化还原反应中化合价升降守恒可知 S 的化合价升高，根据信息写出反应物和产物并配平方程式：
Cu3(AsO3)2+3SO2+6H2O=Cu3(SO3)2·2H2O+2H3AsO3+H2SO4。
（5）根据图象，砷的浸岀率随着液固比增加而増加，但同时铜的浸岀率也随着液固比増加而升高。为了减少铜的浸出，适宜的液固比为 4:1。砷浸出率随反应时间延长而升高，铜浸出率随反应时间延长市降低。当反应为 60min 时，砷浸出率较大和铜浸出率较小，继续延长反应时间，砷、铜浸出率变化不大。因此，选择 60min。
（6）As4S4 中 As 为+2 价、S 为-2 价，且 As 元素被氧化为+3 价的 As2O3，
1molAs4S4(其中 As 元素的化合价为+2 价)参加反应时，转移 28mole-，由于 As 的化合价
只升高了 1，则 S 元素化合价必须升高 6 价，即 S 元素的化合价由-2 升高为+4 价，因此应为 SO2。
2.钠离子电池由于成本低、资源丰富，成为取代锂离子电池在大规模储能领域应用的理想选择。作为钠离子电池的正极材料之一，束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线电极材料成为关注焦点之一。其制备工艺流程如图：
（资料）
①石煤的主要成分为 V2O3，含有 Al2O3、CaO、Fe2O3 等杂质。
②+5 价钒在溶液中的主要存在形式与溶液 pH 的关系如下表。
（1）K3V2(PO4)3 中 V 的化合价为___。
（2）焙烧时，向石煤中加生石灰，将 V2O3 转化为 Ca(VO3)2。
①为了提高焙烧过程中氧化效率，下述工艺步骤方法合理的是___。
a.在回转窑进行富氧焙烧，助燃风气量为煤气量的 0.5~2 倍
b.焙烧过程中，在焙烧物料中加入辅助剂，增加物料疏松度和透气性
c.窑体进行分段控温
d.调控料层厚度为窑体的 2/3 高度
②焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________。
（3）实验时将 NH4VO3、KOH 和 H3PO4 按物质的量分别为 5mmol、7.5mmol、
7.5mmol 依次溶解于 20mL 去离子水中，溶液颜色依次为白色浑浊、无色澄清透明
和棕红色透明溶液。随后再加入 H2C2O4·2H2O，搅拌至溶液变为黄绿色，草酸的量对 K3V2(PO4)3 形貌的影响如下：
①实验条件下束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线样品制备的最佳条件为
。
②亚硫酸钠是常用的还原剂，但实验中不能用亚硫酸钠代替草酸晶体，原因是
。
（4）加入的草酸晶体是过量的，其中只有的草酸为还原剂，将 VO3-还原成 VO2+，的草酸以 C2O42-的形式存在，此过程中反应的离子方程式为。
（5）“氩气中煅烧”时，氩气的作用是。
（6）某工厂利用上述工艺流程，用 10t 石煤生产束状碳包覆 K3V2(PO4)3 纳米线
0.8064t，若整个过程中钒的总回收率为 80%，则石煤中钒元素的质量分数为___。【答案】（1）+3
（2）① a、b、c ② CaO+O2+V2O3 =Δ Ca VO3 2
（3）①草酸质量为 6.0g
②草酸在合成束状碳包覆 K2V2(PO4)3 纳米线的过程中不仅做还原剂还影响其形貌（4）2H+ +2VO3- +3H2C2O4 2H2O=2VO22C2O24-+2CO2 +10H2O
（5）防止 K2V2(PO4)3 被氧化
