《2025年5年高考3年模拟高中化学全一册人教B版》

38.(2023河北，16，14分)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
　
已知：室温下的$K_{sp}(CuCl)=10^{-6.8}$。
回答下列问题：
（1）首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为________________（填化学式）。
（2）滤渣的主要成分为________（填化学式）。
（3）浸取工序的产物为$[Cu(NH_{3})_{2}]Cl$，该工序发生反应的化学方程式为______________。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①，氧化工序发生反应的离子方程式为____________________。
（4）浸取工序宜在30～40℃之间进行。当环境温度较低时，浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是________________。
（5）补全中和工序中主反应的离子方程式$[Cu(NH_{3})_{2}]^{+}+2H^{+}+Cl^{-}=$____+____。
（6）真空干燥的目的为____________________。

答案： 答案　
(1)$[{Cu(NH3)4}]Cl2$　
(2)${Fe}$
(3)$[{Cu(NH3)4}]Cl2 + {Cu = 2[Cu(NH3)2]Cl}$ ${8NH3 + 4[Cu(NH3)2]+ + O2 + 4H+ = 4[Cu(NH3)4]^{2+} + 2H2O}$
(4)盐酸和液氨反应放热　
(5)${CuCl↓}$ $2{NH4^{+}}$
(6)防止干燥过程中${CuCl}$被空气中的${O2}$氧化
解析　
(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，联想教材中铜氨配离子的颜色，可判断其主要成分的阳离子为$[{Cu(NH3)4}]^{2+}$，则阴离子为${Cl-}$，主要成分为$[{Cu(NH3)4}]Cl2$。
(2)原料为铜包钢，经过浸取，铜被氧化后转化为$[{Cu(NH3)2}]^{+}$进入溶液，铁仍为固体，且流程图中明确指出，固体残渣的主要用途为炼钢，则固体滤渣的主要成分为铁。
(3)浸取工序中，反应物为铜单质和$[{Cu(NH3)4}]Cl2$，产物为$[{Cu(NH3)2}]Cl$，根据得失电子守恒和质量守恒，可写出反应的化学方程式为$[{Cu(NH3)4}]Cl2 + {Cu = 2[Cu(NH3)2]Cl}$。浸取后滤液的一部分经氧化工序可得深蓝色溶液①，反应物涉及$[{Cu(NH3)2}]Cl$、${H+}$、${O2}$和${NH3}$，产物为$[{Cu(NH3)4}]Cl2$，结合反应物中有${H+}$、${O2}$，可知还有${H2O}$生成，综合以上信息可知氧化工序发生反应的离子方程式为${8NH3 + 4[Cu(NH3)2]+ + O2 + 4H+ = 4[Cu(NH3)4]^{2+} + 2H2O}$。
(4)氧化工序中涉及$[{Cu(NH3)2}]^{+}$被氧化为$[{Cu(NH3)4}]^{2+}$的反应，反应过程吸热或放热不易判断，但是$[{Cu(NH3)4}]^{2+}$再生还需加入液氨和盐酸，两种物质接触会发生典型的酸碱中和反应，放出的热量可以维持浸取工序所需的温度。
(5)中和工序后，${CuCl}$已经析出，根据质量守恒、电荷守恒可以确定产物为${CuCl}$、${NH4^{+}}$，则中和工序中主反应的离子方程式为$[{Cu(NH3)2}]^{+} + 2{H+} + {Cl-} = {CuCl↓ + 2NH4^{+}}$。

39.(2022福建，11，13分)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO₂、Al₂O₃和CaO等)提铝的工艺流程如下：
　　
回答下列问题：
（1）“浸出”时适当升温的主要目的是______，Al₂O₃发生反应的离子方程式为______________________________。
（2）“浸渣”的主要成分除残余Al₂O₃外，还有__________________。实验测得，5.0g粉煤灰(Al₂O₃的质量分数为30％)经浸出、干燥后得到3.0g“浸渣”(Al₂O₃的质量分数为8％)，Al₂O₃的浸出率为________。
（3）“沉铝”时，体系中三种物质的溶解度曲线如图所示，加入K₂SO₄沉铝的目的是____，“沉铝”的最佳方案为____________________。
　　　　
（4）“焙烧”时，主要反应的化学方程式为______________________________。
（5）“水浸”'后得到的“滤液2”可返回____工序循环使用。

答案： 答案　
(1)提高浸出率(或提高浸出速率)　${Al2O3 + 6H+ = 2Al^{3+} + 3H2O}$　
(2)${SiO2}$和${CaSO4}$　$84\%$　
(3)使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度　高温溶解再冷却结晶　
(4)${2KAl(SO4)2\xlongequal{高温}K2SO4 + Al2O3 + 3SO3↑}$或${4KAl(SO4)2\xlongequal{高温}2K2SO4 + 2Al2O3 + 6SO2↑ + 3O2↑}$
(5)沉铝
解析　
(1)“浸出”时适当升高温度，可加快反应速率，提高浸出率；${Al2O3}$与${H2SO4}$反应的离子方程式为${Al2O3 + 6H+ = 2Al^{3+} + 3H2O}$。
(2)粉煤灰中${SiO2}$不与${H2SO4}$反应，${CaO}$与${H2SO4}$反应生成的${CaSO4}$微溶于水，故“浸渣”中还有${SiO2}$和${CaSO4}$；$5.0\ \text{g}$粉煤灰中${Al2O3}$的质量为$5.0\ \text{g}\times30\% = 1.5\ \text{g}$，浸出、干燥后得到的$3.0\ \text{g}$“浸渣”中${Al2O3}$的质量为$3.0\ \text{g}\times8\% = 0.24\ \text{g}$，故${Al2O3}$的浸出率为$\frac{1.5\ \text{g}-0.24\ \text{g}}{1.5\ \text{g}}\times100\% = 84\%$。
(3)分析题图可知，常温下${KAl(SO4)2}\cdot12{H2O}$的溶解度远小于${Al2(SO4)3}\cdot18{H2O}$，“沉铝”时加入${K2SO4}$，使更多的铝元素转化为${KAl(SO4)2}\cdot12{H2O}$晶体析出，同时保证晶体纯度；${KAl(SO4)2}\cdot12{H2O}$的溶解度受温度变化影响较大，${Al2(SO4)3}\cdot18{H2O}$的溶解度受温度变化相对较小，${K2SO4}$的溶解度受温度变化影响较小，故“沉铝”的最佳方案为高温溶解再冷却结晶。
(4)经“干燥脱水”得到${KAl(SO4)2}$，“焙烧”得到${Al2O3}$和气体，根据原子守恒，“焙烧"时，主要反应的化学方程式为${2KAl(SO4)2\xlongequal{高温}Al2O3 + K2SO4 + 3SO3↑}$或${4KAl(SO4)2\xlongequal{高温}2K2SO4 + 2Al2O3 + 6SO2↑ + 3O2↑}$。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”中溶质主要为${K2SO4}$，根据题图可知，可返回“沉铝”工序循环使用。