人教专题13 工艺流程综合题（练）-2023年高考化学二轮复习讲练测（新高考专用）（解析版）.docx

专题13 工艺流程综合题

1．稀土金属钪(Sc)及其化合物在电子、超导合金和催化剂等领域有重要应用。以工业钛白水解废酸液(含Sc3+、TiO2+、Fe3+、H+、等离子)为原料，制取氧化钪(Sc2O3)和单质钪的工艺流程如图：
已知：①Ksp[Sc(OH)3]=8×10-31
②“沉钪”所得固体是水合复盐沉淀，其化学式为3NH4Cl·ScF3·6H2O
(1)在酸洗时，加入H2O2的作用是___________(填标号)。
A．作氧化剂B．作还原剂C．作配体
(2)反萃取步骤中，加入NaOH溶液后生成Sc(OH)3沉淀。若沉淀后溶液的pH=8(常温下)，则残留的Sc3+的质量浓度是___________mg/L。
(3)“灼烧”得到Sc2O3.若灼烧Sc2(C2O4)3·6H2O也能得到Sc2O3，其在空气中热分解温度区间和分解得到的固体产物如下表所示：
草酸钪晶体
热分解温度区间(K)
固体失重百分率(%)
生成的含钪化合物
Sc2(C2O4)3·6H2O
(M=462g/mol)
383～423
19.48
Sc2(C2O4)3·H2O
463～508
23.38
A
583～873
70.13
Sc2O3
由含钪化合物A转化为Sc2O3时，发生反应的化学方程式为___________。
(4)含钪元素的微粒与pF[pF=-lgc(F-)]、pH的关系如图所示，用氨水调节溶液的pH最好小于___________，“沉钪”所得滤液中c(F-)应大于___________mol·L-1。
(5)传统制备ScF3的方法是先得到ScF3·6H2O，再高温脱水得到ScF3，但所得ScF3通常含有ScOF杂质，原因是___________(用化学方程式表示)。该流程中，“脱水除铵”可制得高纯度ScF3，原因是___________。
【答案】(1)C (2)3.6×10-8 (3)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 (4)     4.2     1.0×10-4.2   （5） ScF3+H2OScOF+2HF(或ScF3·6H2OScOF+2HF+5H2O)     “除铵”时NH4Cl分解生成HCl，抑制Sc3+的水解
【解析】由题给流程可知，赤泥加入钛白废酸酸浸时，金属氧化物溶于硫酸得到可溶性的金属硫酸盐，二氧化硅不溶解，过滤得到含有二氧化硅的滤渣和含TiO2+、Sc3+、Fe3+、Al3+的硫酸盐溶液，向滤液中加入磷酸酯萃取剂萃取滤液中的TiO2+、Sc3+，分液得到含有Fe3+、Al3+的水相和含有TiO2+、Sc3+的有机相，有机相用稀硫酸洗涤后，再加入H2O2，TiO2+与H2O2络合进入水相，分液后除去，再向有机相中加入NaOH溶液将Sc3+转化为Sc(OH)3沉淀，过滤后，向Sc(OH)3沉淀加入盐酸使其转化为ScCl3，加氨水调溶液pH，加NH4F沉钪得到ScF3，用Mg热还原ScF3得到Sc。（1）由图可知TiO2+加入H2O2后，TiO2+与H2O2结合形成[TiO(H2O2)]2+，该转化过程元素化合价没发生变化，应该是H2O2中的氧原子提供孤电子对，TiO2+中Ti原子提供空轨道，形成配合离子，H2O2作配体，故A、B错误，C正确，故答案为：C；（2）若沉淀后溶液的pH=8(常温下)，c(OH-)=10-6mol/L，则残留的Sc3+的物质的量浓度是，质量浓度为810-13mol/L45g/mol1000mg/g=3.6×10-8mg/L。（3）在温度为383~423K时，Sc2(C2O4)3·6H2O的失重百分率为19.48，则失去质量为462×0.1948=89，若失重质量为水的质量，则失去水的数目为n(H2O)=，故生成的含钪化合物A化学式为Sc2(C2O4)3·H2O；在加热温度463~508K时，Sc2(C2O4)3·6H2O的失重百分率为23.38，若失重质量为水的质量，则失去质量为462×0.2338=108，则失去水的数目为n(H2O)=，Sc2(C2O4)3·6H2O恰好完全失去结晶水，故生成的含钪化合物B化学式为Sc
2(C2O4)3，则由含钪化合物B在空气中煅烧转化为Sc2O3时，反应同时产生CO2气体，根据电子守恒、原子守恒，可得发生反应的化学方程式为：2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。（4）由流程可知，加氨水调pH维持Sc以Sc3+形式存在，以便后续与F–结合生成ScF3，还需防止Sc3+与OH-结合，故调节溶液的pH最好小于4.2；由图可知，“沉钪”需要将Sc3+转化为ScF3，pF应小于4.2，则c(F–)应大于1.0×10–