主題工藝流程題

2019分類突破PPT

題型分析第二篇——非選擇題工藝流程題PART02主題9全國卷考情分析

高考年份2017年全國2018年全國Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ卷命題角度實驗條件的控制,陌生化學方程式的書寫,轉化率的求算,化學鍵的判斷,Ksp的計算實驗目的、原理和評價,有關氧化還原滴定的計算,化學方程式的書寫氧化還原反應方程式的配平,化學方程式的書寫,溶解度的有關問題,物質的分離、提純操作,反應類型的判斷,產率的計算陌生方程式的書寫,流程中生成物的推斷和加入物質的作用,電極反應式的書寫,氧化還原滴定時化學方程式的書寫和計算陌生化學方程式和離子方程式的書寫,流程中生成物的推斷和加入物質的作用,電極反應式的書寫物質的名稱,物質的分離、提純,化學方程式的書寫,電極反應式的書寫和交換膜中遷移離子的種類和方向命題規(guī)律全國卷必考一道工藝流程題,題型一般為物質制備型工藝流程題或物質分離提純型工藝流程題。工藝流程題情境新,集綜合性、真實性、開放性于一體,考查的內容廣泛,可以是物質的轉化關系、原理應用、操作名稱、化工術語等,特別注重對物質的制備方法、物質間的轉化途徑、混合物分離和提純方法、化學實驗的基本操作方法、陌生情境中化學方程式或離子方程式的書寫及簡單計算能力的考查,檢驗考生能否運用化學反應原理及相關實驗等知識解決工業(yè)生產中的實際問題命題角度一物質制備型工藝流程題

物質制備型工藝流程題一般分為原料處理、分離提純、獲得產品三個階段。通過對給定的原料進行預處理、分離提純,再經過若干步反應,最后制得目標物質。例1.(2018年全國Ⅰ卷,27)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}:(1)生產Na2S2O5,通常是由NaHSO3過飽和溶液經結晶脫水制得。寫出該過程的化學方程式

。

(2)利用煙道氣中的SO2生產Na2S2O5的工藝為①pH=4.1時,Ⅰ中為

溶液(寫化學式)。

②工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是

。2NaHSO3Na2S2O5+H2ONaHSO3得到NaHSO3過飽和溶液【真題示例】(3)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術,裝置如圖所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為

。電解后,

室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水,可得到Na2S2O5。(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時,取50.00mL葡萄酒樣品,用0.01000mol·L-1的碘標準液滴定至終點,消耗10.00mL。滴定反應的離子方程式為

,該樣品中Na2S2O5的殘留量為

g·L-1(以SO2計)。

2H2O-4e-4H++O2↑a0.128S2O52-+2I2+3H2O2SO42-+4I-+6H+【解析】

(2)①碳酸鈉飽和溶液吸收SO2后的溶液呈酸性,說明生成物是酸式鹽,即Ⅰ中為NaHSO3。②要制備焦亞硫酸鈉,需要先制備亞硫酸氫鈉過飽和溶液,因此工藝中加入碳酸鈉固體、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3過飽和溶液。(3)陽極發(fā)生失去電子的氧化反應,陽極區(qū)是稀硫酸,氫氧根離子放電,則電極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑。陽極區(qū)氫離子濃度增大,通過陽離子交換膜進入a室與亞硫酸鈉結合生成亞硫酸氫鈉。陰極是氫離子放電,氫氧根離子濃度增大,與亞硫酸氫鈉反應生成亞硫酸鈉,所以電解后a室中亞硫酸氫鈉的濃度增大。(4)單質碘具有氧化性,能把焦亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉,反應的離子方程式為S2O52-+2I2+3H2O2SO42-+4I-+6H+,消耗碘的物質的量是0.0001mol,根據S2O52-~2I2,n(SO2)=2n(S2O52)得,n(SO2)=0.0001mol,所以焦亞硫酸鈉的殘留量(以SO2計)是=0.128g·L-1。【關鍵能力】熟悉工藝流程題的三個階段:原料處理、分離提純、獲得產品。1.原料處理階段(1)常見原料處理的方法:溶解、水(酸或堿)浸、浸出、灼(焙、煅)燒等。(2)加快反應速率的方法:攪拌、加熱、粉碎等。2.分離提純階段(1)調pH除雜:控制溶液的酸堿性,使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。(2)加熱:加快反應速率或促進平衡向某個反應方向移動。(3)降溫:防止某物質在高溫時會溶解(或分解)或使化學平衡向著題目要求的方向移動。(4)水(酸或堿)溶法:除去可溶性(堿性或酸性)雜質。(5)氧化劑或還原劑法:除去還原性或氧化性雜質。(6)分離方法:過濾、蒸發(fā)(冷卻)結晶、萃取和分液、蒸餾(或分餾)等。3.獲得產品階段(1)洗滌:(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中溶解損耗。(2)根據物質溶解度差異選擇正確的方法,如蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶或蒸發(fā)結晶、趁熱過濾。【針對訓練】TiO2和CaTiO3都是光電轉化材料。某研究小組利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量SiO2等雜質)來制備TiO2和CaTiO3,并利用黃鉀鐵礬[KFe3(SO4)2(OH)6]回收鐵的工藝流程如圖1所示:回答下列問題:(1)“氧化酸解”的實驗中,控制反應溫度為150℃,不同氧化劑對鈦鐵礦酸解率的影響如圖2所示。50min時,要求酸解率大于85%,所選氧化劑應為

;

采用H2O2作氧化劑時,其效率低的原因可能是

KClO3

在溫度較高時H2O2易分解或產物中的Fe3+可以催化H2O2的分解(2)向“氧化酸解”的濾液①中加入尿素[CO(NH2)2],TiO2+轉化為TiO2,寫出相應反應的離子方程式:

,使用尿素而不直接通入NH3的原因是

。

(3)寫出“高溫煅燒”中由TiO2制備CaTiO3的化學方程式:

。

(4)Fe3+恰好沉淀完全時,溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,計算此時溶液的pH=

。[Fe(OH)3的Ksp=1.0×10-39、水的Kw=1.0×10-14]

(5)黃鉀鐵礬沉淀為晶體,含水量很少?；厥誇e3+時,不采用加入氨水調節(jié)pH的方法制取Fe(OH)3的原因是

。TiO2++CO(NH2)2+2H2OTiO2+CO2↑+2NH4+避免將溶液中Fe3+沉淀TiO2+CaCl2·2H2OCaTiO3+2HCl↑+H2O↑2.7Fe(OH)3為絮狀沉淀,不容易分離

【解析】(1)根據題目要求結合圖像,在50min時酸解率大于85%的氧化劑有KMnO4和KClO3,但KMnO4作氧化劑引入了Mn2+,對后續(xù)的物質分離會造成干擾,故選用KClO3

作氧化劑。產物中的Fe3+可以催化H2O2的分解,所以采用H2O2作氧化劑時效率低。(2)由TiO2+轉化為TiO2可知,Ti元素的化合價并沒有發(fā)生改變,該反應為非氧化還原反應,在酸性環(huán)境中,C、N元素的產物為CO2、NH4+由于Fe3+開始沉淀需要的pH很小,直接通入NH3會使溶液pH快速增大,容易使Fe3+沉淀,所以使用尿素而不直接通入NH3,可以避免溶液中Fe3+沉淀。(3)由信息可知制備CaTiO3的反應為非氧化還原反應,根據元素守恒,剩余產物為HCl、H2O。(4)根據Fe(OH)3的Ksp=1.0×10-39和溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1可知,溶液中OH-的濃度為mol·L-1≈1.0×10-11.3mol·L-1,c(H+)===10-2.7mol·L-1,所以pH為2.7。(5)氫氧化鐵為絮狀沉淀,不易于從溶液中分離,所以不采用加入氨水調節(jié)pH的方法制取Fe(OH)3。命題角度二物質分離提純型工藝流程題

物質分離提純型工藝流程題主要是針對混合物的除雜、分離和提純。解題時找出要得到的主要物質是什么,混有的雜質有哪些,分析加入某一試劑后,能與什么物質發(fā)生反應,生成了什么物質,要用什么樣的方法才能將雜質除去,將工藝流程轉化為物質的轉化流程,明確各步所加試劑或相關操作的目的?！镜湫褪纠坷?.

(2018年江蘇,16)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料,生產氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下(1)焙燒過程均會產生SO2,用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式為

。SO2+OH-HSO3-(2)添加1%CaO和不添加CaO的礦粉焙燒,其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。已知:多數金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600℃硫去除率=(1-)×100%

①不添加CaO的礦粉在低于500℃焙燒時,去除的硫元素主要來源于

。

②700℃焙燒時,添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低,其主要原因是

。FeS2硫元素轉化為CaSO4而留在礦粉中(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2,鋁元素存在的形式由

(填化學式)轉化為

(填化學式)。

(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2,理論上完全反應消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=

。NaAlO2

Al(OH)31∶16【解析】

(1)過量SO2與NaOH溶液反應生成NaHSO3,反應的化學方程式為SO2+NaOHNaHSO3,離子方程式為SO2+OH-HSO3-(2)①根據題給已知,多數金屬硫酸鹽的分解溫度高于600℃,不添加CaO的礦粉低于500℃焙燒時,去除的硫元素主要來源于FeS2。②添加CaO,CaO起固硫作用,添加CaO發(fā)生的反應為2CaO+2SO2+O22CaSO4,根據硫去除率的含義,700℃焙燒時,添加1%CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低的原因是硫元素轉化為CaSO4留在礦粉中。(3)“堿浸”時Al2O3、SiO2轉化為NaAlO2和Na2SiO3,向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2,CO2與NaAlO2反應生成NaHCO3和Al(OH)3,反應的離子方程式為CO2+Al+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-,即Al元素存在的形式由NaAlO2轉化為Al(OH)3。(4)Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2,反應的化學方程式為FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑,理論上完全反應消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶16?！娟P鍵能力】工藝流程題中文字表述題答題方法1.“加過量試劑”:?？紤]反應完全或增大轉化率、產率等。2.“控制pH”:?？紤]防水解、促進生成沉淀或除去雜質等。3.“能否加其他物質”:?？紤]會不會引入雜質或是否影響產品的純度。4.“控制較低溫度”:?？紤]物質的揮發(fā)、物質的不穩(wěn)定性和物質的轉化等。5.“判斷沉淀是否洗凈”:常取少量最后一次洗滌液于試管中,向其中滴加某

試劑,以檢驗其中的某種離子。6.“檢驗某物質的設計方案”:通常取少量某物質于試管中,加水溶解,再加入另一試劑產生某現象,然后得出結論。7.“用某些有機試劑清洗”:(1)降低物質溶解度有利于產品析出;(2)洗滌沉淀可減少損耗和提高利用率等。8.“在空氣中或在其他氣體中”:主要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應或達到防氧化、防水解、防潮解等目的。利用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3,還含有少量Al2O3、MgO、SiO2等雜質)制備鐵紅的工藝流程如下:【針對訓練】回答下列問題:(1)硫鐵礦完全被還原焙燒后,Fe元素的化合價為

。

(2)若“合成”中c(Mg2+)=0.01mol·L-1,加入NH4HCO3溶液(設溶液體積增加1倍),當Fe2+恰好沉淀完全時,溶液中c(Fe2+)=1.0×10-5mol·L-1,此時是否有MgCO3沉淀生成?______________________________________________________

列式計算)。(已知FeCO3、MgCO3的Ksp分別為3.2×10-11、3.0×10-8)+2無MgCO3沉淀生成,c(CO32-)==mol·L-1=3.2×10-6

mol·L-1,Qc=c(CO32-)·c(Mg2+)=3.2×10-6×<Ksp(MgCO3)(3)“合成”過程中Fe2+發(fā)生反應的離子方程式為

。(4)“合成”過程中溫度對亞鐵離子轉化率的影響如圖所示,分析選擇反應溫度為40℃的原因:

.

。

(5)“煅燒”中由FeCO3制備Fe2O3的化學方程式為

。

(6)本流程中,鋁元素是以

(填化學式)形式被除去的。Fe2++2HCO3-FeCO3↓+H2O+CO2↑溫度低于40℃時,亞鐵離子轉化率較低;溫度高于40℃時,亞鐵離子轉化率變化不大且溫度過高,碳酸氫銨易分解4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2Al(OH)3【解析】

(1)根據金屬的冶煉原理,炭黑能夠還原Fe2O3,因為“酸浸”中加入硫酸,如果還原時鐵元素轉化成鐵單質,會與硫酸反應生成H2,H2是可燃性氣體,可能發(fā)生危險,因此“還原焙燒”后,鐵元素的化合價為+2。(3)根據題意,向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3,生成了FeCO3沉淀,根據原子守恒和電荷守恒,還應生成H2O和CO2。(6)本流程中酸浸時Al2O3轉化為Al3+,加NH4HCO3時,Al3+與HC發(fā)生雙水解轉化為Al(OH)3沉淀而被除去。(2018年全國Ⅱ卷,26改編)鋅是一種應用廣泛的金屬。一種以閃鋅礦(主要成分為ZnS,還含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖所示:相關金屬離子[c0(）=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:金屬離子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列問題:(1)焙燒過程中主要反應的化學方程為

。

(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有

。

(3)氧化除雜工序中通入氧氣的作用是,

,ZnO的

的作用是

。(4)溶液中的Cd2+可用鋅粉除去,還原除雜工序中反應的離子方程式為

。能否省去“還原除雜”步驟,直接在“氧化除雜”步驟中除去Cd2+,為什么?

______________________________________________________________________________________________________________。

2ZnS+3O22ZnO+2SO2PbSO4將Fe2+氧化成Fe3+方便除去調節(jié)溶液的pH使Fe3+沉淀完全Zn+Cd2+Zn2++Cd不能,在氧化除雜工序中加ZnO是為了調節(jié)溶液pH若要完全除去Cd2+,溶液的pH至少需要調節(jié)為9.4,此時Zn2+也會完全沉淀(5)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時,陰極的電極反應式為

；

沉積鋅后的電解液可返回

工序繼續(xù)使用。

(6)改進的鋅冶煉工藝,采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程,既省略了易導致空氣污染的焙燒過程,又可獲得一種有工業(yè)價值的非金屬單質,“氧壓酸浸”中發(fā)生的主要反應的離子方程式為

。Zn2++2e-Zn溶浸2ZnS+4H++O22Zn2++2S+2H2O

【解析】(1)閃鋅礦的主要成分是ZnS,焙燒后生成ZnO和SO2。(2)由于硫酸鉛不溶于水,因此濾渣1的主要成分除SiO2外還有PbSO4。(3)根據表中數據可知沉淀Fe2+所需的pH較大,所以通入氧氣的作用是將Fe2+氧化成Fe3+方便除去;要除去Fe3+,需要調節(jié)溶液的pH,又因為不能引入新雜質,所以需要利用氧化鋅來調節(jié)pH。(4)溶液中的Cd2+可用鋅粉除去,反應的離子方程式為Zn+Cd2+Zn2++Cd。不能省去“還原除雜”步驟直接在“氧化除雜”步驟中除去Cd2+,因為在氧化除雜工序中加ZnO調節(jié)pH,若要完全除去Cd2+,溶液的pH至少需要調節(jié)為9.4,此時Zn2+也會完全沉淀。(5)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時,陰極由鋅離子得電子生成鋅單質,發(fā)生還原反應;電解后還產生硫酸,因此沉積鋅后的電解液可返回“溶浸”工序繼續(xù)使用。(6)“氧壓酸浸”法顧名思義,可知反應物中含有H+和O2,可以獲得非金屬單質S,反應的離子方程式為2ZnS+4H++O22Zn2++2S+2H2O。2(2017年全國Ⅰ卷,27改編)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備,工藝流程如下:回答下列問題:(1)濾渣的成分是

。

(2)“酸浸”后,鈦主要以TiOCl42-形式存在,寫出濾液①中TiOCl42-轉化生成TiO2·xH2O的離子方程式:

。(3)固體TiO2·xH2O轉化成(NH4)2Ti5O15溶液時,Ti元素的浸出率與反應溫度的關系如圖所示。反應溫度過高時,Ti元素浸出率下降的原因是

。

(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數目為

。SiO2TiOCl42-+(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H++4Cl-當溫度過高時,H2O2會分解且氨水易揮發(fā)4(5)若“濾液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全,即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?

(列式計算)。(FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3×10-22、1.0×10-24)Fe3+恰好沉淀完全時,c(PO43-)==mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,Qc=c3(Mg2+)·c2(PO43-)=0.013×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40<Ksp[Mg3(PO4)2],因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(6)由濾液②制備LiFePO4的過程中,所需17%雙氧水與H2C2O4的質量之比是

。

(7)若采用鈦酸鋰(Li4Ti5O12)和磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)作電極組成電池,其工作原理為Li4Ti5O12+3LiFePO4Li7Ti5O12+3FePO4,該電池充電時的陽極反應式是

。

20∶9LiFePO4-e-FePO4+Li+【解析】(1)鈦鐵礦與鹽酸反應時,雜質中SiO2不溶于鹽酸,所以濾渣的成分是SiO2。(3)當溫度超過40℃時,雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化反應的反應速率下降,Ti元素的浸出率下降。(4)Li2Ti5O15中Li為+1價、Ti為+4價、O為-2、-1價(在O22-中O為-1價,且每個O22-中含有一個過氧鍵),設過氧鍵的數目為x,根據原子守恒和化合物中元素的正、負化合價代數和等于0,可得(+1)×2+(+4)×5+(-1)×2x+(-2)×(15-2x)=0,解得x=4。(6)分析反應流程,H2O2把Fe2+氧化為Fe3+,H2C2O4把Fe3+還原為Fe2+,H2O2中O元素由-1價變?yōu)?2價,H2C2O4中C元素由+3價變?yōu)?4價,根據電子轉移總數相等得×2=×2,得m(H2O2)∶m(H2C2O4)=20∶9。(7)陽極發(fā)生氧化反應,據總反應式可得,鐵元素由+2價變?yōu)?3價,失電子,發(fā)生氧化反應,所以陽極反應式為LiFePO4-e-FePO4+Li+。3.(2017年全國Ⅲ卷,27改編)工業(yè)上用鉻鐵礦(主要成分為FeO·Cr2O3,還含有Al2O3、MgCO3、SiO2等雜質)為原料制備重鉻酸鉀晶體(K2Cr2O7)和鐵紅的流程如圖所示:已知:Ⅰ.常見離子開始生成沉淀和沉淀完全的pH如下表所示:離子Fe3+Al3+Mg2+SiAl開始沉淀的pH1.94.28.19.510.2沉淀完全的pH3.25.39.48.08.5Ⅱ.熔融Na2CO3條件下主要發(fā)生反應:2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO34Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2。(1)熔融Na2CO3條件下還可以得到的副產物為NaAlO2和Na2SiO3,生成這兩種副產物的化學方程式分別為

。

(2)濾渣2的主要成分為

(填化學式)。

(3)用醋酸調節(jié)pH2=5的目的是

;若調節(jié)的pH過低,N可被氧化為N,其離子方程式為

。Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑H2SiO3、Al(OH)3將CrO42-轉化為Cr2O72-Cr2O72-+3NO2-+8H+2Cr3++3NO3-+4H2O(4)有關物質的溶解度如圖所示。調節(jié)pH2=5后加入適量KCl,蒸發(fā)濃縮,冷卻結晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到

(填標號)得到的K2Cr2O7固體產品最多。a.80℃

b.60℃

c.40℃

d.10℃生成重鉻酸鉀的反應類型是

。

(5)調節(jié)pH3的范圍為

。

(6)某工廠用m1kg鉻鐵礦粉(含Cr2O340%)制備K2Cr2O7,最終得到產品m2kg,產率為

。d

復分解反應3.2≤pH<8.1×100%【解析】(2)調pH1=7~8,可得到的沉淀為H2SiO3、Al(OH)3。(4)由圖示可知,在10℃左右時,得到K2Cr2O7固體最多;生成重鉻酸鉀的反應為2KCl+Na2Cr2O7K2Cr2O7↓+2NaCl,反應類型為復分解反應。(5)為了讓Fe3+沉淀完全,而Mg2+不沉淀,調節(jié)pH3的范圍為3.2≤pH<8.1。(6)樣品中Cr2O3的質量為m1×40%kg,理論上生成K2Cr2O7的質量為m1×40%×kg,則所得產品的產率為m2÷(m1×40%×)×100%=×100%。4.(2016年全國Ⅰ卷,28改編)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產工藝如下:回答下列問題:(1)寫出“反應”步驟中生成ClO2的化學方程式:

。

(2)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時,為除去Mg2+和Ca2+,要加入的試劑分別為

、

。“電解”中陰極反應的主要產物是

。

2NaClO3+SO2+H2SO42ClO2+2NaHSO4NaOH溶液Na2CO3溶液ClO2-(或NaClO2)(3)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應中,氧化劑與還原劑的物質的量之比為

,在尾氣吸收過程中,可代替H2O2的試劑是

(填字母)。

A.Na2O2

B.Na2S

C.FeCl2

D.KMnO4(4)Cl2、H2O2、ClO2(還原產物為Cl-)、O3(1molO3轉化為1molO2和1molH2O)等物質常被用作消毒劑。等物質的量的上述物質消毒效率最高的是

(填字母)。

A.Cl2 B.H2O2 C.ClO2 D.O32∶1AC(5)采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝。在反應器中通入含有SO2和NO的煙氣,反應溫度為323K,NaClO2溶液濃度為5×10-3mol·L-1。反應一段時間后溶液中離子濃度的分析結果如下表:離子SSNNCl-c(mol·L-1)8.35×10-46.87×10-61.5×10-41.2×10-53.4×10-3寫出NaClO2溶液脫硝過程中主要反應的離子方程式:

。

4OH-+3ClO2-+4NO4NO3-+3Cl-+2H2O【解析】(1)NaClO3和SO2在酸性條件下生成ClO2,其中NaClO3作氧化劑,還原產物為ClO2,根據得失電子守恒和原子守恒,此反應的化學方程式為2NaClO3+SO2+H2SO42ClO2+2NaHSO4。

(2)食鹽溶液中混有Mg2+和Ca2+,可利用過量NaOH溶液除去Mg2+,利用過量Na2CO3溶液除去Ca2+;向NaCl溶液中加入ClO2進行電解,陽極發(fā)生反應2Cl--2e-Cl2↑,反應產生Cl2,陰極發(fā)生反應產生NaClO2。(3)根據圖示可知,利用含有過氧化氫的NaOH溶液吸收ClO2氣體,產物為NaClO2,則此吸收反應中,氧化劑為ClO2,還原產物為NaClO2,還原劑是H2O2,氧化產物是O2,每1molH2O2發(fā)生反應轉移2mol電子,反應的化學方程式為2NaOH+2ClO2+H2O22NaClO2+O2+2H2O,可知氧化劑和還原劑的物質的量之比為2∶1。在尾氣吸收過程中,既要代替H2O2又不能引入新的雜質,故可選的試劑是Na2O2。(4)A項,1molCl2被還原得到2mol電子;B項,1molH2O2被還原得到2mol電子;C項,1molClO2被還原得到5mol電子;D項,1molO3被還原得到2mol電子,消毒效率最高的是ClO2。(5)亞氯酸鈉具有氧化性,且NaClO2溶液呈堿性,則NaClO2溶液脫硝過程中發(fā)生的主要反應的離子方程式為4OH-+3ClO2-+4NO4NO3-+3Cl-+2H2O。5.(2016年四川理綜,11改編)磷尾礦難溶于水,主要成分為Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。某研究小組提出了用磷尾礦制備CaCO3、Mg(OH)2、P4和CO的方案,其工藝流程圖如下:請回答下列問題:(1)磷精礦[Ca5(PO4)3F]的分解溫度

(填“高于”或“低于”)950℃。(2)NH4NO3溶液能從磷礦Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是:_____________________________________第一次浸取液用NH4NO3而不用(NH4)2SO4的原因是

。高于NH4+水解使溶液呈酸性,H+與CaO、Ca(OH)2反應生成Ca2+CaSO4微溶于水,若第一次浸取液使用硫酸銨,不能完全浸取Ca2+(3)將磷尾礦研磨后加硫酸酸浸,磷尾礦中Ca5(PO4)3F所含氟元素轉化為HF并生成粗磷酸,寫出該反應的化學方程式:

。

(4)磷精礦與SiO2、C發(fā)生反應時被還原的物質是

。

(5)產物CO在工業(yè)上有重要的綜合應用,現以CO、H2O、熔融Na2O組成的電池裝置如圖所示。寫出石墨Ⅰ電極上發(fā)生反應的電極反應式:_____________________。Na+向

(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)移動。2Ca5(PO4)3F+10H2SO410CaSO4+6H3PO4+2HFCa5(PO4)3F石墨ⅡCO+O2--2e-CO2

(6)CO也可由甲酸(HCOOH)制取,甲酸是易溶于水的一元弱酸。①常溫下關于1L0.1mol·L-1HCOONa溶液,下列關系不正確的是

_____(填字母)。

a.c(H+)·c(OH-)=1×10-14b.c(H+)+c(HCOOH)=c(OH-)c.c(Na+)=c(HCOOH)+c(HCOO-)d.c(Na+)>c(H+)>c(HCOO-)>c(OH-)②向1L0.1mol·L-1HCOONa溶液中加水稀釋后,c(HCOOH)·c(OH-)的數值

(填“增大”“減小”或“不變”)。d減小【解析】磷尾礦[主要成分為Ca5(PO4)3F和CaCO3?MgCO3]在950℃下煅燒,其中碳酸鈣和碳酸鎂分解,生成氣體的主要成分為二氧化碳,磷礦Ⅰ的主要成分為Ca5(PO4)3F、CaO、MgO,NH4NO3溶液中NH4+水解使溶液呈酸性,可溶解CaO,得到的浸取液Ⅰ含有Ca2+,可轉化為CaCO3,磷礦Ⅱ含有Ca5(PO4)3F、MgO,加入硫酸銨浸取,浸取液Ⅱ含有Mg2+,可轉化為Mg(OH)2,向磷精礦中加入SiO2、C等,在高溫下發(fā)生反應4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO↑+18CaSiO3+3P4。(1)根據流程圖,在950℃煅燒時磷精礦[Ca5(PO4)3F]未分解,因此磷精礦的分解溫度高于950℃。(2)NH4+水解使溶液呈酸性,H+能從磷礦Ⅰ中浸取出Ca2+;CaSO4微溶于水,若第一次浸酸液使用硫酸銨,不能完全浸取Ca2+,因此第一次浸取液用NH4NO3而不用(NH4)2SO4。(3)根據“強酸制弱酸”的復分解反應規(guī)律,Ca5(PO4)3F與H2SO4反應生成HF、CaSO4和磷酸,該反應的化學方程式為2Ca5(PO4)3F+10H2SO410CaSO4+6H3PO4+2HF。(4)根據流程圖,向磷精礦中加入SiO2、C等,在高溫下發(fā)生反應4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C2CaF2+30CO↑+18CaSiO3+3P4,反應中P元素化合價降低,被還原,被還原的物質是Ca5(PO4)3F。(5)石墨Ⅰ為負極,電極反應式為CO+O2--2e-CO2;原電池中陽離子向正極移動,因此Na+向石墨Ⅱ移動。(6)①常溫下,水的離子積常數Kw=c(H+)·c(OH-)=1×10-14,a項正確;根據質子守恒,有c(H+)+c(HCOOH)=c(OH-),b項正確;根據物料守恒有c(Na+)=c(HCOOH)+c(HCOO-),c項正確;HCOO-水解使溶液呈堿性,水解程度一般較小,c(Na+)>c(HCOO-)>c(OH-)>c(H+),d項錯誤。②向1L0.1mol·L-1HCOONa溶液中加水稀釋后,促進水解,c(HCOO-)減小,溫度不變,水解常數不變,Kh=,c(HCOOH)·c(OH-)減小。1.工業(yè)上用含錳廢料(主要成分為MnO2,含有少量Fe2O3、Al2O3、CuO、CaO等)與煙氣脫硫進行聯合處理并制備MnSO4的流程如圖1所示。類題一

物質制備型工藝流程題已知:25℃時,部分氫氧化物的溶度積常數(Ksp)如下表所示。氫氧化物Al(OH)3Fe(OH)3Cu(OH)2Mn(OH)2Ksp1.3×10-334.0×10-382.2×10-201.9×10-14回答下列問題:(1)沉淀1的化學式為

。

(2)室溫下,調節(jié)pH為5。試通過計算說明此時Al3+、Fe3+已沉淀完全:________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)(NH4)2S的電子式為

;“凈化”時,加入(NH4)2S的作用為

。

(4)“酸化、還原”中,發(fā)生的所有氧化還原反應的離子方程式為

。CaSO4理，c(Al3+)=1.3×10-6mol·L-1,皆小于1.0×10-5mol·L-1,故Al3+、Fe3+已沉淀完全室溫下,pH=5時,c(OH-)=10-9mol·L-1,c(Fe3+)==4.0×10-11mol·L-1,同[H::H]+[]2-[H::H]+使Cu2+轉化為CuS沉淀MnO2+SO2Mn2++SO42-、Fe2O3+SO2+2H+2Fe2++SO42-

+H2O(5)已知:濾液3中除MnSO4外,還含有少量(NH4)2SO4。(NH4)2SO4、MnSO4的溶解度曲線如圖2所示。據此判斷,“操作Ⅰ”應為蒸發(fā)濃縮、

、洗滌、干燥。(6)工業(yè)上可用電解酸性MnSO4溶液的方法制備MnO2,其陽極反應式為

。(7)25.35gMnSO4·H2O樣品受熱分解過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化的曲線)如圖3所示。①300℃時,所得固體的化學式為

。

②1150℃時,反應的化學方程式為

。趁熱過濾Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+MnSO43MnO2Mn3O4+O2↑【解析】含錳廢料與含二氧化硫的煙氣、稀硫酸發(fā)生反應SO2+MnO2Mn2++SO42-,Fe2O3+SO2+2H+2Fe2++SO42-+H2O,Al2O3+6H+2Al3++3H2O,CuO+2H+Cu2++H2O,CaO+2H++SO42-CaSO4↓+H2O,沉淀1為CaSO4,濾液1中金屬陽離子為Mn2+、Fe2+、Al3+、Cu2+。加入雙氧水將Fe2+氧化為Fe3+,調節(jié)pH為5沉淀Fe3+、Al3+,沉淀2為Al(OH)3和Fe(OH)3,濾液2中金屬陽離子為Mn2+、Cu2+,加入(NH4)2S沉淀Cu2+,濾液3中除MnSO4外,還含有少量(NH4)2SO4,將濾液3蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥制備MnSO4。(5)由圖可知(NH4)2SO4的溶解度隨溫度的升高而增大,MnSO4的溶解度隨溫度的升高而減小,故將濾液3蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥制備MnSO4。(6)用電解酸性MnSO4溶液的方法制備MnO2,陽極發(fā)生氧化反應,電極反應式為Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+。(7)①25.35gMnSO4·H2O樣品中n(Mn)=n(MnSO4·H2O)=0.15mol,n(H2O)=0.15mol,m(H2O)=2.7g,300℃時,所得固體質量為22.65g,減少的質量為2.7g,則說明該段失去結晶水,此時固體為MnSO4。②300℃時,固體為MnSO4,MnSO4受熱分解生成錳的氧化物和硫的氧化物,硫元素守恒,則n(SOx)=n(S)=n(MnSO4)=n(Mn)=0.15mol。850℃時,固體質量由22.65g減少為13.05g,減少的質量為9.6g,則硫的氧化物的相對分子質量為64,故為二氧化硫,則此時的固體為MnO2。1150℃時固體為二氧化錳分解所得,錳元素質量守恒,則m(錳)=n(錳)×55g·mol-1=8.25g,則氧化物中m(O)=11.45g-8.25g=3.2g,n(O)=0.2mol,n(Mn)∶n(O)=0.15∶0.2=3∶4,則該氧化物為Mn3O4,故反應的化學方程式為3MnO2Mn3O4+O2↑。2.鉍及其化合物在工業(yè)生產中用途廣泛,某研究小組用浮選過的輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有少量SiO2等雜質)制備NaBiO3,其流程如下:已知:①鉍酸鈉是一種難溶于水的物質;②水解能力:Bi3+>Fe3+?；卮鹣铝袉栴}:(1)“浸取”時,為了提高浸取速率,可采取的措施有___________

(任寫一條);“過濾1”的濾渣中的某種主要成分可溶于一種弱酸,寫出該反應的化學方程式:

。

(2)“浸取”時加入過量濃鹽酸的目的是

。

(3)寫出“焙燒”時生成鉍酸鈉的化學方程式:

。適當提高浸取時溫度;適當增大FeCl3溶液濃度;浸取時不斷攪拌粉碎礦石;SiO2+4HFSiF4↑+2H2O溶解Bi2S3,同時防止FeCl3和BiCl3水解生成不溶性沉淀,提高原料的浸出率2Bi+2O2+Na2O22NaBiO3(4)用H2Dz(雙硫腙,二元弱酸)~CCl4絡合萃取法可從工業(yè)廢水中提取金屬離子:H2Dz先將金屬離子絡合成電中性的物質[如Cu(HDz)2等],再用CCl4萃取此絡合物。下圖是用上述方法處理含有Hg2+、Bi3+、Zn2+的廢水時的酸度曲線(E%表示金屬離子以絡合物形式被萃取分離的百分率)。①當n(Bi3+)∶n[Bi(HDz)3]=1∶4時,廢水的pH=

。

②向萃取后的CCl4中加入足量NaOH溶液可將Bi(HDz)3中的鉍元素以氫氧化物的形式沉淀下來,相應的離子方程式為

。

(5)取焙燒得到的NaBiO3樣品,加入稀硫酸和MnSO4溶液使其完全溶解。已知NaBiO3被還原為Bi3+,Mn2+被氧化成MnO4-,試寫出該反應的離子方程式:

。2.5Bi(HDz)3+6OH-Bi(OH)3↓+3H2O+3Dz2-5NaBiO3+2Mn2++14H+5Na++5Bi3++2MnO4-+7H2O【解析】(1)一般提高浸取速率的方法有攪拌、加熱、將固體粉碎,另外也可以增大加入的鹽酸或氯化鐵溶液的濃度。但是本題要注意,鹽酸具有揮發(fā)性,所以溫度不能太高;加入的是濃鹽酸,所以增大鹽酸濃度的意義也不大。第一步過濾后的濾渣主要是SiO2,SiO2可溶于氫氟酸。(2)加入過量的濃鹽酸主要目的是盡量將原料中的Bi2S3完全溶解,同時抑制鐵離子和鉍離子的水解。(4)①當n(Bi3+)∶n[Bi(HDz)3]=1∶4時,代表Bi3+的萃取率是80%,由圖示得到此時廢水的pH=2.5。②向萃取后的CCl4中加入足量NaOH溶液可將Bi(HDz)3中的鉍元素以氫氧化物[Bi(OH)3]的形式沉淀下來(注意H2Dz為二元弱酸,所以HDz-與OH-反應得到H2O和Dz2-),相應的離子方程式為Bi(HDz)3+6OH-Bi(OH)3↓+3H2O+3Dz2-。3.CuCl是生產印刷顏料酞菁藍的重要原料,工業(yè)上可用一種低品位銅礦(主要成分為CuS、Cu2S、CuO、Fe2O3、FeO及其他非酸溶性雜質)和軟錳礦(主要成分為MnO2和其他非酸溶性雜質)來進行生產,過程如下:請回答下列問題:(1)步驟Ⅰ中反應較多,其中的一個反應為Cu2S+2MnO2+4H2SO42CuSO4+2MnSO4+4H2O+S,該反應的氧化產物為

(填化學式)。(2)為確定濾液1中是否含有Fe2+,首先用有機萃取劑除去溶液中的MnSO4,再取下層水溶液進行檢測,所用試劑為

。

(3)步驟Ⅱ加入氨水控制溶液的pH為5左右,目的是

。CuSO4和S酸性KMnO4溶液[或K3Fe(CN)6溶液]除去Fe3+(4)為模擬步驟Ⅲ的生產過程,某同學設計如圖所示實驗,下列有關敘述正確的是

(填字母)。A.a通入CO2,然后b通入NH3,c中放堿石灰B.b通入NH3,然后a通入CO2,c中放堿石灰C.a通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸有稀硫酸的脫脂棉D.b通入CO2,然后a通入NH3,c中放蘸有稀硫酸的脫脂棉C(5)步驟Ⅳ的濾液中主要成分X是步驟Ⅱ和步驟Ⅲ都有的產物,可以回收作為肥料使用,該肥料

(填“可以”或“不可以”)與草木灰(有效成分為K2CO3)共用,簡述原因：___________________________________________________________________

______________________________。(6)已知CuCl為難溶于水的白色固體,寫出步驟Ⅴ發(fā)生反應的離子方程式:

。元素轉化為氨氣,導致肥料失效草木灰的有效成分為K2CO3,NH4+和CO32-相互促進水解,部分氮Cu+CuO+2H++2Cl-2CuCl+H2O不可以X為(NH4)2SO4,【解析】(1)元素失電子化合價升高,所得的產物是氧化產物,Cu2S中銅元素的化合價升高,生成硫酸銅,硫元素的化合價升高,生成單質硫,所以氧化產物是CuSO4和S。(2)Fe2+具有還原性,能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,Fe2+與K3Fe(CN)6溶液反應會生成藍色沉淀,所以可以用酸性KMnO4溶液或K3Fe(CN)6溶液檢驗Fe2+。(3)根據流程圖,步驟Ⅱ除去了Fe3+,所以步驟Ⅱ加入氨水控制溶液的pH為5左右的目的是除去Fe3+。(4)為防止倒吸,氨氣從a導管通入,通入氨氣后溶液呈堿性,便于吸收二氧化碳,裝置C的作用是吸收多余氨氣,所以a通入NH3,然后b通入CO2,c中放蘸有稀硫酸的脫脂棉。(5)步驟Ⅱ和步驟Ⅲ都有的產物,可以作為肥料使用的是硫酸銨,故X是(NH4)2SO4。草木灰的有效成分為K2CO3,NH4+和CO32-相互促進水解,部分氮元素轉化為氨氣,導致肥料失效。4.磷酸亞鐵鋰是鋰電池的電極材料,其成分為LiFePO4、碳粉和鋁箔。對該材料進行資源回收研究,設計實驗流程如下:已知部分物質溶解度如下表:物質Li2CO3LiOHLiI0℃1.54g12.7g151g100℃0.72g13.6g179g回答下列問題:(1)由濾液1到沉淀1反應的離子方程式為

。

(2)向濾渣1加入H2SO4、H2O2混合溶液時,磷酸亞鐵鋰溶解,反應的離子方程式為

。

(3)對濾渣1“酸浸”操作,下列實驗條件控制正確的是

(填字母)。

a.加入H2O2溶液適當過量,有利于濾渣1的轉化b.適當提高硫酸溶液濃度并攪拌c.用HNO3代替所加H2SO4和H2O2,節(jié)約藥品更環(huán)保AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-2LiFePO4+H2O2+8H+2Li++2Fe3++2H3PO4+2H2Oab(4)濾液2加氨水時,調節(jié)pH=3,此時溶液中c(Fe3+)=

(常溫下,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。

(5)向濾液3中加入物質X,根據溶解度表判斷X可能是

(填“Na2CO3”“NaOH”或“NaI”)。

(6)對沉淀3進行洗滌操作,應選擇

(填“冷水”或“熱水”)進行洗滌。

(7)磷酸亞鐵鋰電池的工作原理為LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6,電池中的電解質可傳導Li+。放電時正極的電極反應式為

。4×10-5mol·L-1Na2CO3熱水Li1-xFePO4+xe-+xLi+LiFePO4【解析】根據電極材料的成分為LiFePO4、碳粉和鋁箔,分析流程可知鋰電池的電極材料經堿浸、過濾溶解鋁得到的濾液1含有偏鋁酸根離子,通入足量二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀(沉淀1),濾渣1經硫酸和過氧化氫酸浸,分離出碳粉(濾渣2),濾液2中含有Fe3+,加入氨水,生成氫氧化鐵沉淀(沉淀2),濾液3中含有Li+,加入Na2CO3可生成Li2CO3沉淀(沉淀3)。(1)由濾液1到沉淀1反應的離子方程式為Al+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-

(2)向濾渣1加入H2SO4、H2O2的混合溶液時,H2O2作氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,根據得失電子守恒寫出反應的離子方程式。(3)從加快化學反應速率角度考慮。加入H2O2溶液適當過量和適當提高硫酸的濃度,均有利于濾渣1的轉化,a、b兩項正確;用HNO3代替所加H2SO4和H2O2,會生成氮的氧化物,對環(huán)境有污染,c項錯誤。(4)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=4.0×10-38,pH=3,c(H+)=10-3mol·L-1,則c(OH-)=10-11mol·L-1,此時溶液中c(Fe3+)=mol·L-1=4×10-5mol·L-1。(5)根據溶解度表知,Li2CO3的溶解度最小,X為Na2CO3。(6)由溶解度表知,Li2CO3在100℃時的溶解度小于在0℃時的溶解度,所以對沉淀3進行洗滌操作,應選擇熱水。(7)LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6,放電時正極發(fā)生還原反應,所以放電時正極的電極反應式為Li1-xFePO4+xe-+xLi+LiFePO4。5.亞鐵氰化鉀{K4[Fe(CN)6]}俗名黃血鹽,可溶于水,不溶于乙醇。以某電鍍廠排放的含NaCN廢液為主要原料制備黃血鹽的流程如下:回答下列問題:(1)常溫下,HCN的電離常數Ka=6.2×10-10。①實驗室配制一定濃度的NaCN溶液時,將NaCN溶解于一定濃度的NaOH溶液中,加水稀釋至指定濃度,其操作的目的是

。

抑制CN-的水解②濃度均為0.5mol·L-1的NaCN和HCN的混合溶液呈

(填“酸”“堿”或“中”)性,通過計算說明:_____________________________________________________________________________________________。

(2)轉化池中發(fā)生復分解反應生成K4[Fe(CN)6],說明該反應能發(fā)生的理由:

。

(3)系列操作B為

。

(4)實驗室中,K4[Fe(CN)6]可用于檢驗Fe3+,生成的難溶鹽KFe[Fe(CN)6]可用于治療Tl2SO4中毒,試寫出上述治療Tl2SO4中毒的離子方程式:

。堿1.6×10-5>6.2×10-10,即水解平衡常數大于電離平衡常數,所以溶液呈堿性Kh=====相同溫度下K4[Fe(CN)6]的溶解度小于Na4[Fe(CN)6]過濾、洗滌、干燥KFe[Fe(CN)6]+Tl+TlFe[Fe(CN)6]+K+(5)一種太陽能電池的工作原理如圖所示,電解質為鐵氰化鉀{K3[Fe(CN)6]}和亞鐵氰化鉀{K4[Fe(CN)6]}的混合溶液。①K+移向催化劑

(填“a”或“b”)。

②催化劑a表面發(fā)生的反應為

。b[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-【解析】(2)相同溫度下K4[Fe(CN)6]的溶解度小于Na4[Fe(CN)6],轉化池中發(fā)生復分解反應Na4[Fe(CN)6]+4KClK4[Fe(CN)6]+4NaCl,生成K4[Fe(CN)6]。(3)轉化池中得到固體與溶液的混合物,故系列操作B為過濾、洗滌、干燥。(5)電子從負極流向正極,由圖可知,電子從a極流向b極,則a為負極,b為正極,負極發(fā)生氧化反應,正極發(fā)生還原反應,陽離子向正極移動。①b為正極,則K+移向催化劑b。②a為負極,發(fā)生氧化反應,則催化劑a表面發(fā)生的反應為[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-。1.某化學興趣小組對一種廢舊合金(含有Cu、Fe、Si等單質)進行分離、回收利用,所設計工藝流程如下:類題二物質分離提純型工藝流程題已知:298℃時,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13;當離子濃度小于1×10-5時可認為離子沉淀完全。回答下列問題: