版《南方凤凰台》全国新课标卷化学二轮复习化学与技术选考Word版含答案.docx
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化学与技术(选考)
1.(2015·开封二模)硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题。
(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下。
发生的主要反应
电弧炉
SiO2+2C
Si+2CO↑
流化床反应器
Si+3HCl
SiHCl3+H2
还原炉
①还原炉中发生主要反应的化学方程式为 ,该工艺中可循环使用的物质为 (填化学式),用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅,该反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
-30.4
-84.9
-111.9
③SiHCl3极易水解,其完全水解的化学方程式为 。
(2)氮化硅(Si3N4)是一种高温结构材料,粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。
粉末状Si3N4遇空气和水都不稳定,但将粉末状的Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理,可以制得结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料,同时还得到遇水不稳定的Mg3N2。
①由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学方程式为 。
②四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,使生成的Si3N4沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅,该反应的化学方程式为 。
③Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理的过程中,除生成Mg3N2外,还可能生成 (填化学式)物质,热处理后除去MgO和Mg3N2的方法是 。
2.(2015·咸阳模拟)工业制钛白粉产生的废液中含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4,可利用酸解法生产补血剂乳酸亚铁。
其生产流程如图1:
图1
图2
已知:
TiOSO4可溶于水,在水中电离为TiO2+和S。
请回答下列问题:
(1)写出TiOSO4水解生成钛酸H4TiO4的离子方程式:
,步骤①中加入足量铁屑的目的是 。
(2)工业上由H4TiO4可制得钛白粉TiO2。
TiO2直接电解还原法(剑桥法)生产钛是一种较先进的方法,电解质为熔融的CaCl2,原理如图2所示,阴极的电极反应式为 。
(3)步骤②的离子方程式是 ,所得副产品主要是 (填化学式)。
(4)步骤④的结晶过程中必须控制一定的真空度,原因是 。
(5)乳酸可由乙烯经下列步骤合成:
CH2
CH2
CH3CH2OH
CH3CHO
乳酸与碳酸亚铁反应转化为乳酸亚铁晶体的产率为90%,则生产468kg乳酸亚铁晶体(M=234g·mol-1)需要标准状况下的乙烯 m3。
3.(2015·保定二模)软锰矿(主要成分为MnO2,另含少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂。
既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2(反应条件已省略),简化流程图如图1:
图1
图2
请回答下列问题:
(1)上述流程不能实现的是 (填字母)。
A.废弃物的综合利用 B.白色污染的减少 C.酸雨的减少 D.回收贵重金属
(2)MnCO3不溶于水,却能除去溶液中的Al3+和Fe3+,其原因是 。
(3)脱硫过程中加入KMnO4制取产品MnO2的化学方程式是 。
(4)海水提取镁工艺流程也用到了脱硫(除去硫酸根离子),部分流程如图2,该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的离子方程式为 。
产品2的化学式为 ,石灰乳的作用是 ; 。
(5)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为Zn+2NH4Cl+2MnO2
Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH,其正极的电极反应式是 。
4.(2015·山东高考)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质),实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:
(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是 ;实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸,除量筒外还需使用下列仪器中的 (填字母)。
a.烧杯 b.容量瓶 c.玻璃棒 d.滴定管
(2)加入NH3·H2O调节pH=8可除去 (填离子符号),滤渣Ⅱ中含 (填化学式)。
加入H2C2O4时应避免过量,原因是 。
已知:
Ksp(BaC2O4)=1.6×10-7,Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9]
Ca2+
Mg2+
Fe3+
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.2
(3)利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量,实验分两步进行。
已知:
2Cr+2H+
Cr2+H2O、Ba2++Cr
BaCrO4↓。
步骤Ⅰ:
移取xmL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中,加入酸碱指示剂,用bmol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V0mL。
步骤Ⅱ:
移取ymLBaCl2溶液于锥形瓶中,加入xmL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液,待Ba2+完全沉淀后,再加入酸碱指示剂,用bmol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V1mL。
滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管,“0”刻度位于滴定管的 (填“上方”或“下方”)。
BaCl2溶液的浓度为 mol·L-1,若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出,Ba2+浓度测量值将 (填“偏大”或“偏小”)。
5.(2015·南昌模拟)利用酸解法制钛白粉产生的废液\含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4\],生产铁红和补血剂乳酸亚铁。
其生产步骤如下:
已知:
TiOSO4可溶于水,在水中可以电离为TiO2+和S。
(1)步骤①中分离硫酸亚铁溶液和滤渣的操作中所用的玻璃仪器是 ,步骤②得到硫酸亚铁晶体的操作为蒸发浓缩、 。
(2)步骤④的离子方程式是 。
(3)步骤⑥必须控制一定的真空度,原因是有利于蒸发水以及 。
(4)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(5)用平衡移动的原理解释步骤⑤中加乳酸能得到乳酸亚铁的原因 。
(6)为测定步骤②中所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数,取晶体样品ag,溶于稀硫酸配成100.00mL溶液,取出20.00mL溶液,用KMnO4溶液滴定(杂质与KMnO4不反应)。
若消耗0.1000mol·L-1KMnO4溶液20.00mL,所得晶体中FeSO4·7H2O的质量分数为 (用含有a的代数式表示)。
6.(2015·黄冈模拟)盐泥是氯碱工业中的废渣,主要成分是镁的硅酸盐和碳酸盐(含少量铁、铝、钙的盐)。
实验室以盐泥为原料制取MgSO4·7H2O的实验过程如下:
已知:
①室温下Ksp\Mg(OH)2\]=6.0×10-12。
②在溶液中,Fe2+、Fe3+、Al3+从开始沉淀到沉淀完全的pH范围依次为7.1~9.6、2.0~3.7、3.1~4.7。
③三种化合物的溶解度(S)随温度变化的曲线如右图所示。
(1)在盐泥中加入稀硫酸调pH为1~2以及煮沸的目的是 。
(2)若室温下某溶液中Mg2+的浓度为6.0mol·L-1,则溶液pH≥ 才可能产生Mg(OH)2沉淀。
(3)由滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需先加入NaClO调溶液pH约为5,再趁热过滤,则趁热过滤的目的是 ,滤渣的主要成分是 。
(4)从滤液Ⅱ中获得MgSO4·7H2O晶体的实验步骤依次为①向滤液Ⅱ中加入 ;②过滤,得沉淀;③ ;④蒸发浓缩,降温结晶;⑤过滤、洗涤得产品。
(5)若获得的MgSO4·7H2O的质量为24.6g,则该盐泥中镁\以Mg(OH)2计\]的百分含量为 。
7.(2015·安庆模拟)铈、铬、钴、镍虽不是中学阶段常见的金属元素,但在工业生产中有着重要作用。
(1)二氧化铈(CeO2)在平板电视显示屏中有重要应用。
CeO2在稀硫酸和H2O2的作用下可生成Ce3+,该反应中的氧化产物是 (填化学式)。
(2)自然界中Cr主要以+3价和+6价存在。
+6价的Cr能引起细胞的突变,可以用亚硫酸钠将其还原为+3价的铬。
写出过程中的离子方程式:
。
(3)钛(Ti)被誉为“二十一世纪的金属”,其化合物TiCl4在军事上可作烟幕弹,由金红石(TiO2)与碳粉和氯气在1100K的高温下反应制得。
同时还产生含有一个σ键和两个π键的分子,该反应的化学方程式是 。
(4)NiSO4·xH2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于镀镍、电池等,可由电镀废渣(除镍外,还含有铜、锌、铁等元素)为原料获得。
操作步骤如下:
①向滤液Ⅰ中加入FeS是为了除去Cu2+、Zn2+等杂质,除去Cu2+的离子方程式为 。
②对滤液Ⅱ先加W,再测pH,W最适宜的试剂是 ,调pH的目的是 。
③滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4,加Na2CO3过滤后,再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4,这两步操作的目的是 。
8.(2015江西模拟)氯酸镁\Mg(ClO3)2\]常用作催熟剂、除草剂等,制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下:
已知:
①卤块主要成分为MgCl2·6H2O,含有较多的MgSO4、MgCO3、FeCl2等杂质。
②四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如下图所示。
(1)过滤的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外,还需要 。
(2)加H2O2调节pH后过滤所得滤渣的主要成分为 。
(3)试剂X的滴加顺序为 (填字母)。
a.BaCl2溶液,Na2CO3溶液,过滤后加适量盐酸
b.Na2CO3溶液,BaCl2溶液,过滤后加适量盐酸
c.以上两种顺序都可
(4)加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式为 ,再进一步制取Mg(ClO3)2·6H2O的实验步骤依次为:
①蒸发结晶;②趁热过滤;③ ;④过滤、洗涤。
(5)产品中Mg(ClO3)2·6H2O含量的测定:
步骤1:
准确称量4.20g产品配成100mL溶液。
步骤2:
取10.00mL于锥形瓶中,加入30.00mL0.200mol·L-1Na2S2O3溶液。
步骤3:
用0.100mol·L-1碘液滴定剩余的Na2S2O3,此过程中反应的离子方程式为2S2+I2
S4+2I-。
步骤4:
将步骤2、3重复两次,平均消耗标准碘液20.00mL。
①步骤2中,硫元素被氧化至最高价态,试写出该反应的离子方程式:
。
②产品中Mg(ClO3)2·6H2O的质量分数为 。
考前专项训练
化学详解详析
化学与技术(选考)
1.
(1)①SiHCl3+H2
Si+3HCl HCl和H2
SiO2+3C
SiC+2CO↑
②精馏(或蒸馏)
③SiHCl3+3H2O
H2SiO3+H2↑+3HCl↑
(2)①3SiCl4+4NH3
Si3N4+12HCl
②3SiCl4+2N2+6H2
Si3N4+12HCl
③SiO2 加足量稀盐酸过滤
解析
(1)①还原炉中SiHCl3和氢气发生反应制得纯硅,SiHCl3+H2
Si+3HCl,流程分析可知,可循环使用的物质为HCl和H2;用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅,反应为SiO2+3C
SiC+2CO↑。
②利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏,SiHCl3(沸点31.8℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点-84.9℃),由于沸点差别较大,可以通过精馏(或蒸馏)除去杂质。
③SiHCl3水解反应生成硅酸、氢气和氯化氢,反应的化学方程式为SiHCl3+3H2O
H2SiO3+H2↑+3HCl↑。
(2)①SiCl4和NH3反应生成Si3N4和氯化氢,化学反应方程式:
3SiCl4+4NH3
Si3N4+12HCl。
②SiCl4与N2、H2反应生成Si3N4,还应生成HCl,化学方程式为3SiCl4+2N2+6H2
Si3N4+12HCl。
③由元素守恒判断,Si3N4与MgO反应除生成Mg3N2外还可能生成SiO2,利用SiO2与盐酸不反应,而Mg3N2、MgO溶于盐酸的性质,可采用加入足量稀盐酸的方法,使MgO、Mg3N2溶解后过滤。
2.
(1)TiO2++3H2O
H4TiO4+2H+ 将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,消耗溶液中的H+,促进TiO2+水解
(2)TiO2+4e-
Ti+2O2-
(3)Fe2++2HC
FeCO3↓+CO2↑+H2O (NH4)2SO4
(4)防止Fe2+被空气中的氧气氧化
(5)99.6
解析
(1)TiOSO4水解实际上是TiO2+水解,即TiO2+和水反应生成钛酸H4TiO4,根据质量守恒可知水解的离子方程式为TiO2++3H2O
H4TiO4+2H+;加入铁粉能将Fe3+还原为Fe2+,且由于TiO2+是弱碱阳离子,铁粉的加入能消耗溶液中的H+,促进TiO2+水解。
(2)电解时,阴极上得电子发生还原反应,所以二氧化钛得电子生成钛和氧离子,电极反应式为TiO2+4e-
Ti+2O2-。
(3)由流程图可知,硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁,还生成气体二氧化碳,副产品为硫酸铵,反应的离子方程式为Fe2++2HC
FeCO3↓+H2O+CO2↑。
(4)亚铁离子易被氧气氧化,所以步骤④必须控制一定的真空度,这样有利于水蒸发,还能防止Fe2+被氧化。
(5)根据乳酸生成乳酸亚铁的物质的量之比为2∶1,则生产468kg乳酸亚铁晶体需乳酸的物质的量为=4.44×103mol,需乙烯的物质的量也为4.44×103mol,V=4.44×103mol×22.4L·mol-1×10-3=99.6m3。
3.
(1)B
(2)消耗溶液中的酸,促进Al3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀
(3)2KMnO4+3MnSO4+4KOH
5MnO2↓+3K2SO4+2H2O
(4)Ca2++S
CaSO4↓ Mg(OH)2 提供Ca2+使海水脱硫 提供OH-使海水中的Mg2+生成Mg(OH)2沉淀
(5)MnO2+e-+N
MnOOH+NH3↑
解析 二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰,用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+,MnS与铜、镍离子生成沉淀,高锰酸钾能与硫酸锰反应生成二氧化锰,通过过滤获得二氧化锰。
(1)SO2能形成酸雨,因此脱硫实现了废弃物的综合利用,同时也减少了酸雨形成,同时回收贵重金属铜、镍,白色污染主要是塑料等难降解的物质形成的,所以B不能实现。
(2)由于碳酸锰能消耗溶液中的酸,降低溶液的酸性,从而促进Al3+和Fe3+水解生成氢氧化物沉淀。
(3)KMnO4溶液加入到MnSO4溶液中制备MnO2,+2价锰离子被高锰酸根离子氧化成二氧化锰,反应的化学方程式为2KMnO4+3MnSO4+4KOH
5MnO2↓+3K2SO4+2H2O。
(4)海水脱硫是用钙离子与硫酸根离子生成微溶物硫酸钙而除去,反应的离子方程式为Ca2++S
CaSO4↓;用石灰乳提供的氢氧根离子与镁离子结合成难溶的氢氧化镁。
(5)原电池中负极失去电子,正极得到电子,因此锌锰电池放电时,正极是二氧化锰得到电子,则电极反应式为MnO2+e-+N
MnOOH+NH3↑。
4.
(1)增大接触面积从而使反应速率加快 ac
(2)Fe3+ Mg(OH)2、Ca(OH)2 H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀,产品的产量减少
(3)上方 偏大
解析
(1)化学反应的速率与反应物的接触面积有关,毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,可以增大反应物的接触面积,增大反应速率;实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸,需计算出浓盐酸的体积和水的体积,需用量筒量取,浓盐酸稀释为稀盐酸,需用烧杯作为容器,玻璃棒搅拌加速溶解。
(2)根据流程图和表中数据可知:
Fe3+完全沉淀时的pH为3.2,加入氨水调pH为8,Fe3++3NH3·H2O
Fe(OH)3↓+3N,Fe3+完全沉淀,滤渣Ⅰ为Fe(OH)3,Ca2+完全沉淀时的pH为13.9,Mg2+完全沉淀时的pH为11.1,加入氢氧化钠调节pH=12.5,Mg2+完全沉淀,Ca2+部分沉淀,滤渣Ⅱ中含Mg(OH)2、Ca(OH)2,溶液中主要含Ca2+、Ba2+,Ksp(BaC2O4)=1.6×10-7,Ksp(CaC2O4)=2.3×10-9,易形成CaC2O4沉淀,加入H2C2O4时应避免过量,防止CaC2O4沉淀完全后,过量的H2C2O4会生成BaC2O4沉淀,使产品的产量减少。
(3)无论酸式还是碱式滴定管,“0”刻度都位于滴定管的上方;步骤Ⅱ:
待Ba2+完全沉淀后,再加入酸碱指示剂,用bmol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V1mL,则发生2Cr+2H+
Cr2+H2O的盐酸的物质的量为(V1×10-3×b)mol,步骤Ⅰ:
用bmol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸体积为V0mL,加入的总盐酸的物质的量:
(V0×10-3×b)mol,Ba2++Cr
BaCrO4↓,与Ba2+反应的Cr的物质的量为(V0×10-3×bmol-V1×10-3×b)mol=(V0-V1)b×10-3]mol,步骤Ⅱ:
移取ymLBaCl2溶液于锥形瓶中,所以BaCl2溶液的浓度为mol·L-1=mol·L-1;若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出,V1减小,则Ba2+浓度测量值将偏大。
5.
(1)玻璃棒、烧杯、漏斗 冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
(2)Fe2++2HC
FeCO3↓+H2O+CO2↑
(3)防止Fe2+被氧化
(4)1∶4
(5)FeCO3(s)
Fe2+(aq)+C(aq),C与乳酸反应浓度降低,平衡向右移动,使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液
(6)
解析
(1)过滤操作使用的仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗;步骤②是从溶液中得到硫酸亚铁晶体,操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(2)由流程图可知,硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁,还生成二氧化碳气体,溶液B为硫酸铵溶液,反应的离子方程式为Fe2++2HC
FeCO3↓+H2O+CO2↑。
(3)亚铁离子易被氧气氧化,所以步骤⑥必须控制一定的真空度,这样有利于蒸发水,还能防止Fe2+被氧化。
(4)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫的化学方程式为4FeSO4+O2
2Fe2O3+4SO3,氧化剂是氧气,还原剂是硫酸亚铁,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为1∶4。
(5)碳酸亚铁沉淀存在溶解平衡:
FeCO3(s)
Fe2+(aq)+C(aq),加入乳酸,C与乳酸反应浓度降低,平衡向右移动,使碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁溶液。
(6)亚铁离子会被高锰酸钾氧化为三价铁离子,本身被还原为+2价的锰离子,根据得失电子守恒,则
5(FeSO4·7H2O)~KMnO4
5×278g 1mol
ag×x 0.1000mol·L-1×0.02L×5
解得x=
6.
(1)提高Mg2+的浸取率(其他合理答案均可)
(2)8
(3)温度较高时钙盐与镁盐分离得更彻底(或高温下CaSO4·2H2O溶解度小等合理答案均可) Al(OH)3、Fe(OH)3、CaSO4·2H2O
(4)NaOH溶液 向沉淀中加足量稀硫酸
(5)20.0%
解析
(1)在盐泥中加入稀硫酸调pH为1~2并煮沸的目的是提高Mg2+的浸取率。
(2)氢氧化镁的Ksp=c(Mg2+)·c2(OH-),溶液中Mg2+的浓度为6.0mol·L-1,则溶液中氢氧根浓度=mol·L-1=10-6mol·L-1,所以氢离子浓度为=10-8mol·L-1,pH为8。
(3)根据三种化合物的溶解度随温度变化的曲线,可以知道高温下CaSO4·2H2O溶解度小,温度较高时钙盐与镁盐分离得更彻底;由滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需先加入NaClO调溶液pH约为5,把亚铁离子氧化成铁离子,同时铁离子、铝离子形成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,趁热过滤还得到硫酸钙沉淀,所以滤渣主要成分是Al(OH)3、Fe(OH)3、CaSO4·2H2O。
(4)镁离子可以和氢氧化钠发生反应生成氢氧化镁沉淀,过滤,得到纯净的沉淀,再加入硫酸,蒸发结晶可以获得硫酸镁晶体。
(5)设该盐泥中含Mg(OH)2的质量为x,MgSO4·7H2O质量为24.6g,物质的量为0.1mol,由关系式
MgSO4·7H2OMg(OH)2
1mol 58g·mol-1
0.1mol x
x=5.8g,故该盐泥中含Mg(OH)2的百分含量为×100%=20.0%。
7.
(1)O2
(2)Cr2+3S+8H+
2Cr3++3S+4H2O
(3)TiO2+2C+2Cl2
TiCl4+2CO
(4)①FeS+Cu2+
Fe2++CuS
②H2O2 除去Fe3+
③增大NiSO4浓度,有利于蒸发结晶
解析
(1)CeO2在稀硫酸和H2O2的作用下可生成Ce3+,被还原,则H2O2被氧化生成氧气。
(2)用亚硫酸钠将+6价的铬还原为+3价的铬,说明发生氧化还原反应,亚硫酸钠被氧化,反应的离子方程式为Cr2+3S+8H+
2Cr3++3S+4H2O。
(3)金红石(TiO2)与碳粉和氯气在1100K的高温下反应生成TiCl4和CO,反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2
TiCl4+2CO。
(4)电镀废渣(除镍外,还含有铜、锌、铁等元素),过滤后在滤液中加入FeS,生成CuS、ZnS,可除去Cu2+、Zn2+等杂质,对滤液Ⅱ先加W,应为过氧化氢,可氧化Fe2+生成Fe3+,有利于水解生成氢氧化铁沉淀而除去,过滤后在滤液中加入碳酸钠,可生成NiCO3,过滤后加入硫酸可生成NiSO4,经蒸发浓缩、冷却结晶
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