专题12 最佳条件选择专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集 附答案解析.docx
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专题12 最佳条件选择专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集 附答案解析.docx
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专题12最佳条件选择专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集附答案解析
专题12最佳条件选择专练
1.CO2是一种廉价的碳资源,其综合利用具有重要意义。
回答下列问题:
(1)CO2与CH4经催化重整,制得合成气:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
①按一定体积比加入CH4和CO2,在恒压下发生反应,温度对CO和H2产率的影响如图3所示。
此反应优选温度为900℃的原因是________。
【答案】900℃时,合成气产率已经较高,再升高温度产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低
【解析】
①根据图3得到,900℃时反应产率已经比较高,温度再升高,反应产率的增大并不明显,而生产中的能耗和成本明显增大,经济效益会下降,所以选择900℃为反应最佳温度。
2.一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2·6H2O的工艺流程如下:
已知:
①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Mg2+等
②部分阳离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表
③CoCl2·6H2O熔点86℃,易溶于水、乙醚等;常温下稳定,加热至110~120℃时失去结晶水变成无水氯化钴。
(1)加萃取剂的目的是___________;金属离子在萃取剂中的萃取率与pH的关系如图,据此分析pH的最佳范图为___________(填字母序号)。
A.2.0~2.5B.3.0~3.5C.4.0~4.5D.5.0~5.5
【答案】除去溶液中的Mn2+B
【解析】
(1)根据流程图可知,存在Mn2+、Co2+金属离子的溶液中,加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+;由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液PH在3.0~3.5之间,故选B。
3.镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。
采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi1-x-y)CoxMnyO2)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示:
则浸出过程的最佳条件是__________。
【答案】75℃、30min
【解析】
(1)由图可知,在75℃、30min条件下钴的浸出率最高。
4.工业上以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。
其工业流程如下:
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如右图所示,为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是_______。
(2)向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度控制在30-35℃,温度不宜太高的原因是_______。
【答案】90℃防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率
【解析】
(1)分析图象可知温度在90℃以后MnS2O6的生成率较低,锰的浸出率较高,且温度较低节约能源,故浸锰的适宜温度为90℃;
(2)铵盐受热分解,向过滤所得的滤液中加入碳酸氢铵溶液,温度控制在30-35℃的原因是防止NH4HCO3受热分解,提高原料的利用率。
5.磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一,作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料,磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。
碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上以软锰矿(主要成分为MnO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下:
已知:
几种金属离子沉淀的pH如下表。
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mn2+
开始沉淀的pH
7.5
3.2
5.2
8.8
完全沉淀的pH
9.2
3.7
7.8
10.4
回答下列问题:
(1)下图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响,仅据图中信息,黄铁矿的质量分数应保持在________%左右。
【答案】40
【解析】
(1)由图可读出,黄铁矿的质量分数应保持在40%左右.
6.氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下
已知:
①菱锰矿的主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。
②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol/L形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
③常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11。
回答下列问题:
(1)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:
焙烧温度为_________、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_________、焙烧时间为_________。
【答案】500℃1.1060min
【解析】
(1)氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:
焙烧温度为500℃、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min。
7.某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。
已知FeCO3、MnCO3难溶于水。
一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,主要流程如下:
(1)保持其他条件不变,在不同温度下对含锰矿物进行酸浸,锰浸出率随时间变化如图。
酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。
【答案】70℃120min
【解析】
(1)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知,温度低,锰浸出率低,温度为90℃时,锰浸出率与70℃相差无几,锰浸出率最佳条件:
时间在120min,温度为70℃,锰浸出率最好;综上所述,本题答案是:
70℃,120min。
8.粉煤灰(主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等)是燃煤发电过程中产生的废渣,粉煤灰的综合利用具有很大的价值。
Ⅰ.研究人员通过实验对粉煤灰中铝和铁元素的分离工艺进行了研究。
(1)使用碱性较弱的氨水为pH调节剂,进行分离实验。
①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为_____。
②反应终点的pH对铝和铁分离效果的影响如下图。
根据实验结果,为达到好的分离效果,反应过程中控制pH的范围是______________,选择该范围的理由是___________________。
【答案】3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+略小于5铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀
【解析】
(1)①一水合氨是弱碱,与铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为:
3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+;综上所述,本题答案是:
3NH3·H2O+Al3+
Al(OH)3↓+3NH4+。
②由图可知:
pH略小于5时,Al的沉淀率较高(接近90%),而Fe的沉淀率较低(小于10%),当pH大于5时,Fe的沉淀率突然增大,且Al的沉淀率无明显变化,所以反应过程中控制pH略小于5;综上所述,本题答案是:
略小于5,铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量的沉淀。
9.钛(22Ti)由于其特殊的性能被誉为“未来世纪的金属”。
钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是_________。
(2)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________。
【答案】100℃3小时温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降
【解析】
(1)由图中三条曲线可得,当铁的浸出率为80%时,应为100℃、约浸取3小时。
(2)由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH4)2Ti5O15时,温度过高,双氧水和氨水都容易分解(双氧水分解与氨气逸出),所以反应温度过高时,Ti元素浸出率下降。
10.钴被誉为战略物资,有出色的性能和广泛的应用。
以水钴矿(主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
Ⅰ.“酸浸”
(1)钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。
综合考虑成本,应选择的最佳工艺条件为_________、_________;滤渣①的主要成分为__________。
【答案】12h90℃SiO2(二氧化硅)
【解析】
(1)根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系,推出在12h、90℃时钴的浸出率最高;根据水钴矿的成分,SiO2是酸性氧化物,不与酸反应,即滤渣①的主要成分是SiO2。
11.一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料制取醋酸镍的工艺流程图如下:
(1)保持其他条件不变,在不同温度下对含镍废料进行酸浸,镍浸出率随时间变化如图。
酸浸的最佳温度与时间为_______________。
【答案】70 ℃和120 min
【解析】
根据以上分析,
(1)由图象可知,为70℃、120min时,酸浸出率最高,
故答案为:
70℃和120min。
12.以黄铁矿为原料制备硫酸会产生大量的废渣,合理利用废渣可以减少环境污染,变废为宝。
工业上,可利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4,具体生产流程如下。
已知:
铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。
(1)根据下图有关数据,你认为工业上氧化操作时应控制的最佳温度和pH是:
______。
【答案】80℃,pH=1.5
【解析】
(4)分析图象可知在80℃时溶液PH=1.5,此时亚铁离子的氧化率在90%以上,时间在4h左右。
13.铜的电解实现了铜与杂质的分离,也造成了一部分资重金属进入阳极泥中,通过对阳极泥的综合处理可以回收可观的宝贵金属。
稀散元素硒和碲广泛用于治金工业、电子工业、国防工业、医学和农业等领域,需求量越来越大。
电解精炼铜的阳极泥主要成分为Cu2Se、Cu2Te和少量金属单质Au等,工业上从其中同收碲、硒的一种工艺流程如图:
已知:
TeO2是两性氧化物,Se和TeO2的物理性质如下表:
物理性质
熔点
沸点
水溶性
Se
221℃
685℃
难溶于水
TeO2
733℃
1260℃
微溶于水
(1)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5-5.0,生成TeO2沉淀。
如果H2SO4过量,溶液酸度过大,将导致“沉碲”不完全,原因是______________。
(2)过滤所得粗硒中含有Ni、Fe、Cu等杂质,可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。
真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示。
蒸馏操作中控制的最佳温度是_____(填序号)
a.455℃b.462℃c.475℃d.515℃
【答案】TeO2是两性氧化物,H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失c
【解析】
(4)TeO2与盐酸反应生成TeCl4,之后被SO2还原成Te,SO2的氧化产物为H2SO4,反应方程式为:
TeCl4+2SO2+4H2O=Te+4HCl+2H2SO4。
(1)TeO2是两性氧化物,因此H2SO4过量会导致TeO2继续与H2SO4反应导致损失。
(2)从硒含量与温度的关系图知,蒸馏操作中控制的最佳温度是475℃,故选c。
14.工业上用含三价钒(V2O3)为主的某石煤为原料(含有Al2O3、CaO等杂质),钙化法焙烧制备V2O5,其流程如下:
(资料):
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系:
pH
4~6
6~8
8~10
10~12
主要离子
VO2+
VO3−
V2O74−
VO43−
(1)酸浸:
①酸度对钒和铝的溶解量的影响如下图所示:
酸浸时溶液的酸度控制在大约3.2%,根据下图推测,酸浸时不选择更高酸度的原因是________________________________________。
(2)转沉:
将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体,其流程如下:
①向(NH4)3VO4溶液中加入NH4Cl溶液,控制溶液的pH=7.5。
当pH>8时,NH4VO3的产量明显降低,原因是_________________________________________。
【答案】酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3−
【解析】
(1)①根据图像变化可知:
酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大,因此酸浸时不选择更高酸度;正确答案:
酸度大于3.2%时,钒的溶解量增大不明显,而铝的溶解量增大程度更大。
(2)①根据信息可知:
pH>8时,钒的主要存在形式为V2O74−或VO43—等,不是VO3−,NH4VO3的产量明显降低;正确答案:
pH>8时,钒的主要存在形式不是VO3−。
15.高氯酸铜易溶于水,在130℃时会发生分解反应是一种燃烧催化剂,以食盐等为原料制备高氯酸铜[Cu(ClC4)2·6H2O)]的一种工艺凯程如下:
回答下列问题:
(1)改化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应,已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。
①“歧化反应”阶段所采用的不同温度对产率影响的结果如图所示。
则该反应最适宜的温度是________。
【答案】60℃
【解析】
(2)①根据图中信息可知,“歧化反应”阶段在60℃时,产率达最高80%。
16.一种由富锰渣(含2MnO·SiO2、3MnO·Al2O3·3SiO2、FeO及重金属盐等)制备高纯MnCl2的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸取”时的温度与四种元素的浸取率如图所示。
①工艺上控制75℃的主要原因是____________________________________________。
②铁和铝的浸出率从72℃明显下降的可能原因是___________________________________。
【答案】使滤液中几乎不含硅的化合物部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀
【解析】
(1)①75℃时Si的浸取率接近于零,而其它元素的浸取率很高,可以使滤液中几乎不含硅的化合物。
②Fe2+ 和Al3+都能水解,且水解是吸热的,温度高于72℃时有利于Fe2+ 和Al3+水解生成沉淀,导致铁和铝的浸出率明显下降。
答案为:
使滤液中几乎不含硅的化合物、部分Fe2+ 及Al3+水解形成沉淀。
17.电解法生产锰时会产生大量的阳极泥,其主要成分为MnO2和Pb,还含有少量其他金属化合物。
下图是回收电解锰阳极泥生产MnCO3的工艺流程。
已知:
Al(OH)3、Mn(OH)2、MnCO3的Ksp分别为1.0×10-33、1.9×10-13、2.2×10-11。
(1)“还原酸浸”实验中,锰的浸出率结果如图所示。
由图可知,所采用的最佳实验条件为____。
【答案】90min,80℃
【解析】
(1)“还原酸浸”实验中,用的时间越短,温度越高,锰的浸出率越高,效果越好;根据图示可知,所采用的最佳实验条件为90min,80℃;正确答案:
90min,80℃。
18.用钒钛磁铁矿为原料冶炼铁,产生一种固体废料,主要成分如下表。
通过下列工艺流程可以实现元素Ti、Al、Si的回收利用,并得到纳米二氧化钛和分子筛。
请回答下列问题:
(1)熔融温度和钛的提取率关系如下图,适宜温度为________。
【答案】500℃
【解析】
(1)从图像可以看出400℃钛的提取率太低,600℃钛的提取率提高不多,从节约能源,降低生产成本角度考虑,500℃最适宜。
19.硒(34Se)与氧同主族,硒元素及其化合物与人体健康、工业生产密切相关。
某科研小组以阳极泥(主要成分是Se,含有CuSe、Ag2Se等杂质)为原料,提炼硒的流程如下:
请回答下列问题:
(7)粗硒可采用真空蒸馏的方法进行提纯,获得纯硒。
真空蒸馏的挥发物中硒含量与温度的关系如图所示:
蒸馏操作中控制的最佳温度是________(填标号)。
A.455℃B.462℃C.475℃D.515℃
【答案】C
【解析】
(1).据图可知,在475℃时真空蒸馏的挥发物中硒含量最大,所以最好选择475℃,故答案为:
C。
点睛:
本题通过提炼硒的工艺流程,考查有关元素化合物的性质、氧化还原反应方程式的书写、物质的分离提纯等知识,试题难度中等。
本题的易错点是第(6)小题,根据题目中提供的H2SeO3和CH3COOH的电离常数,可以判断酸性:
H2SeO3>CH3COOH>HSeO3-,向Na2SeO3溶液中滴加稍过量的乙酸,因酸性H2SeO3>CH3COOH,所以虽然乙酸过量,产物只能生成HSeO3- 而不能生成H2SeO3。
20.钛铁矿主要成分为FeTiO3(含有少量MgO、SiO2等杂质),Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿来制备,工艺流程如下:
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是___________________。
(2)过程②中固体TiO2与双氧水、氨水反应转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图2所示,反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是___________。
【答案】100℃3小时温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降
【解析】
(1)过程①中,铁的浸出率结果如图1所示。
由图可知,当铁的浸出率为80%时,所采用的实验条件是100℃3小时;
(2)反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是温度过高,双氧水分解与氨气逸出导致Ti元素浸出率下降。
21.醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。
一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料,制取醋酸镍的工艺流程图如下:
相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表:
金属离子
开始沉淀时的pH
沉淀完全时的pH
物质
20℃时溶解性(H2O)
Fe3+
1.1
3.2
CaSO4
微溶
Fe2+
5.8
8.8
NiF
可溶
Al3+
3.0
5.0
CaF2
难溶
Ni2+
6.7
9.5
NiCO3
Ksp=1.0×10-5
(1)将含镍废料粉碎的目的是_______________________________________________。
(2)“酸浸”实验中,镍的浸出率结果如图所示,从能量损耗和成本角度考虑,若要使镍的浸出效果最佳,选择的最好温度和时间分别为______℃、______min。
【答案】增大固液接触面积,提高镍的浸出率70
120
【解析】
(1)将含镍废料粉碎的目的是增大固液接触面积,提高镍的浸出率;
(2)由图象可知,为70℃、120min时,酸浸出率最高。
22.在我国的资源储备中,铬是重要的战略金属资源。
以下是以某铬渣(主要成分为Cr2O3,杂质主要是FeO、SiO2等)为原料生产Cr2O3的工艺流程:
已知:
Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11,Ksp[Cr(OH)3]=6.4×10-31
(1)“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去。
①反应过程控制溶液pH为9,若pH>9除杂率降低的原因是______。
②反应的温度控制在80℃左右,温度不宜太高的主要原因是_______。
【答案】pH过高时,Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成。
铵盐受热分解
【解析】
(1).①.“除杂”时加入MgSO4-(NH4)2SO4混合物的目的是与溶液中少量的PO43-、AsO43-、SiO32-反应,分别转化为NH4MgPO4、NH4MgAsO4、MgSiO3沉淀除去,反应过程中需控制溶液pH为9,若pH>9,则Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成,使除杂率降低,故答案为:
Mg2+、NH4+易转化为Mg(OH)2、NH3,影响沉淀形成;
②.反应的温度控制在80℃左右,若温度太高,会使铵盐受热分解,降低除杂率,故答案为:
铵盐受热分解。
23.钒触媒(V2O5)是催化氧化所常用的催化剂,为综合利用,科研人员最新研制了一种离子交换法回收废钒的新工艺,回收率达90%以上。
已知废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣。
查阅资料可知:
VOSO4可溶于水,V2O5难溶于水,NH4VO3难溶于水。
该工艺的流程如下图。
(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施:
___________________________________,__________________________________(写出2条);
(2)该工艺中反应③的沉矾率是回收钒的关键,沉钒率的高低除受溶液pH影响外,还需要控制氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。
根据下图建议最合适的氯化铵系数和温度:
氯化铵系数为___________,温度为_____________;
【答案】搅拌适当升高温度,延长浸泡时间480℃
【解析】
(1)水浸时,为了提高废钒的浸出率,除了粉碎,还可以采取的措施搅拌、适当升高温度、延长浸泡时间等措施;
(2)根据图象分析可得,要使沉钒率最高,可控制氯化铵系数为4,温度在80℃。
24.磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH) (1)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。 相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。 80℃后脱除率变化的原因: ____________________。 【答案】80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低 【解析】 (1)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 详解: (1)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 25.砷(As)是一些工厂和矿山废水中的污染元素,使用吸附剂是去除水中砷的有效措施之一。 H3AsO3和H3AsO4水溶液中含砷的各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与pH的关系分别如图-1和图-2所示。 (1)溶液
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