届高考化学考前三轮专题冲刺提升训练化学工艺流程专题训练答案 解析.docx
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届高考化学考前三轮专题冲刺提升训练化学工艺流程专题训练答案 解析.docx
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届高考化学考前三轮专题冲刺提升训练化学工艺流程专题训练答案解析
——化学工艺流程
【专题训练】
1.氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。
下图是工业上用印刷电路的蚀刻液的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生产CuCl的流程:
按要求回答下列问题:
(1)废液①的主要含有的金属阳离子是_Fe2+__(填化学符号,下同);废渣①的成分是_Fe、Cu__,Y为_HCl__。
(2)废液①与Z反应的离子方程式为:
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-或2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O 。
(3)写出废渣②生成二氧化硫的化学方程式Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O 。
(4)为得到纯净的CuCl晶体,可用下列_b__(填序号)进行洗涤。
a.纯净水 b.乙醇
c.稀硫酸d.氯化铜溶液
(5)生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是_防止生成氢氧化铜沉淀或防止CuCl水解__。
(6)写出产生CuCl的离子方程式SO2+2Cu2++2Cl-+2H2O===2CuCl↓+SO
+4H+ 。
(7)氯化亚铜的定量分析:
①称取样品0.25g加入10mL过量的FeCl3溶液250mL锥形瓶中,不断摇动;
②待样品溶解后,加水50mL和2滴指示剂;
③立即用0.10mol·L-1硫酸铈标准溶液滴至绿色出现为终点;
④重复三次,消耗硫酸铈溶液平均体积为25.00mL。
已知:
CuCl的分子式量为99;CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2;Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+。
则CuCl的纯度为_99%__。
[解析] 向工业上以制作印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)加入过量的铁粉,三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子,铜离子与铁反应生成铜,然后过滤,滤渣为过量的铁和生成的铜,依据铜与铁的活泼性,将滤渣溶于盐酸,铜与盐酸不反应,过滤得到滤渣即为铜,废液①中加入Z为氯水或双氧水,氧化亚铁离子为铁离子,得到蚀刻液,然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,铜与氯气反应生成氯化铜,硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜。
(1)印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)加入铁,三价铁离子能够与铁反应生成二价铁离子,铜离子能够与铁反应生成铜,过滤后滤渣中含有铜和铁,加入盐酸,铁与盐酸反应生成氯化亚铁,铜与盐酸不反应,将铜分离出来。
(2)根据以上分析可知废液①与Z反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-或2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O。
(3)废渣②生成二氧化硫的反应是铜和浓硫酸在加热条件下反应生成,反应的化学方程式为Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O。
(4)为减少CuCl的损失,析出的CuCl晶体不用水而用无水乙醇洗涤,答案选b。
(5)生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是防止生成氢氧化铜沉淀或防止CuCl水解。
(6)依据图示可知:
CuCl2、CuSO4、SO2、H2O反应生成H2SO4、CuCl,产生CuCl的化学方程式依据得失电子守恒得到:
CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4,反应的离子方程式为:
SO2+2Cu2++2Cl-+2H2O===2CuCl↓+SO
+4H+。
(7)滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是25.00mL,结合方程式可知:
CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2,CuCl的纯度为(25.00×10-3L×0.1mol/L×99g/mol)/0.25g×100%=99%。
2.钼酸钠(Na2MoO4)具有广泛的用途。
可做新型水处理剂、优良的金属缓蚀剂及可用于局部过热的循环水系统;Al(OH)3工业和医药上都具有重要用途,现从某废钼催化剂(主要成分MoO3、Al2O3、Fe2O3等)中回收Na2MoO4和Al(OH)3,其工艺如图:
回答下列问题:
(1)已知MoO3、Al2O3与SiO2相似,均能在高温下跟Na2CO3发生类似反应,试写出MoO3与Na2CO3反应的化学方程式:
MoO3+Na2CO3
Na2MoO4+CO2↑ 。
(2)第②步操作所得的滤液中,溶质有Na2MoO4、_NaAlO2__和过量的Na2CO3;检验第②步操作所得滤渣中含有三价铁的方法是_取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则证明含+3价铁__。
(3)第③步操作H2SO4需要适量,通常是通过_测溶液的pH值__来调控H2SO4的用量;与Na2SO4相比,Na2MoO4的溶解度受温度的影响变化_较小__(填“较大”或“较小”)。
(4)利用铝热反应可回收金属钼。
将所得钼酸钠溶液用酸处理得到沉淀,再加热可得MoO3。
写出MoO3发生铝热反应的化学方程式:
4Al+2MoO3
2Mo+2Al2O3 。
(5)取废钼催化剂5.00g,加入5.30gNa2CO3(足量),经上述实验操作后,最终得到2.34gAl(OH)3和6.39gNa2SO4晶体,则废钼催化剂中Al2O3、MoO3的物质的量的比值为_3∶1__。
[解析]
(1)MoO3、Al2O3与Na2CO3的反应和SiO2与Na2CO3的反应相似,加入碳酸钠焙烧时可生成Na2MoO4和NaAlO2,MoO3与Na2CO3反应的化学方程式为MoO3+Na2CO3
Na2MoO4+CO2↑。
(2)高温条件下,氧化铝和碳酸钠反应生成NaAlO2,滤液中含有焙烧后生成Na2MoO4、NaAlO2以及过量的Na2CO3,检验第②步操作所得滤渣中含有三价铁,取少量滤渣洗涤液于试管中滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则证明含三价铁。
(3)第③步操作H2SO4需要适量,避免氢氧化铝溶解,通常是通过测溶液的pH来调控H2SO4的用量,转化关系中④蒸发结晶溶液得到硫酸钠晶体和Na2MoO4溶液,与Na2SO4相比,Na2MoO4的溶解度受温度的影响变化较小,硫酸钠溶解度收温度影响大,先析出晶体。
(4)MoO3发生铝热反应,高温下和铝反应生成钼和氧化铝,反应的化学方程式为:
4Al+2MoO3
2Mo+2Al2O3。
(5)加入稀硫酸后,滤渣为Al(OH)3,滤液中含有Na2SO4和Na2MoO4,已知:
n(Na2CO3)=
=0.05mol,n(Na2SO4)=
=0.045mol,则由Na守恒可知n(Na2MoO4)=0.005mol,2.34gAl(OH)3的物质的量为
=0.03mol,根据Al元素守恒,Al2O3的物质的量为0.015mol,因此,Al2O3、MoO3的物质的量之比为0.015mol∶0.005mol=3∶1。
3.以含有Al2O3、Fe2O3等杂质的铬铁矿为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na2Cr2O7·2H2O)的主要工艺流程如下:
己知:
铬铁矿在空气中与纯碱煅烧生成Na2CrO4和一种红棕色固体,同时释放出CO2气体,且Al2O3+Na2CO3
2NaAlO2+CO2↑。
请回答:
(1)在铬铁矿Fe(CrO2)2中,Cr的化合价为_+3__。
(2)滤渣2的成分为_Al(OH)3__。
(3)将滤渣1放入稀硫酸溶解后得溶液W,检验该溶液中金属离子的方法是_取少量溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液变红,证明有Fe3+(其他合理答案也可)__。
(4)根据有关国家标准,含CrO
的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7mol/L以下才能排放。
含CrO
的废水处理通常有以下两种方法。
①沉淀法:
加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀,再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba2+。
加入可溶性钡盐后的废水中Ba2+的浓度应不小于_2.4×10-4__mol/L,后续废水处理方能达到国家排放标准。
②还原法:
CrO
Cr3+
Cr(OH)3。
写出酸性条件下CrO
与绿巩在溶液中反应的离子方程式:
CrO
+3Fe2++8H+===Cr3++3Fe3++4H2O 。
(5)某高效净水剂是由K2FeO4得到的,工业上以溶液W、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备K2FeO4,该反应的离子方程式是2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O 。
[解析]
(1)在铬铁矿Fe(CrO2)2中,Fe的化合价为+2,所以Cr的化合价为+3。
(2)含杂质的铬铁矿经煅烧、溶于水后,只有氧化铁不溶于水,作为滤渣除去,所以滤渣1的成分是Fe2O3,此时溶液为Na2CrO4和NaAlO2的混合液,通入CO2气体会和NaAlO2反应产生Al(OH)3,所以滤渣2的成分是Al(OH)3。
(3)将滤渣Ⅰ放入稀硫酸溶解后得溶液W为Fe2(SO4)3,检验Fe3+的方法是取少量溶液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,溶液变红,证明有Fe3+。
(4)①Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10,c(CrO
)<5.0×10-7mol/L,所以c(Ba2+)>1.2×10-10/5.0×10-7=2.4×10-4mol/L。
②酸性条件下CrO
与绿矾FeSO4·7H2O反应,CrO
作氧化剂,绿矾作还原剂,其离子方程式为CrO
+3Fe2++8H+===Cr3++3Fe3++4H2O。
(5)W为Fe2(SO4)3,以溶液Fe2(SO4)3、次氯酸钾和氢氧化钾为原料制备K2FeO4,该反应的离子方程式是2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO
+3Cl-+5H2O。
4.从某废液(含有Fe2+、Cu2+、Cl-)中回收铜并制得纯净的FeCl3溶液。
现以制得纯净的FeCl3溶液为原料制取优良的水处理剂高铁酸钾(K2FeO4),其流程如下:
已知:
高铁酸钾(K2FeO4)为暗紫色固体,可溶于水。
在中性或酸性溶液中逐渐分解,在碱性溶液中稳定。
高铁酸钾具有强氧化性。
高铁酸钾(K2FeO4)与水作用产生Fe(OH)3。
(1)检验废液中含有Fe2+选用的试剂是_KMnO4__(填化学式);从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外,还需要一种试剂是_Cl2__(填化学式),加入时发生反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- 。
(2)高铁酸钾(K2FeO4)在处理水过程中的作用是_强氧化性__和_杀菌消毒__。
(3)“氧化”过程反应的离子方程式为2Fe3++10OH-+3ClO-===2FeO
+3Cl-+5H2O 。
(4)过滤时需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和_漏斗__,上述工艺得到的高锰酸钾常含有杂质,可用重结晶法提纯,操作是:
将粗产品用_稀KOH溶液__溶解,然后_加入饱和KOH溶液,冷却结晶__。
(5)用回收的铜为原料可制得粗制CuSO4·5H2O晶体(含有少量的FeSO4·7H2O),除去CuSO4·5H2O晶体中杂质的方法是:
向溶液中加入H2O2,再调解溶液pH,过滤即可制得纯净的CuSO4溶液,进而制得纯净CuSO4·5H2O的晶体。
已知:
室温时一些物质的Ksp如下表:
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Ksp
8.0×10-16
8.0×10-38
3.0×10-20
已知溶液中的离子浓度小于1×10-5mol·L-1时就认为沉淀完全。
加双氧水的目的是_使Fe2+氧化为Fe3+__;若溶液中CuSO4的浓度为3.0mol·L-1,通过计算说明此方法可除去粗制CuSO4·5H2O晶体中FeSO4·7H2O的理由_溶液中CuSO4的浓度为3.0_mol·L-1,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为4,Fe3+完全沉淀时溶液的pH为3.3,通过计算确定上述方案可行。
__。
5.高纯氧化铁是现代电子工业的重要材料。
以下是用硫酸厂产生的烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁的生产流程示意图:
(1)酸浸时,常需将烧渣粉碎、并加入过量H2SO4,其目的是_提高铁元素的浸出率,同时抑制铁离子的水解__;滤渣的主要成分为_SiO2__(填化学式)。
(2)加入FeS2时,发生反应②的离子方程式为FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO
+16H+ 。
(3)加入NH4HCO3目的是_中和溶液中的酸,调节溶液的pH,使Fe2+全部转化为FeCO3__。
“沉淀”时,pH不宜过高,否则制备的FeCO3中可能混有的杂质是_Fe(OH)2__。
检验FeCO3是否洗涤干净的方法是_取最后一次洗涤液少量放入试管,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀生成,说明洗涤干净__。
(4)煅烧时,发生反应④的化学方程式为4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2 。
[解析]
(1)酸浸时,常需将烧渣粉碎、增大烧渣与酸的接触面积,并加入过量H2SO4,除了使烧渣中的部分氧化物溶解外,还能抑制铁离子的水解。
酸性氧化物SiO2不与酸反应。
(2)加入FeS2时,把铁离子还原为Fe2+:
FeS2+14Fe3++8H2O===15Fe2++2SO
+16H+。
(3)加入NH4HCO3目的是中和溶液中的酸,调节溶液的pH,使Fe2+全部转化为FeCO3;亚铁离子的水解能力较强,易发生水解,“沉淀”时,pH不宜过高,否则制备的FeCO3中可能混有的杂质是Fe(OH)2;检验FeCO3固体中附着有硫酸根离子,可以用盐酸和氯化钡溶液进行检验,取最后一次洗涤液少量放入试管,滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若无沉淀生成,说明洗涤干净。
(4)在空气中煅烧FeCO3,二价铁被氧化为三价铁,进一步得到Fe2O3。
4FeCO3+O2===2Fe2O3+4CO2。
6.以粉煤灰(主要成分为Al2O3和SiO2,还含有少量的FeO、Fe2O3等)为原料制备Al2O3的流程如下:
(1)“酸浸”时需加入过量的稀硫酸,目的是提高浸取率和_抑制Al3+水解(或为后续反应提供H+)__;滤渣的主要成分是_SiO2__。
(2)“氧化”过程中,加入H2O2发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O 。
(3)“提纯”过程中,当加入NaOH溶液达到沉淀量最大时,溶液中c(SO
)∶c(Na+)=_1∶2__。
(4)已知Ksp=1×10-39。
“提纯”过程中,当c(Fe3+)<10-6mol·L-1时,溶液中c(OH-)>_1×10-11__mol·L-1。
(5)“沉淀”过程中,通入过量CO2时发生反应的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3 。
[解析]
(1)根据含有成分,加入硫酸发生的反应是Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,FeO+2H+===Fe2++H2O,Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,加入硫酸的目的可以提高浸取率和抑制Al3+的水解,SiO2是不溶于水,不溶于酸,因此滤渣是SiO2。
(2)过氧化氢具有强氧化性,能把Fe2+氧化成Fe3+,离子反应方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
(3)加入NaOH溶液,达到沉淀量最大,发生Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓,此时溶液中溶质为Na2SO4,即c(SO
)∶c(Na2+)=1∶2。
(4)根据Ksp=c(Fe3+)×c3(OH-),因为c(Fe3+)<10-6mol·L-1,c(OH-)>10-11mol·L-1。
(5)利用碳酸的酸性强于偏铝酸,因此有:
NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3。
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