高考化学考点剖析13化工流程中铁化合物的处理解析版Word下载.docx
- 文档编号:17376131
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:37
- 大小:821.12KB
高考化学考点剖析13化工流程中铁化合物的处理解析版Word下载.docx
《高考化学考点剖析13化工流程中铁化合物的处理解析版Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考化学考点剖析13化工流程中铁化合物的处理解析版Word下载.docx(37页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(1)“滤渣1”含有S和__________________________;
写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。
(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_______~6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是______________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。
若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是_____________________________________________________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。
当x=y=
时,z=___________。
【答案】
(1).SiO2(不溶性硅酸盐)
(2).MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O(3).将Fe2+氧化为Fe3+(4).4.7(5).NiS和ZnS(6).F−与H+结合形成弱电解质HF,MgF2
Mg2++2F−平衡向右移动(7).Mn2++2
=MnCO3↓+CO2↑+H2O(8).
【解析】
(1)Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在,SiO2与硫酸不反应,所以滤渣I中除了S还有SiO2;
在硫酸的溶浸过程中,二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应,二氧化锰作氧化剂,硫化锰作还原剂,方程式为:
MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O;
(2)二氧化锰作为氧化剂,使得MnS反应完全,且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+;
(3)由表中数据知pH在4.7时,Fe3+和Al3+沉淀完全,所以应该控制pH在4.7~6之间;
(4)根据题干信息,加入Na2S除杂为了出去锌离子和镍离子,所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS;
(5)由HF
H++F-知,酸度过大,F-浓度减低,使得MgF2
Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动,Mg2+沉淀不完全;
(6)根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀,所以反应离子方程式为:
Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O;
(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得:
1+2x+3y+4z=6,已知,x=y=1/3,带入计算得:
z=1/3
2.(2019江苏)聚合硫酸铁[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m广泛用于水的净化。
以FeSO4·
7H2O为原料,经溶解、氧化、水解聚合等步骤,可制备聚合硫酸铁。
(1)将一定量的FeSO4·
7H2O溶于稀硫酸,在约70℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H2O2溶液,继续反应一段时间,得到红棕色黏稠液体。
H2O2氧化Fe2+的离子方程式为________;
水解聚合反应会导致溶液的pH________。
(2)测定聚合硫酸铁样品中铁的质量分数:
准确称取液态样品3.000g,置于250mL锥形瓶中,加入适量稀盐酸,加热,滴加稍过量的SnCl2溶液(Sn2+将Fe3+还原为Fe2+),充分反应后,除去过量的Sn2+。
用5.000×
10−2mol·
L−1K2Cr2O7溶液滴定至终点(滴定过程中
与Fe2+反应生成Cr3+和Fe3+),消耗K2Cr2O7溶液22.00mL。
①上述实验中若不除去过量的Sn2+,样品中铁的质量分数的测定结果将________(填“偏大”或“偏小”或“无影响”)。
②计算该样品中铁的质量分数(写出计算过程)_____。
【答案】
(1).2Fe2++H2O2+2H+
2Fe3++2H2O
(2).减小(3).偏大(4).12.32%(过程见解析)
(1)Fe2+具有还原性,在溶液中被氧化成Fe3+,H2O2具有氧化性,其还原产物为H2O,根据得失电子守恒可写出反应2Fe2++H2O2→2Fe3++2H2O,根据溶液呈酸性、结合原子守恒和电荷守恒,H2O2氧化Fe2+的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;
H2O2氧化后的溶液为Fe2(SO4)3溶液,Fe2(SO4)3发生水解反应Fe2(SO4)3+(6-2n)H2O
Fe2(OH)6-2n(SO4)n+(3-n)H2SO4,Fe2(OH)6-2n(SO4)n聚合得到聚合硫酸铁,根据水解方程式知水解聚合反应会导致溶液的酸性增强,pH减小。
答案:
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O减小
(2)①根据题意,Sn2+能将Fe3+还原为Fe2+,发生的反应为Sn2++2Fe3+=Sn4++2Fe2+,根据还原性:
还原剂>
还原产物,则还原性Sn2+>
Fe2+,实验中若不除去过量的Sn2+,则加入的K2Cr2O7先氧化过量的Sn2+再氧化Fe2+,导致消耗的K2Cr2O7溶液的体积偏大,则样品中铁的质量分数的测定结果将偏大。
偏大
②实验过程中消耗的n(Cr2O72-)=5.000×
10-2mol/L×
22.00mL×
10-3L/mL=1.100×
10-3mol
由滴定时Cr2O72-→Cr3+和Fe2+→Fe3+,根据电子得失守恒,可得微粒的关系式:
Cr2O72-~6Fe2+(或Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O)
则n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×
1.100×
10-3mol=6.6×
(根据Fe守恒)样品中铁元素的质量:
m(Fe)=6.6×
10-3mol×
56g/mol=0.3696g
样品中铁元素的质量分数:
ω(Fe)=
×
100%=12.32%。
只要是化工流程中铁杂质除去,一般都是先氧化为Fe3+,最好的氧化剂是绿色氧化剂H2O2,也可以选用HNO3、Cl2、NaClO、NaClO3、MnO4-等,根据题目中的条件确定;
氧化后根据铁离子水解,使其转化为沉淀,一般调节pH≤2.8,调节pH可以加碱,也可以根据题目占的条件加相应的金属氧化物、难溶的氢氧化物、或难溶的碳酸盐。
典例1(安徽省皖中名校联盟2019届高三10月联考)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)Ti位于元素周期表中的位置为________。
钛铁矿在预处理时需要进行粉碎,其原因是_______。
(2)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_________。
(3)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___________。
(4)写出由滤液D生成FePO4的离子方程式____________________________________。
(5)由流程图可知FePO4制备LiFePO4的化学方程式是_________________________。
【答案】第四周期IVB增大反应物接触面积,加快反应速率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2Fe2++H2O2+2H3PO4==2FePO4+4H++2H2O2FePO4+Li2CO3+H2C2O4
2LiFePO4+3CO2↑+H2O
(1)Ti的原子序数为22,处于第四周期第ⅣB族。
钛铁矿在预处理时进行粉碎,增大了与盐酸的接触面积,可以加快反应速率。
(2)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。
(3)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。
(4)由流程可得,滤液D含有Fe2+,与H2O2、H3PO4反应,生成FePO4,离子方程式为:
2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4+4H++2H2O。
(5)由流程图可知FePO4与H2C2O4、Li2CO3高温煅烧发生反应生成LiFePO4,铁的化合价降低,FePO4应为氧化剂,所以H2C2O4应为还原剂,故化学方程式为:
2FePO4+Li2CO3+H2C2O4
2LiFePO4+3CO2↑+H2O。
典例2(安徽省安庆市第一中学2017届高三第三次模拟)某化学兴趣小组利用工业废弃固体(主要成分为Cu2S和FeS2)制备硫酸铜溶液和硫酸亚铁晶体,设计方案如图所示:
已知:
T℃时,Ksp[Cu(OH)2]=2.0×
10−20,Ksp[Fe(OH)2]=6.0×
10−16,
Ksp[Fe(OH)3]=1.0×
10−38。
(1)为了提高废弃固体的灼烧速率,可以采取的措施有____________、___________(写出两条)。
(2)FeS2在空气中灼烧时氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(3)溶液C在氮气的环境下,通过____________、____________、过滤、洗涤、干燥制取硫酸亚铁晶体。
(4)常温下,固体D、O2和稀硫酸混合后几乎不反应,但加入少量溶液C立即发生反应,则溶液C对该反应起________作用,其中发生反应的离子方程式为_____________、__________________。
(5)除杂时先加入双氧水,然后加入试剂Z调节溶液的pH值使铁离子完全沉淀:
①加入的试剂Z可以是________。
A.NaOHB.CuOC.Cu(OH)2D.NH3·
H2O
②若除杂时溶液中Cu2+浓度为2.0mol·
L−1,则加入试剂Z调节溶液的pH至___________。
【答案】将废弃固体粉碎成细小的颗粒通入氧气11:
4蒸发浓缩冷却结晶催化4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OCu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+BC3≤pH<4
【解析】工业废弃固体(主要成分为Cu2S和FeS2)灼烧得CuO、Fe2O3、SO2,,所以E为SO2,固体A为CuO、Fe2O3的混合物,A中加入H2SO4溶解,再加入过量的铁粉,得FeSO4溶液和铜固体,过滤后得C为FeSO4溶液,固体B为铁和铜的混合物,B中加入稀H2SO4得FeSO4溶液和铜,所以固体D为Cu,FeSO4溶液,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥制取硫酸亚铁晶体。
铜与稀H2SO4,再通入O2除杂后得CuSO4溶液。
(1)为了提高废弃固体的灼烧速率,可以采取的措施有将废弃固体粉碎成细小的颗粒;
(2)4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2,FeS2在空气中灼烧时氧化剂与还原剂的物质的量之比为11:
4;
(3)溶液C在氮气的环境下,通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥制取硫酸亚铁晶体。
(4)常温下,固体Cu、O2和稀硫酸混合后几乎不反应,但加入少量溶液FeSO4立即发生反应,则溶液FeSO4对该反应起催化作用,反应如下:
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O、Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+;
(5)除杂时先加入双氧水,将Fe2+氧化为Fe3+,然后加入试剂Z调节溶液的pH值使铁离子完全沉淀:
3Fe3++3H2O
3Fe(OH)3+3H+,所加Z要能与H+反应,且不引入Cu2+以外的其它离子,CuO和Cu(OH)2符合要求,故选BC。
L−1,由Ksp[Cu(OH)2]=2.0×
10−20,Cu2+开始沉淀时,c(Cu2+)=2mol·
L-1,如果生成Cu(OH)2沉淀,则应有c(OH-)≥
mol/L,即PH<
Fe3+浓度小于10-5mol/L认为溶液完全,
=1.0×
10−38,
,
,PH≥3,则加入试剂Z调节溶液的pH至3≤pH<4。
1.(广西桂林市第十八中学2019届高三上学期第一次月考)已知蓝铜矿的主要成分是2CuCO3·
Cu(OH)2,受热易分解。
铝土矿的主要成分是Al2O3、Fe2O3、SiO2。
NaAlO2+CO2+H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,根据下列框图转化回答问题:
(1)写出②的离子方程式:
_________________________、_______________。
(2)沉淀a、c化学成分分别是:
___________________、_________________________
(3)请写出检验沉淀b中所含有阳离子的实验方法______________________________。
(4)洗涤沉淀c的实验操作方法是_________________________;
加热沉淀c应放在___________(容器)中进行。
(5)经过④、⑤步反应得到铜和金属铝,写出反应的化学方程式:
____________________、___________________________。
【答案】Al3++4OH—=AlO2—+2H2OFe3++3OH—=Fe(OH)3↓SiO2Al(OH)3取沉淀少量于一支洁净的试管中,加入少量盐酸,然后再往试管中加入几滴的KSCN溶液,发现试管内呈现红色向漏斗内的沉淀上加入一定量的蒸馏水,没过沉淀,待水自然流下,重复数2—3次坩埚2(2CuCO3·
Cu(OH)2)+3C
6Cu+7CO2↑+2H2O2Al2O3
4Al+3O2↑
(1)反应②是氢氧化钠溶液和氯化铝溶液反应生成偏铝酸钠,反应的离子方程式为:
Al3++4OH-=AlO2-+2H2O,氢氧化钠溶液和氯化铁反应生成氢氧化铁沉淀,反应的离子方程式为:
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓,故答案为:
Al3++4OH-=AlO2-+2H2O、Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓;
(2)由上述分析可知a为二氧化硅化学式为SiO2,c为氢氧化铝化学式为Al(OH)3,故答案为:
SiO2;
Al(OH)3;
(3)洗涤沉淀c的实验操作方法是:
在漏斗内的沉淀上加入一定量的蒸馏水,没过沉淀,待水自然流下,重复数次,固体物质灼烧一般在坩埚中进行,故答案为:
在漏斗内的沉淀上加入一定量的蒸馏水,没过沉淀,待水自然流下,重复数次;
坩埚;
(4)蓝铜矿与木炭反应的方程式为:
2(2CuCO3·
6Cu+7CO2↑+2H2O,电解熔融氧化铝得到铝和氧气反应的化学方程式为:
2Al2O3
4Al+3O2↑,故答案为:
6Cu+7CO2↑+2H2O、2Al2O3
4Al+3O2↑。
2.(天津市和平区2018届第二学期高三第二次质量调查)铁及其化合物在日常生活中有广泛应用。
(1)写出铁元索在周期表中的位置__________。
(2)
写出在空气中Fe(OH)2转化为Fe(OH)3的化学方程式____________。
(3)绿矾(FeSO4·
7H2O)是补血剂的原料,易变质。
①由FeSO4溶液制得FeSO4·
7H2O过程中的操作有______、过滤、洗涤、干燥。
②检验绿矾是否变质的试剂是________。
(4)利用绿矾制备还原铁粉的工业流程如下:
①干燥过程主要是为了脱去游离水和结晶水,过程中会有少量FeCO3·
nH2O在空气中被氧化为FeOOH,该反应的化学方程式为_______________。
②取干燥后的FeCO3样品12.49g,焙烧,最终得到还原铁粉6.16g,计算样品中杂质FeOOH的质量___________。
(5)以羰基化合物为载体运用化学平衡移动原理分离、提纯某纳米级活性铁粉(含有一些不反应的杂质),反应装置如下图。
Fe(s)+5CO(g)
Fe(CO)5(g)
△H<
0,T1___
T2(填“>
”、“<
”或“=”)。
【答案】第四周期第Ⅷ族4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3蒸发浓缩、冷却结晶KSCN溶液4FeCO3·
nH2O+O2=4FeOOH
+4CO2+(4n-2)H2O0.89g<
(1)铁的核电荷数为26,核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2,位于周期表中第四周期第Ⅷ族;
正确答案:
第四周期第Ⅷ族。
Fe(OH)2与空气中的氧气、水共同反应生成Fe(OH)3,化学方程式为:
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3;
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。
(3)①由FeSO4溶液先进行加热浓缩,变为浓溶液,然后冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作,制得FeSO4·
7H2O;
蒸发浓缩、冷却结晶。
②亚铁离子还原性较强,易被氧化为铁离子;
因此检验绿矾是否变质,就是要检验铁离子的存在,可以用硫氰化钾溶液,若出现红色溶液,则有铁离子存在,绿矾(FeSO4·
7H2O)已变质;
KSCN溶液。
(4)①干燥过程主要是为了脱去游离水和结晶水,过程中会有少量FeCO3·
nH2O被空气氧化为FeOOH,根据氧化还原反应的电子守恒和原子守恒规律,化学方程式为:
4FeCO3·
+4CO2+(4n-2)H2O;
4FeCO3·
+4CO2+(4n-2)H2O。
②设样品中FeCO3的物质的量为xmol,FeOOH的物质的量为ymol,则根据质量守恒和铁原子的量守恒列方程如下:
116x+89y=12.49,x+y=6.16/56=0.11,解之得y=0.01mol,样品中杂质FeOOH的质量为0.01×
89=0.89g,正确答案:
0.89g。
(5)反应Fe(s)+5CO(g)
Fe(CO)5,△H<
0,铁粉和一氧化碳化合成羰基合铁时放出热量,低温有利于合成易挥发的羰基合铁,羰基合铁易挥发,杂质残留在玻璃管左端;
当羰基合铁挥发到较高温度区域T2时,羰基合铁分解,纯铁粉残留在右端,一氧化碳循环利用,所以T1<
T2;
<
。
3.(安徽省六安市第一中学2018届高三下学期第三次模拟考试)氰化钾K4Fe(CN)6俗名黄血盐,可溶于水,不溶于乙醇。
以某电镀厂排放的含NaCN度液为主要原料制备黄血盐的流程如下:
请回答下列问题:
(1)常温下,HCN的电离常数Ka=62×
10-10。
①实验室配制一定浓度的NaCN溶液时,将NaCN溶解于一定浓度的NaOH溶液中,加水稀释至指定浓度,其操作的目的是__________________________。
②浓度均为0.5mol/L的NaCN和HCN的混合溶液显___________(填“酸”“碱”或“中”)性,通过计算说明:
_________________________。
(2)转化池中发生复分解反应生成K4Fe(CN)6,说明该反应能发生的理由:
_______。
(3)系列操作B为_____________________。
(4)实验室中,K4Fe(CN)6可用于检验Fe3+,生成的难溶盐KFe[Fe(CN)6]可用于治疗Tl2SO4中毒,试写出上述治疗Tl2SO4中毒的离子方程式:
______________________。
(5)一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾K3Fe(CN)6和亚铁氰化钾K4Fe(CN)6的混合溶液。
①K+移向催化剂___________(填“a”或“b”)。
②催化剂a表面发生的反应为_____________________。
【答案】抑制水解碱即水解平衡常数大于电离平衡常数,所以溶液呈碱性相同温度下K4Fe(CN)6的溶解度小于Na4Fe(CN)6过滤、洗涤、干燥KFe[Fc(CN)6](s)+Tl+(aq)=TlFe[Fe(CN)6](s)+K+(aq)bFe(CN)64—e-=Fe(CN)63-
(1)①实验室配制一定浓度的NaCN溶液时,将NaCN
溶解于一定浓度的NaOH溶液中,加水稀释至指定浓度,其操作的目的是抑制水解;
②根据Kh=
可知,Kh=
=
=1.6×
10-5>
6.2×
10-10,即水解平衡常数大于电离平衡常数,所以溶液呈碱性;
(2)相同温度下K4Fe(CN)6的溶解度小于Na4Fe(CN)6,转化池中发生复分解反应Na4Fe(CN)6+4KCl=K4Fe(CN)6↓+4NaCl生成K4Fe(CN)6;
(3)转化池中得到固体与溶液的混合物,故系列操作B为过滤、洗涤、干燥;
(4)实验室中,K4Fe(CN)6可用于检验Fe3+,生成的难溶盐KFe[Fe(CN)6]可用于治疗Tl2SO4中毒,治疗Tl2SO4中毒的离子方程式:
KFe[Fc(CN)6](s)+Tl+(aq)=TlFe[Fe(CN)6](s)+K+(aq);
(5)由图可知,电子从负极流向正极,则a为负极,b为正极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,阳离子向正极移动。
①b为正极,则K+移向催化剂b,故填b;
②a为负极,发生氧化反应,则催化剂a表面发生反应:
Fe(CN)64--e-═Fe(CN)63-,故答案为:
Fe(CN)64--e-═Fe(CN)63-。
点睛:
本题考查物质的制备实验方案的设计,侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查,为高考常见题型,注意根据流程图把握实验的原理和操作方法,易错点为
(2)相同温度下K4Fe(CN)6的溶解度小于Na4Fe(CN)6,转化池中发生复分解反应Na4Fe(CN)6+4KCl=K4Fe(CN)6↓+4NaCl生成K4Fe(CN)6。
4.(北京市房山区2018届高三4月模拟一模)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)钛铁矿在预处理时需要进行粉碎,其原因是___________________。
(2)过程①中反应的离子方程式是:
FeTiO3+4H++4Cl-==Fe2++TiOCl42-+2H2O、_______。
(3)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___________________。
(4)过程②中固体TiO2与双氧水、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考 化学 考点 剖析 13 化工 流程 化合物 处理 解析