高考化学流程题专题汇编Word文档格式.docx
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(3)在敞口容器中,用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体,随着浸取液温度上升,溶液中c(Ca2+)增大的原因___________。
4.锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式;
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是。
在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有(填化学式)。
5.(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·
H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:
(1)写出Mg2B2O5·
H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度浓度外,还可采取的措施有_________(写出两条)。
(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。
“浸渣”中还剩余的物质是______(写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是_______。
然后再调节溶液的pH约为5,目的是________。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为_______。
(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程___________。
6.(18分)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。
湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。
某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)42+,反应中H2O2的作用是。
写出操作①的名称:
。
(2)反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3)42+与有机物RH反应,写出该反应的离子方程式:
。
操作②用到的主要仪器名称为,其目的是(填序号)。
a.富集铜元素
b.使铜元素与水溶液中的物质分离
c.增加Cu2+在水中的溶解度
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。
若操作③使用下图装置,图中存在的错误是。
(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。
阴极析出铜,阳极产物是。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。
(5)流程中有三次实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是。
循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是。
7.(15分)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为。
(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
已知:
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
FeCl2
沸点/℃
57.6
180(升华)
300(升华)
1023
①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是(只要求写出一种)。
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是。
③已知:
Al2O3(s)+3C(s)=2Al(s)+3CO(g)ΔH1=+1344.1kJ·
mol-1
2AlCl3(g)=2Al(s)+3Cl2(g)ΔH2=+1169.2kJ·
由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为。
④步骤Ⅲ经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化学式分别为____。
⑤结合流程及相关数据分析,步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是。
8.(16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。
活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:
FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。
请回答下列问题:
(1)第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。
(2)检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原,应选择(填字母编号)。
A.KMnO4溶液B.K3[Fe(CN)6]溶液C.KSCN溶液
(3)第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右,然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2,此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。
通入空气引起溶液pH降低的原因是。
(4)FeSO4可转化为FeCO3,FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃,101kPa时:
4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s)
=-1648kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)
=-393kJ/mol
2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s)
=-1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。
(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。
该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+FeS2=Fe+2Li2S,正极反应式是。
(6)假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3,其含量为50%。
将akg质量分数为b%的硫酸加入到ckg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%,其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。
按上述流程,第Ⅲ步应加入FeCO3kg。
9.(12分)[化学---化学与技术]工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3,工艺流程如下:
Na2CO3+NO+NO2=2NaNO2+CO2
(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外,还有__________(填化学式)。
(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是_______。
蒸发Ⅰ产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的_______(填操作名称)最合理。
(3)母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是_______。
母液Ⅱ需回收利用,下列处理方法合理的是________。
a.转入中和液b.转入结晶Ⅰ操作
c.转入转化液d.转入结晶Ⅱ操作
(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为2:
1,则生产1.38吨NaNO2时,Na2CO3的理论用量为______吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。
10.(14分)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值,某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4,其流程如下:
NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙酸(沸点:
13℃)。
(1)在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气,该操作的目的是_____,原料中的金属钠通常保存在____中,实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_____,_____,玻璃片和小刀等。
(2)请配平第①步反应的化学方程式:
□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2==□NaBH4+□Na2SiO3
(3)第②步分离采用的方法是______;
第③步分离(NaBH4)并回收溶剂,采用的方法是______。
(4)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g),在25℃,101KPa下,已知每消耗3.8克NaBH4(s)放热21.6KJ,该反应的热化学方程式是_______。
参考答案
1.
(1)LiOH;
2Cl‾—2e‾=Cl2↑;
B
(2)2Co(OH)3+4H++SO32‾=2Co2++SO42‾+5H2O;
+3;
Co3O4
【解析】
(1)根据示意图,B极区生产H2,同时生成LiOH,则B极区电解液不能是LiCl溶液,如果是LiCl溶液则无法得到纯净的LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液;
电极A为阳极,阳极区电解液为LiCl溶液,根据放电顺序,阳极上Cl‾失去电子,则阳极电极反应式为:
根据电流方向,电解过程中Li+向B电极迁移。
(2)在酸性条件下,Co(OH)3首先与H+反应生成Co3+,Co3+具有氧化性,把SO32‾氧化为SO42‾,配平可得离子方程式:
2Co(OH)3+4H++SO32‾=2Co2++SO42‾+5H2O;
铁渣中铁元素的化合价应该为高价,为+3价;
CO2的物质的量为:
1.344L÷
22.4L/mol=0.06mol,根据CoC2O4的组成可知Co元素物质的量为0.03mol,设钴氧化物的化学式为CoxOy,根据元素的质量比可得:
59x:
16y=0.03mol×
59g/mol:
(2.41g—0.03mol×
59g/mol),解得x:
y=3:
4,则钴氧化物的化学式为:
Co3O4。
【考点定位】本题考查了电极原理及应用,包括电极方程式的书写、电解液的判断、离子移动方向的判断;
还考查了离子方程式的书写、元素化合价的判断、根据化学计算推测物质的化学式,
2.
(1)CaO;
11;
加入(NH4)2SO4会生成CaSO4微溶物,在过滤时会被除去,造成生成的CaCO3减少。
(2)NO3—、OH—;
Ca(HCO3)2(3)2OH—+Al2O3=2AlO2—+H2O
(4)2Al+6H20
2Al(OH)3↓+3H2↑
(5)Al-3e-+7AlCl4—=4Al2Cl7—
(1)煅烧时CaCO3会发生分解生成CaO和CO2;
煅烧MgCO3分解生成MgO和CO2;
故煅粉主要含MgO和CaO;
Ksp=c(Mg2+)∙c2(OH—),5×
10-12=5×
10-6×
c2(OH—),得c(OH—)=10-3mol·
L-1,pH=11。
由于溶液I中c(Mg2+)小于5×
L-1,所以溶液pH大于11;
不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3的原因是加入(NH4)2SO4会生成CaSO4微溶物,在过滤时会被除去,从而造成生成的CaCO3减少。
(2)从流程中看出NO3—没有被除去,故滤液I中的阴离子有NO3—,CaO溶于水生成Ca(OH)2,故溶液中还有OH—;
若滤液I中仅通入CO2,过量的CO2会与CaCO3生成Ca(HCO3)2从而导致CaCO3产率降低。
(3)Al表面的氧化膜的成分是Al2O3,该物质是两性氧化物,NaOH可以与之发生反应。
NaOH溶液与Al2O3反应的离子方程式为:
2OH—+Al2O3=2AlO2—+H2O;
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,Al作阳极,石墨作阴极。
Al在阳极放电,溶液中的H+在阴极放电,破坏了水的电离平衡,使的溶液中的OH—浓度增大,与产生的Al3+结合生成Al(OH)3,总反应方程式为:
2Al+6H2O
2Al(OH)3↓+3H2↑。
(5)根据题意,充电和放电时AlCl4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化,放电时负极Al失去电子变为Al3+,与溶液中的AlCl4—结合,发生反应产生的Al2Cl7—电极反应式为:
Al-3e-+7AlCl4—=4Al2Cl7—。
【考点定位】本题主要考查学生对利用物质的性质和物料守恒进行对化工流程的分析,涉及到溶度积的应用、物质的分离、物质的性质电极、电极反应的书写等。
3.
(1)CaSO4+2NH3·
H2O+CO2=CaCO3+2NH4+或CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-,AC;
(2)SO42-、HCO3-,取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全;
(3)浸取液温度上升,溶液中c(H+)增大,促进固体中Ca2+浸出。
(1)浆料中含有氨水,能吸收CO2,转变成CO32-,利用碳酸钙的溶解度小于硫酸钙的,进行沉淀的转化,故离子方程式方程式:
CaSO4+2NH3·
H2O+CO2=CaCO3+2NH4+或CaSO4+CO32-=CaCO3+SO42-,A、搅拌浆料,增加接触面积,加速反应速率,正确;
B、加热浆料,使氨水分解跑出,不利于吸收,错误;
C、增大氨水浓度,有利于吸收CO2,增大CO32-的浓度,加快反应速率,正确;
D、减小CO2,减小反应物的浓度,反应速率降低,错误;
(2)接近6.5时图像上得出,溶液中有CaSO4,此时会有部分CO32-转成HCO3-,故阴离子浓度最大的是SO42-、HCO3-,沉淀是否洗净,验证最后一次洗涤液,验证是否含有SO42-,故操作步骤:
取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全;
(3)氯化铵是强酸弱碱盐,其水解反应是吸热反应,温度升高c(H+)增大,促进固体中Ca2+浸出。
【考点定位】考查工艺流程、影响化学反应速率因素、沉淀洗涤、沉淀转化等方面的知识。
4.
(1)+3
(2)2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)-4+3H2↑
(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O
2H2O2
2H2O+O2↑;
有氯气生成,污染较大。
(4)CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C
(6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中
Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
【解析】以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识,包括电极反应式的书写、氧化还原反应,综合性较强。
(1)根据化合价代数和为0的原则,LiCoO2中Li为+1价,O为-2价,iCo元素的化合价为+3。
(2)根据工艺流程和相关产物可知,锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应,发生反应的离子方程式2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)-4+3H2↑。
(3)根据“酸浸”的反应物和反应条件,发生的所有氧化还原反应的化学方程式为;
2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,H2O2自身发生分解反应,2H2O2
2H2O+O2↑;
LiCoO2具有较强的氧化性,用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,氯气生成,污染较大。
(4)根据“沉钴”过程中反应物和产物,发生反应的化学方程式CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,放电时负极发生的反应为LixC6-xe-=6C+xLi+,正极Li1-xCoO2+xe-=LiCoO2+xLi+,电池总反应方程式Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。
(6)进行放电处理时,Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中,有利于锂在正极的回收。
根据整个工艺流程的化学反应原理,可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4三种。
【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式
5.
(1)Mg2B2O5·
H2O+2H2SO4
2MgSO4+2H3BO3;
减小铁硼矿粉粒径、提高反应温度。
(2)Fe3O4;
SiO2和CaSO4;
(3)将Fe2+氧化为Fe3+;
使Al3+与Fe3+形成氢氧化物而除去。
(4)(七水)硫酸镁
(5)
(6)2H3BO3
B2O3+3HOB2O3+3Mg
3MgO+2B
(1)问写化学方程式,是仿照碱式碳酸盐和酸的反应,但是要先分析Mg2B2O5·
H2O中硼元素的化合价为+3价,联系到流程图最终产物可推知:
硼元素变为H3BO3(H3BO3为弱酸,易溶于水);
这不是氧化还原反应,故镁元素转化为硫酸镁。
加快反应速率可以采用升温等措施,增大固体颗粒的接触面积也是中学常规。
(2)体系中有磁性只有Fe3O4,故填写Fe3O4(中学所学反应可能困扰考生)。
剩下的不溶物除了SiO2还有CaSO4。
(3)先将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的pH可以除去溶液中的Al3+和Fe3+,这是高三经常训练的除杂方法。
(4)题中讲到含硫酸镁的母液,应该容易想到硫酸镁也会结晶析出,只是晶体含有七个结晶水不容易想到(从七水硫酸锌,七水硫酸亚铁联想),讲硫酸镁晶体应该也可以。
(5)硼氢化钠的电子式很不常规,电子式是由离子键和阴离子内部的共价键两部分合成。
(6)做题时这样想,这个反应的温度应该比较高,所以H3BO3会分解,然后就是置换反应。
再将化学方程式配平就好。
【考点定位】元素及其化合物知识;
化学工艺常识;
物质结构。
本题是以化学工艺为素材,选材冷僻,试题难度为很难等级。
6.
(1)作氧化剂过滤
(2)Cu(NH3)42++2RH=2NH4++2NH3+CuR2分液漏斗ab
(3)RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁液体过多
(4)O2H2SO4加热浓缩冷却结晶过滤
(5)H2SO4防止由于溶液中的c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀
(1)反应Ⅰ是将Cu转化为Cu(NH3)42+,Cu被氧化,则反应中H2O2的作用是作氧化剂;
操作①是把滤渣和液体分离,所以该操作为过滤;
(2)根据流程图可知,Cu(NH3)42+与有机物RH反应生成CuR2和氨气、氯化铵,所以该反应的离子方程式是Cu(NH3)42++2RH=2NH4++2NH3+CuR2;
操作②是把水层与有机层分离,所以为分液操作,需要的主要仪器为分液漏斗;
Cu元素富集在有机层,所以该操作的目的是富集Cu元素,使铜元素与水溶液中的物质分离,答案选ab;
(3)CuR2中R元素为-1价,所以反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和RH;
操作③使用的过滤操作中分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁,且分液漏斗内的液体太多;
(4)以石墨作电极电解CuSO4溶液。
阴极析出铜,则阳极为阴离子氢氧根放电,生成氧气,导致氢离子浓度增大,所以阳极的产物有O2、H2SO4;
由溶液得到晶体的操作步骤一般为加热浓缩冷却结晶过滤;
(5)操作④中得到的硫酸可用在反应III中,所以第三种循环的试剂为H2SO4;
氯化铵溶液为酸性,可降低溶液中氢氧根离子的浓度,防止由于溶液中的c(OH-)过高,生成Cu(OH)2沉淀。
【考点定位】本题主要考查物质的制备流程的分析判断,离子方程式的书写,基本操作的判断等
7.(15分)
(1)Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+
(2)①防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积,加快反应速率。
②Fe或铁;
③Al2O3(s)+3C(s)+2Cl2(g)=2AlCl3(g)+3CO(g)ΔH=+174.9kJ/mol;
④NaCl、NaClO、NaClO3;
⑤除去FeCl3,提高AlCl3纯度。
(1)氯化铝是强酸弱碱盐,在溶液中Al3+发生水解反应产生氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+;
(2)①步骤Ⅰ中焙烧使固体中的水分挥发,导致气孔数目增多,其作用是可以防止后续步骤生成的AlCl3水解。
同时由于增大反应物的接触面积,使反应速率加快。
②根据物质中含有的元素组成可知:
若在步骤Ⅱ中不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是铁。
③第一个式子减去第二个式子,整理可得:
Al2O3(s)+3C(s)+2Cl2(g)=2AlCl3(g)+3CO(g)ΔH=+174.9kJ/mol;
④步骤Ⅲ经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,Cl2与浓NaOH溶液发生反应产生NaCl、NaClO3和水,随着反应的进行,溶液变稀。
这时Cl2与稀的NaOH溶液发生反应,形成NaCl、NaClO。
因此得到的三种盐的化学式分别为NaCl、NaClO、NaClO3。
⑤由于Al的活动性比Fe强,在步骤Ⅴ中加入铝粉,就可以将铁置换出来,达到除去除去FeCl3,提高AlCl3纯度的目的。
【考点定位】考查盐的水解、反应条件的控制、热化学方程式的书写、物质反应充分的确定及化
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