高中化学 化学流程图专题分析优秀Word格式文档下载.docx
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完全沉淀时溶液pH
4。
7
3。
11。
2
5。
6
试回答下列问题:
⑴“①”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是▲。
两个副反应均为吸热反应,但在高温下均能自发进行,其原因是▲。
⑵“③”中调节pH至4.7,目的是▲。
⑶“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,请写出该平衡转化的离子方程式:
▲。
⑷“⑦”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠,依据是▲。
【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识,过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。
搅拌的目的是增大反应物的接触机会,从而加快反应速率。
由于这两个副反应是在高温下才自发进行,所以必然是一个△S>
0的反应。
③溶液中存在的主要阴离子有CrO42-、AlO2—、SiO32—,pH调至4.7,是为了除去其中的AlO2—、SiO32—。
硫酸钠的溶解度随温度的升高,先增大后减小,这一点较特殊,设问较困难。
若给出其溶解度曲线,则可以帮助理解最后两步工艺。
【答案】⑴使反应物接触更充分,加快反应速率△S>0⑵除去溶液中的AlO2—、SiO32—
⑶2CrO42-+2H+
Cr2O72-+H2O⑷红矾钠的溶解度随温度的降低而减小
【小结】学生审题不清(采用冷却结晶的方法析出红矾钠,要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42-转化为Cr2O72-的平衡转化离子方程式,但很多学生不用可逆符号而用等号),概念混淆(不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率,能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率),思考问题的指向不正确(讨论反应能否自发进行应从什么角度思考?
部分学生还不知道),分析问题能力差,化学原理不清,不能正确分析流程图中所包含的化学反应。
【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。
具体实验步骤如下图所示:
根据上述图示,完成下列填空:
(1)明矾石焙烧后用稀氨水浸出。
配制500mL稀氨水(每升含有39。
20g氨)需要取浓氨水(每升含有251.28g氨)__________mL,用规格为_______mL量筒量取。
(2)氨水浸出后得到固体混合体系,过滤,滤液中除K+、SO42-外,还有大量的NH4+。
检验NH4+的方法是_______________________________________________________。
(3)写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。
(4)滤液I的成分是水和______________。
(5)为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量,请完善下列步骤:
①称取钾氮肥试样并溶于水,加入足量______溶液,产生白色沉淀。
②___________、__________、_________(依次填写实验操作名称)。
③冷却、称重。
(6)若试样为mg,沉淀的物质的量为nmol,则试样中K2SO4的物质的量为:
______mol(用含有m、n的代数式表示)。
【解析】
(1)根据稀释前后溶质质量不变得:
0.5L×
39.2g/L=v×
251.28g/L,v=0.078L=78mL。
为了减少误差,最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。
(2)NH4+的检验方法是先将NH4+中加入强碱,使之转化为NH3,然后检验NH3:
用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口,试纸变蓝色,说明有氨气放出,原物质中含有铵根离子。
(3)Al3++3NH3·
H2O===Al(OH)3↓+3NH4+,根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3,所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。
(4)由于明矾石的组成与明矾相似,所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。
(5)混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4,要产生白色沉淀,加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液,以后的操作为:
先将混合液过滤,然后洗涤,最后干燥,冷却后称量。
(6)根据题意有:
174n(K2SO4)+132n[(NH4)2SO4]=mg……①,
再由SO
守恒得:
n(K2SO4)+n[(NH4)2SO4]=nmol……②,n(K2SO4)=
mol。
【答案】
(1)78;
100。
(2)取滤液少许,加入NaOH,加热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
(3)Al(OH)3;
Al2O3;
Fe2O3。
(4)K2SO4;
(NH4)2SO4。
(5)BaCl2;
过滤;
洗涤;
干燥。
(6)
mol。
【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。
工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:
某软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Si(16。
27%)、Fe(5。
86%)、Al(3。
42%)、Zn(2。
68%)和Cu(0。
86%)等元素的化合物。
部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,回答下列问题:
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.。
≥–0.42
≥2.5
≥7
(1)FeSO4在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为
。
(2)滤渣A的主要成分是
。
(3)加入MnS的目的是除去
杂质。
(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应方程式为
(5)从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有
(写两种)。
【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中,准确地提取实质内容,并与已有知识模块整合,重组为新知识模块的能力。
由反应流程可知:
在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+,将Cu氧化成Cu2+,此外溶液中的还有Zn2+和Al3+,当调pH至5。
4时,只有Al(OH)3和Fe(OH)3会完全沉淀,故滤渣A的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3。
加入MnS后因为酸性条件下CuS、ZnS更难溶所以会转化为CuS、ZnS沉淀而除去Cu2+Zn2+。
(1)MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
(2)Fe(OH)3
Al(OH)3
(3)Cu2+
Zn2+(4)MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-(或2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-)
(5)锌、二氧化锰
【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4·
2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料,无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。
以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。
(1)本工艺中所用的原料除CaSO4·
2H2O、KCl外,还需要等原料
(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式:
(3)过滤Ⅰ操作所得固体中,除CaCO3外还含有(填化学式)等物质,该固体可用作生产水泥的原料。
(4)过滤Ⅰ操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。
检验滤液中含有CO32-的方法是:
(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表:
温度(℃)
20
60
K2SO4溶解的量(g)
7。
4
1
18。
60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃,可析出K2SO4晶体g
(6)氯化钙结晶水合物(CaCl2·
6H2O)是目前常用的无机储热材料,选择的依据是
a熔点较低(29℃熔化)b能导电c能制冷d无毒
(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是:
【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题,考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。
从生产流程图可以看出,所需原料除CaSO4·
2H2O、KCl外,还需要氨气、石灰石和水。
硫酸钙是微溶的,碳酸钙是难溶的,因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵,生成的碳酸钙中混有石膏。
碳酸根的检验可用酸化的方法,若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。
硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变,查表可知不同温度下的溶解度,先求出591饱和液中含有的水是500g,在0℃可溶解硫酸钾37g,所以析出晶体54g。
作为储热材料,要求能在室温左右的温度下工作,且对人体无害,故选ad;
绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物,原子利用率高,因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。
(1)CaCO3NH3H2O
(2)CaSO4+CO32-→CaCO3↓+SO42-(3)CaSO4
(4)滤液中滴加盐酸产生气泡(5)54g(6)ad
(7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高,没有有害物质排放到环境中)
【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似,只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求,解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素,充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。
【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜(CuSO4·
5H2O)。
制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)配平在滤液(Ⅲ)中发生反应化学主程式:
____NOx+____H2O+____O2
____HNO3。
(2)写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。
(3)在上述生产过程中,被循环使用的物质是_______________________________。
(4)请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。
将它们的编号填入方框。
(1)NOx中N的化合价为2x,反应前后N化合价变化为5-2x,O2中O化合价变化为4,初步配平为4NOx+H2O+(5-2x)O2→HNO3,再配平其他物质的化学计量数得:
4NOx+2H2O+(5-2x)O2
4HNO3;
(2)发生的有关的化学方程式为:
(5-2x)Cu+(12-4x)HNO3
(5-2x)Cu(NO3)2+2NOx+(6-2x)H2O……①、
4HNO3……②、
Cu(NO3)2+H2SO4
CuSO4+2HNO3……③,
①+②÷
2+③×
(5-2x),得:
(5-2x)Cu+O2+(5-2x)H2SO4
(5-2x)CuSO4+(5-2x)H2O,
化简得2Cu+O2+2H2SO4
2CuSO4+2H2O;
(3)要提供O2,可用排空气法,即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气;
消除氮的氧化物用B装置,一个导气管通氮的氧化物,一个导气管通空气,另一个导气管导出多余的空气。
由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜,拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜,延伸到化工生产硫酸铜,再回归到实验室模拟化工生产过程。
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2OCu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
SO2+2HNO3(浓)==H2SO4+2NO2Cu(NO3)2+H2SO4==CuSO4↓+2HNO3(应用侯氏制碱法的生产原理)4NO2+O2+2H2O==4HNO3把方程式进行加合,可得总反应方程式:
2Cu+O2+2H2SO4
2CuSO4+2H2O
在模拟化工生产过程时,又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。
答案:
(1)2Cu+O2+2H2SO4
2CuSO4+2H2O
(2)HNO3(3)B、A。
【例6】工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。
以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。
①KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。
其消毒原理与下列物质相同的是_____(填代号)。
a.84消毒液(NaClO溶液)b.双氧水c.苯酚d.75%酒精
②高锰酸钾保存在棕色试剂瓶,下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_____(填代号)。
a.浓硝酸b.硝酸银c.氯水d.烧碱
③上述流程中可以循环使用的物质有、(写化学式)。
④若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则1molMnO2可制得molKMnO4。
⑤该生产中需要纯净的CO2气体。
若实验室要制备纯净的CO2,所需试剂最好选择(选填代号)。
a.石灰石b.稀HClc.稀H2SO4d.纯碱
所需气体发生装置是_____________(选填代号)。
⑥操作Ⅰ的名称是;
操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在(填性质)上的差异,采用(填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。
【解析】高锰酸钾又名灰锰氧,是+7价锰最重要的化合物,也是最重要和最常用的氧化剂之一。
本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景,着重考察了基本化学实验知识,本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。
(1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物,它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用,类似84消毒液(NaClO溶液)、双氧水,而苯酚、酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。
(2)试剂保存方法源于试剂的性质,见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。
浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂,都保存在棕色试剂瓶中。
(3从流程图中不难发现,由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4,所以MnO2可以部分循环;
母液成分主要是K2CO3,通过加入石灰,产生KOH也可以循环利用。
(4)本小题考察学生对制备原理的理解。
一种方法是写出各步反应,通过物质的量的关系得出;
另外,从流程中也可看出,Mn元素损失发生在KMnO4歧化这一步,通过电子得失守恒,1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.
(5)本题主要考察有关气体制取实验原理和装置,气体发生装置取决于气体制备原理。
题目中关键词“纯净”,所以要选用纯碱和稀硫酸,发生装置就只能相应选择A。
(6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。
操作Ⅰ是分离不溶物MnO2,所以是过滤;
操作Ⅱ从两物质性质上分析,都可溶,故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离,但考虑到KMnO4易受热分解,要得到KMnO4粗晶体,只能蒸发浓缩结晶。
(1)ab
(2)d(3)MnO2;
KOH(4)2/3(5)cd;
A;
(6)过滤;
溶解度;
浓缩结晶
[小结]结合本题系统复习拓展介绍KMnO4作为氧化剂在不同介质条件下被还原的产物,也可以拓展到电解法制备高锰酸钾的工艺流程。
本专题考查考生将工艺流程与化学原理融合的能力。
学生之所以怕无机化工信息题往往是被陌生情景和专业术语吓倒,或者是因不能完全理解流程图的含义而无从下手。
解题时首先要粗读试题,尽量弄懂流程图。
图中一般会出现超纲知识,但题目中蕴涵了提示或者提问时不涉及,所以一定要关注题目的每一个字眼,尽量弄懂流程图但不必要将每一个物质都推出,问什么推什么。
其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。
在答题时应注意前后问题往往没有联带效应,即前一问不能回答没关系,不影响后面回答问题。
遇到做不出来的问题要及时放弃,以免影响其他问题的作答。
最后,作答时一定要看清所提问题,不能答非所问,注意语言表达的科学性。
练习
1.减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。
我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2,制备硫酸锰的生产流程如下:
浸出液的pH<2,其中的金属离子主要是Mn2+,还含有少量的Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+等其他金属离子。
有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表,阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。
离子
离子半径(pm)
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe2+
74
7.6
Fe3+
64
2.7
3.7
Al3+
50
3.8
4.7
Mn2+
80
8.3
9.8
Pb2+
121
8.0
8.8
Ca2+
99
-
已知PbO2的氧化性大于MnO2。
请回答下列问题:
⑴写出浸出过程中主要反应的化学方程式▲,氧化过程中主要反应的离子方程式▲。
⑵在氧化后的液体中加入石灰浆,用于调节pH,pH应调节至▲。
⑶阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。
决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是▲(填写序号)。
a.溶液的pHb.金属离子的电荷c.金属离子的半径d.吸附时间
⑷操作a包括▲等过程。
2.重铬酸钾(K2Cr2O7)是工业生产和实验室的重要氧化剂。
实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿(主要成份为FeO·
Cr2O3)、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠(Na2CrO4),涉及的主要反应是6FeO·
Cr2O3+24NaOH+7KClO3
12Na2CrO4+3Fe2O3+7KCl+12H2O,然后将铬酸钠转化为K2Cr2O7。
其主要工艺如下:
(1)在反应器①中,有Na2CrO4生成,同时Fe2O3转变为NaFeO2,杂质SiO2、Al2O3与纯碱反应转变为可溶性盐,写出氧化铝与碳酸钠反应的化学方程式:
(2)NaFeO2能强烈水解,在操作②生成沉淀而除去,写出该反应的化学方程式:
(3)操作③的目的是什么,用简要的文字和化学方程式说明:
(4)操作④中,酸化时,CrO42-转化为Cr2O72-,写出平衡转化的离子方程式:
(5)称取重铬酸钾试样2.5000g配成250mL溶液,取出25.00mL于碘量瓶中,加入10mL2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+),放于暗处5min,然后加入100mL水,加入3mL淀粉指示剂,用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。
①判断达到滴定终点的依据是:
;
②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL,则所得产品中的重铬酸钾的纯度为(设K2Cr2O7的摩尔质量为294g·
mol-1,整个过程中其它杂质不参与反应)。
3、工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:
(1)沉淀C的化学式为________,该物质除了用于金属冶炼以外,还可用作________。
(2)电解熔融的氧化铝时,加入冰晶石的作用是________________。
(3)操作I、操作II、操作III都是________________(填操作名称),实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在________________装置中进行。
(4)生产过程中,除NaOH、H2O可以循环使用外,还可以循环使用的物质有________(填化学式)。
用此法制取铝的副产品是________(填化学式)。
(5)写出Na2CO3溶液与CaO反应离子方程式:
__________________________________。
(6)若铝土矿中还含有二氧化硅,此生产过程中得到的氧化铝将混有杂质:
________(填化学式)。
4.现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体(CuCl2·
2H2O),为制取纯净的CuCl2·
2H2O,首先将其制成水溶液,然后按下图所示步骤进行提纯:
已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性,要将溶液中的Cu2+、Fe2+、Fe3+沉淀为氢氧化物,需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。
(1)本实验最适合的氧化剂X是__________
A.K2Cr2O7B.NaClOC.H2O2D.KMnO4
(2)物质Y不可以是___________
A.CuOB.CuCl2C.Cu(OH)2D.CuCO3
(3)除去Fe3+的有关离子方程式是(物质Y在
(2)中选择合适的选项):
________________________________________________________________
(4)加入氧化剂的目的是____________________________________________________。
(5)最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·
2H2O?
__________(填“能”或“不能”)。
如不能,应如何操作?
(如能,此空不填)________________________________________________。
5.碘酸钾是一种白色结晶粉末,无臭无味,酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂,与氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用,被还原为单质碘,在碱性介质中,碘酸钾能被氯气、次氯酸盐等氧
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