届高考化学三轮大题强化特训《工业流程十六》.docx
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届高考化学三轮大题强化特训《工业流程十六》
2020届高考化学三轮大题强化特训-《工业流程(十六)》
1硼镁泥是一种工业废料,主要成分是MgO(占40%),还有CaO、MnO2、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁可用于印染、造纸、医药等工业。
从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如下:
根据题意回答下列问题:
(1)实验中需用1mol·L-1的硫酸800mL,若用18.4mol·L-1的浓硫酸来配制,量取浓硫酸时,需使用的量筒的规格为________。
A.10mL B.20mLC.50mLD.100mL
(2)加入的NaClO可与Mn2+反应:
Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl-,还有一种离子也会被NaClO氧化,该反应的离子方程式为___________________。
(3)滤渣中除含有Fe(OH)3、Al(OH)3外,还有______________________。
(4)在“除钙”前,需检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法:
__________________。
(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度(g/100gH2O)如下表:
温度/℃
物质
40
50
60
70
MgSO4
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明操作步骤:
____________________________________________。
“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩,冷却结晶,________,便得到了MgSO4·7H2O。
(6)实验中提供的硼镁泥共100g,得到的MgSO4·7H2O为172.2g,则MgSO4·7H2O的产率为________。
【答案】
(1)D
(2)2Fe2++ClO-+2H+===2Fe3++Cl-+H2O(3)MnO2、SiO2
(4)取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变血红色,则说明滤液中不含Fe3+,如果溶液变血红色,则说明滤液中含Fe3+
(5)蒸发浓缩,趁热过滤 过滤(或过滤、洗涤)(6)70%
【解析】
(1)实验中需用1mol·L-1的硫酸800mL,则配制时需用1000mL的容量瓶配成1000mL溶液。
设需要18.4mol·L-1的浓硫酸的体积为VmL,则18.4mol·L-1×V×10-3L=1mol·L-1×1L,解得V=54.3。
故需使用的量筒的规格为100mL。
(2)硫酸酸解得到的溶液中含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Ca2+等金属离子,加入NaClO,Fe2+也会被氧化,离子方程式为2Fe2++ClO-+2H+===2Fe3++Cl-+H2O。
(3)滤渣中还含有不溶于硫酸的SiO2及氧化生成的MnO2。
(4)加入KSCN溶液,检验Fe3+是否被除尽。
(5)MgSO4的溶解度受温度影响大,而CaSO4的溶解度受温度影响小,故选择蒸发浓缩,趁热过滤的方法除去CaSO4。
“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,便得到了MgSO4·7H2O。
(6)根据关系式:
MgO~MgSO4·7H2O,MgSO4·7H2O的理论产量为100g×40%×
=246g,故MgSO4·7H2O的产率为
×100%=70%。
2计算机记忆材料生产中产生大量的钌废料,一种从钌废料[含Ru(OH)3、FeO、MnO、SiO2及少量的Au]中合成六氯钌酸铵[(NH4)2RuCl6]的流程如下:
回答下列问题
(1)(NH4)2RuCl6中Ru的化合价为___________。
(2)滤渣1的成分是_______________。
(3)加入CrO3发生反应的离子方程式为___________________________________。
(4)已知几种金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表,调pH时,应调整的pH范围为_________。
金属离子
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Fe3+
1.8
3.2
Cr3+
4.6
5.9
Fe2+
5.8
11.2
Mn2+
8.8
10.9
Ru3+
7.9
11.3
(5)加入NaClO后,Mn以MnO2的形式沉淀而除去,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
(6)氨化时发生反应的化学方程式为__________________________。
(7)氨化时,投料比
对(NH4)2RuCl6产率的影响如图所示:
(NH4)2RuCl6的产率在
为4:
1后降低,其原因可能是_______________。
(8)已知钌废料中钌含量为53%,氨化时产率为91%,其余步骤损失率合计为11%,则2吨钌废料可制得(NH4)2RuCl6________Kg。
【答案】
(1)+4(1分)
(2)SiO2(1分)
(3)CrO3+3Fe2++6H+=Cr3++3Fe3++3H2O(2分)
(4)5.9≤pH<7.9(1分)(5)1:
1(1分)
(6)2RuCl3+Cl2+4NH3+4HCl=2(NH4)2RuCl6(2分)
(7)
后,Cl2过量,Cl2把Ru4+氧化成更高价(2分)(8)2975(2分)
【解析】
(1)化合物的整体化合价为0,根据化合价分析得到Ru为+4。
(2)钌废料中与浓盐酸不反应的只有SiO2,所以滤渣1的成分是SiO2。
(3)CrO3氧化Fe2+,配平后离子方程式为CrO3+3Fe2++6H+=Cr3++3Fe3++3H2O。
(4)调pH时,主要目的是除去Cr3+、Fe3+,根据表中离子沉淀的pH,应调整的pH范围为5.9≤pH<7.9。
(5)加入NaClO后,主要是锰离子与次氯酸根反应,其发生的离子反应为H2O+ClO-+Mn2+=Cl-+MnO2↓+2H+,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:
1。
(6)氨水生成(NH4)2RuCl6,配平后得2RuCl3+Cl2+4NH3+4HCl=2(NH4)2RuCl6。
(7)
后,Cl2过量,可能是Cl2把Ru4+氧化成更高价。
(8)m[(NH4)2RuCl6]=
=2975Kg。
3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菱锰矿石主要成分是MnCO3,还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素;
②常温下,CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11
③相关金属离子c(Mn+)=0.1mol/L形成氯氧化物沉淀时的pH如下:
金属离子
Al3+
Fe3+
Fe2+
Ca2+
Mn2+
Mg2+
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.3
10.6
8.8
9.6
沉淀完全的pH
5.2
2.8
8.3
12.6
10.8
11.6
回答下列问题:
(1)“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为______________________。
(2)分析下列图1、图2,氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是:
焙烧温度_________,氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为_________。
(3)浸出液“净化除杂”过程如下:
首先加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式______;然后调节溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全,此时溶液的pH范围为_________。
再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,当c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L时,c(Mg2+)=______mol/L
(4)碳化结晶时,发生反应的离子方程式为____________________________。
(5)流程中能循环利用的固态物质是____________。
【答案】
(1)MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O(2分)
(2)500℃(1分)1.10(1分)
(3)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O(2分)5.2≤pH<8.8(1分)5×10-6(2分)
(4)Mn2++2HCO3-
MnCO3↓+CO2↑+H2O(2分)(5)NH4Cl(1分)
【解析】
(1)根据流程,菱镁矿粉与氯化铵混合研磨后焙烧得到氨气、二氧化碳和Mn2+,主要化学反应方程式为:
MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O;
(2)由图可知,锰的浸出率随着焙烧温度、氯化铵与菱镁矿粉的质量之比、焙烧时间增大而提高,到500℃、1.10、60min达到最高,再增大锰的浸出率变化不明显,故氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是焙烧温度500℃,氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为1.10;(3)浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+,加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+:
MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;然后调节溶液pH使Fe3+、A13+沉淀完全,同时不使Mn2+沉淀,根据表可知调节溶液pH范围5.2≤pH<8.8,再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,已知:
CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10-10、7.42×10-11,当c(Ca2+)=1.0×10-5mo1•L-1时,c2(F-)=
=1.46×10-5mol/L,c(Mg2+)=
=5.0×10-6mol/L;(4)净化液的成分主要含有MnCl2,碳化结晶时,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-
MnCO3↓+CO2↑+H2O;(5)根据分析和流程可知,可以循环使用的固体物质是NH4Cl。
4利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如下:
已知:
①硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+。
②常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下:
阳离子
Fe3+
Mg2+
Al3+
Cr3+
沉淀完全时的pH
3.7
11.1
5.4(>8溶解)
9(>9溶解)
(1)实验室用18.4mol·L-1的浓硫酸配制480mL2mol·L-1的硫酸,需量取浓硫酸_______________mL;配制时所用玻璃仪器除量筒、烧杯和玻璃棒外,还需__________________________________________。
(2)H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3+转化为Cr2O72-,写出此反应的离子方程式:
_______________________。
(3)加入NaOH溶液使溶液呈碱性,既可以除去某些杂质离子,同时又可以将Cr2O72-转化为____________(填微粒的化学式)
(4)钠离子交换树脂的反应原理为:
Mn++nNaR=MRn+nNa+,则利用钠离子交换树脂可除去滤液Ⅱ中的金属阳离子有__________________。
(5)写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的离子方程式:
__________________________________________________________________。
(6)沉淀滴定法是测定粒子浓度的方法之一,为了测定某废水中SCN-浓度,可用标准AgNO3溶液滴定待测液,已知:
银盐性质
AgCl
AgI
AgCN
Ag2CrO4
AgSCN
颜色
白
黄
白
砖红
白
Ksp
1.8×10-10
8.3×10-17
1.2×10-16
3.5×10-11
1.0×10-12
滴定时可选为滴定指示剂的是_____________(选填编号),滴定终点现象是____________________________。
A.NaClB.K2CrO4C.KID.NaCN
【答案】
(1)54.3(1分)500mL容量瓶、胶头滴管(1分)
(2)2Cr3++3H2O2+H2O=Cr2O72-+8H+(2分)
(3)CrO42-(1分)(4)Mg2+、Ca2+(1分)
(5)2CrO42-+3SO2+12H2O=2Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO42-+2OH-(2分)
(6)B(1分)当滴入最后一滴标准液时,沉淀由白色变为砖红色,且半分钟内沉淀颜色不再改变(2分)
【解析】
(1)根据“大而近”的原则,配制480mL溶液应选用500mL容量瓶。
根据c(浓溶液)V(浓溶液)=c(稀溶液)V(稀溶液),18.4mol/LV(浓H2SO4)=2mol/L
500mL,解得V(浓H2SO4)=54.3mL,需要量取浓硫酸54.3mL。
配制的实验步骤为:
计算→量取→稀释→冷却→转移→洗涤→初步振荡→定容→摇匀→装瓶贴标签,配制时所用的玻璃仪器除量筒、烧杯和玻璃棒外,还需500mL容量瓶、胶头滴管。
(2)H2O2将Cr3+氧化成Cr2O72-,H2O2被还原,反应可写成H2O2+Cr3+→Cr2O72-,根据得失电子守恒配平为3H2O2+2Cr3+→Cr2O72-,结合原子守恒、电荷守恒以及滤液I呈酸性,H2O2将Cr3+氧化的离子方程式为3H2O2+2Cr3++H2O=Cr2O72-+8H+。
(3)根据各金属阳离子形成沉淀的pH,加入NaOH溶液调pH=8,将Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去;同时将Cr2O72-转化为CrO42-,反应可表示为Cr2O72-+2OH-=2CrO42-+H2O。
(4)加入NaOH溶液调pH=8除去了浸取液中的Fe3+和Al3+,根据浸取液中含有的金属阳离子,利用钠离子交换树脂除去滤液II中的金属阳离子为Mg2+、Ca2+。
(5)根据流程加入SO2将CrO42-还原为Cr(OH)(H2O)5SO4,SO2被氧化成SO42-,反应可写成SO2+CrO42-→Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO42-,S元素的化合价由+4价升至+6价,Cr元素的化合价由+6价降至+3价,根据得失电子守恒配平为3SO2+2CrO42-→2Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO42-,结合原子守恒、电荷守恒和溶液呈碱性,写出离子方程式为3SO2+2CrO42-+12H2O=2Cr(OH)(H2O)5SO4↓+SO42-+2OH-。
(6)A项,若选择NaCl作指示剂,AgCl、AgSCN的颜色都是白色,无法判断滴定终点;B项,若选用K2CrO4作指示剂,Ksp(Ag2CrO4)
Ksp(AgSCN),滴入AgNO3先与SCN-形成沉淀,当SCN-沉淀完全,滴入一滴AgNO3溶液与K2CrO4产生砖红色沉淀,可判断滴定终点;C项,若选用KI作指示剂,Ksp(AgI)
Ksp(AgSCN),AgSCN与AgI类型相同,更易形成AgI沉淀,无法判断滴定终点;D项,若选用NaCN作指示剂,由于Ksp(AgCN)
Ksp(AgSCN),AgSCN与AgCN类型相同,更易形成AgCN沉淀,且AgCN、AgSCN的颜色都是白色,无法判断滴定终点;综上所述,选用K2CrO4作为指示剂,答案选B。
终点实验现象为:
当滴入最后一滴标准液时,沉淀由白色变为砖红色,且半分钟内沉淀颜色不再改变。
52019年诺贝尔化学奖授予在开发锂离子电池方面做出卓越贡献的三位化学家。
利用处理后的废旧锂离子电池材料(主要成分为Co3O4,还含有少量铝箔、LiCoO2等杂质)制备CoO,工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)Co元素在元素周期表中的位置___________。
(2)废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于锂在正极回收的原因是___________;提高“碱浸”效率的措施有____________________________(至少写两种)。
(3)不同浸出剂“酸溶”结果如表:
浸出剂
浸出液化学成分/(g•L-1)
钴浸出率/%
Co
Al
(a)HCl
80.84
5.68
98.4
(b)H2SO4
65.0
6.22
72.3
(c)H2SO4+Na2S2O3
84.91
5.96
98.0
①浸出剂(a)的钴浸出率最高,而实际工艺中一般不选用浸出剂(a)的原因是____________________。
②温度越高浸出反应速率越快,所以“酸溶”一般选用较高的温度。
据此你选择的浸出剂是___________(填序号),理由是_______________________________。
③从氧化还原角度分析,还原等物质的量的Co3O4,需要___(填“H2O2”或“Na2S2O3”)物质的量更少。
④综上分析,写出最合适的浸出剂与Co3O4反应的化学方程式____________________。
(4)已知:
Ksp[Co(OH)2]=1.0×10-15,Ksp(Li2CO3)=1.7×10-3,Ksp(CoCO3)=1.5×10-13。
若滤液2中Co2+含量为5.9×10-2g•L‑1,计算判断“沉碳酸钴”应调节pH不高于________。
【答案】
(1)第四周期第VIII族(1分)
(2)放电有利于Li+向正极移动并进入正极材料(1分)
粉碎、适当增大NaOH溶液的浓度(或适当升高温度等)(1分)
(3)①有Cl2生成,污染空气(1分)②(c)(1分)
Co3O4能氧化Cl-,生成有污染性的氯气,而Na2S2O3在溶液中受热影响小,因此选择(c)效果优于前者(2分)③Na2S2O3(1分)
④4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O(2分)(4)8.0(2分)
【解析】
(1)Co原子序数是27,核外电子排布式为[Ar]3d74s2,位于第四周期第VIII族;
(2)原电池放电时,电解质溶液中阳离子由负极移向正极,所以废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于Li+向正极移动并进入正极材料;提高浸取率的措施有固体粉碎、玻璃棒搅拌、适当升高浸取液的温度和增大浸取液的浓度等;(3)①因Co3O4有较强氧化性,能氧化溶液里的Cl-,生成的氯气对环境有污染,发生反应的离子方程式为Co3O4+2Cl-+8H+=3Co2++Cl2↑+4H2O;②根据表中不同浸出剂“酸溶”实验结果可知,使用HCl或H2SO4+Na2S2O3时浸出液化学成分中Co的含量高、钴浸出率也较高,Co3O4有较强氧化性,在酸性条件下氧化S2O32-生成SO42-,但Co3O4也能氧化Cl-,生成有污染性的氯气,不符合绿色化学理念,所以综合考虑应选择的浸出剂是H2SO4+Na2S2O3,即(c);③Co3O4~Co2+~2e-,H2O2~O2~2e-,Na2S2O3~2Na2SO4~4e-,若还原1molCo3O4,则转移电子2mol,被氧化的H2O2的物质的量为1mol、被氧化的Na2S2O3的物质的量为0.5mol,所以还原等物质的量的Co3O4,需要Na2S2O3的物质的量更少;④综上考虑,最合适的浸出剂为H2SO4+Na2S2O3,根据电子守恒和原子守恒配平、写出的反应的化学方程式4Co3O4+Na2S2O3+11H2SO4=12CoSO4+Na2SO4+11H2O;(4)若滤液2中含Co2+为5.9×10-2g•L-1,c(Co2+)=
•L1=10-3mol/L,且Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+)×c2(OH-)=1.0×10-15,则恰好转化为Co(OH)2时溶液中c(OH-)=
mol/L=10-6mol/L,c(H+)=10-8mol/L,此时溶液pH=8.0,即“沉碳酸钴“应控制pH不高于8.0。
6高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。
湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示:
湿法
强碱性介质中,Fe(NO3)3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法
Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物
(1)工业上用湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的流程如图所示:
①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是:
_____________________________。
②反应II的离子方程式为________________________________。
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌,又能净水,是一种理想的水处理剂.它能消毒杀菌是因为_____________________它能净水的原因是____________________________。
(2)由流程图可见,湿法制备高铁酸钾时,需先制得高铁酸钠,然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液,即可析出高铁酸钾。
①加入饱和KOH溶液的目的是:
________________________。
②由以上信息可知:
高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠____(填“大”或“小”)。
(3)干法制备K2FeO4的反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比________
【答案】
(1)①减少高铁酸钾的溶解损失(1分)
②3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O(2分)
③高铁酸钾具有强氧化性(1分)高铁酸钾的还原产物水解生成氢氧化铁胶体,具有吸附性,可以净水(2分)
(2)①增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出(2分)②小(1分)
(3)3:
1(2分)
【解析】
(1)①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是减少高铁酸钾的溶解损失;②反应II是在强碱性介质中,Fe(NO3)3与NaClO反应生成氯离子、高铁酸根,其离子方程式为3ClO-+10OH-+2Fe3+=2FeO42-+3Cl-+5H2O;③高铁酸钾在水中能消毒杀菌是因为高铁酸钾中铁处于+6价,化合价易降低,因此具有强氧化性,它能净水的原因是高铁酸钾的还原产物铁离子水解生成氢氧化铁胶体,具有吸附性,可以净水;
(2)①向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液,即可析出高铁酸钾,利用平衡移动原理分析;(3)干法制备K2FeO4的反应是Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物,利用化合价升降分析。
7钨是我国丰产元素.科研专家经过长期勘测评审,于2016年元月确认江西省浮梁县存在着世界上最大的钨矿.从而进一步确立了江西省“世界钨都”的地位.自然界中钨有部分是以钨
价
酸盐的形式存在.黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐
、
含有
、
等杂质.现用黑钨矿制备金属钨的流程图如下:
说明:
a:
反应
是在高温熔融下进行的,烧结物成分为:
、
、
、
、
b:
生成
的反应为:
c:
在pH值
的热溶液中,用盐酸沉淀出钨酸与杂质分离,灼烧后即为三氧化钨
回答下列问题:
写出烧结物中生成
的化学反应方程式:
______,生成
与生成
所发生的反应原理相同,请写出生成
的化学反应方程式:
______.
操作3需要用到玻璃仪器的有:
______.
通入足量
时发生的离子反应方程式为:
______、______.
上述流程最后步骤中钨的制备属于工业冶炼金属的何种方法______.
我国钨化学研究的奠基人顾翼东先生采用另外的反应制得了一种黄色的、非整比的钨的氧化物
,这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原得优点.一般认为,蓝色
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- 工业流程十六 高考 化学 三轮 强化 工业 流程 十六