届鲁科版 化学工艺流程试题的突破方略 练习题.docx
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届鲁科版化学工艺流程试题的突破方略练习题
化学工艺流程试题的突破方略
1.过氧化钙微溶于水,溶于酸,可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。
以下是一种制备过氧化钙的实验方法。
回答下列问题:
过氧化钙的制备
CaCO3
滤液
过滤,白色结晶
(1)步骤①的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此时溶液呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。
将溶液煮沸,趁热过滤。
将溶液煮沸的作用是_________。
(2)步骤②中反应的化学方程式为_______________________________
________________________________________________________________,
该反应需要在冰浴下进行,原因是_____________________。
(3)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是________________________________________________________________。
(4)制备过氧化钙的另一种方法是:
将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。
该工艺方法的优点是________________________,
产品的缺点是________。
【解析】
(1)步骤①中逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,该固体为CaCO3,溶液中含有CaCl2,由于溶解了生成的CO2,溶液呈弱酸性。
将溶液煮沸,可排出溶解的CO2,防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。
(2)滤液中含有CaCl2,加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应,经过滤得到白色晶体(CaO2),结合元素守恒推知步骤②中反应还生成NH4Cl和H2O,化学方程式为CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2===CaO2↓+2NH4Cl+2H2O。
H2O2不稳定,受热易分解生成H2O和O2,故该反应在冰浴条件下进行,其目的是防止H2O2受热分解。
(3)过氧化钙微溶于水,能溶于酸,白色结晶(CaO2)可依次使用蒸馏水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。
(4)将石灰石煅烧后,直接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。
与第一种方法相比,其优点是工艺简单、操作方便;产品的缺点是纯度较低。
【答案】
(1)酸 除去溶液中的CO2
(2)CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2O===CaO2·8H2O↓+2NH4Cl或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2===CaO2↓+2NH4Cl+2H2O 温度过高时双氧水易分解 (3)去除结晶表面水分 (4)工艺简单、操作方便 纯度较低
2.(2018·长郡中学学生选拔考试)某工厂对工业污泥中的铬元素回收与再利用的工艺如图(已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3+,其次是少量的Fe2+、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+):
部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示:
阳离子
Fe3+
Fe2+
Mg2+
Al3+
Cr3+
开始沉淀
时的pH
1.9
7
—
—
—
沉淀完全
时的pH
3.2
9
11.1
8
9(>9溶解)
(1)实验室用98%(密度为1.84g·cm-3)的浓硫酸配制200mL4.8mol·L-1的硫酸溶液,配制时需要量取98%的浓硫酸的体积为____________mL(保留小数点后一位小数),所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外,还需____________。
(2)过滤操作时,需要对沉淀进行洗涤,洗涤沉淀的方法是
________________________________________________________________。
(3)加入H2O2的作用一方面是氧化+3价Cr使之转变成+6价Cr(CrO
或Cr2O
),以便于与杂质离子分离;另一方面是_____________________________。
(用离子方程式表示)
(4)调节溶液的pH=8除去的杂质离子是________。
(5)钠离子交换树脂的原理为Mn++nNaR―→MRn+nNa+,被交换的杂质离子是________。
(6)通SO2气体时,还原过程发生以下反应(填写缺项物质并配平):
______Na2Cr2O7+________SO2+________ ________===________Cr(OH)(H2O)5SO4+________Na2SO4。
【解析】
(1)由于实验室中没有200mL的容量瓶,故配制200mL4.8mol·L-1的硫酸溶液时需要用250mL的容量瓶,根据题中数据可求出浓硫酸的物质的量浓度为
mol·L-1=18.4mol·L-1,设配制该硫酸溶液时需要量取的浓硫酸的体积为V,则18.4mol·L-1×V=4.8mol·L-1×250mL,解得V≈65.2mL。
(3)加入H2O2不仅能氧化Cr3+,还能将Fe2+氧化成Fe3+:
2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(4)根据表格中数据可知当调节溶液的pH=8时,Al3+和Fe3+均完全转化成沉淀除去。
(5)根据硫酸浸取液中含有Cr3+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+及题给流程图可知,被交换的杂质离子应为Ca2+和Mg2+。
(6)根据得失电子守恒和原子守恒可配平该反应的化学方程式。
【答案】
(1)65.2 250mL容量瓶、胶头滴管
(2)沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水,至刚好浸没沉淀物,等蒸馏水自然流尽后,再重复操作2~3次
(3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(4)Fe3+、Al3+
(5)Ca2+、Mg2+
(6)1 3 11 H2O 2 1
3.氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。
纯化工业级氧化锌[含有Fe2+、Mn2+、Ni2+等杂质]的流程如下:
工业ZnO
浸出液
滤液
滤液
滤饼
ZnO
提示:
在本实验条件下,Ni2+不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。
回答下列问题:
(1)反应②中除掉的杂质离子是____________,发生反应的离子方程式为________________________________________________________________;
在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是_____________
________________________________________________________________。
(2)反应③的反应类型为________,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有________。
(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是___________________
________________________________________________________________。
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。
取干燥后的滤饼11.2g,煅烧后可得到产品8.1g,则x等于________。
【解析】 从分析整个流程图入手,明确每步发生的反应,从而解决相关问题。
(1)在反应②中,通过调节溶液的pH,高锰酸钾能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,将Mn2+氧化为MnO2而除去;若开始溶液的pH过低,Fe2+、Mn2+将很难生成沉淀而除去。
(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2+、Ni2+、H+等,加入锌后可将Ni置换出来,故滤渣中还含有金属镍。
(3)反应④生成的沉淀为ZnCO3,同时生成Na2SO4,若沉淀未洗涤干净,洗涤液中应含有SO
和Na+,故只要对洗涤液中是否含有SO
进行检验即可。
(4)煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH)2均发生分解反应生成ZnO,根据关系式ZnCO3·xZn(OH)2~(x+1)ZnO,可得
=
,故x=1。
【答案】
(1)Fe2+和Mn2+ MnO
+3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2MnO
+3Mn2++2H2O===5MnO2↓+4H+ 铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质
(2)置换反应 镍
(3)取少量水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净 (4)1
4.合成氨是将空气变成“面包”的反应。
某合成氨厂为了综合利用另一生产过程中的副产品CaSO4,设计了以下制备(NH4)2SO4的工艺流程:
(1)煤的气化是生产合成氨原料气的重要方法,若ag焦炭与足量水蒸气反应,放出QkJ的热量,则该反应的热化学方程式为_________________________。
(2)合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。
在实际生产中,为了提高氢气的转化率而采取的措施是________(填序号)。
A.降低温度 B.升高温度 C.增大压强
D.减小压强 E.及时移出氨
(3)沉淀池中生成了碳酸钙,该反应能够发生的原因是
________________________________________________________________。
(4)提纯滤液以获得(NH4)2SO4晶体,必要的操作步骤是________(填序号)。
A.萃取 B.蒸发浓缩 C.冷却结晶 D.蒸馏
(5)该生产过程中可以循环使用的物质X是________(填化学式)。
【解析】
(1)ag焦炭与足量水蒸气反应,放出QkJ的热量,则12g焦炭完全反应放出的热量是
kJ。
(2)提高氢气的转化率即要使平衡正向移动,该反应是气体体积减小的放热反应,则增大压强可以提高氢气的转化率,移去生成物也可以,但不能降低温度,因为实际生产中要考虑催化剂的催化效果。
(3)NH3和CO2通入溶液中可以生成(NH4)2CO3,而CaSO4微溶,CaCO3难溶,所以CaSO4可转化为CaCO3。
(4)(NH4)2SO4易溶于水,从其盐溶液中分离出(NH4)2SO4的方法是蒸发结晶。
(5)沉淀池中的CaCO3经过高温煅烧后得到生石灰和CO2,CO2可循环使用。
【答案】
(1)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH=-
kJ·mol-1
(2)CE
(3)生成的CaCO3溶解度小于CaSO4,有利于反应向正反应方向进行
(4)BC
(5)CO2
5.过氧化钙(CaO2)难溶于水,常温下稳定,在潮湿空气及水中缓慢分解放出氧气,因而广泛应用于渔业、农业、环保等许多方面。
如图所示是以大理石(主要杂质是氧化铁)为原料制取过氧化钙(CaO2)的流程。
生成氢氧化物的pH:
难溶电解质
溶度积Ksp
开始沉淀时pH
沉淀完全时pH
Fe(OH)2
1.30×10-33mol3·L-3
7.6
9.6
Fe(OH)3
2.64×10-39mol4·L-4
1.5
3.2
请回答下列问题:
(1)操作①应包括下列操作中的________(填字母)。
A.溶解 B.过滤 C.蒸馏 D.分液
E.蒸发结晶
(2)用氨水调节pH至8~9的目的:
______________________________。
(3)若测得滤液C中c(CO
)=10-3mol·L-1,则Ca2+________(填“是”或“否”)沉淀完全。
[已知[Ca2+]≤10-5mol·L-1可视为沉淀完全;Ksp(CaCO3)=4.96×10-9mol2·L-2]
(4)操作②是在低温下,往过氧化氢浓溶液中投入无水氯化钙进行反应,写出该反应的化学方程式:
____________________________;一段时间后,再加入氢氧化钠溶液,当调节溶液pH至9~11才出现大量沉淀,用简要的文字解释需用氢氧化钠调节pH至9~11的原因:
________________________________
________________________________________________________________。
【解析】
(1)操作①加盐酸溶解碳酸钙,最后蒸发结晶得到纯净的CaCl2·2H2O晶体。
(2)在滤液A中加氨水,调节pH至8~9的目的是使Fe3+全部转化为Fe(OH)3沉淀。
(3)根据碳酸钙的溶度积表达式:
Ksp(CaCO3)=[Ca2+]·[CO
],[Ca2+]=
=
mol·L-1=4.96×10-6mol·L-1<10-5mol·L-1,认为Ca2+沉淀完全。
(4)在无水CaCl2中加入H2O2,生成CaO2,反应的化学方程式为CaCl2+H2O2CaO2+2HCl。
反应一段时间后加入NaOH调节溶液pH至9~11,目的是使反应向右移动,从而生成CaO2沉淀。
【答案】
(1)AE
(2)除去Fe3+
(3)是
(4)CaCl2+H2O2CaO2+2HCl 加入NaOH溶液使上述反应向正反应方向移动,有利于CaO2沉淀的生成
6.(2017·济宁二模)碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池,其构造如图所示。
碱性锌锰电池构造
放电时总反应为Zn+2H2O+2MnO2===Zn(OH)2+2MnOOH。
从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO2的工艺如下:
回答下列问题:
(1)“还原焙烧”过程中,高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质(其中MnOOH、MnO2被还原成MnO),主要原因是“粉料”中含有________。
(2)“净化”是为了除去浸出液中的Fe2+,方法是:
加入________(填化学式)溶液将Fe2+氧化为Fe3+,再调节pH使Fe3+完全沉淀。
已知浸出液中Mn2+、Zn2+的浓度约为0.1mol·L-1,根据下列数据计算,调节pH的合理范围是________至________。
化合物
Mn(OH)2
Zn(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10-13mol3·L-3
10-17mol3·L-3
10-38mol4·L-4
(离子浓度小于1×10-5mol·L-1即为沉淀完全)
(3)“电解”时,阳极的电极反应式为__________________。
本工艺中应循环利用的物质是________(填化学式)。
(4)若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤,滤液的主要成分是ZnCl2和MnCl2。
“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为____________________。
(5)某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A(相当于每秒通过5×10-6mol电子),连续工作80分钟即接近失效。
如果制造一节电池所需的锌粉为6g,则电池失效时仍有________%的金属锌未参加反应。
【解析】
(1)粉料中含有碳,碳具有还原性。
(2)根据Fe2+被氧化为Fe3+,且不引入杂质,可加入具有氧化性的H2O2溶液。
设Fe3+沉淀完全所需的OH-浓度为xmol/L,则x3×1×10-5=1×10-38,x=10-11,故[H+]=10-3mol/L,pH=3,设Zn2+开始沉淀的[OH-]为ymol/L,则y2×0.1=10-17,y=10-8,故[H+]=10-6mol/L,pH=6。
(3)电解时Mn2+―→MnO2,Zn2+―→Zn,同时生成H+。
(4)MnOOH与盐酸反应类似MnO2与盐酸的反应,配平即可。
(5)80分钟电路中通过的电子:
80×60×5×10-6mol=0.024mol,故
×100%=13%,故仍有1-13%=87%未参加反应。
【答案】
(1)C
(2)H2O2 3 6
(3)Mn2+-2e-+2H2O===MnO2+4H+ H2SO4
(4)2MnOOH+6HCl
Cl2↑+2MnCl2+4H2O
(5)87
7.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)。
【解析】 从工艺流程入手,结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。
(1)LiCoO2中Li为+1价,O为-2价,故Co元素的化合价为+3价。
(2)正极碱浸过程中,导电剂中Al箔与NaOH溶液反应,离子方程式为2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑。
(3)由流程知:
正极碱浸→过滤→滤渣,反应物LiCoO2加入H2SO4、H2O2后,产物有Li2SO4、CoSO4,分析该反应知Co由+3→+2(CoSO4中Co显+2价),化合价降低,则只能是H2O2中O元素化合价升高生成O2。
配平(电子守恒、原子守恒)该化学方程式得:
2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,反应温度在80℃,H2O2易发生分解反应2H2O2
2H2O+O2↑;盐酸既具有酸性又具有还原性,盐酸中的Cl-被氧化生成氯气,氯气有毒,能污染空气。
(4)由流程知“沉钴”反应物为CoSO4和NH4HCO3,产物有CoCO3,CoCO3中CO
来自HCO
的电离(HCO
H++CO
),由于Co2+结合CO
使HCO
电离平衡正向移动,溶液中c(H+)增大,一部分HCO
发生反应:
HCO
+H+===H2O+CO2↑。
故反应方程式为CoSO4+2NH4HCO3===CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。
(5)根据题干信息,充电时负极发生反应6C+xLi++xe-===LixC6,放电时负极发生LixC6-xe-===6C+xLi+,结合LiCoO2与Li1-xCoO2的转化可知放电总反应为Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+6C。
(6)由于Li+带正电荷,放电时Li+向正极移动,进入正极材料,便于回收。
从流程图可看出,可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3和Li2SO4。
【答案】
(1)+3
(2)2Al+2OH-+6H2O===2[Al(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+H2O+CO2↑
(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
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