高考化学三轮复习主观题押题练主观题27题工艺流程图题.docx
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高考化学三轮复习主观题押题练主观题27题工艺流程图题
主观题27题工艺流程图题
1.NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于化学镀镍、生产电池等。
可由电镀废渣(除含镍外,还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)为原料获得。
工艺流程如下图:
请回答下列问题:
(1)用稀硫酸溶解废渣时,为了提高浸取率可采取的措施有_________________(任写一点)。
(2)向滤液中滴入适量的Na2S溶液,目的是除去Cu2+、Zn2+,写出除去Cu2+的离子方程式:
_______________________________________。
(3)在40℃左右,用6%的H2O2氧化Fe2+,再在95℃时加入NaOH调节pH,除去铁和铬。
此外,还常用NaClO3作氧化剂,在较小的pH条件下水解,最终生成一种浅黄色的黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀除去。
如图是温度一pH与生成的沉淀关系图,图中阴影部分是黄铁矾稳定存在的区域[已知25℃时,Fe(OH)3的Ksp=2.6410−39。
下列说法正确的是(选填序号)_______。
a.FeOOH中铁为+2价
b.若在25℃时,用H2O2氧化Fe2+,在pH=4时除去铁,此时溶液中c(Fe3+)=2.610−29mol·L−1
c.用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe2+的离子方程式为6Fe2++C1O
+6H+=6Fe3++C1−+3H2O
d.工业生产中常保持在85~95℃生成黄铁钒钠,此时水体的pH约为3
(4)上述流程中滤液I的主要成分是___________。
(5)操作I的实验步骤依次为(实验中可选用的试剂:
6mol·L
1的H2SO4溶液、蒸馏水、pH试纸):
①___________;②___________;③蒸发浓缩、冷却结晶,过滤得NiSO4·6H2O晶体:
④用少量乙醇洗涤NiSO4·6H2O晶体并晾干。
1【答案】
(1)加热或搅拌或增大硫酸浓度等
(2)Cu2++S2−=CuS↓
(3)cNiSO4
(4)过滤,并用蒸馏水洗净沉淀向沉淀中加6mol·L−1的H2SO4溶液,直至恰好完全溶解
【解析】
(1)能提高废渣浸出率即提高反应速率,所以升高反应温度,在反应过程中不断搅拌,增大反应物浓度都可以提高反应速率;故答案为:
加热或搅拌或增大硫酸浓度等;
(2)S2−可以与Cu2+,Zn2+反应生成难溶性的Cu2S和ZnS,从而达到除去Cu2+和Zn2+的目的;故答案为:
Cu2++S2−=CuS↓;(3)a.FeOOH中O元素显-2价,OH-显-1价,所以铁为+3价,故a错误;b.pH=4时,c(OH−)=110-10mol/L,已知25℃时,Fe(OH)3的Ksp=c(Fe3+)∙c(OH−)3=2.6410-39,则c(Fe3+)=2.6410−9,故b错误;c.ClO
在酸性条件下具有强氧化性,与Fe2+发生氧化还原反应,反应的离子方程式为6Fe2++C1O
+6H+=6Fe3++C1−+3H2O,故c正确;d.由图象可知,生成黄铁矾钢所需要的合适温度为85℃~95℃,pH约为1.2~1.8,故d错误;故答案为:
c。
(4)从流程图可知,滤液I中加入硫酸后,生成了NiSO4,所以滤液I的主要成分是NiSO4;故答案为:
NiSO4;(5)滤液III主要是NiSO4,加入碳酸钠溶液后,得到NiCO3沉淀,应先过滤、蒸馏水洗涤,然后与硫酸反应生成NiSO4,最后进行蒸发浓缩、冷却结晶;故答案为:
过滤,并用蒸馏水洗净沉淀;向沉淀中加6mol·L−1的H2SO4溶液,直至恰好完全沉淀溶解。
2.(14分)工业上常用水钴矿(主要成分为Co2O3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等杂质)制备钴的氧化物,其制备工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在加入盐酸进行“酸浸”时,能提高“酸浸”速率的方法有________(任写一种)。
(2)“酸浸”后加入Na2SO3,钴的存在形式为Co2+,写出产生Co2+反应的离子方程式_________________________________________________。
(3)溶液a中加入NaClO的作用为______________________________。
(4)沉淀A的成分为________,操作2的名称是________。
(5)已知:
Ksp(CaF2)=5.3×10−9,Ksp(MgF2)=5.2×10−12,若向溶液c中加入NaF溶液,当Mg2+恰好沉淀完全即溶液中c(Mg2+)=1.0×10−5mol·L−1,此时溶液中c(Ca2+)最大等于________mol·L−1。
(6)在空气中煅烧CoC2O4生成钴的某种氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为12.05g,CO2的体积为6.72L(标准状况),则此反应的化学方程式为_____________________。
2【答案】
(1)将水钴矿石粉碎;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等(任写一种)
(2)2Co3++SO
+H2O===2Co2++SO
+2H+
(3)将溶液中Fe2+氧化成Fe3+
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 过滤
(5)0.01(或0.0102)
(6)3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2
【解析】
(1)根据影响化学反应速率的因素,水钴矿用盐酸酸浸,提高酸浸速率的方法有:
将水钴矿石粉碎;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等。
(2)酸浸时,Co2O3转化为Co3+,酸浸后,加入Na2SO3,Co3+转化为Co2+,钴元素化合价降低,则S元素化合价升高,Na2SO3转化为Na2SO4,配平离子方程式为:
2Co3++SO
+H2O===2Co2++SO
+2H+。
(3)NaClO具有强氧化性,因此溶液a中加入NaClO,可将溶液中Fe2+氧化成Fe3+。
(4)溶液b中阳离子有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+,加入NaHCO3,Fe3+、Al3+与HCO
发生相互促进的水解反应,分别转化为Fe(OH)3、Al(OH)3,故沉淀A的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。
溶液c经操作2得到沉淀B和溶液d,故操作2为过滤。
(5)根据MgF2的Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F−),当Mg2+恰好沉淀完全时,c(F−)=
=
mol·L−1=
×10−4mol·L−1,根据CaF2的Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F−),c(Ca2+)=
=
mol·L−1=0.01mol·L−1。
(6)根据CoC2O4的组成,n(Co)=
n(CO2)=
×
mol=0.15mol,充分煅烧后固体质量为12.05g,则固体中n(O)=(12.05-0.15×59)/16mol=0.2mol,n(Co)∶n(O)=0.15∶0.2=3∶4,故钴的氧化物为Co3O4,故煅烧CoC2O4的化学方程式为:
3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2。
3.(15分)铬元素的+6价化合物毒性较大,不能随意排放。
某化工厂以铬渣(含有Na2SO4及少量Cr2O
、Fe3+)为原料提取硫酸钠,同时制备金属铬的工艺流程如下:
已知:
Fe3+完全沉淀[c(Fe3+)≤1.010−5mol·L−1时pH为3.6。
回答下列问题:
(1)滤渣A的主要成分为___________。
(2)根据右图信息,操作B包含蒸发结晶和___________。
(3)酸化后的Cr2O
可被SO
还原,该反应中若有0.5molCr2O
被还原为Cr3+,则消耗SO
的物质的量为___________mol。
(4)将重铬酸钠与浓硫酸加热熔融反应、再分离除去硫酸氢钠可以制得工业用粗化液的主要成分CrO3(铬酐),写出该反应的化学方程式______________________。
(5)通过两步反应可以实现Cr(OH)3转化为Cr,若第一步反应为2Cr(OH)3
Cr2O3+3H2O;第二步反应利用了铝热反应原理,则该反应方程式为___________。
(6)利用如图装置,探究铬和铁的活泼性强弱。
能证明铁比铬活泼的实验现象是__________
____________。
工业上,在钢器具表面镀铬以增强器具的抗腐蚀性能,用硫酸铬[Cr2(SO4)3]溶液作电解液,阴极的电极反应式为______________________。
3.【答案】
(1)Fe(OH)3
(2)趁热过滤
(3)1.5mol
(4)Na2Cr2O7+2H2SO4(浓)
2NaHSO4+2CrO3+H2O
(5)Cr2O3+2Al
Al2O3+2Cr
(6)Cr电极上产生气泡,溶液颜色变为浅绿色Cr3++3e-=Cr
【解析】
(1)铬渣中含有Na2SO4及少量Cr2O
、Fe3+,先水浸,然后向其中加入稀的NaOH溶液,调整pH=3.6,这时Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀进入滤渣A中,故滤渣A主要成分是Fe(OH)3;
(2)将滤渣A过滤除去后溶液中含有Na2SO4、Na2Cr2O7,将溶液蒸发浓缩,根据物质的溶解度曲线可知:
Na2Cr2O7的溶解度随温度的升高而增大,Na2SO4·10H2O的溶解度先是随温度的升高而增大,当温度接近50℃时,Na2SO4的溶解度随温度的升高而减小,趁热过滤,就可以使Na2SO4过滤除去,得到的母液中主要含有Na2Cr2O7;因此操作是蒸发浓缩、趁热过滤;(3)酸化后的Cr2O
可被SO
还原,根据电子得失数目相等可知,若该反应中有0.5molCr2O
被还原为Cr3+,转移电子的物质的量为n(e-)=0.5mol2(6-3)=3mol,由于SO
被氧化为SO42-,每1molSO
失去2mol电子,所以消耗SO
的物质的量n(SO
)=3mol÷2=1.5mol;(4)重铬酸钠与浓硫酸在加热时反应产生硫酸氢钠、CrO3和水,根据反应前后各种元素的原子守恒,可得反应方程式:
Na2Cr2O7+2H2SO4(浓)
2NaHSO4+2CrO3+H2O;(5)Cr2O3与Al在高温下发生置换反应,产生Cr与Al2O3,根据电子守恒、原子守恒配平方程式为:
Cr2O3+2Al
Al2O3+2Cr;(6)若要利用原电池反应原理,证明铁比铬活泼,可以将二者连接起来,放入稀H2SO4中,在Fe电极上发生反应:
Fe-2e−=Fe2+,进入溶液,使溶液变为浅绿色;电子经过导线转移至金属Cr上,溶液中的H+在Cr上获得电子,发生还原反应:
2H++2e−=H2↑,在Cr电极上有许多气泡产生。
因此看到实验现象是:
溶液颜色变为浅绿色,同时在Cr电极上有许多气泡产生;在钢器具表面镀铬,要使钢器具与外接电源的负极连接,作阴极,发生还原反应:
Cr3++3e−=Cr,使钢铁表面覆盖一层金属铬,抗腐蚀能力大大增强。
4.(15分)锑(Sb)广泛用于生产各种阻燃剂、陶瓷、半导体元件、医药及化工等领域。
以辉锑矿为原料制备金属锑,其一种工艺流程如下:
已知部分信息如下:
I.辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有As2S5、PbS、CuO和SiO2等);
Ⅱ.浸出液主要含盐酸和SbCl5,还含SbCl3、CuCl2、AsCl3和PbCl2等杂质;
Ⅲ.常温下,Ksp(CuS)=1.010−36,Ksp(PbS)=9.010−29。
回答下列问题:
(1)NaH2PO2中P的化合价为___________。
(2)“酸浸”过程中SbCl5和Sb2S3反应有S生成,该反应的还原产物是_________(填化学式)。
(3)写出“还原”反应的化学方程式:
_________________________________。
(4)已知:
浸出液中C(Cu2+)=0.01mo/L、C(Pb2+)=0.1mo/L。
在沉淀铜、铅过程中,缓慢滴加极稀的硫化钠溶液,先产生的沉淀是______________________(填化学式);当CuS、PbS共沉时,
___________。
(5)在“除砷”过程中,氧化产物为H3PO4。
该反应中氧化剂还原剂的物质的量之比为______
_。
常温下,SbCl3溶液的pH<7,用离子方程式表示其原因:
_____________________。
(6)在“电解”过程中,以惰性材料为电极,阴极的电极反应式为______________________;“电解”中锑的产率与电压大小关系如图所示。
当电压超过U0V时,锑的产率降低的原因可能是______________________。
4.【答案】
(1)+1
(2)SbCl3
(3)3SbCl5+2Sb=5SbCl3
(4)CuS9.0107
(5)4∶3Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+
(6)Sb3++3e−=SbH+参与了电极反应
【解析】辉锑矿(主要成分为Sb2S3,还含有PbS、As2S3、CuO、SiO2等)加入盐酸浸取得当浸取液,浸出液中除含过量盐酸和SbCl5之外,还含有SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2等,滤渣1中除了生成的S之外还有为溶解的二氧化硅,浸出液中加入Sb还原SbCl5,生成SbCl3,加入Na2S溶液,Cu2+和Pb2+均沉淀完全,过滤得到滤渣2为CuS、PbS,滤液中加入Na3PO2溶液除砷,生成磷酸和砷单质,剩余SbCl3溶液,通电电解得到Sb;
(1)在NaH2PO2中Na为+1价,H为+1价,O为-2价,根据化合物中元素正负化合价代数和为0,可知P的化合价为+1价;
(2)“浸出”时,Sb2S3在溶液中和SbCl5发生氧化还原反应,生成单质硫和三价氯化锑,反应的化学方程式为:
Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S,其中还原产物是SbCl3;(3)“还原”时Sb和SbCl5反应生成SbCl3,反应的化学方程式为3SbCl5+2Sb=5SbCl3;(4)Ksp(CuS)=1.010−36、c(Cu2+)=0.01mol/L,则生成CuS时溶液中S2−的浓度为c(S2-)=
mol/L=1.010−34mol/L,Ksp(PbS)=9.010−29、c(Pb2+)=0.10mol/L,则形成PbS沉淀时溶液中S2−的浓度为c(S2−)=
mol/L=9.010−27mol/L,可见最先生成的是CuS沉淀;当CuS、PbS共沉时,
=
=9.0107;所加Na2S也不宜过多,否则产生H2S等污染性气体或生成Sb2S3;(5)滤液中加入Na3PO2溶液除砷,生成磷酸和砷单质,根据电子守恒及原子守恒,可得反应的化学方程式为:
4AsCl3+3Na3PO2+6H2O=4As+3H3PO4+9
NaCl+3HCl,其中AsCl3是氧化剂,Na3PO2是还原剂,两者的物质的量之比为4∶3;常温下,SbCl3溶液的pH<7,是由于SbCl3是强酸弱碱盐,在溶液中Sb2+会发生水解反应,消耗水电离产生的OH−,当最终达到平衡时,溶液中c(H+)>c(OH−),因此溶液显酸性,用离子方程式表示其原因为Sb3++3H2OSb(OH)3+3H+;(6)电解池阳极发生氧化反应生成氯气,阴极发生还原反应生成Sb,则阳极电极反应式为2Cl−-2e−=Cl2↑;阴极电极反应式为Sb3++3e−=Sb,在阴极周围有H+和Sb3+,当电压超过UoV时,H+参与了电极反应,被还原生成氢气,从而导致锑的产率降低。
5.以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2,还含少量Fe2O3等)为原料制取氧化铝的部分工艺流程如下:
(1)“酸浸”过程发生的主要反应的离子方程式是__________________________________。
“酸浸”在恒容密闭反应釜中进行,温度不宜过高的原因是___________________________。
(2)“除铁”生成Fe(OH)3的离子方程式为_________________,检验溶液中铁元素已经除尽的方法是_______________________________________________。
(3)“结晶”是向浓溶液中通入HCl气体,从而获得AlCl3·6H2O晶体的过程,溶液中Al3+和盐酸的浓度随通气时间的变化如下图所示。
Al3+浓度减小的原因是___________________。
(4)上述流程中,可以循环利用的物质是________________。
5.【答案】
(1)Al2O3+6H+=2Al3++3H2O温度太高,盐酸大量挥发会引起容器内压强过大,导致反应釜损坏
(2)Fe3++3HCO
=Fe(OH)3↓+3CO2↑静置,取少量上层清液于试管中,滴入KSCN溶液,溶液不变红色
(3)盐酸浓度增大,溶液中Cl−浓度增大,促进Al3+形成AlCl3·6H2O晶体析出
(4)HCl(或盐酸)
【解析】制备Al2O3的流程:
粉煤灰的主要成分为Al2O3和SiO2,(含少量杂质Fe2O3),加浓盐酸,Al2O3、Fe2O3转化为离子,SiO2不溶于盐酸,过滤,滤渣为SiO2,滤液中含有Al3+、Fe3+,加入适量碳酸氢铵,Fe3+转化为沉淀从而达到除铁的目的,滤液中氯化铝在氯化氢的氛围中加热结晶得AlCl3·6H2O晶体,AlCl3·6H2O晶体煅烧得到Al2O3以及副产品氯化氢。
(1)“酸浸”过程发生的主要反应为氧化铝与盐酸反应生成氯化铝和水,反应的离子方程式是Al2O3+6H+=2Al3++3H2O;“酸浸”在恒容密闭反应釜中进行,温度太高,盐酸大量挥发会引起容器内压强过大,导致反应釜损坏,故温度不宜过高;
(2)“除铁”生成Fe(OH)3是氯化铁与碳酸氢铵发生双水解反应生成氢氧化钠、氯化铵和二氧化碳,反应的离子方程式为Fe3++3HCO
=Fe(OH)3↓+3CO2↑,检验溶液中铁元素已经除尽的方法是静置,取少量上层清液于试管中,滴入KSCN溶液,溶液不变红色;(3)盐酸浓度增大,溶液中Cl−浓度增大,促进Al3+形成AlCl3·6H2O晶体析出,Al3+浓度减小;(4)上述流程中,结晶时必须用到氯化氢,而副产品为氯化氢,故可以循环利用的物质是HCl(或盐酸)。
6.(14分)工业上常用水钴矿(主要成分为Co2O3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等杂质)制备钴的氧化物,其制备工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在加入盐酸进行“酸浸”时,能提高“酸浸”速率的方法有________(任写一种)。
(2)“酸浸”后加入Na2SO3,钴的存在形式为Co2+,写出产生Co2+反应的离子方程式____________
______________________________________。
(3)溶液a中加入NaClO的作用为______________________________。
(4)沉淀A的成分为________,操作2的名称是________。
(5)已知:
Ksp(CaF2)=5.310−9,Ksp(MgF2)=5.210−12,若向溶液c中加入NaF溶液,当Mg2+恰好沉淀完全即溶液中c(Mg2+)=1.010−5mol·L−1,此时溶液中c(Ca2+)最大等于________mol·L−1。
(6)在空气中煅烧CoC2O4生成钴的某种氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为12.05g,CO2的体积为6.72L(标准状况),则此反应的化学方程式为____________________________________。
6.【答案】
(1)将水钴矿石粉碎;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等(任写一种)
(2)2Co3++SO
+H2O===2Co2++SO
+2H+
(3)将溶液中Fe2+氧化成Fe3+
(4)Fe(OH)3、Al(OH)3 过滤
(5)0.01(或0.0102)
(6)3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2
【解析】
(1)根据影响化学反应速率的因素,水钴矿用盐酸酸浸,提高酸浸速率的方法有:
将水钴矿石粉碎;充分搅拌;适当增加盐酸浓度;提高酸浸温度等。
(2)酸浸时,Co2O3转化为Co3+,酸浸后,加入Na2SO3,Co3+转化为Co2+,钴元素化合价降低,则S元素化合价升高,Na2SO3转化为Na2SO4,配平离子方程式为:
2Co3++SO
+H2O===2Co2++SO
+2H+。
(3)NaClO具有强氧化性,因此溶液a中加入NaClO,可将溶液中Fe2+氧化成Fe3+。
(4)溶液b中阳离子有Co2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+,加入NaHCO3,Fe3+、Al3+与HCO
发生相互促进的水解反应,分别转化为Fe(OH)3、Al(OH)3,故沉淀A的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。
溶液c经操作2得到沉淀B和溶液d,故操作2为过滤。
(5)根据MgF2的Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F−),当Mg2+恰好沉淀完全时,c(F−)=
=
mol·L−1=
10−4mol·L−1,根据CaF2的Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F−),c(Ca2+)=
=
mol·L−1=0.01mol·L−1。
(6)根据CoC2O4的组成,n(Co)=
n(CO2)=
mol=0.15mol,充分煅烧后固体质量为12.05g,则固体中n(O)=(12.05-0.1559)/16mol=0.2mol,n(Co)∶n(O)=0.15∶0.2=3∶4,故钴的氧化物为Co3O4,故煅烧CoC2O4的化学方程式为:
3CoC2O4+2O2
Co3O4+6CO2。
7.(15分)某化工小组研究银铜复合废料(表面变黑,生成Ag2S)回收银单质及制备硫酸铜晶体,工艺如下:
(废料中的其他金属含量较低,对实验影响可忽略)
已知:
①AgCl可溶于氨水,生成[Ag(NH3)2]+;
②Ksp(Ag2SO4)=1.210−5,Ksp(AgCl)=1.810−10;
③渣料中含有少量银和硫酸银(微溶)。
(1)操作I中为了加快空气熔炼速率,可以采取____________措施(写出其中一种即可)。
(2)操作IV经过_______________、_________________、过滤、洗涤和干燥,可以得到硫酸铜晶体。
(3)洗涤滤渣II,与粗银合并,目的是________________________________。
(4)操作III中,NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH、NaCl和O2,该反应的化学方程式为_________________________________(其中AgCl和NaCl的物质的量之比为2∶1)。
氧化的同时发生沉淀转化,离子方程式为______________________________,其平衡常数K=_____________________。
HNO3也能氧化Ag,从反应产物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺点是_________________。
7.【答案】
(1)粉碎废料、适当增加空气量、搅拌等
(2)加热浓缩降温结晶
(3)为提高Ag的回收率
(4)3NaClO+2Ag+H2O=2AgCl+NaCl+2NaOH+O2↑
Ag2SO4(s)+2Cl−(aq)2AgCl(s)+SO
(aq)3.71014有污染性气体生成
【解析】
(1)从外界条件对反应速率的影响来分析,操作I中为了加快空气熔炼速率,可以采取粉碎废料、适当增加空气量、搅拌等;
(2)操作IV是从溶液中获得硫酸铜晶体,通常经过加热浓缩、降温结晶、过滤、洗涤和干燥,可以得到硫酸铜晶体;(3)渣料中含有少量银和硫酸银
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