届高考化学一轮必刷题集化学工艺流程 解析.docx
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届高考化学一轮必刷题集化学工艺流程解析
化学工艺流程
1.以黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含少量杂质SiO2等)为原料,进行生物炼铜,同时得到副产品绿矾(FeSO4·7H2O)。
其主要工艺流程如下:
已知:
部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如下表。
沉淀物
Cu(OH)2
Fe(OH)3
Fe(OH)2
开始沉淀pH
4.7
2.7
7.6
完全沉淀pH
6.7
3.7
9.6
(1)反应Ⅰ的化学反应方程式为___________________________________________。
该反应中
被________(填“氧化”或“还原”),其目的是____________________。
(2)试剂a是__________,具体操作为____________,目的是
_____________________________________________________________________。
(3)反应Ⅲ的离子方程式为_______________________________________________。
试剂c参与反应的离子方程式分别为______________________________________、
______________________________________________________________________。
【答案】
(1)4CuFeS2+2H2SO4+17O2===4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O 氧化 Fe2+和Cu2+通过水
解难于分离,将
氧化成Fe3+易于利用水解分离两离子
(2)CuO[或Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等] 加入试剂调节pH至3.7~4.7之间 使Fe3+形
成Fe(OH)3沉淀,防止生成Cu(OH)2沉淀
(3)Cu2++Fe===Cu+Fe2+ Fe+2H+===Fe2++H2↑ Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
【解析】
(1)结合过滤操作分离出SiO2知,CuFeS2中的Cu、Fe元素被引入溶液,结合后一问
的
变化情况知其被氧化至Fe3+,即可写出反应Ⅰ的方程式;结合阳离子以氢氧化物形式沉淀的pH关系知,将
元素氧化是为了利用离子的分离。
(2)过量的稀硫酸使溶液酸性很强,为使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而不让Cu2+沉淀,需调节pH至
3.7~4.7,消耗溶液中的H+,同时还不能引入新的杂质离子,故使用Cu元素对应的氧化物、碱、碳酸盐等均可。
(3)反应Ⅲ主要是Cu2+与过量的Fe(即b试剂)反应;为将Cu2+全部转化,加入的铁粉过量,因此在反应Ⅳ时应该将过量的铁粉除去,利用铁、铜的性质差别,加入适量稀硫酸(即试剂c)即可。
2.[2019新课标Ⅰ]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。
一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。
(2)“滤渣1”的主要成分有_________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是_________。
(3)根据H3BO3的解离反应:
H3BO3+H2O===H++B(OH)−4,Ka=5.81×10−10,可判断H3BO3是______酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是_______________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________,母液经加热后可返回___________工序循环使用。
由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。
【答案】
(1)NH4HCO3+NH3==(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN
(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO32-+2H2O==Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-
(或2Mg2++2CO32-+H2O==Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑)溶浸高温焙烧
【解析】
(1)根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气,用碳酸氢铵溶液吸收,反应方程式为:
NH3+NH4HCO3==(NH4)2CO3。
(2)滤渣I为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3、SiO2;检验Fe3+,可选用的化学试剂为KSCN,
(3)由硼酸的离解方程式知,硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子,而三价硼原子最多只能再形成一个配位键,且硼酸不能完全解离,所以硼酸为一元弱酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是将B(OH)−4转化为H3BO3,并促进H3BO3析出,
(4)沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg2+反应生成Mg(OH)2∙MgCO3,沉镁过程的离子反应为:
2Mg2++2H2O+3CO32-==Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3-;母液加热分解后生成硫酸铵溶液,可以返回“溶浸”工序循环使用;碱式碳酸镁不稳定,高温下可以分解,故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。
3.[2019新课标Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。
回答下列问题:
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。
灼烧立德粉样品时,钡的焰色为__________(填标号)。
A.黄色B.红色C.紫色D.绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为______________________。
回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为______________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。
其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。
(3)成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。
称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L−1的I2−KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。
以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2
==2I−+
。
测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。
终点颜色变化为_________________,样品中S2−的含量为______________(写出表达式)。
【答案】
(1)D
(2)①BaSO4+4C==BaS+4CO↑CO+H2O==CO2+H2
②BaCO3
③S2−+Ba2++Zn2++
==BaSO4·ZnS↓
(3)浅蓝色至无色
【解析】
(1)焰色反应不是化学变化,常用来检验金属元素存在,常见金属元素焰色:
A.钠的焰色为黄色,故A错误;B.钙的焰色为红色,故B错误;C.钾的焰色为紫色,故C错误;D.钡的焰色为绿色,故D正确;故选D。
(2)①注意焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,写出方程式BaSO4+4C==BaS+4CO↑;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,写出方程式:
CO+H2O==CO2+H2。
②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,还原料硫化钡与空气中水,二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。
③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物硫酸钡与硫化锌为沉淀,不可电离,写出离子方程式:
S2−+Ba2++Zn2++SO42-==BaSO4·ZnS↓。
(3)碘单质与硫离子的反应:
S2-+I2==S+2I-;碘单质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题;根据化合价升降相等列关系式,设硫离子物质的量为nmol:
S2-~I22S2O32-~I2
1mol1mol2mol1mol
nmolnmol0.1V×10-3mol
0.1V×10-3mol
n+
0.1V×10-3mol=25
0.1V×10-3mol,得n=(25-
V)0.1×10-3mol
则样品中硫离子含量为:
×100%=
×100%。
4.[2019新课标Ⅲ]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。
回答下列问题:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
(1)“滤渣1”含有S和__________________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。
(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_______~6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是______________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。
若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是_____________________________________________________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。
当x=y=
时,z=___________。
【答案】
(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2+MnS+2H2SO4==2MnSO4+S+2H2O
(2)将Fe2+氧化为Fe3+
(3)4.7
(4)NiS和ZnS
(5)F−与H+结合形成弱电解质HF,MgF2
Mg2++2F−平衡向右移动
(6)Mn2++2HCO3-==MnCO3↓+CO2↑+H2O
(7)
【解析】
(1)Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在,SiO2与硫酸不反应,所以滤渣I中除了S还有SiO2;在硫酸的溶浸过程中,二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应,二氧化锰作氧化剂,硫化锰作还原剂,方程式为:
MnO2+MnS+2H2SO4==2MnSO4+S+2H2O。
(2)二氧化锰作为氧化剂,使得MnS反应完全,且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+。
(3)由表中数据知pH在4.7时,Fe3+和Al3+沉淀完全,所以应该控制pH在4.7~6之间。
(4)根据题干信息,加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子,所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。
(5)由HF
H++F-知,酸度过大,F-浓度减低,使得MgF2
Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动,Mg2+沉淀不完全。
(6)根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀,所以反应离子方程式为:
Mn2++2HCO3-==MnCO3↓+CO2↑+H2O。
(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得:
1+2x+3y+4z=6,已知,x=y=1/3,带入计算得:
z=1/3。
5.[2019江苏]实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:
(1)室温下,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡,则溶液中
=▲[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5,Ksp(CaCO3)=3×10−9]。
(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为▲;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是▲。
(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。
控制反应温度在60~70℃,搅拌,反应3小时。
温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是▲;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有▲。
(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。
设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案:
▲[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。
实验中必须使用的试剂:
盐酸和Ca(OH)2]。
【答案】
(1)1.6×104
(2)HCO3-+NH3·H2O==NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O
NH4++CO32-+H2O)
增加溶液中CO32-的浓度,促进CaSO4的转化
(3)温度过高,(NH4)2CO3分解加快搅拌速率
(4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
【解析】
【分析】
(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中
=
=
=
=1.6×104。
(2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3·H2O=(NH4)2CO3+H2O[或NH4HCO3+NH3·H2O
(NH4)2CO3+H2O],离子方程式为HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O
NH4++CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的(NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:
CO32-+NH4++H2O
HCO3-+NH3·H2O,加入适量浓氨水,水解平衡逆向移动,溶液中CO32-的浓度增大,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)
CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移动,促进CaSO4的转化。
(3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。
(4)工业废渣主要含CaSO4·2H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,与此同时发生反应Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH介于5~8.5[加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH],然后过滤即可制得CaCl2溶液。
6.[2019新课标Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。
回答下列问题:
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。
灼烧立德粉样品时,钡的焰色为__________(填标号)。
A.黄色B.红色C.紫色D.绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为______________________。
回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为______________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。
其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。
(3)成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。
称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L−1的I2−KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。
以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2
==2I−+
。
测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。
终点颜色变化为_________________,样品中S2−的含量为______________(写出表达式)。
【答案】
(1)D
(2)①BaSO4+4C==BaS+4CO↑CO+H2O==CO2+H2
②BaCO3
③S2−+Ba2++Zn2++
==BaSO4·ZnS↓
(3)浅蓝色至无色
【解析】
(1)焰色反应不是化学变化,常用来检验金属元素存在,常见金属元素焰色:
A.钠的焰色为黄色,故A错误;B.钙的焰色为红色,故B错误;C.钾的焰色为紫色,故C错误;D.钡的焰色为绿色,故D正确;故选D。
(2)①注意焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,写出方程式BaSO4+4C==BaS+4CO↑;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,写出方程式:
CO+H2O==CO2+H2。
②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,还原料硫化钡与空气中水,二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。
③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物硫酸钡与硫化锌为沉淀,不可电离,写出离子方程式:
S2−+Ba2++Zn2++SO42-==BaSO4·ZnS↓。
(3)碘单质与硫离子的反应:
S2-+I2==S+2I-;碘单质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题;根据化合价升降相等列关系式,设硫离子物质的量为nmol:
S2-~I22S2O32-~I2
1mol1mol2mol1mol
nmolnmol0.1V×10-3mol
0.1V×10-3mol
n+
0.1V×10-3mol=25
0.1V×10-3mol,得n=(25-
V)0.1×10-3mol
则样品中硫离子含量为:
×100%=
×100%。
7.我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________;氧化除杂工序中ZnO的作用是____________,若不通入氧气,其后果是________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________;沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
【答案】
(1).ZnS+
O2
ZnO+SO2
(2).PbSO4(3).调节溶液的pH(4).无法除去杂质Fe2+(5).Zn+Cd2+===Zn2++Cd(6).Zn2++2e-===Zn(7).溶浸
【解析】焙烧时硫元素转化为SO2,然后用稀硫酸溶浸,生成硫酸锌、硫酸亚铁和硫酸镉,二氧化硅与稀硫酸不反应转化为滤渣,由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1中还含有硫酸铅。
由于沉淀亚铁离子的pH较大,需要将其氧化为铁离子,通过控制pH得到氢氧化铁沉淀;滤液中加入锌粉置换出Cd,最后将滤液电解得到金属锌,据此将解答。
(1)由于闪锌矿的主要成分是ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2。
(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4;要测定铁离子,需要调节溶液的pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节pH,即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。
根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质Fe2+。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+=Zn2++Cd。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得到电子的还原反应,因此阴极是锌离子放电,则阴极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn;阳极是氢氧根放电,破坏水的电离平衡,产生氢离子,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
8.某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。
已知:
①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解,如:
3NaClO==2NaCl+NaClO3
②AgCl可溶于氨水:
AgCl+2NH3·H2O
Ag(NH3)2++Cl−+2H2O
③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)2+:
4Ag(NH3)2++N2H4·H2O==4Ag↓+N2↑+4NH4++4NH3↑+H2O
(1)“氧化”阶段需在80℃条件下进行,适宜的加热方式为__________________。
(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,该反应的化学方程式为________________。
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____________________。
(3)
为提高
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