高考化学难点剖析专题 化工流程中条件的控制练习.docx

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高考化学难点剖析专题化工流程中条件的控制练习

专题63化工流程中条件的控制

1．（2019届江西省红色七校高三第一次联考）工业上利用废镍催化剂（主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等）制备草酸镍晶体的流程如下：

（1）请写出一种能提高“酸浸”速率的措施：

___________________________________；滤渣I的成分是CaSO4和____________________（填化学式）。

（2）除铁时，控制不同的条件可以得到不同的滤渣II。

已知滤渣II的成分与温度、pH的关系如图所示：

①若控制温度40℃、pH=8，则滤渣II的主要成分为___________（填化学式）。

②若控制温度80℃、pH=2，可得到黄铁矾钠[Na2Fe6（SO4）4（OH）12]沉淀（图中阴影部分），写出生成黄铁矾钠的离子方程式：

___________________________________________。

（3）已知除铁后所得100mL溶液中c（Ca2+）=0.01mol·L-1，加入100mLNH4F溶液，使Ca2+恰好沉淀完全即溶液中c（Ca2+）=1×10-5mol·L-1，则所加c（NH4F）=_______mol·L-1。

[已知Ksp（CaF2）=5.29×10-9]

（4）加入有机萃取剂的作用是________________________。

【答案】把废镍催化剂粉碎、适当加热，适当增大酸的浓度或搅拌等

SiO2FeOOH2Na++3ClO- +6Fe2+ +4SO42-+9H2O =Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+3Cl-+6H+6.6×10-2除去溶液中的Zn2+

【解析】

（1）根据影响化学反应速率的因素可知，提高浸出率，可把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等，滤渣I的成分是CaSO4和SiO2；

（2）根据图象可以知道，①控制温度40℃、pH=8，则滤渣2的主要成分为FeOOH； 

②若控制温度80℃、pH=2，可得到黄铁矾钠[Na2Fe6（SO4）4（OH）12]沉淀，依据氧化还原反应规律写出生成黄铁矾钠的离子方程式为：

2Na++3ClO- +6Fe2+ +4SO42-+9H2O =Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+3Cl-+6H+； 

（3）根据反应式Ca2++2F-=CaF2↓，沉淀Ca2+消耗0.002molNH4F，根据Ksp（CaF2）=c（Ca2+）c2（F-）=5.29×10-9，沉淀Ca2+后，溶液中c（F-）=

，设加入c（NH4F）=cmol/L，则

=

；解得c=6.6×10-2；

（4）根据流程图，加入有机萃取剂的作用是除去溶液中的Zn2+。

【点睛】

本题考查了工业上从废镍催化剂制备草酸镍晶体的工艺流程，侧重考查物质分离的实验设计和方法应用，主要是利用溶液不同pH条件下离子沉淀的情况不同，控制溶液pH除去杂质离子，同时考查了除杂原则不能引入新的杂质，解题时先要弄清制备流程中各步反应原理和目的，从而知道分离提纯的环节中各成分组成，再结合氧化还原反应和沉淀溶度积等知识解决各问题。

2．（2019届福建省莆田市第二十四中学高三上学期第一次调研考试）钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，其制备工艺流程如下图所示：

（1）镁的碳化物常见的有MgC2和Mg2C3两种，它们均极易与水发生反应。

写出MgC2发生水解反应的化学方程式：

_____；Mg2C3的电子式为_____。

（2）“混合溶液”环节，钛元素在不同pH下主要以种形式存在，如上图所示。

实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.5～3之间，再进行“沉淀”，则上图中曲线a对应钛的形式为______填化学符号）；写出“沉淀”时的离子方程式：

_____。

（3）草酸氧钛钡晶体经蒸馏水数次洗涤后，证明它已被洗涤干净的实验方案为_____。

（4）工业上TiCl4和BaCO3通常用如下方法制备：

①先将金红石（TiO2）与过量焦炭混合，再通入Cl2）并加热到900℃制取TiCl4。

请写出该法制备TiCl4的化学方程式：

_____。

②BaCO3是将重晶石（主要成分为BaSO4）浸泡在Na2C03溶液中足够长时间来制备。

请问Na2CO3溶液的浓度至少要大于_____mol/L才能开始转化。

（已知常温下：

，略CO32-的水解）。

【答案】

（1）MgC2+2H2O=Mg（OH）2

+C2H2

；

（2）

（3）TiOC2O4 （4）TiO（C2O4）22-+Ba2+ +4H2O=BaTiO（C2O4）2·4H2O↓（5）取最后一次洗涤液少量于试管中，向其中滴加AgNO3溶液，无白色沉淀生成证明草酸氧钛钡已被洗涤干净（6）TiO2+2C+2Cl2

TiCl4+2CO（7）2.58×10-4

（3）根反应据过程知洗涤液中可能含有Cl—，所以取最后一次洗涤液少量于试管中，向其中滴加AgNO3溶液，如无白色沉淀生成，证明草酸氧钛钡已被洗涤干净。

答案：

 取最后一次洗涤液少量于试管中，向其中滴加AgNO3溶液，如无白色沉淀生成，证明草酸氧钛钡已被洗涤干净 。

（4）①由足量焦炭和Cl2反应判断产物为TiCl4和CO，所以化学方程式为TiO2+2C+2Cl2

TiCl4+2CO。

②设BaSO4饱和溶液中c（Ba2+）和c（SO42-）均为xmol·L-1，由KSP（BaSO4）=c（Ba2+）c（SO42-）知：

x2=1.0×10-10（mol·L-1）2，可求出c（Ba2+）=1.0×10-5mol·L-1。

再令

Q（BaCO3）=c（Ba2+）c（CO32-）=1.0×10-5mol·L-1×c（CO32-）>KSP（BaCO3），则

c（CO32-）=2.58×10-9（mol·L-1）2÷1.0×10-5mol·L-1=2.58×10-4mol·L-1，所以Na2CO3溶液的浓度至少要大于2.58×10-4mol/L才能开始转化。

3．（天津市2017-2018学年高三年级第二学期）I．高铁酸钾（K2FeO4）不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。

如图是高铁电池的模拟实验装置：

（1）该电池放电时正极的电极反应式为_________________________________________；若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，理论消耗Zn_______g（已知F=96500C／mol,小数点后保留1位）。

（2）盐桥中盛有饱和KC1溶液，此盐桥中氯离子向_______移动（填“左”或“右”）；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_______移动（填“左”或“右”）。

（3）下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有____。

Ⅱ．工业上湿法制备K2FeO4的工艺流程如图。

（4）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：

___FeCl3+___NaOH+___NaClO=___Na2FeO4+___NaCl+___H2O,其中氧化剂是_______（填化学式）。

（5）加入饱和KOH溶液的目的是_____________________。

（6）已知25℃时Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38，此温度下若在实验室中配制5mol/Ll00mLFeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入_______mL2mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）。

【答案】FeO42﹣+4H2O+3e﹣=Fe（OH）3↓+5OH﹣0.2右左使用时间长、工作电压稳定2103295NaClO减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出2.5

【解析】Ⅰ．

（1）根据电池装置，Zn做负极，C为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe（OH）3，正极电极反应式为：

FeO42-+4H2O+3e-═Fe（OH）3↓+5OH-，若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，通过电子为

，则理论消耗Zn为

×

×65g/mol=0.2g；

（2）盐桥中阴离子移向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平衡电荷，构成闭合回路，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动；

（4）其中Fe元素化合价由+3价升高为+6价，共升高3价，Cl元素化合价由+1价降低为-1，价，共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，则FeCl3的系数为2、NaClO的系数为3，再根据原子守恒配平后反应方程式为：

2FeCl3+10NaOH+3NaClO═2Na2FeO4+9NaCl+5H2O，所含元素化合价降低的反应物是氧化剂，NaClO是氧化剂；

（5）加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度，减小高铁酸钾的溶解，促进高铁酸钾晶体析出；

（6）溶液中c（Fe3+）=5mol/L，根据Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）×c3（OH-）=4.0×10-38，可知开始沉淀时

c（OH-）=2×10-13mol/L，则溶液中c（H+）=

mol/L=0.05mol/L，根据稀释定律，需要盐酸的体积

=2.5mL。

4．（2019届河北省隆化县存瑞中学高三第二次调研考试）钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。

以水钴矿（主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等）为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

Ⅰ．“酸浸”

（1）钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。

综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为_________、_________；滤渣①的主要成分为__________。

（2）Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4，化学方程式为______________________________。

Ⅱ．“净化除杂”分三步完成：

（3）除铁：

加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6（SO4）4（OH）12，离子方程式为__________。

（4）除钙、镁：

加入适量NaF，当Mg2+恰好完全被除去（离子浓度等于10－5mol·L－1）时，

c（Ca2+）=_____________mol·L－1（取两位有效数字）。

已知：

Ksp（MgF2）=7.4×10－11，Ksp（CaF2）=1.5×10－10。

（5）除铜：

加入适量Na2S2O3，发生反应2CuSO4＋2Na2S2O3＋2H2O＝Cu2S↓＋S↓＋2Na2SO4＋2H2SO4，该反应的还原产物为___________。

Ⅲ．“萃取和反萃取”

（6）“水相①”中的主要溶质是Na2SO4和________（写化学式）。

（7）实验室称取100g原料（含钴11.80%），反萃取时得到浓度为0.036mol·L－1的CoCl2溶液5L，忽略损耗，钴的产率＝______（产率=

）。

【答案】12h90℃SiO2（二氧化硅）2Co2O3＋4H2SO4（浓）

4CoSO4＋4H2O＋O2↑2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2O

Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓＋12H+2.0×10-5Cu2S、SNiSO4钴的产率

=

【解析】

（1）根据钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系，推出在12h、90℃时钴的浸出率最高；根据水钴矿的成分，SiO2是酸性氧化物，不与酸反应，即滤渣①的主要成分是SiO2；

（2）Co2O3中Co的化合价由+3变为+2价，化合价降低，应该是O元素被氧化成氧气，因此反应方程式为2Co2O3＋4H2SO4（浓）

4CoSO4＋4H2O＋O2↑；（3）根据生成黄钠铁矾，推出离子反应方程式为2Na+＋6Fe3+＋4SO42－＋12H2O

Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓＋12H+；（4）

，c（Mg2+）=10-5mol·L－1代入公式，求出c（Ca2+）=2.0×10-5mol·L－1；（5）还原产物是氧化剂被还原得出的物质，根据化学反应方程式，硫酸铜中Cu的化合价由+2价变为+1价，化合价降低，Na2S2O3中一部分S的化合价降低，转化成S和Cu2S中的S，即还原产物是Cu2S、S；（6）根据流程的目的，以及主要成分，推出水相①中含有溶质为硫酸钠和NiSO4；（7）根据产率的公式，得出钴的产率为

。

5．（2018届四川省乐山市第二次调查研究考试）硒和碲在工业上有重要用途。

在铜、镍镇、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲确主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。

一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下：

已知:

碲酸四氢钠（Na2H4TeO6）难溶，碲酸（H6TeO6）可溶。

回答下列问题:

（1）阳极泥在600K左右加入一定浓度H2SO4焙烧时，,单质Te转化为TeO2的化学方程式为_______________。

（2）“焙砂”与碳酸钠充分混合，干燥后通入空气焙烧，发生氧化反应，每生成1mol碲酸四氢钠（Na2H4TeO6），则需要的氧化剂O2至少为______mol；生成的碲酸四氢钠不用“水浸”，而采取“酸浸”的原因是____________。

（3）流程中“反应”处发生反应的化学方程式为________________________________。

（4）检验“还原”后的溶液中Na2SO3是否过量的实验操作方法为___________________________________。

（5）工艺路线中可以循环利用的物质有_________、____________________。

【答案】Te+2H2SO4

TeO2+2SO2↑+2H2O0.5Na2H4TeO6在水中难溶，酸浸生成的H6TeO6可溶

SeO2+2H2O+2SO2==2H2SO4+Se取少量“还原”后的容液于试管，加入稀H2SO4将生成的气体道入澄清石灰水，若溶液变浑浊，则Na2SO3过量。

反之不过量H2SO4NaOH

【解析】

（1）阳极泥在600K左右加入一定浓度H2SO4焙烧时，单质Te转化为TeO2,同时生成二氧化硫和水，反应的化学方程式为Te+2H2SO4

TeO2+2SO2↑+2H2O；

6．（2018届四川成都七中（高新校区）高三理科综合）铬铁矿（FeCr2O4）中含有Al2O3、Fe2O3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾（K2Cr2O7）的工艺流程示意图如下（部分操作和条件略）：

（1）铬铁矿（FeCr2O4）改写为氧化物的形式为___________________。

（2）反应①中发生了两个主要反应，其中一个主要反应的化学方程式为4FeCr2O4+8Na2CO3+

7O2

8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2；另一个主要反应的化学方程式为______________________________。

（3）写出反应②中生成固体B的离子方程式为_________________________________。

（4）pH<5时，发生反应有__________________（写离子方程式），Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7↓+2NaCl。

下表是相关物质的溶解度数据：

物质

溶解度

（g/100gH2O）

0℃

40℃

80℃

KCl

28

40.1

51.3

NaCl

35.7

36.4

38

K2Cr2O7

4.7

26.3

73

Na2Cr2O7

163

215

376

①加入KCl固体后经一系列操作析出K2Cr2O7晶体的理由是___________________________。

②获得K2Cr2O7晶体的操作由多步组成，依次是加入KCl固体、蒸发浓缩、________________、

_____________、洗涤、干燥得到晶体。

（5）某种酒精测试仪中，K2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸，自身被还原为三价铬离子，该反应的氧化剂与还原剂的物质的量比为_________________。

（6）含铬废渣（废水）的随意排放对人类生成环境有极大的危害，电解法是处理铬污染的一种方法，电解时，在阴极区有Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀生成（已知Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10—38，Ksp[Cr（OH）3]=6.0×10—31）。

已知电解后的溶液中c（Cr3+）为3.0×10—5mol/L，则溶液中c（Fe3+）为________________mol/L。

【答案】FeO·Cr2O3Na2CO3+Al2O3

2NaAlO2+CO2↑AlO2—+CH3COOH+H2O=Al（OH）3↓+CH3COO—2CrO42-+2H+

Cr2O72-+H2OK2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小，且温度对氯化钠的溶解度影响较小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾冷却结晶过滤

2:

32.0×10—12

①.由表中数据可知，K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小，且温度对氯化钠的溶解度影响较小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，随着温度的降低K2Cr2O7的溶解度迅速降低产生沉淀，溶液中的复分解反应平衡被打破，反应向右进行，从而利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾；

②.要获得K2Cr2O7，需经过加入KCl固体、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等；

（5）.K2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸，自身被还原为三价铬离子，该反应的离子方程式为2Cr2O72－＋3CH3CH2OH＋16H＋=3CH3COOH＋4Cr3＋＋11H2O，由反应方程式可知，氧化剂与还原剂的物质的量比为2:

3；

（6）.电解后的溶液中c（Cr3+）为3.0×10-5mol/L，所以溶液中c（OH－）=

，而c（Fe3＋）=

，所以c（Fe3＋）=

×c（Cr3+）=

×3.0×10-5mol/L=2.0×10-12mol/L。

7．（2018年成都七中高考模拟考试）硒和碲在工业上有重要用途。

在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及金属状态存在。

一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程见下：

已知：

碲酸钠（Na2H4TeO6）难溶，碲酸（H6TeO6）可溶。

回答下列问题：

（1）阳极泥在600K左右加入一定浓度H2SO4“焙烧”时，单质Te转化为TeO2的化学方程式为_________。

（2）“焙砂”与碳酸钠充分混合，干燥后通空气氧化物料，每生成1mol碲酸钠，则需要的氧化剂O2至少为_______mol；生成的碲酸钠不水浸，而采取“酸浸”的原因是______________________________________。

（3）“反应”时的化学方程式为_________________________________________________。

（4）“还原”中的反应生成物为TeO2，检验反应后是否有反应物Na2SO3过量的实验操作方法为__________。

（5）已知“电解”时使用石墨电极，阳极产物与阴极产物的物质的量之比为______________。

（6）工艺路线中可以循环利用的物质有_____________________、_____________________。

【答案】Te+2H2SO4

TeO2+2SO2↑+2H2O0.5Na2H4TeO6在水中难溶，酸浸生成的H6TeO6可溶

SeO2+2H2O+2SO2==2H2SO4+Se取少量“还原”后的溶液于试管，加入稀H2SO4，将生成的气体通入澄清石灰水，若溶液变浑浊，则Na2SO3过量。

反之不过量1∶1H2SO4NaOH

【解析】

（1）阳极泥在600K左右加入一定浓度H2SO4焙烧时，单质Te转化为TeO2,同时生成二氧化硫和水，反应的化学方程式为Te+2H2SO4

TeO2+2SO2↑+2H2O；

（2）“焙砂”与碳酸钠充分混合，干燥后通入空气焙烧，发生氧化反应2Na2CO3+O2+2TeO2=2Na2H4TeO6+2CO2，每生成1mol碲酸四氢钠（Na2H4TeO6），则需要的氧化剂O2至少为0.5mol；Na2H4TeO6在水中难溶，酸浸生成的H6TeO6可溶，故生成的碲酸四氢钠不用“水浸”，而采取“酸浸”；

8．（2018届重庆市西南大学附属中学校高三第六次月考）镧系金属元素鈰（Ce）常见有+3、+4两种价态，鈰的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。

请回答下列问题：

（1）雾霾中含有的污染物NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成

物质的量之比为1∶1，试写出该反应的离子方程式______________________________________________。

（2）用电解的方法可将上述吸收液中的

转化为稳定的无毒气体，同时再生Ce4+，其原理如图所示。

①无毒气体从电解槽的___________（填字母序号）口逸出。

②每生成标准状况下22.4L无毒气体，同时可再生Ce4+_____________mol。

（3）鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰矿形式存在，其主要化学成分为CeFCO3。

工业上利用氟碳鈰矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：

①焙烧过程中发生的主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。

②假设参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为3∶1，试写出相应的化学方程式________________。

③向Ce（BF4）3中加入KCl溶液的目的是________________________________________。

④常温下，当溶液中的某离子浓度

时，可认为该离子沉淀完全。

据此，在生成Ce（OH）3的反应中，加入NaOH溶液至pH至少达到____________时，即可视为Ce3+已完全沉淀。

⑤加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_________。

【答案】4Ce4++2NO+3H2O=4Ce3++NO2－+NO３－+6H+c61∶49CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce（Br4）3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O避免Ce3+以Ce（BF4）3形式沉淀而损失（或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率）9NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解

根据流程可知反应物还有HCl、H3BO3，生成物有Ce（Br4）3沉淀、CeCl3，根据化合价的变化，因元素Ce由+4价变为+3价，化合价降低，由氧化还原反应原理可知，应有元素化合价升高，则应有Cl2生成，结合质量守恒，则反应的化学方程式为9CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce（Br4）3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O；③避免Ce3+以Ce（BF4）3形式沉淀而损失或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率，故向Ce（BF4）3中加入KCl溶液；④常温下，当溶液中c（Ce3+）

时，

，则

c

，即pH=9，据此，在生成Ce（OH）3的反应中，加入NaOH溶液至pH至少达到9时，即可视为Ce3+已完全沉淀；⑤加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解。

9．（2018届广西玉林高级中学高三化学模拟试题三）锆（40Zr）是现代工业的重要金属原料