高考化学三轮热点题型专训高考主观题 第27题 无机化学综合应用.docx
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高考化学三轮热点题型专训高考主观题第27题无机化学综合应用
第27题 无机化学综合应用
题组一 以陌生无机物为载体的综合考查
[答案及评分标准]
(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO4△,2H3BO3+2MgSO4(2分) 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2分)
(2)Fe3O4(1分) SiO2和CaSO4(2分)
(3)将Fe2+氧化成Fe3+(1分) 使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(1分) (4)(七水)硫酸镁(1分)
(5)Na+
(2分)
(6)2H3BO3
B2O3+3H2O、B2O3+3Mg△,2B+3MgO(2分)
[阅卷人的忠告]
(1)元素符号错、不规范、看不清的不得分,方程式不写“△”扣分。
(2)SiO2和CaSO4少写,或错写其他杂质均不得分。
(3)名称写成化学式不得分。
(4)电子式漏掉离子符号或不写“[ ]”均不得分。
[挑战满分](限时25分钟)
1.工业上利用氟碳铈矿(主要成分CeCO3F)提取CeCl3的一种工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)CeCO3F中,Ce元素的化合价为________。
(2)酸浸过程中用稀硫酸和H2O2替换HCl不会造成环境污染。
写出稀硫酸、H2O2与CeO2反应的离子方程式:
______________________________________________________。
(3)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是___________________________________
________________________________________________________________________。
(4)溶液中的c(Ce3+)等于1×10-5mol·L-1可认为Ce3+沉淀完全,此时溶液的pH为________。
(已知Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)
(5)加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得到无水CeCl3,其中NH4Cl的作用是________________________________________________________________________。
(6)准确称取0.7500gCeCl3样品置于锥形瓶中,加入适量过硫酸铵溶液将Ce3+氧化为Ce4+,然后用0.1000mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗25.00mL标准溶液。
(已知:
Fe2++Ce4+===Ce3++Fe3+)
①该样品中CeCl3的质量分数为________(保留两位小数)。
②若使用久置(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液进行滴定,测得该CeCl3样品的质量分数________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
答案
(1)+3
(2)H2O2+2CeO2+6H+===2Ce3++4H2O+O2↑
(3)避免三价铈以Ce(BF4)3沉淀的形式损失或除去BF
或提高CeCl3的产率
(4)9
(5)NH4Cl固体受热分解产生HCl,抑制CeCl3水解
(6)①82.17% ②偏大
解析
(1)根据化合价的代数和等于零计算,C为+4价、O为-2价、F为-1价。
(2)HCl被CeO2氧化的产物为氯气;H2O2被氧化为O2,CeO2的还原产物为Ce3+,根据电子守恒、电荷守恒即可配平方程式。
(3)从流程可知KBF4为沉淀,该步骤为除去BF
(4)c(OH-)=
(5)从Ce(OH)3的溶度积可知CeCl3易水解,氯化铵分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解。
(6)①由反应信息可得关系式:
CeCl3~(NH4)2Fe(SO4)2,再根据硫酸亚铁铵的物质的量和关系式即可计算n(CeCl3)。
②久置的(NH4)2Fe(SO4)2中Fe2+已部分被氧化,必然消耗(NH4)2Fe(SO4)2的量增多,因而测定结果偏大。
2.磷及其化合物在生产、生活中有重要的用途。
回答下列问题:
(1)直链聚磷酸是由n个磷酸分子通过分子间脱水形成的,常用于制取阻燃剂聚磷酸铵。
①写出磷酸主要的电离方程式:
_______________________________。
②n越大,直链聚磷酸铵的水溶性越________(填“大”或“小”)。
(2)在碱性条件下,次磷酸盐可用于化学镀银,完成其反应的离子方程式。
H2PO
+
Ag++
________===
PO
+
Ag+
________
(3)由工业白磷(含少量砷、铁、镁等)制备高纯白磷(熔点44℃,沸点280℃),主要生产流程如下:
①除砷过程在75℃时进行,其合理的原因是________(填字母)。
a.使白磷熔化,提高反应活性
b.降低白磷的毒性
c.温度不宜过高,防止硝酸分解
d.适当提高温度,增大反应速率
②生产过程在高纯氮气保护下进行,其目的是____________________________
________________________________________________________________________。
③硝酸氧化除砷时被还原为NO,写出砷转化为砷酸的化学方程式:
________________________________________________________________________。
氧化相同质量的砷,当转化为亚砷酸的量越多时,消耗硝酸的量越________(填“多”或“少”)。
④某条件下,用一定量的硝酸处理一定量的工业白磷,砷的脱除率及磷的产率随硝酸质量分数的变化如图所示,砷的脱除率从a点到b点降低的原因是_____________
________________________________________________________________________。
答案
(1)①H3PO4H++H2PO
②小
(2)1 4 6OH- 1 4 4H2O
(3)①acd
②防止白磷被空气中氧气氧化
③3As+5HNO3+2H2O===3H3AsO4+5NO↑ 少
④硝酸浓度变大,氧化性增强,有较多的硝酸用于氧化白磷,脱砷率降低
3.过二硫酸(结构如图)是一种白色晶体,其酸及盐均为强氧化剂。
(1)(NH4)2S2O8在水溶液中的电离方程式为_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在Ag+及加热的条件下,S2O
可将溶液中的Mn2+氧化为MnO
,该反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
观察到的现象是_______________________________________________________。
(3)由氯碘酸(ClSO3H)与过氧化氢作用可得固态的过二硫酸,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)工业上制备过二硫酸溶液的流程之一如下:
电解时阳极的电极反应式为____________________________________________________,
阳极材料能否用铜丝代替铂丝?
________(填“能”或“不能”),说明理由:
________________________________________________________________________。
答案
(1)(NH4)2S2O8===2NH
+S2O
(2)2Mn2++5S2O
+8H2O
2MnO
+10SO
+16H+ 溶液颜色变为紫色
(3)2ClSO3H+H2O2===H2S2O8↓+2HCl↑
(4)2SO
-2e-===S2O
不能 铜是活性电极,铜作阳极时本身会失去电子
解析
(2)由过二硫酸结构可知,分子中S元素处于最高价+6价,其中的-1价O具有强氧化性,则离子方程式:
5S2O
+2Mn2++8H2O
2MnO
+10SO
+16H+,由于生成MnO
,溶液会变为紫色。
(4)电解产物中的H2一定在阴极生成,则阳极产物为S2O
,电极反应式为2SO
-2e-===S2O
,阳极用铜时,铜失电子,不能生成S2O
。
4.Na2S、H2O2在从含镍电镀废渣(除含镍外,还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)中提取含镍化合物时有重要作用。
提取过程如下:
①电镀废渣先用过量酸进行酸化处理,得到溶液;
②向溶液中滴入适量的Na2S溶液,除去Cu2+、Zn2+,过滤;
③保持滤液在40℃左右,用6%的H2O2溶液氧化Fe2+,再在95℃时加入NaOH溶液调节pH,过滤除去铁和铬;
④在滤液中加入足量Na2CO3溶液,搅拌,得NiCO3沉淀;
⑤……
(1)步骤②中除可观察到黑色沉淀外,还可嗅到臭鸡蛋气味,用离子方程式说明气体的产生:
______________。
(2)步骤③中在Fe2+氧化阶段,需要控制温度不超过40℃,其目的是___________________;
该阶段发生反应的离子方程式为___________________________________。
(3)Fe2+也可以用NaClO3氧化,Fe2+被氧化并在较小pH条件下水解,最终形成黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀而被除去;如图是pH-温度关系图,图中阴影部分为黄铁矾钠稳定存在区域[已知25℃时,Fe(OH)3的Ksp=2.64×10-39],下列说法正确的是________(填字母)。
a.FeOOH中铁为+2价
b.若在25℃时,用H2O2氧化Fe2+,再在pH=4时除去铁,此时溶液中c(Fe3+)=2.64×10-29mol·L-1
c.用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe2+的离子方程式为6Fe2++ClO
+6H+===6Fe3++Cl-+3H2O
d.工业生产中温度常保持在85~95℃生成黄铁矾钠,此时溶液的pH约为1.2~1.8
(4)无水NiCl2在有机合成中有着极为重要的作用,工业上常用含镍原料所制得的NiCl2·6H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水制得,已知SOCl2能与水反应生成SO2和HCl。
写出NiCl2·6H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水制无水NiCl2的化学方程式_______________________
________________________________________________________________________,
NiCl2·6H2O需在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水的原因是______________________。
答案
(1)S2-+2H+===H2S↑
(2)减少过氧化氢的分解 2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O (3)cd
(4)NiCl2·6H2O+6SOCl2
NiCl2+6SO2↑+12HCl
NiCl2在加热过程中会因发生水解而得不到无水NiCl2,当NiCl2·6H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水时,反应过程中产生的HCl能抑制NiCl2的水解
解析
(1)经过量酸处理得到的溶液中含有大量的H+,当加入Na2S后会发生反应:
S2-+2H+===H2S↑,生成具有臭鸡蛋气味的H2S。
(2)Fe2+氧化阶段需要加入氧化剂过氧化氢,温度过高会造成过氧化氢的分解,导致过氧化氢损失,氧化阶段的反应为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(3)FeOOH中铁为+3价;当pH=4时,c(H+)=10-4mol·L-1,c(OH-)=10-10mol·L-1,则c(Fe3+)=
mol·L-1=2.64×10-9mol·L-1。
(4)加热过程中发生的反应为NiCl2·6H2O+6SOCl2
NiCl2+6SO2↑+12HCl;若单独加热NiCl2·6H2O,则在加热过程中NiCl2会发生水解而得不到无水NiCl2,当NiCl2·6H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水时,反应过程中产生的HCl能抑制NiCl2的水解。
题组二 以化工流程为载体的综合题专练
[解题指导]
化工流程题审题方略
1.粗读题干,挖掘图
图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以一定要关注题目的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。
如制备类无机化工题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
2.携带问题,精读信息
这里的“信息”包括三个方面:
一是主干,二是流程图,三是设置的问题。
读主干抓住关键字、词;读流程图,常见问题的设置方向如下:
(1)反应速率与平衡理论的运用;
(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写;
(3)利用控制pH分离除杂;
(4)化学反应中的能量变化;
(5)实验基本操作:
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等;
(6)流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用;
(7)环境保护与绿色化学评价。
3.跳跃思维,规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。
(1)对反应条件的分析可以从以下几个方面着手:
对反应速率有何影响,对平衡转化率有何影响,对综合生产效益有何影响(原料是否价廉易得,是否可再生,能源消耗的多少,设备能否满足生产条件的要求,对环境的影响如何)。
(2)要求用化学理论回答的问题一般采用“四段论法”:
本题“改变了什么条件”(或“是什么条件”)―→根据什么理论―→所以有什么变化―→结论。
[挑战满分](限时25分钟)
1.(2017·广东理综,32)七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:
(1)煅粉主要含MgO和________,用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若滤液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp=5×10-12];该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是_____________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤液Ⅰ中的阴离子有____________(忽略杂质成分的影响);若滤液Ⅰ中仅通入CO2,会生成__________,从而导致CaCO3产率降低。
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为__________________。
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为________________。
(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl
和Al2Cl
两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为____________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)CaO 11 易生成硫酸钙沉淀而导致碳酸钙产率降低
(2)NO
、OH- Ca(HCO3)2
(3)2OH-+Al2O3===2AlO
+H2O
(4)2Al+6H2O
2Al(OH)3+3H2↑
(5)Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
解析
(1)白云石高温煅烧,CaCO3和MgCO3受热分解生成CaO和MgO,煅粉主要含有CaO和MgO。
若滤液Ⅰ中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,根据Ksp=c(Mg2+)·c2(OH-)得:
c(OH-)>
=
mol·L-1=1×10-3mol·L-1,c(H+)<
=1×10-11mol·L-1,即pH>11。
若用(NH4)2SO4代替NH4NO3,则(NH4)2SO4会与CaO反应生成CaSO4微溶物,在过滤时会被除去,造成生成的CaCO3减少。
(2)煅粉的主要成分是CaO和MgO,加入适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,由于镁化合物几乎不溶,则溶液中溶质主要为生成的Ca(NO3)2,故滤液Ⅰ中的主要阴离子为NO
。
由于滤液Ⅰ的pH大于11,溶液中含有Ca(NO3)2和少量的NH4NO3与Ca(OH)2,若仅通入CO2会生成Ca(HCO3)2,从而导致CaCO3产率降低。
(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为2OH-+Al2O3===2AlO
+H2O。
(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为2Al+6H2O
2Al(OH)3↓+3H2↑。
(5)由题意可知,放电时负极Al失去电子与AlCl
结合生成Al2Cl
,其电极反应式为Al-3e-+7AlCl
===4Al2Cl
。
2.硼及其化合物在工农业生产中应用广泛。
已知:
硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O,硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。
利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为
回答下列有关问题:
(1)硼砂中B的化合价为________价;溶于热水后,常用稀硫酸调pH至2~3制取H3BO3,该反应的离子方程式为_________________________________________________。
X为H3BO3晶体加热脱水的产物,其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为______________。
(2)MgCl2·7H2O在HCl氛围中加热的原因是_________________________
________________________________________________________________________。
若用惰性电极电解MgCl2溶液,其阴极反应式为________________________
________________________________________________________________________。
(3)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O,则其正极反应式为__________________。
常温下,若起始电解质溶液pH=1,则pH=2时,溶液中Mg2+的浓度为______________________。
已知Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,当溶液pH=6时,________(填“有”或“没有”)Mg(OH)2沉淀析出。
(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3,BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。
现将0.020g粗硼制成的BI3完全分解,生成的I2用0.30mol·L-1Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液18.00mL。
滴定时用到的指示剂是________________。
该粗硼样品的纯度为________。
(提示:
I2+2S2O
===2I-+S4O
)
答案
(1)+3 B4O
+2H++5H2O===4H3BO3 3Mg+B2O3高温,2B+3MgO
(2)防止MgCl2水解 2H2O+Mg2++2e-===H2↑+Mg(OH)2↓
(3)H2O2+2H++2e-===2H2O 0.045mol·L-1
没有 (4)淀粉 99%
解析
(1)硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O,钠元素化合价为+1价,氧元素化合价为-2价,依据化合价代数和为零计算得到硼元素化合价为+3价;用H2SO4调pH至2~3,硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3,反应的离子方程式为B4O
+2H++5H2O===4H3BO3;X为H3BO3晶体加热脱水的产物,为B2O3,与Mg反应生成粗硼和氧化镁,反应的化学方程式为3Mg+B2O3高温,2B+3MgO。
(2)MgCl2·7H2O需要在HCl氛围中加热,是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁;若用惰性电极电解MgCl2溶液,阴极氢离子得到电子生成氢气,水的电离平衡被破坏,水电离生成的氢氧根离子浓度增大,和镁离子形成氢氧化镁沉淀,合并写出阴极反应式为2H2O+Mg2++2e-===H2↑+Mg(OH)2↓。
(3)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H+===Mg2++2H2O,正极上是过氧化氢得到电子生成水的反应,正极反应式为H2O2+2H++2e-===2H2O;若起始电解质溶液pH=1,则pH=2时,溶液中氢离子浓度减小0.1mol·L-1-0.01mol·L-1=0.09mol·L-1,依据反应方程式得到Mg2+浓度为0.045mol·L-1;Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,当溶液pH=6时,c(OH-)=10-8mol·L-1,则Qc=c(Mg2+)·c2(OH-)=0.045×10-16=4.5×10-18 (4)碘遇淀粉变蓝,终点时蓝色褪去;硫代硫酸钠的物质的量为0.30mol·L-1×0.018L=0.0054mol,根据关系式: B~BI3~3/2I2~3S2O ,n(B)= n(S2O )=0.0018mol,硼的质量为11g·mol-1×0.0018mol=0.0198g,粗硼中硼的含量为0.0198g/0.020g×100%=99%。 3.常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等,废弃后进入环境将造成严重危害。 某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。 (1)填充物用60℃温水溶解,目的是______________________________________。 (2)操作A的名称为________。 (3)铜帽溶解时加入H2O2溶液的目的是_________________________________________ ________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。 铜帽溶解完全后,可采用____________________________________________ 方法除去溶液中过量的H2O2溶液。 (4)碱性锌锰干电池的电解质为KOH,总反应为Zn+2MnO2+2H2O===2MnOOH+Zn(OH)2,其负极的电极反应式为______________________________________。 (5)滤渣的主要成分为含锰混合物,向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸,并不断搅拌至无气泡为止。 主要反应为2MnOOH+MnO2+2H2C2O4+3H2SO4===3MnSO4+6H2O+4CO2↑。 ①当1molM
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