新人教版高考理科化学冲刺复习练习题选修2第3章《化学与材料的制造和应用》含答案.docx

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新人教版高考理科化学冲刺复习练习题选修2第3章《化学与材料的制造和应用》含答案

课时检测（三十七）

（45分钟　100分）

1.（12分）生产普通硅酸盐水泥的原料主要有石灰质原料[如石灰石（含硫）]和黏土质原料,还有少量辅助原料（如铁矿石）。

其主要生产工艺如图所示。

请回答下列问题:

（1）普通硅酸盐水泥熟料的主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和　　　

（填名称）。

（2）步骤②除了产生粉尘外,还可能产生　　　　（至少填两种）等污染性废气。

（3）预热器利用回转窑等装置排出废气的余热加热生料并使部分碳酸盐分解。

这样做的好处是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量比。

已知某熟料中Al2O3和Fe2O3的质量分数分别为4.28%和4.53%,则该熟料的铝率为　　（计算结果保留两位小数）。

（5）熟料还需加入适量石膏（CaSO4·2H2O）。

180mg某石膏样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示。

①样品在热天平中受热脱水时,往往要适速通入适量惰性气体,这样做的目的是 　。

②加热到1400℃时生成的气体能使品红溶液褪色。

该温度下发生反应的化学方程式为 　。

2.（12分）硅在材料王国中具有举足轻重的地位。

请解答下列试题。

（1）硅的制备方法是制约太阳能发展的瓶颈,石英与焦炭在高温电炉中反应可以制得硅。

该反应的化学方程式是　。

该反应的气体产物是一氧化碳,不是二氧化碳,其原因是 

　。

（2）氮化硅（Si3N4）是一种高温结构材料,粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。

粉末状的Si3N4遇空气和水都不稳定,但和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理,可以制得结构十分紧密,对空气和水都相当稳定的固体材料,同时还得到遇水不稳定的Mg3N2。

①写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学方程式

　。

②现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,使生成的Si3N4沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅,该制造方法称为　　　　　;反应的化学方程式为　;

该法还可以以甲烷为原料制造金刚石薄膜,反应的化学方程式为 

　。

③Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理的过程中,除生成Mg3N2外,还可能生成　　　　物质。

热处理后除去MgO和Mg3N2的方法是　　　　　　　　　　　　　。

3.（13分）世界锂离子电池每年总产量超过25亿只,锂电池消耗量巨大,对不可再生的金属资源的消耗是相当大的。

因此锂离子电池回收具有重要意义,其中需要重点回收的是正极材料,其主要成分为钴酸锂（LiCoO2）、导电乙炔黑（一种炭黑）、铝箔以及有机黏结剂。

某回收工艺流程如下:

（1）上述工艺回收到的产物有　。

（2）废旧电池可能由于放电不完全而残留有游离态的锂,为了安全,对拆解环境的要求是　。

（3）碱浸时主要反应的离子方程式为　。

（4）酸浸时反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。

如果用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液也能达到溶解的目的,但不利之处是　。

（5）生成Li2CO3的化学反应方程式为:

　　　　　　　　　　　　　。

已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小,最后一步过滤时应该　。

4.（14分）（2013·湛江模拟）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等元素的化合物杂质）为原料获得。

操作步骤如下:

（1）往废渣中加H2SO4酸浸,要充分搅拌,其目的是 

　。

（2）加Na2S的目的是除去铜、锌等杂质,请写出除去Cu2+的离子方程式　

__________________________________。

（3）加6%的H2O2时,温度不能过高,其目的是 

　。

（4）除铁方法:

用H2O2充分氧化后,再用NaOH控制pH2～4范围内生成氢氧化铁沉淀。

在上述方法中,氧化剂可用NaClO3代替,请写出用NaClO3氧化Fe2+的离子方程式:

　。

（5）上述流程中滤液Ⅲ的溶液中溶质的主要成分是　　　　。

（6）操作Ⅰ包括以下过程:

过滤,用H2SO4溶解,　、

　　　　、过滤、洗涤获得产品。

5.（15分）（2013·新乡模拟）从废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:

回答下列问题:

（1）①中滤渣的主要成分是　　　　。

（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中Rn+表示VO2+或Fe3+,HA表示有机萃取剂的主要成分）:

Rn+（水层）+nHA（有机层）

RAn（有机层）+nH+（水层）

②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 

　。

③中反萃取时加入的X试剂是　　　　。

（3）完成④中反应的离子方程式:

+

VO2++

H+====

VO3++

Cl-+

（4）25℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下:

pH

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

钒沉淀

率/%

88

92

93

95

95

95

93

90

87

根据上表数据判断,⑤中加入氨水,调节溶液pH最佳值为　　　　;若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）3沉淀,则溶液中c（Fe3+）<　　　　　。

（已知:

25℃时,

Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-39）

（5）在整个工艺流程中,可以循环利用的物质是水、　　　　和　　　　。

（6）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子　　　　。

6.（16分）（能力挑战题）碳酸锂用途广泛,可用作陶瓷、药物、催化剂,也是常用的锂离子电池的原料,工业上以锂辉石（Li2O·Al2O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素）为原料生产碳酸锂。

其部分工艺流程如下。

已知:

①Li2O·Al2O3·4SiO2+H2SO4（浓）

Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓;

②某些物质的溶解度（S）如表所示。

T/℃

20

40

60

80

S（Li2CO3）/g

1.33

1.17

1.01

0.85

S（Li2SO4）/g

34.2

32.8

31.9

30.7

（1）从滤渣1中分离出Al2O3的部分流程如图所示,括号表示加入的试剂,方框表示所得到的物质。

则步骤Ⅰ中发生反应的离子方程式是　__________________,

步骤Ⅱ应通入一种气体试剂为　　　　,步骤Ⅱ反应完之后需要进行的操作是　。

（2）已知滤渣2的主要成分有Mg（OH）2和CaCO3。

向滤液1中加入石灰乳的作用是（用离子方程式表示） 　。

（3）向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是 

　。

（4）工业上,将Li2CO3粗产品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下。

a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液,LiOH溶液作阴极液,两者用离子选择透过膜隔开,用惰性电极电解。

b.电解后向LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液,过滤、烘干得高纯Li2CO3。

①a中,阳极的电极反应式是　。

②b中,生成Li2CO3反应的化学方程式是　。

7.（18分）（2013·郑州模拟）现代炼锌的方法可分为火法和湿法两大类,镉是生产硫酸锌的副产品,属于高毒性金属,试回答下列相关问题。

（1）火法炼锌是将闪锌矿（主要含ZnS）通过浮选、焙烧使它转化为氧化锌,再把氧化锌和焦炭混合,在鼓风炉中加热至1373K～1573K,使锌蒸馏出来。

主要反应为

2ZnS+3O2

2ZnO+2SO2;

鼓风炉中:

2C+O2

2CO;ZnO+CO

Zn+CO2

火法炼锌蒸馏后的残渣中含多种金属单质及In2O3,可用硫酸提取铟,某研究机构对此研究数据如下。

实验中涉及的酸度（每升溶液中含硫酸的质量）与铟的浸出率如图1,硫酸溶液的体积与固体的体积比如图2。

①当酸度为196时,其物质的量浓度为　　　　。

②从节约原料和浸出率考虑,适宜的酸度和液固比分别为　　　　、　　　　。

（2）湿法炼锌的主要工艺流程为

①从保护环境和充分利用原料角度考虑,如何处理或利用烟气　。

②除去酸浸出液中的铁,可用H2O2氧化,再调节pH使之形成Fe（OH）3沉淀,写出H2O2氧化Fe2+的离子方程式　。

③酸浸出液还含有Cd2+,为了防止镉污染并回收镉,根据它们性质的差异,可用氢氧化钠溶液分离,已知Zn（OH）2和氢氧化铝一样也具有两性,试写出分离的离子方程式　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　。

答案解析

1.【解析】

（1）普通硅酸盐水泥的成分除硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙外,还有铁铝酸钙。

（2）生料与煤在水泥回转窑中加热到1450℃时发生反应能生成污染性气体CO,煤燃烧还可产生污染性气体SO2。

（3）利用回转窑排出废气的余热来加热生料,使能源得到充分的利用。

（4）铝率=

≈0.94

（5）①利用惰性气体排出加热产生的水蒸气,防止水蒸气对测定产生误差。

②气体能使品红溶液褪色,则该气体为SO2。

从曲线图可以看出:

200℃～1400℃的范围内为CaSO4。

1400℃时,CaSO4（1×10-3mol,140mg）生成56mg的固体物质,该固体物质中一定含有Ca,故为CaO。

则反应方程式为2CaSO4

2CaO+

2SO2↑+O2↑

答案:

（1）铁铝酸钙（或铁铝酸四钙）

（2）二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物（写化学式也可）

（3）提高气固间的换热效率,实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗

（4）0.94

（5）①防止水蒸气对测定产生误差

②2CaSO4

2CaO+2SO2↑+O2↑

2.【解析】

（1）石英和焦炭在高温电炉中发生反应生成Si和CO,而不是Si和CO2;原因是在高温条件下焦炭和CO2发生反应:

C+CO2

2CO。

（2）①根据题目提供的信息可知:

SiCl4蒸气和NH3反应制得Si3N4,同时得到HCl,反应方程式为:

3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl。

②SiCl4和N2在H2的环境中加强热反应得到Si3N4,同时得到另一种气体HCl,反应方程式为:

3SiCl4+2N2+6H2

Si3N4+12HCl;以甲烷为原料制金刚石薄膜（化学式为C）和另一种气体为H2,反应方程式为:

CH4

C+2H2。

③据原子守恒可知:

Si3N4与MgO在一定条件下进行热处理生成Mg3N2和SiO2（或硅酸镁）。

由于Si3N4的固体材料遇水稳定而Mg3N2遇水不稳定及MgO能溶于盐酸,故可用稀盐酸除去Si3N4中的MgO和Mg3N2。

答案:

（1）SiO2+2C

Si+2CO↑　高温条件下焦炭和二氧化碳不共存,即焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳

（2）①3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl

②化学气相沉积法

3SiCl4+2N2+6H2

Si3N4+12HCl

CH4

C（金刚石）+2H2

③SiO2（写MgSiO3也可）　加足量稀盐酸过滤

3.【解析】

（1）由转化关系图可看出,其终端物质为Al（OH）3、CoSO4、Li2CO3,为上述工艺回收到的产物。

（2）锂是活泼的碱金属单质,易被空气中的氧气和水分氧化导致自燃,故应隔绝空气和水分。

（3）铝箔可与烧碱发生反应:

2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑。

（4）滤渣的主要成分为LiCoO2,在酸性条件下被H2O2还原为CoSO4;LiCoO2有强氧化性可将HCl氧化为氯气,造成环境污染。

（5）Li2SO4和Na2CO3发生复分解反应生成Li2CO3,为减少Li2CO3的流失应在温度较高下过滤。

答案:

（1）Al（OH）3、CoSO4、Li2CO3

（2）隔绝空气和水分

（3）2Al+2OH-+2H2O====2

+3H2↑

（4）2LiCoO2+H2O2+3H2SO4====Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O　有氯气生成,污染较大

（5）Li2SO4+Na2CO3====Na2SO4+Li2CO3↓　在较高温度下过滤

4.【解析】

（1）酸浸时要充分搅拌,使反应物充分混合接触,提高反应物的转化率（即浸出率）。

（2）Cu2+与S2-结合生成CuS黑色沉淀。

（3）H2O2具有不稳定性,温度过高时会发生分解,生成H2O和O2。

（4）

具有氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,其还原产物为Cl-,反应的离子方程式为

+6Fe2++6H+====6Fe3++Cl-+3H2O。

（5）滤液Ⅲ经浓缩结晶可得NiSO4·6H2O,故滤液Ⅲ中一定含有NiSO4;滤液Ⅰ加

Na2S时除去了铜、锌的杂质,滤液Ⅱ加H2O2和NaOH是将铁杂质转化为Fe（OH）3,铬（Cr）杂质转化为Cr（OH）3,故滤液Ⅲ中还存在Na2SO4。

答案:

（1）加快反应速率或提高浸出率

（2）S2-+Cu2+====CuS↓

（3）减少（防止）过氧化氢的分解

（4）6Fe2++

+6H+====6Fe3++Cl-+3H2O

（5）Na2SO4、NiSO4　（6）蒸发浓缩　冷却结晶

5.【解析】

（1）废钒催化剂的主要成分是V2O5、Fe2O3和SiO2,与酸作用时V2O5转化为VO2+,Fe2O3转化为Fe3+而SiO2不反应,故滤渣的主要成分是SiO2。

（2）萃取与反萃取的反应为Rn+（水层）+nHA（有机层）

RAn（有机层）+nH+（水层）

②中加入适量碱,与H+反应使平衡正移,从而提高钒的萃取率。

③中要使上述平衡逆移,可增大溶液中c（H+）,即加入H2SO4。

（3）

（4）由表格中的数据可知,当加入氨水使溶液的pH上升到1.6时,钒沉淀率达最高为95%,即调节溶液pH最佳值为1.6;

当钒沉淀率为90%时,pH=2.0,c（H+）=10-2mol·L-1,c（OH-）=

=10-12mol·L-1

要使溶液中不产生Fe（OH）3沉淀,则c（Fe3+）·c3（OH-）

（5）从流程图中可以看出,可循环使用的物质为有机萃取剂和氨水。

（6）酸性水溶液中含有VO2+、Fe3+、

等,与KClO3发生第④步的反应生成VO3+和Cl-,再经过氨水调pH使钒沉淀率达95%,故废液Y中还含有K+、Fe3+、VO3+、

及

。

答案:

（1）SiO2

（2）加入碱中和产生的酸,平衡右移,提高钒的萃取率　硫酸

（3）1　6　6　6　1　3　H2O

（4）1.6　4.0×10-3mol·L-1

（5）有机萃取剂　氨气（或氨水）

（6）Fe3+、VO3+、

、K+（任写2种）

6.【解析】

（1）滤渣1中含有Al2O3·4SiO2·H2O,先加入强酸使Al2O3转化成Al3+,再通入NH3,使Al3+转化成Al（OH）3,最后灼烧Al（OH）3得到Al2O3。

（2）加入石灰乳,中和多余的硫酸,并将Mg2+转化为Mg（OH）2沉淀。

（3）从Li2CO3的溶解度表可知,随着温度的升高,Li2CO3的溶解度逐渐减小,故用热水洗涤可减少Li2CO3的损失。

（4）①Li2CO3溶于盐酸生成LiCl,作阳极液,其阳极反应式为:

2Cl--2e-====Cl2↑。

②LiOH溶液与NH4HCO3发生反应生成Li2CO3沉淀,反应方程式为:

2LiOH+2NH4HCO3====Li2CO3↓+（NH4）2CO3+2H2O

答案:

（1）Al2O3+6H+====2Al3++3H2O

NH3　过滤

（2）Ca（OH）2+2H+====Ca2++2H2O、

Ca（OH）2（s）+Mg2+

Mg（OH）2（s）+Ca2+

（3）Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失

（4）①2Cl--2e-====Cl2↑

②2LiOH+2NH4HCO3====Li2CO3↓+（NH4）2CO3+2H2O

7.【解析】

（1）①根据酸度定义可知“酸度为196”表示每升硫酸中含196gH2SO4,故其物质的量浓度为2mol·L-1。

②由图1可知,180g·L-1和200g·L-1浸出率相差不大,考虑节约原料应选180g·L-1,由图2可知液固比为（6∶1）、（8∶1）、（10∶1）时的铟浸出率相差很小,考虑节约原料应选6∶1。

（2）①根据闪锌矿焙烧的化学方程式可知烟气中含有大量的SO2气体,如果直接排出会污染环境,因此应用碱液吸收或宜将烟道气净化后用于生产硫酸。

②根据氧化还原反应原理,注意条件是在酸性条件下。

③由条件知Zn（OH）2也具有两性,用NaOH进行分离,注意

的存在。

答案:

（1）①2mol·L-1　②180　6∶1

（2）①应用碱液吸收,将烟道气净化,用于生产硫酸等

②2Fe2++H2O2+2H+====2Fe3++2H2O

③Cd2++2OH-====Cd（OH）2↓

Zn2++4OH-====

+2H2O