版高考化学大二轮专题复习新方略题型层级练化工流程综合分析题.docx
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版高考化学大二轮专题复习新方略题型层级练化工流程综合分析题
题型层级练9 化工流程综合分析题
授课提示:
对应学生用书137页
(A级)
1.下图中反应①是制备SiH4的一种方法,其副产物MgCl2·6NH3是优质的镁资源。
回答下列问题:
(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H-除外):
__________________,Mg在元素周期表中的位置:
______________________,Mg(OH)2的电子式:
__________________。
(2)A2B的化学式为______________。
反应②的必备条件是________________。
上图中可以循环使用的物质有______________________。
(3)在一定条件下,由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料______________(写化学式)。
(4)为实现燃煤脱硫,向煤中加入浆状Mg(OH)2,使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg化合物,写出该反应的化学方程式:
____________________。
(5)用Mg制成的格氏试剂(RMgBr)常用于有机合成,例如制备醇类化合物的合成路线如下:
依据上述信息,写出制备
所需醛的可能结构简式:
______________。
解析:
(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子有Mg2+、Cl-、N3-、H+,Cl-有3个电子层,四者中离子半径最大,Mg2+、N3-有2个电子层,且具有相同的电子层结构,核电荷数越大,离子半径越小,则N3-的半径大于Mg2+的半径,故离子半径由小到大的顺序为r(H+) 根据镁的原子结构示意图 ,可推知镁位于元素周期表的第三周期ⅡA族。 Mg(OH)2为离子化合物,其电子式为[H ]-Mg2+[ H]-。 (2)根据反应①,由原子守恒可推知A2B为Mg2Si。 可通过电解熔融的MgCl2获得Mg。 由题图可知,由MgCl2·6NH3得到的NH3、NH4Cl可以循环用于反应①。 (3)由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料,显然该耐磨材料为原子晶体SiC。 (4)煤燃烧产生的SO2与Mg(OH)2反应生成MgSO3,MgSO3具有还原性,易被空气中的氧气氧化为MgSO4,反应的化学方程式为2Mg(OH)2+2SO2+O2===2MgSO4+2H2O。 (5)根据格氏试剂与醛反应合成醇的反应原理, 可由CH3MgBr与CH3CH2CHO反应制得,也可由CH3CH2MgBr与CH3CHO反应制得,故所需醛的可能结构简式为CH3CH2CHO、CH3CHO。 答案: (1)r(H+) 第三周期ⅡA族 [H ]-Mg2+[ H]- (2)Mg2Si 熔融、电解 NH3、NH4Cl (3)SiC (4)2Mg(OH)2+2SO2+O2===2MgSO4+2H2O (5)CH3CH2CHO,CH3CHO 2.锌及其化合物在生产生活中应用比较广泛。 (1)ZnFe2O4是一种性能优良的软磁材料,也是一种催化剂,能催化烯类有机物氧化脱氢等反应。 ①ZnFe2O4中Fe的化合价是________。 ②工业上利用反应ZnFe2(C2O4)3·6H2O ZnFe2O4+2CO2↑+4CO↑+6H2O制备ZnFe2O4,该反应中还原产物是________(填化学式),每生成1molZnFe2O4转移的电子总数是________。 (2)工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等杂质)制取金属锌的工艺流程如下: ①酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率,为达到这一目的,还可采用的措施是________________________(任答一条)。 写出ZnFe2O4溶于酸的离子方程式 _________________________________________________________________________________________________________。 ②净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为 ___________________________________________________ __________________________________________________。 ③净化Ⅱ中Y的主要成分是________(填化学式)。 (3)利用锌锰电池在800~1000℃时电解TiO2可制得金属钛,装置如图所示。 图中a电极的材料为________,阴极的电极反应式为 ________________________________________________________________________。 解析: (1)①ZnFe2O4中Zn是+2价,O是-2价,根据化合物中正负价代数和为0可知Fe的化合价是+3价。 ②反应中Fe元素化合价从+2价升高到+3价,碳元素化合价从+3价部分降低到+2价,部分升高到+4价,所以还原产物是CO;根据方程式可知每生成1molZnFe2O4转移的电子的物质的量是4mol,总数是4NA(或2.408×1024)。 (2)将锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4,还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质)酸浸,发生反应ZnFe2O4+8H+===2Fe3++Zn2++4H2O、ZnO+2H+===Zn2++H2O、FeO+2H+===Fe2++H2O、CuO+2H+===Cu2++H2O,向溶液中加入双氧水,发生反应2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O,调节溶液的pH将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,调节溶液pH时不能引进新的杂质,可以用ZnO,所以X为ZnO,然后向溶液中加入ZnS,发生反应Cu2++ZnS===Zn2++CuS,然后过滤,所以Y中含有CuS,最后电解得到Zn。 ①酸浸时要将锌焙砂粉碎,其目的是提高酸浸效率,为达到这一目的,还可以采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、搅拌等。 ZnFe2O4溶于酸的离子方程式为ZnFe2O4+8H+===2Fe3++Zn2++4H2O。 ②净化Ⅰ中H2O2参与反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O;③由于ZnS过量,则净化Ⅱ中Y的主要成分是CuS、ZnS。 (3)a电极产生Ti,是阴极,所以a电极是负极,其电极材料为锌,阴极是二氧化钛得到电子,电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-。 答案: (1)①+3 ②CO 4NA(或2.408×1024) (2)①适当增大c(H+)(或升高温度、搅拌等其他合理答案) ZnFe2O4+8H+===2Fe3++Zn2++4H2O ②H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O ③CuS、ZnS (3)锌(或Zn) TiO2+4e-===Ti+2O2- 3.铝是应用广泛的金属。 以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下: 注: SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。 (1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为______________________________________。 (2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH________(填“增大”、“不变”或“减小”)。 (3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_______________________________ (4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。 阳极的电极反应式为______________________________,阴极产生的物质A的化学式为________。 (5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。 在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是 ________________________________________________________________________。 解析: (1)“碱溶”时,Al2O3与NaOH反应生成NaAlO2和H2O,注意离子方程式。 (2)“过滤Ⅰ”所得滤液为NaAlO2溶液,加入NaHCO3溶液,过滤Ⅱ后电解的是Na2CO3溶液,说明溶液的溶质由NaAlO2变为Na2CO3,发生反应AlO +HCO +H2O===Al(OH)3↓+CO ,说明AlO 结合H+能力强于CO ,即其水解能力强,说明碱性NaAlO2>Na2CO3,溶液的pH减小。 (3)电解Al2O3,阳极O2-放电生成O2,石墨(C)电极会被O2氧化。 (4)阳极溶液中的阴离子即水中的OH-放电生成O2(图示)及H+(2H2O-4e-===O2↑+4H+),H+与CO 结合生成HCO (CO +H+===HCO ,由图阳极区Na2CO3转化为NaHCO3),写出总反应: 4CO +2H2O-4e-===4HCO +O2↑。 阴极,水中的H+放电生成H2。 (5)NH4Cl加热时分解生成HCl和NH3,HCl可以破坏铝表面的氧化膜,有利于反应进行。 答案: (1)Al2O3+2OH-===2AlO +H2O (2)减小 (3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 (4)4CO +2H2O-4e-===4HCO +O2↑ H2 (5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 (B级) 4.用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备应用广泛的氯化钴的工艺流程如图所示: 注: 钴与盐酸反应极慢,需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。 有关钴、镍和铁的化合物的性质如表: 化学式 沉淀完全时的pH 相关反应 Co(OH)2 9.4 Co+2HCl===CoCl2+H2↑ Co2++2NH3·H2O===Co(OH)2↓+2NH Co2++2H2OCo(OH)2+2H+ Ni+2HCl===NiCl2+H2↑ Ni2++6NH3·H2O===[Ni(NH3)6]2++6H2O Fe(OH)2 9.6 Fe(OH)3 3.7 (1)“除镍”步骤中,氨水用量对反应收率的影响如表: 加氨水调pH 收率/% Ni2+含量/% 9 98.1 0.08 9.5 98 0.05 10 97.6 0.005 10.3 94 0.005 从表中数据可知,当pH调节至x=________时,除镍效果最好。 (2)“除镍”步骤必须控制在一定的时间内完成,否则沉淀中将有部分Co(OH)2转化为Co(OH)3,此反应的化学方程式为 ___________________________________________________ (3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是 ________________________________________________________________________。 (4)“除铁”步骤中加入的纯碱的作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)在“调pH”步骤中,加盐酸的作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,则该温度下反应Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+的平衡常数为 ________________________________________________________________________。 解析: (1)由题表可知,当pH=10时,收率为97.6%,Ni2+含量已经达到最低,继续增大pH时,Ni2+含量不变,故x=10。 (2)Co(OH)2转化为Co(OH)3,类似Fe(OH)2转化为Fe(OH)3,发生反应的化学方程式为4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3。 (3)加入双氧水的目的是将Fe2+氧化成Fe3+,发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。 (4)“除铁”步骤中加入Na2CO3的作用是促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀而除去。 (5)由Co2++2H2OCo(OH)2+2H+可知,加入盐酸可抑制Co2+水解。 (6)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=4.0×10-38,K= = = =(10-14)3/(4.0×10-38)=2.5×10-5。 答案: (1)10 (2)4Co(OH)2+O2+2H2O===4Co(OH)3 (3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O (4)使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去[或2Fe3++3CO +3H2O===2Fe(OH)3↓+3CO2↑] (5)防止Co2+水解 (6)2.5×10-5 5.多硫的化合物有多硫化钠(Na2Sx)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)、过二硫酸钠(Na2S2O8)和连二亚硫酸钠(Na2S2O4)等,在印染、造纸和医学等方面起着重要作用。 (1)连二亚硫酸钠具有强还原性,工业制备工艺流程如下: ①配平: NaHSO3+ NaBH4— Na2S2O4+ NaBO2+ ________ ②在搅拌反应中加入乙醇并不参与反应,则加入乙醇的目的是________________________________________________________________________。 ③制得的连二亚硫酸钠成品中常含有少量亚硫酸盐,影响产品纯度的测定,若选择铁氰化钾K3[Fe(CN)6]滴定连二亚硫酸钠时却不受其影响,与其他氧化剂比较,铁氰化钾具有优良的选择性,在碱性条件下铁氰化钾氧化性弱,还原产物为亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6],请写出滴定时发生反应的离子方程式: ________________________________________________________________________。 ④连二亚硫酸钠可用于处理工业产生的某类废水,0.1mol连二亚硫酸钠理论上可除去酸性废水中Cr2O 的物质的量为________mol。 (2)过二硫酸钠中硫元素的化合价为________,其具有强氧化性,在酸性条件下将Mn2+氧化成紫红色的MnO ,写出该反应的离子方程式: ________________________________________________________________________。 (3)工业上可采用电解的方法,同时制备连二亚硫酸钠与过二硫酸钠,简易装置如下: ①关于上述电解装置,下列说法不正确的是________(填字母)。 A.装置中a电极是阳极,b电极是阴极 B.装置中应选择阳离子交换膜,钠离子从右池向左池移动 C.理论上,电解产生的连二亚硫酸钠比过二硫酸钠的物质的量多 D.若电解后拆去电路上的电源,则该装置可以向外提供电能 ②写出a电极上主要的电极反应式: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析: (1)①该反应中,S元素由+4价降低为+3价,则NaBH4中H元素由-1价升高到+1价,故产物中还有H2O,根据得失电子守恒和原子守恒配平可得: 8NaHSO3+NaBH4===4Na2S2O4+NaBO2+6H2O。 ②连二亚硫酸钠(Na2S2O4)易溶于水,搅拌反应中加入乙醇,可降低连二亚硫酸钠的溶解度,便于产品结晶析出,从而提高产品的产率。 ③在碱性条件下铁氰化钾K3[Fe(CN)6]滴定连二亚硫酸钠(Na2S2O4)的还原产物为亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6],S2O 则被氧化成SO ,据守恒规律可得离子方程式为2S2O +4[Fe(CN)6]3-+8OH-=4SO +4[Fe(CN)6]4-+4H2O。 ④Cr2O 具有强氧化性,用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)除去酸性废水中的Cr2O ,S2O 被氧化为SO ,则Cr2O 被还原为Cr3+。 0.1molNa2S2O4失去电子的物质的量为0.6mol,则除去Cr2O 的物质的量为0.1mol。 (2)过二硫酸钠(Na2S2O8)中存在一个过氧键(—O—O—),Na元素显+1价,过氧键中O元素显-1价,其余O元素显-2价,则S元素显+6价。 Na2S2O8具有强氧化性,在酸性条件下可将Mn2+氧化成紫红色的MnO ,而S2O 则被还原为稳定性较强的SO ,离子方程式为2Mn2++5S2O +8H2O===2MnO +10SO +16H+。 (3)①由电解装置可知,a电极与电源的正极相连,b电极与负极相连,则a是阳极,b是阴极,A正确;电解过程中,阳离子(Na+)由左池经离子交换膜向右池移动,B错误;电解过程中阳极上SO 放电生成过二硫酸钠(Na2S2O8),阴极上HSO 放电生成连二亚硫酸钠(Na2S2O4),根据得失电子守恒可知,n(Na2S2O8)>n(Na2S2O4),C错误;若电解后拆去电路上的电源,则该装置为原电池,可向外提供电能,D正确。 ②a电极为阳极,电解过程中SO 发生氧化反应生成S2O ,电极反应式为2SO -2e-===S2O 。 答案: (1)①8 1 4 1 6 H2O ②降低连二亚硫酸钠的溶解度,使产品充分结晶析出,提高产品的产率 ③2S2O +4[Fe(CN)6]3-+8OH-===4SO +4[Fe(CN)6]4-+4H2O ④0.1 (2)+6 2Mn2++5S2O +8H2O===2MnO +10SO +16H+ (3)①BC ②2SO -2e-===S2O 6.用某含镍电镀废渣(含Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制取NiCO3的过程如图所示: 回答下列问题: (1)加入适量Na2S时除获得沉淀外,还生成一种有臭鸡蛋气味的气体,产生该气体的离子方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)“氧化”时需保持滤液在40℃左右,用6%的H2O2溶液氧化。 控制温度不超过40℃的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; Fe2+被氧化的离子方程式为 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Fe2+也可以用NaClO3氧化,生成的Fe3+在较小pH条件下水解,最终形成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀而被除去,如图是pH—温度关系图,图中阴影部分为黄钠铁矾稳定存在的区域,下列说法正确的是________(填字母)。 a.FeOOH中铁为+2价 b.pH过低或过高均不利于生成黄钠铁矾,其原因不同 c.氯酸钠在氧化Fe2+时,1molNaClO3失去的电子数为5NA d.工业生产中温度常保持在85~95℃,加入Na2SO4后生成黄钠铁矾,此时溶液的pH约为1.2~1.8 (3)加入Na2CO3溶液时,确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是________________________________________________________________________。 (4)某实验小组利用NiCO3制取镍氢电池的正极材料碱式氧化镍(NiOOH),过程如图所示: ①已知Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2+)≤2×10-5mol·L-1,调节pH的范围________。 ②写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式________________________________________________________________________。 解析: (1)电镀废渣经过量酸处理后得到的溶液中含有大量H+,加入Na2S后发生反应: S2-+2H+===H2S↑,生成具有臭鸡蛋味的H2S气体。 (2)氧化阶段温度过高会造成过氧化氢的分解,导致过氧化氢损失;氧化阶段发生反应: 2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。 FeOOH中铁为+3价;pH过低会将生成的黄钠铁矾溶解,pH过高则不会生成黄钠铁矾;氯酸钠在氧化Fe2+时,1molNaClO3得到的电子数为6NA;工业生产中温度常保持在85~95℃,加入Na2SO4后生成黄钠铁矾,结合题图可知此时溶液的pH约为1.2~1.8,故本题选bd。 (4)①欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2+)≤2×10-5mol·L-1,根据Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)·c2(OH-)=2×10-15,则需使c(OH-)≥ mol·L-1=10-5mol·L-1,故调节pH的范围是pH≥9。 ②在空气中加热Ni(OH)2生成NiOOH,发生反应的化学方程式为4Ni(OH)2+O2 4NiOOH+2H2O。 答案: (1)S2-+2H+===H2S↑ (2)减少过氧化氢的分解 2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O bd (3)静置,取少量上层清液于一小试管中继续滴加1~2滴Na2CO3溶液,无沉淀生成 (4)①pH≥9 ②4Ni(OH)2+O2 4NiOOH+2H2O
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