高考化学三轮复习重要考点练习卷无机化工流程问题.docx
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高考化学三轮复习重要考点练习卷无机化工流程问题
无机化工流程问题
1.金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀,而被广泛用作高新科技材料,并被誉为“未来金属”,但在高温时钛化合能力极强,可以与氧、碳、氮及其他元素化合。
以钛铁矿(主要成分FeTiO3,钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛,同时获得副产品甲的工业生产流程如下:
回答下列问题:
(1)已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4,反应中无气体生成。
则该反应属于
(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”),写出该反应的化学方程式:
。
(2)写出上述反应②、③的化学方程式:
。
(3)反应④要在氩气氛围中进行的理由是,最终所得到的金属钛中会混有少量杂质,可加入 溶解后除去。
(4)用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛,该反应的化学方程式为 。
(5)如果取钛铁矿m吨,杂质的百分含量为w,最终生产出钛n吨(不考虑损耗),则m、n、w三者之间的数学关系是 (已知Ti的相对原子质量为48)。
【答案】
(1)非氧化还原反应 FeTiO3+2H2SO4
TiOSO4+FeSO4+2H2O
(2)H2TiO3
TiO2+H2O、TiO2+2Cl2+2C
TiCl4+2CO
(3)Ti在高温下化合能力极强,在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合 稀盐酸
(4)TiO2(熔融)
Ti+O2↑
(5)6m=19n+6mw
2.用废铅蓄电池的铅泥(含PbSO4、PbO和Pb等)可制备精细化工产品3PbO·PbSO4·H2O(三盐),主要制备流程如下。
请回答下列问题:
(1)铅蓄电池在生活中有广泛应用,其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O。
铅蓄电池在充电时,阳极的电极反应式为 。
若铅蓄电池放电前正、负极质量相等,放电时转移了1mol电子,则理论上两极质量之差为 。
(2)将滤液Ⅰ、滤液Ⅲ合并,经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作,可得到一种结晶水合物(Mr=322),其化学式为 。
(3)步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为 ;滤液Ⅱ中溶质的主要成分为 (填化学式)。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为 。
(5)步骤⑦的洗涤操作中,检验沉淀是否洗涤完全的操作方法是 。
(6)已知:
常温下,Ksp(PbSO4)≈2.0×10−8,Ksp(PbCO3)≈1.0×10−13。
在步骤①转化中,若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存,
= 。
【答案】
(1)PbSO4+2H2O−2e−
PbO2+
+4H+ 16g
(2)Na2SO4·10H2O
(3)3Pb+8H++2
3Pb2++2NO↑+4H2O HNO3
(4)4PbSO4+6NaOH
3PbO·PbSO4·H2O↓+3Na2SO4+2H2O
(5)取少量最后一次洗涤后的滤液于试管中,滴加BaCl2溶液和盐酸,若产生白色沉淀,则沉淀未洗涤完全;若没有白色沉淀生成,则沉淀已洗涤完全
(6)2.0×105
3.钨是熔点最高的金属,广泛应用于生活和工业生产。
工业上,以白钨矿[主要成分是CaWO4(难溶于水),含少量的Fe2O3、SiO2]为原料冶炼钨的流程如图所示:
已知:
①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。
②钨在高温下可与C(碳)反应生成硬质合金碳化钨(WC)。
(1)CaWO4中W的化合价为 。
(2)粉碎白钨矿的目的是 (写两条)。
加入碳酸钠并加热至1000℃发生的反应有 、Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑。
(3)向滤液A中加入稀盐酸调节pH时,如果pH太低,钨的产率 (填“升高”“降低”或“不变”)。
(4)工业上,可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。
理论上,等物质的量的CO、H2、Al作还原剂,可得到W的质量之比为 。
(5)已知:
含大量钨酸钙固体的溶液中存在CaWO4(s)
Ca2+(aq)+
(aq) ΔH。
T1K时,pCa=−lgc(Ca2+)=5,当温度升高至T2K时,pCa=5.5,则ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
T2K时,Ksp(CaWO4)= 。
(6)工业上,可用电解法从碳化钨废料中回收钨。
碳化钨作阳极,不锈钢作阴极,盐酸为电解质溶液,阳极析出滤渣D并放出CO2。
写出阳极的电极反应式:
。
【答案】
(1)+6
(2)增大反应物之间的接触面积,加快反应速率CaWO4+Na2CO3+SiO2
Na2WO4+CaSiO3+CO2↑
(3)降低
(4)2∶2∶3
(5)< 1.0×10−11
(6)WC−10e−+6H2O
H2WO4+CO2↑+10H+
4.兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金,被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。
以红土镍矿为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示(部分反应条件和产物省略):
已知:
红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)在高温下灼烧会生成Ni2O3、Fe2O3,酸浸液的溶质是NiSO4、Fe2(SO4)3。
回答下列问题:
(1)滤渣A的主要成分是 (填化学式)。
上述流程中氩气的作用是 。
(2)Ni2O3与硫酸反应生成NiSO4的化学方程式为 。
(3)通入H2S发生还原反应的离子方程式为 。
(4)通入H2S生成NiS而不生成FeS,由此推知Ksp(NiS) Ksp(FeS)(填“>”“<”或“=”)。
(5)NiS
Ni(CO)4
Ni过程中碳元素化合价没有变化。
写出NiS和CO在一定条件下反应的化学方程式 。
(6)参照上述流程图,从浸出液B中提取铝,循环利用。
设计流程:
。
【答案】
(1)SiO2 作保护气
(2)2Ni2O3+4H2SO4
4NiSO4+O2↑+4H2O
(3)2Fe3++H2S
2Fe2++S↓+2H+
(4)<
(5)NiS+4CO
Ni(CO)4+S
(6)浸出液B
Al(OH)3
Al2O3
Al
5.氟碳铈矿的主要化学成分为CeFCO3,它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。
氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到数十种,其中一种提取铈的工艺流程如下:
已知:
焙烧后烧渣中含+4价的铈及+3价的其他稀土氟氧化物;酸浸Ⅰ的浸出液中含少量的+3价的铈。
请回答下列问题:
(1)焙烧前将矿石粉碎成细颗粒的目的是 。
(2)在生产过程中,酸浸Ⅰ中会产生黄绿色气体,污染环境、腐蚀设备,写出产生黄绿色气体的离子方程式:
,提出一种解决的方案:
。
(3)实验室中进行操作Ⅰ所用玻璃仪器名称:
;在操作Ⅰ后的溶液中加入NaOH溶液是为了调节溶液pH获得Ce(OH)3,测定该溶液pH的操作是 ,然后与标准比色卡对比。
(4)已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来,该过程可表示为:
2Ce3+(水层)+6HT(有机层)
2CeT3(有机层)+6H+(水层)
从平衡角度解释:
萃取过程中向混合液中加入稀硫酸获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是 。
(5)常温下,含Ce3+溶液加碱调至pH=8时,c(Ce3+)=b mol·L−1,已知Ce(OH)3的溶度积=a,则a和b的关系是 。
(6)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.45g,加硫酸溶解后,用0.1000mol·L−1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+),消耗20.00mL标准溶液。
该产品中Ce(OH)4的质量分数为 [Ce(OH)4的相对分子质量为208,结果保留两位有效数字]。
【答案】
(1)增大固体与空气的接触面积,增大反应速率;提高原料的转化率
(2)2Ce4++2Cl−
2Ce3++Cl2↑ 用H2SO4酸浸
(3)漏斗、烧杯、玻璃棒取一小片pH试纸放在干燥洁净的表面皿上,用玻璃棒蘸取该溶液点在pH试纸的中央
(4)混合液中加入稀H2SO4使c(H+)增大,平衡向形成Ce3+的方向移动
(5)a=10−18b (6)92%
6.工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示:
已知:
①菱锰矿的主要成分是MnCO3,其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。
②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2,Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。
③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4Cl
MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。
(1)结合图1、2、3,分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、
分别为 、 、 。
(2)对浸出液净化除杂时,需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+,再调节溶液pH的范围为 ,将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去,然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。
(3)“碳化结晶”步骤中,加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为 。
(4)上述流程中可循环使用的物质是 。
(5)现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。
实验步骤:
称取1.000g试样,向其中加入稍过量的磷酸和硝酸,加热使反应2Mn2++
+4
+2H+
2[Mn(PO4)2]3−+
+H2O充分进行;加入稍过量的硫酸铵,发生反应
+
N2↑+2H2O以除去
;加入稀硫酸酸化,用2.00mol·L−1 10.00mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定,发生的反应为[Mn(PO4)2]3−+Fe2+
Mn2++Fe3++2
;用0.10mol·L−110.00mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。
①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为 (还原产物是Cr3+)。
②试样中锰的质量分数为 。
【答案】
(1)500℃ 60min 1.10
(2)4.7≤pH<8.1
(3)Mn2++2
MnCO3↓+CO2↑+H2O
(4)NH4Cl
(5)①6Fe2++
+14H+
6Fe3++2Cr3++7H2O ②77%
7.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↑+4
+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Ag的回收率,需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并_______________________。
(4)若省略“过滤Ⅰ”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应),还因为_________________。
(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案:
________________________(实验中须使用的试剂有:
2mol·L−1水合肼溶液,1mol·L−1H2SO4)。
【答案】
(1)水浴加热
(2)4Ag+4NaClO+2H2O
4AgCl+4NaOH+O2↑会释放出氮氧化物(或NO、NO2),造成环境污染
(3)将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中
(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水,且其中含有一定浓度的Cl−,不利于AgCl与氨水反应
(5)向滤液中滴加2mol·L−1水合肼溶液,搅拌使其充分反应,同时用1mol·L−1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥。
8.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示:
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为:
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3
Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。
该步骤不能使用陶瓷容器,原因是________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是____________,滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变____________(填“大”或“小”),原因是___________________(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。
向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。
冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为________。
【答案】
(1)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)铁Al(OH)3
(3)小2
+2H+
+H2O
(4)d复分解反应
(5)
×100%
9.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备,工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。
由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为___________________。
(2)“酸浸”后,钛主要以
形式存在,写出相应反应的离子方程式__________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为__________________。
(5)若“滤液②”中
,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使
恰好沉淀完全即溶液中
,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?
(列式计算)。
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为
。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式。
【答案】
(1)100℃、2h,90℃,5h
(2)FeTiO3+4H++4Cl−=Fe2++
+2H2O
(3)低于40℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
(4)4
(5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(
)=
mol·L−1=1.3×10–17mol·L−1,c3(Mg2+)×c2(
)=(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40<Ksp[Mg3(PO4)2],因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。
(6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O4
2LiFePO4+H2O↑+3CO2↑
10.TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:
资料:
TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物
SiCl4
TiCl4
AlCl3
FeCl3
MgCl2
沸点/℃
58
136
181(升华)
316
1412
熔点/℃
−69
−25
193
304
714
在TiCl4中的溶解性
互溶
——
微溶
难溶
(1)氯化过程:
TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。
已知:
TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)ΔH1=+175.4kJ·mol−1
2C(s)+O2(g)=2CO(g)ΔH2=−220.9kJ·mol−1
①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式:
_______________________。
②氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据如图判断:
CO2生成CO反应的ΔH_____0(填“>”“<”或“=”),判断依据:
_______________。
③氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是__________________________。
④氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤渣中含有_____________。
(2)精制过程:
粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。
示意图如下:
物质a是______________,T2应控制在_________。
【答案】
(1)①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)△H=−45.5kJ/mol
②>随温度升高,CO含量增大,说明生成CO的反应是吸热反应
③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④MgCl2、AlCl3、FeCl3
(2)SiCl4高于136℃,低于181℃
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