高三化学一轮复习《工艺流程》专题练习卷.docx
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高三化学一轮复习《工艺流程》专题练习卷
工艺流程
1.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↑
2.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。
3.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℃
4.[2019江苏]实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:
(1)室温下,反应CaSO4(s)+
(aq)
CaCO3(s)+
(aq)达到平衡,则溶液中
=▲[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5,Ksp(CaCO3)=3×10−9]。
(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为▲;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是▲。
(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。
控制反应温度在60~70℃,搅拌,反应3小时。
温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是▲;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有▲。
(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。
设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案:
▲[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。
实验中必须使用的试剂:
盐酸和Ca(OH)2]。
【答案】
(1)1.6×104
(2)
+NH3·H2O
+
+H2O(或
+NH3·H2O
+
+H2O)
增加溶液中
的浓度,促进CaSO4的转化
(3)温度过高,(NH4)2CO3分解加快搅拌速率
(4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤
5.[2018新课标Ⅰ卷]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
回答下列问题:
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。
写出该过程的化学方程式__________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为__________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
阳极的电极反应式为_____________。
电解后,_____________室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。
在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00mL葡萄酒样品,用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。
滴定反应的离子方程式为_____________,该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1(以SO2计)。
【答案】
(1)2NaHSO3
Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3②得到NaHSO3过饱和溶液
(3)2H2O-4e-
4H++O2↑a
(4)
+2
I2+3H2O
2
+4I-+6H+0.128
6.[2018新课标Ⅱ卷]我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。
一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________;氧化除杂工序中ZnO的作用是____________,若不通入氧气,其后果是________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________;沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
【答案】
(1)ZnS+
O2
ZnO+SO2
(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+
(3)Zn+Cd2+
Zn2++Cd
(4)Zn2++2e-
Zn溶浸
7.[2018北京卷]磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH) (1)上述流程中能加快反应速率的措施有__________。 (2)磷精矿粉酸浸时发生反应: 2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO4 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4 ①该反应体现出酸性关系: H3PO4__________H2SO4(填“>”或“<”)。 ②结合元素周期律解释 中结论: P和S电子层数相同,__________。 (3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。 写出生成HF的化学方程式: __________。 (4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。 相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。 80℃后脱除率变化的原因: ____________________。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有 残留,原因是__________ ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________。 (6)取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmol·L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL。 精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。 (已知: H3PO4摩尔质量为98g·mol−1) 【答案】 (1)研磨、加热 (2)①< ②核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P< S (3)2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF (4)80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低 (5)CaSO4微溶BaCO3+ +2H3PO4 BaSO4+CO2↑+H2O+2 (6) 8.[2018江苏卷]以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下: (1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为_________________ _____。 (2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。 已知: 多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃ 硫去除率=(1− )×100% ①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于__________________。 ②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫 去除率低,其主要原因是______________________________________________________。 (3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由_______________(填化学式)转化为_______________(填化学式)。 (4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。 Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=__________________。 【答案】 (1)SO2+OH− HSO3− (2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中 (3)NaAlO2Al(OH)3 (4)1∶16 9.[2018江苏卷]以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下: 已知: ①Cl2+2OH− ClO−+Cl−+H2O是放热反应。 ②N2H4·H2O沸点约118℃,具有强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。 (1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时,若温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为____________________________________;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是____________________________________。 (2)步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如题19图−1所示。 NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40℃以下反应一段时间后,再迅速升温至110℃继续反应。 实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是_____________;使用冷凝管的目的是_________________________________。 (3)步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3(水溶液中H2SO3、 、 随pH的分布如题19图−2所示,Na2SO3的溶解度曲线如题19图−3所示)。 ①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。 实验中确定何时停止通SO2的实验操作为_________________。 ②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案: _______________________,用少量无水乙醇洗涤,干燥,密封包装。 【答案】 (1)3Cl2+6OH− 5Cl−+ClO3−+3H2O缓慢通入Cl2 (2)NaClO碱性溶液减少水合肼的挥发 (3)①测量溶液的pH,若pH约为4,停止通SO2 ②边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,测量溶液pH,pH约为10时,停止滴加NaOH溶液,加热浓缩溶液至有大量晶体析出,在高于34℃条件下趁热过滤 10.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% 11.[2019新课标Ⅰ]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。 一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。 (2)“滤渣1”的主要成分有_________。 为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是_________。 (3)根据H3BO3的解离反应: H3BO3+H2O H++B(OH)−4,Ka=5.81×10−10,可判断H3BO3是______酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是_______________。 (4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________,母液经加热后可返回___________工序循环使用。 由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。 【答案】 (1)NH4HCO3+NH3 (NH4)2CO3 (2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN (3)一元弱转化为H3BO3,促进析出 (4)2Mg2++3 +2H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+2 (或2Mg2++2 +H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑)溶浸高温焙烧 12.[2019新课标Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。 回答下列问题: (1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。 灼烧立德粉样品时,钡的焰色为__________(填标号)。 A.黄色B.红色C.紫色D.绿色 (2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉: ①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为______________________。 回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为______________________。 ②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。 其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________(填化学式)。 ③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。 (3)成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。 称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L−1的I2−KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。 以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2 2I−+ 。 测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。 终点颜色变化为_________________,样品中S2−的含量为______________(写出表达式)。 【答案】 (1)D (2)①BaSO4+4C BaS+4CO↑CO+H2O CO2+H2 ②BaCO3 ③S2−+Ba2++Zn2++ BaSO4·ZnS↓ (3)浅蓝色至无色 13.[2019新课标Ⅲ]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。 回答下列问题: 相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下: 金属离子 Mn2+ Fe2+ Fe3+ Al3+ Mg2+ Zn2+ Ni2+ 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 (1)“滤渣1”含有S和__________________________;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。 (2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。 (3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_______~6之间。 (4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是______________。 (5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。 若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是_____________________________________________________________________。 (6)写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。 (7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4
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