2019版高考化學一輪復習 第七單元 金屬及其化合物 小專題七 化學工藝流程題的突破策略課時練.doc

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小專題七　化學工藝流程題的突破策略 1．工業(yè)上由黃銅礦(主要成分CuFeS2)冶煉銅的主要流程如下： (1)氣體A中的大氣污染物可選用下列試劑中的________吸收。 a．濃H2SO4 b．稀HNO3 c．NaOH溶液 d．氨水 (1) 用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈紅色，說明溶液中存在__________(填離子符號)，檢驗溶液中還存在Fe2＋的方法是_______________________ ___________________(注明試劑、現(xiàn)象)。 (3)由泡銅冶煉粗銅的化學反應方程式為______________________________。 (4)取一定量的泡銅，加入1 L 0.6 molL－1HNO3溶液恰好完全溶解，同時放出2240 mL NO氣體(標準狀況)，另取等量的泡銅，用足量的H2還原，得到的銅的質(zhì)量為________g。 2．(2018屆東北三省四市聯(lián)合體一模)鎂的化合物在化工生產(chǎn)和藥物合成上有重要用途。某興趣小組以一種工業(yè)廢渣(主要成分為MgCO3、MgSiO3和少量Fe的氧化物)為原料制備MgCO33H2O。實驗過程如下： (1)濾渣的成分為________(填化學式)，過濾裝置在使用一段時間后需用NaOH溶液清洗，用化學方程式表示其清洗原理：__________________________。 (2)加入H2O2的目的是______________________，一段時間后，溶液中有氣泡出現(xiàn)并放熱，則產(chǎn)生氣泡的原因是____________________________。 (3)萃取分液中要用到分液漏斗，分液漏斗在使用前須洗干凈并________________。萃取分液的目的是________(填序號)。 A．除去水溶液中的鐵離子 B．增加鎂離子在水中的溶解性 C．富集鐵元素，可以回收利用 (4)萃取后得到的水溶液制備MgCO33H2O的實驗操作：邊攪拌邊向溶液中滴加Na2CO3溶液至有大量沉淀生成，靜置，________________________________________________，確定沉淀完全后，過濾、________________________，得到MgCO33H2O。 3．(2018屆河北衡水武邑中學調(diào)研)KMnO4和MnO2都是重要的化學物質(zhì)，在實驗室可以作氧化劑和催化劑。某學習小組對兩種物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究如下： Ⅰ.MnO2的制備： 該學習小組設計了將粗MnO2(含有較多的MnO、MnCO3和Fe2O3)樣品轉(zhuǎn)化為純MnO2的實驗，其工藝流程如下： 請回答下列問題： (1)第①步操作中，生成CO2的化學方程式為________________________________。 (2)第②步操作中，NaClO3氧化MnSO4的離子方程式為____________________________ ____________________________________________。 (3)第③步操作中，最終得到的固體除NaClO3外，還一定含有下列物質(zhì)中的________(填序號)。 a．NaCl b．NaClO c．NaClO4 d．NaOH (4)為得到純凈的MnO2，須將過濾后的MnO2合并后進行洗滌。洗滌沉淀所用的玻璃儀器有______________________，判斷是否洗滌干凈可選用的試劑是________(填化學式)。 (5)NaClO3和MnO2在一定條件下都可以氧化濃鹽酸制取氯氣，制取等量的氯氣消耗NaClO3與MnO2的物質(zhì)的量之比為__________。 (6)工業(yè)上可以以石墨為電極電解酸化的硫酸錳制取二氧化錳，該過程的陽極反應式為______________________________。 Ⅱ.KMnO4的制備和性質(zhì)： (7)實驗室由二氧化錳制備高錳酸鉀可分兩步進行： 第一步：MnO2與KOH共熔并通入氧氣：2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O； 第二步：通入CO2，可使K2MnO4發(fā)生歧化反應生成KMnO4和MnO2。 第二步完成反應時，轉(zhuǎn)化為KMnO4的K2MnO4占其全部的百分率約為________(精確到0.1%)。 4．(2018屆河北石家莊二中模擬)某工廠用一固體廢渣(主要成分為Al2O3Cr2O3，還含有FeO、SiO2)為主要原料回收利用，生產(chǎn)紅礬鈉晶體(Na2Cr2O72H2O)，同時制備明礬[KAl(SO4)212H2O]。其主要工藝流程如下： 已知：NaBiO3不溶于冷水，在堿性條件下能將Cr3＋氧化為CrO。 (1) Ⅰ、Ⅱ的目的是____________________________________________________________ __________________________________________________________________________。 (2) 實驗室中操作④的名稱為_______________________________________________ _________________________。 (3) 已知：Ksp[Fe(OH)3]＝3.010－39，Ksp[Al(OH)3]＝110－33。當pH＝5.6時Cr(OH)3開始沉淀。室溫下，Ⅱ中需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為__________________(雜質(zhì)離子濃度小于1 10－6 molL－1視為沉淀完全)。 (4)寫出Ⅲ中發(fā)生反應的離子方程式：__________________________________________。 (5)Ⅳ中酸化是用硫酸而不用鹽酸酸化，理由是_____________________________ _____________________________________(結(jié)合化學方程式回答)。 (6) 寫出溶液F和硫酸溶液反應的離子方程式：__________________________，若用足量二氧化碳通入F中，則生成的溶液中離子濃度關(guān)系為________________________________ ________________________________________。 5．(2018屆湖北聯(lián)考)鎂在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域均有重要用途。某化學小組利用硼砂工廠的固體廢棄物(主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等)設計了回收其中鎂的工藝流程： (1)酸浸前，將固體廢棄物研磨的目的是________________________，為達到此目的，還可以采取的措施是____________________(任寫一條)。 (2)酸浸時，生成濾渣1的離子方程式為________________________________。 (3)第一次調(diào)節(jié)pH的目的是__________________。當加入氨水使Al3＋開始沉淀時，溶液中為____________。已知Ksp[Fe(OH)3 ]＝410－38，Ksp[Al(OH)3 ]＝110－33。 (4)設計簡單方案分離濾渣2，簡述實驗過程：_______________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (5)濾液3中可回收利用的物質(zhì)主要是________(填化學式)，其陽離子的電子式為____________。 (6)寫出工業(yè)上從濾渣3中獲得鎂錠的所有反應的化學方程式：__________________ ______________________________。 6．(2017屆江蘇南京、鹽城二模)硫酸鋅可用于制造鋅鋇白、印染媒染劑等。用鋅白礦(主要成分為ZnO，還含有Fe2O3、CuO、SiO2等雜質(zhì))制備ZnSO4 7H2O的流程如下： 相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 molL－1計算)如下表： 金屬離子 開始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋ 1.1 3.2 Fe2＋ 5.8 8.8 Zn2＋ 6.4 8.0 (1)“濾渣1”的主要成分為________(填化學式)?！八峤边^程中，提高鋅元素浸出率的措施有：適當提高酸的濃度、______________(填一種)。 (2)“置換”過程中，加入適量的鋅粉，除與溶液中的Fe3＋、H＋反應外，另一主要反應的化學方程式為______________________________________。 (3)“氧化”一步中，發(fā)生反應的離子方程式為___________________________________ _____________。溶液pH控制在[3.2,6.4)之間的目的是___________________________。 (4)“母液”中含有的鹽類物質(zhì)有______________ (填化學式)。 7．(2018屆湖南株洲質(zhì)檢)常用于印染工業(yè)的連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)俗稱保險粉，可溶于水，但不溶于甲醇，其固體受熱、遇水都會發(fā)生反應放出大量的熱，甚至引起燃燒，工業(yè)制備流程如下： 請回答下列問題： (1)保險粉應如何保存？______________________(填一個注意事項)。 (2)由鋅塊制備鋅粉的目的是__________________________；向鋅液中鼓入M氣體，使液態(tài)鋅霧化，冷卻得到粒度約為180 μm(1 m＝106 μm)的鋅粉。鼓入的氣體M為常見的雙原子單質(zhì)分子，則M的化學式為________；分散系A(chǔ)為________(填“溶液”“膠體”或“懸濁液”)。 (3)流程②的化學方程式為________________________________________。 (4)流程③的分離方法步驟為________、洗滌、干燥，其中洗滌所用試劑是________；實驗室加入NaCl固體的作用是______________________________________________________。 (5)保險粉可以用于除去廢水中的重鉻酸根離子(Cr2O被轉(zhuǎn)化為Cr3＋，S2O被轉(zhuǎn)化為SO)，這是目前除去酸性廢水中重鉻酸根離子的有效方法之一，寫出該反應的離子方程式：____________________________________。 (6)保險粉在空氣中容易吸收氧氣而發(fā)生氧化。其化學方程式為①2Na2S2O4＋O2＋H2O===4NaHSO3或②Na2S2O4＋O2＋H2O===NaHSO3＋NaHSO4。 若在此條件下NaHSO3不會被氧化，請設計實驗證明氧化時發(fā)生的反應是②：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 小專題七　化學工藝流程題的突破策略 1．(1)cd (2)Fe3＋　取少量溶液，滴加2滴KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色褪去 (3)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu (4)16 解析：(1)由流程圖轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，氣體A中的大氣污染物主要是二氧化硫，故應選擇能吸收二氧化硫，且不產(chǎn)生新污染氣體的試劑。濃H2SO4不能吸收二氧化硫，故a錯誤；稀HNO3可以吸收二氧化硫，但生成NO污染大氣，故b錯誤；NaOH溶液與二氧化硫反應生成亞硫酸鈉，故c正確；氨水與二氧化硫反應生成亞硫酸銨，故d正確。(2)用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈紅色，說明含有Fe3＋；Fe2＋具有還原性，可以利用KMnO4溶液檢驗，取少量溶液，滴加2滴(或少量)KMnO4溶液，KMnO4溶液紫色褪去。(3)由流程圖轉(zhuǎn)化可知，Cu2O與Al反應置換反應生成Al2O3與Cu，反應方程式為3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu。(4)取一定量的泡銅，加入1 L 0.6 molL－1HNO3溶液恰好完全溶解，同時放出2240 mL NO氣體(標準狀況)即0.1 mol，所得溶液的溶質(zhì)為Cu(NO3)2，根據(jù)氮元素守恒可知，溶液中NO的物質(zhì)的量為0.6 mol－0.1 mol＝0.5 mol，所以溶液中Cu2＋的質(zhì)量為 g＝16 g，所以另取等量的泡銅，用足量的H2還原，得到的銅的質(zhì)量也應為16 g。 2．(1)H2SiO3　H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O (2)將Fe2＋氧化成Fe3＋　Fe3＋催化H2O2分解 (3)檢漏　AC (4)向上層清液中滴加Na2CO3溶液，若無沉淀生成　用水洗滌固體2～3次　低溫干燥 解析：由題意及流程圖可知，向廢渣中加入40%H2SO4進行酸溶，MgCO3和少量Fe的氧化物溶解，MgSiO3與硫酸反應生成H2SiO3沉淀；過濾后向所得溶液中加30%H2O2，F(xiàn)e2＋被氧化為Fe3＋，然后加入有機萃取劑將Fe3＋分離出去；最后溶液經(jīng)過一系列處理，得到MgCO33H2O。 3．(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑ (2)2ClO＋5Mn2＋＋4H2O===Cl2↑＋5MnO2↓＋8H＋ (3)ad (4)燒杯、漏斗、玻璃棒　BaCl2溶液 (5)1∶3 (6)Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋ (7)66.7% 解析：(3)第③步操作中氯氣與氫氧化鈉反應生成氯酸鈉、氯化鈉和水，又因為氫氧化鈉過量，則最終得到的固體除NaClO3外，還一定含有氯化鈉和氫氧化鈉。(4)洗滌沉淀后的濾液中含有SO，可通過檢驗SO判斷沉淀是否洗滌干凈，檢驗SO可選用的試劑是BaCl2溶液。(5)NaClO3的還原產(chǎn)物是氯氣，HCl的氧化產(chǎn)物也是氯氣，1 mol NaClO3對應3 mol Cl2；MnO2的還原產(chǎn)物是Mn2＋，1 mol MnO2對應1 mol Cl2，因此制取等量的氯氣消耗NaClO3與MnO2的物質(zhì)的量之比為1∶3。(6)電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應，則該電解池中陽極是Mn2＋放電，陽極反應式為Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋。(7)Mn元素化合價從＋6價部分升高到＋7價，部分降低到＋4價，因此根據(jù)電子得失守恒可知生成的KMnO4和MnO2的物質(zhì)的量之比為2∶1，所以第二步完成反應時，轉(zhuǎn)化為KMnO4的K2MnO4占其全部的百分率為100%≈66.7%。 4．(1)使Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，并調(diào)節(jié)pH使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，與鉻元素完全分離 (2)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾 (3)5.0≤pH<5.6 (4)3NaBiO3＋2Cr3＋＋7OH－＋H2O===2CrO＋3Na＋＋3Bi(OH)3 (5)酸性條件下CrO或Cr2O會被Cl－還原為Cr3＋，Cr2O＋6Cl－＋14H＋===2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O (6)AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O c(K＋)>c(HCO)>c(OH－)>c(H＋)>c(CO) 解析：固體廢渣的主要成分為Al2O3Cr2O3，還含有FeO、SiO2，向廢渣中加入過量的硫酸，氧化鋁、氧化亞鐵和Cr2O3與硫酸反應生成硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻，SiO2與硫酸不反應，過濾，得到的固體A為SiO2，溶液B為硫酸鋁、硫酸亞鐵和硫酸鉻及硫酸的混合溶液，加入H2O2將Fe2＋氧化成Fe3＋，調(diào)節(jié)pH形成氫氧化鋁和氫氧化鐵沉淀，過濾，得到的固體C為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，溶液D為硫酸鉻溶液，向固體C中加入過量的KOH溶液，得到氫氧化鐵沉淀和偏鋁酸鉀溶液，固體E為氫氧化鐵，溶液F為偏鋁酸鉀溶液，加入稀硫酸，然后蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到明礬；向溶液D中加入過量的NaOH溶液和NaBiO3，發(fā)生氧化還原反應生成Bi(OH)3固體和Na2CrO4溶液，溶液G為Na2CrO4溶液，然后酸化得到Na2Cr2O7溶液和Na2SO4溶液，最終得到紅礬鈉晶體。(3)Al3＋完全除去時c(OH－)3＝＝＝110－27，c(OH－)＝10－9 molL－1，此時溶液pH＝5.0， Fe3＋完全除去時c(OH－)3＝＝＝310－33，c(OH－)≈1.410－11 molL－1，此時溶液pH≈3.1，而pH＝5.6時Cr(OH)3開始沉淀，所以調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為5.0≤pH<5.6。(6)將足量二氧化碳通入偏鋁酸鉀溶液中生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鉀溶液，碳酸氫鉀是強堿弱酸鹽，HCO在溶液中存在水解過程和電離過程，且以水解過程為主，溶液顯堿性，水解過程是微弱的，則生成的溶液中離子濃度關(guān)系為c(K＋)>c(HCO)>c(OH－)> c(H＋)>c(CO)。 5．(1)加快浸出速率　提高反應溫度或適當增大硫酸濃度(或其他合理答案) (2)MgSiO3＋2H＋===Mg2＋＋H2SiO3↓ (3)使Fe3＋、Al3＋沉淀從而分離出來　4.010－5 (4)將濾渣2溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe(OH)3，另向濾液中通入過量CO2，過濾得Al(OH)3 (5)(NH4)2SO4　 (6)Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 解析：(2)MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能與硫酸反應，生成了MgSO4、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3以及H2SiO3沉淀，酸浸時，生成濾渣1的離子方程式為MgSiO3＋2H＋===Mg2＋＋H2SiO3↓。(3)濾液1中含有MgSO4、Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3，根據(jù)陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調(diào)節(jié)pH至5.0時，F(xiàn)e3＋和Al3＋已經(jīng)完全沉淀，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，第一次調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe3＋、Al3＋沉淀從而分離出來；當加入氨水使Al3＋開始沉淀時，溶液中＝＝＝4.010－5。(4)濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，利用Al(OH)3 具有兩性，分離操作：將濾渣2溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe(OH)3；向濾液中通入過量CO2，過濾得Al(OH)3。(5)上述過濾后濾液中陰離子主要是SO，加入NH3H2O后調(diào)節(jié)pH使Mg2＋完全沉淀，溶質(zhì)主要成分是(NH4)2SO4。(6)濾渣3為Mg(OH)2，工業(yè)上從濾渣3生產(chǎn)鎂錠的反應為Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 6．(1)SiO2　粉碎鋅白礦(或充分攪拌漿料、適當加熱等) (2)Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4 (3)3Fe2＋＋MnO＋7ZnO＋9H＋===3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋　使Fe3＋沉淀完全，而Zn2＋不沉淀，MnO變?yōu)镸nO2沉淀，避免引入雜質(zhì) (4)ZnSO4、K2SO4 解析：鋅白礦中加入稀硫酸浸取，ZnO、Fe2O3、CuO分別和稀硫酸反應生成ZnSO4、Fe2(SO4)3、CuSO4，SiO2和稀硫酸不反應，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO4、Fe2(SO4)3、CuSO4、H2SO4，向濾液中加入Zn，將Fe3＋還原為Fe2＋，且得到Cu，然后過濾，得到的濾液中含有ZnSO4、FeSO4，向濾液中加入高錳酸鉀，高錳酸鉀將Fe2＋氧化為Fe3＋，向溶液中加入適量氧化鋅，調(diào)節(jié)溶液pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾，得到的濾液中含有ZnSO4，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到ZnSO47H2O。 7．(1)密封、陰涼處保存(或其他合理答案) (2)增大鋅反應的表面枳，加快化學反應速率　N2　懸濁液 (3)Zn＋2SO2===ZnS2O4　(4)過濾 　甲醇 降低Na2S2O4的溶解度或增大Na＋濃度，便于Na2S2O4結(jié)晶析出 (5)Cr2O＋S2O＋6H＋===2Cr3＋＋2SO＋3H2O (6)取少許固體溶于水中，加入BaCl2溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是② 解析：鋅塊加熱熔化，向鋅液中鼓入M氣體，使液態(tài)鋅霧化，冷卻得到鋅粉，加水形成分散系，再通入二氧化硫反應得到ZnS2O4，加入NaOH溶液反應得到氫氧化鋅沉淀、Na2S2O4，最后加入NaCl降低Na2S2O4的溶解度，析出Na2S2O4，溶液D中含有NaCl。(1)根據(jù)題目的信息，保險粉受熱、遇水都會發(fā)生分解反應放出大量的熱，甚至引起燃燒，所以保險粉要密封、陰涼處保存。(4)流程③是分離固體與溶液，分離方法為過濾、洗滌、干燥，為減少溶解導致的損失，用甲醇洗滌，過濾前加入NaCl增大Na＋濃度，便于Na2S2O4結(jié)晶析出。(6)反應①與反應②中都生成亞硫酸氫鈉，而反應②中還生成硫酸氫鈉，硫酸氫鈉在水溶液中完全電離產(chǎn)生氫離子、鈉離子和硫酸根離子，可以通過檢驗產(chǎn)物中是否存在硫酸根離子來證明發(fā)生的反應是②。