2019高考化學 難點剖析 專題53 水凈化劑的制備講解.doc
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專題53 水凈化劑的制備 一、高考題再現(xiàn) 1.(2017天津)下列有關水處理方法不正確的是 A.用石灰、碳酸鈉等堿性物質處理廢水中的酸 B.用可溶性的鋁鹽和鐵鹽處理水中的懸浮物 C.用氯氣處理水中的Cu2+、Hg+等重金屬離子 D.用燒堿處理含高濃度NH4+的廢水并回收利用氨 【答案】C 2.(2017江蘇)下列有關物質性質與用途具有對應關系的是 A.Na2O2吸收CO2產生O2 ,可用作呼吸面具供氧劑 B.ClO2具有還原性,可用于自來水的殺菌消毒 C.SiO2硬度大,可用于制造光導纖維 D.NH3易溶于水,可用作制冷劑 【答案】A 【解析】A.過氧化鈉可以和二氧化碳反應生成氧氣,A正確;B.因二氧化氯具有氧化性才用于自來水的殺菌消毒,B錯誤;C.二氧化硅透光性好,用于制造光導纖維,C錯誤;D.液氨氣化時吸收大量熱,所以氨可用作制冷劑,D錯誤。答案選A。 二、考點突破 1、鋁凈水劑的制備 典例1(2018屆江西省上高縣第二中學高三第七次月考)聚合氯化鋁是一種新型凈水劑,其中鋁的總濃度(用c表示)包括三類:主要為Al3+中的單體形態(tài)鋁(用Ala表示)總濃度,主要為 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的中等聚合形態(tài)鋁總濃度(用Alb表示)和Al(OH)3膠體形態(tài)鋁(用Alc表示)總濃度。 (1)真空碳熱還原一氧化法可實現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁,相關反應的熱化學方程式如下: ①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=akJmol-1 ②6AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) ΔH2=bkJmol-1 則反應Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 說明ΔH=_______kJmol-1(用含a、b的代數(shù)式表示)。 _0( 填“>”或“<”)。 反應①在常壓、1900℃的高溫下才能進行,說明ΔH_______0(填“>”、“<”或“=”) (2)用膜蒸餾(簡稱MD)濃縮技術將聚合氯化鋁溶液進行濃縮,實驗過程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態(tài)分布(百分數(shù))如右表: AlT/(molL-1) Ala/% Alb/% A1c/% 0.208 1.4 86.6 12.0 0.489 2.3 86.2 11.5 0.884 2.3 88.1 9.6 1.613 3.1 87.0 9.9 2.520 4.5 88.2 7.3 ①在一定溫度下,AlT越大,Al(OH)3膠體的百分含量________(填“越大”“越小”或“不變”)。 ②若將c=2.520mol/L的聚合氧化鋁溶液加水稀釋,則稀釋過程中發(fā)生的主要反應的離子方程式為 _________________________________。 (3)一定條件下,向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液,可制得Alb含量約為86% 的聚合氯化鋁溶液。寫出生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的離子方程式:_________________________。 (4)已知Al3++4X2,X表示顯色劑,表示有色物質,通過比色分析得 到25 ℃時Al3+濃度隨時間的變化關系如圖所示(初始時X的濃度為0.194 molL-1)。 ①1min時, 的濃度為___________。 ②0~3min內該反應的速率vx=________。 ③第9min時,反應達到平衡,K=__________(用代數(shù)式表示)。 【答案】 a+0.5b > 越小 Al3++3H2O=Al(OH)3(膠體)+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/(Lmin) K=(9.610-2)2/(210-3)5 (3)Al3+和OH-在水溶液中生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+,根據(jù)原子守恒和電荷守恒可寫出對應的離子方程式為:13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+。 (4)①1分鐘內Al3+的濃度減少0.02mol/L,根據(jù)方程式可知1min時的濃度為 0.02mol/L2=0.04mol/L。 ②0~3min內Al3+的反應速率v=(0.05-0.01)3=mol/(Lmin),所以v(X)= mol/(Lmin)4=0.053mol/(Lmin)。 ③反應達平衡時,Al3+的濃度減少0.048mol/L,則X的濃度減少0.192mol/L,的濃度增大0.096mol/L,所以平衡時Al3+的濃度為0.002mol/L,X的濃度為0.002mol/L,的濃度為0.096mol/L,故K=(9.610-2)2/(210-3)5。 2、鐵凈水劑的制備 典例2(2018屆云南師大附中高三年級適應性月考卷八)高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑,具有強氧化性。制備高鐵酸鉀方法很多。 (1)干法制備高鐵酸鉀。將Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產物。此制備反應中,氧化劑與還原劑的物質的量之比為_____________________。 (2)濕法制備高鐵酸鉀。工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產,原理如下: a.3NaClO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O b.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH 主要的生產流程如圖: ①流程圖中“轉化”是在某低溫下進行的,說明此溫度下的溶解度S(K2FeO4)_____S(Na2FeO4)(填“>”“<”或“=”)。 ②濕法制備中,反應的溫度、原料的濃度和配比對高鐵酸鉀的產率都有影響。如圖,圖甲為不同的溫度下,不同質量濃度的Fe(NO3)3對K2FeO4生成率的影響;圖乙為一定溫度下,F(xiàn)e(NO3)3質量濃度最佳時,NaClO濃度對K2FeO4生成率的影響。工業(yè)生產中最佳溫度為_________℃,此時Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質量濃度之比為______________。 ③若NaClO加入過量,氧化過程中會生成Fe(OH)3,寫出該反應的離子方程式:_____________________。若Fe( NO3)3加入過量,在堿性介質中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應生成K3FeO4,此反應的離子方程式為__________________________________。 (3)K2FeO4在水溶液中易水解:4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。 ①在“提純”K2FeO4中采用重結晶、洗滌、低溫烘干的方法,則洗滌劑最好選用__________溶液(填序號)。 A.H2O B.CH3COOK、異丙醇 C.NH4Cl、異丙醇 D.Fe(NO3)3、異丙醇 ②K2FeO4在處理水的過程中所起的作用有_______________________。 (4)室溫下,向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉化為Fe(O H)3沉淀,從而除去Fe3+。該反應的平衡常數(shù)為_____________________。(已知常溫下的溶度積常數(shù):Ksp[Cu(OH)2]=2.010-20, Ksp[Fe(OH)3]=4.010-38)。 【答案】 3︰1 < 26 6∶5或1.2 3ClO?+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO +Fe3++8OH?=+4H2O B K2FeO4具有強氧化性,能夠消毒殺菌;同時被還原成Fe3+,F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體,能夠吸附水中懸浮雜質 5.01015 mol/L 由圖甲和圖乙可知,在26℃、NaClO和Fe(NO3)3的質量濃度分別為330g/L和275g/L時,K2FeO4生成率最高,所以工業(yè)生產中最佳溫度為26℃,此時Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質量濃度之比為6∶5(或1.2 )。 ③若NaClO加入過量,次氯酸根離子和鐵離子發(fā)生雙水解反應,故氧化過程中會生成Fe(OH)3,該反應的離子方程式為3ClO?+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO。若Fe( NO3)3加入過量,在堿性介質中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應生成K3FeO4,此反應的離子方程式為+Fe3++8OH?=+4H2O。 (3)①在“提純”K2FeO4中采用重結晶、洗滌、低溫烘干的方法,因為K2FeO4在水溶液中易水解,所以洗滌劑最好選用有機溶劑,根據(jù)平衡移動原理,為減少晶體的溶解損失,應選用CH3COOK、異丙醇溶液,填B。②K2FeO4在處理水的過程中所起的作用有:K2FeO4具有強氧化性,能夠消毒殺菌;同時被還原成Fe3+,F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體,能夠吸附水中懸浮雜質。 (4)室溫下,向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉化為Fe(O H)3沉淀,從而除去Fe3+,該反應的離子方程式為2Fe3++3Cu(OH)23Cu2++2Fe(OH)3。該反應的平衡常數(shù)為 5.01015 mol/L。 3、其他凈水劑的制備 典例3(湖南H11教育聯(lián)盟2018年1月高三聯(lián)考)鉬酸鈉(Na2MoO4)可作新型水處理劑,Al(OH)3是胃舒平藥品的有效成分。從某廢鉬催化劑(主要成分為MoO3、A12O3、Fe2O3等)中回收Na2MoO4和A1(OH)3,其工藝流程如下: 回答下列問題: (1)Na2MoO4中鉬的化合價為______________________。 (2)MoO3、Al2O3和SiO2性質相似,都能與碳酸鈉在高溫下反應。寫出三氧化鉬與碳酸鈉在高溫下反應的化學方程式:___________________;步驟II濾渣的主要成分是________________ (填化學式)。 (3)步驟III中加入“稀硫酸”使鋁元素轉化的離子方程式為_________________________,控制溶液的pH約為5,其目的是使AlO2-完全轉化為Al(OH)3沉淀,并防止其溶解,在滴加稀硫酸的過程中還可能觀察到的現(xiàn)象是_____________________________。有同學認為步驟III中可用CO2替代硫酸,你是否同意?簡述理由:____________________________________________。 (4)取廢鉬催化劑mg,若加入agNa2CO3恰好完全反應,經上述實驗操作后,最終得到bg Al(OH)3和cgNa2SO4固體,則廢鉬催化劑中鉬元素的質量分數(shù)為__________。(用代數(shù)式表示) 【答案】 +6 MoO3+Na2CO3Na2MoO4+CO2↑ Fe2O3 AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓ 產生氣泡 否,稀硫酸的作用之一是除去過量的Na2CO3 100%。 濾渣為Al(OH)3,濾液中含有Na2SO4和Na2MoO4,由Al2O3+Na2CO3=2NaAlO2+CO2,2NaAlO2+H2SO4+3H2O=Na2SO4+2Al(OH)3↓,得1Na2CO3~~2Al(OH)3,得Al2O3消耗的 n(Na2CO3)= ,已知:碳酸鈉總物質的量為:n(Na2CO3)=ag/106gmol-1,則由Na守恒可知n(Na2MoO4)=ag/106gmol-1-bg/156gmol-1, m(Mo)=(ag/106gmol-1-bg/156gmol-1)96gmol-1= g, ω(Mo)= 100%。- 配套講稿:
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