2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題突破2 無機化工流程題的解題策略.doc

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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題突破2 無機化工流程題的解題策略 1．(xx江蘇)煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。 (1)酸浸時反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________；濾渣Ⅰ的主要成分為____________(填化學(xué)式)。 (2)加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為 Al2(SO4)x(OH)6－2x。 濾渣Ⅱ的主要成分為________(填化學(xué)式)；若溶液的pH偏高，將會導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是__________________________(用離子方程式表示)。 (3)上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量，其主要原因是________________________________________________________________________； 與吸收SO2前的溶液相比，熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。 答案　(1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O　SiO2 (2)CaSO4　3CaCO3＋2Al3＋＋3SO＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑ (3)溶液中的部分SO被氧化成SO　減小 解析　(1)酸浸時能與H2SO4反應(yīng)的是Al2O3，H2SO4與Al2O3反應(yīng)生成鹽和水，SiO2不和H2SO4反應(yīng)，成為濾渣。 (2)CaCO3和溶液中的H2SO4反應(yīng)生成CaSO4；如果pH偏高，一部分Al3＋會轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，離子方程式為3CaCO3 ＋2Al3＋＋3SO＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑。 (3)熱分解時，一部分亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽，不能分解成為SO2；SO2溶于水生成H2SO3，會中和溶液中的部分OH－，使溶液的pH減小。 2．(xx四川)污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦(主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物)作脫硫劑，通過如下簡化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2(反應(yīng)條件已省略)。 請回答下列問題： (1)上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了________(填選項字母)。 A．廢棄物的綜合利用 B．白色污染的減少 C．酸雨的減少 (2)用MnCO3能除去溶液中Al3＋和Fe3＋，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)已知：25 ℃、101 kPa時，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s) ΔH＝－520 kJ/mol S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ/mol Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－1 065 kJ/mol SO2與MnO2反應(yīng)生成無水MnSO4的熱化學(xué)方程式是 ________________________________________________________________________。 (4)MnO2可作超級電容器材料。用惰性電極電解MnSO4溶液可制得MnO2，其陽極的電極反應(yīng)式是_____________________________________________________________________________________。 (5)MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料。堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________。 (6)假設(shè)脫除的SO2只與軟錳礦漿中MnO2反應(yīng)。按照圖示流程，將a m3(標準狀況)含SO2的體積分數(shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO2的脫除率為89.6%，最終得到MnO2的質(zhì)量為c kg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳元素相當于MnO2________ kg。 答案　(1)AC (2)消耗溶液中的酸，促進Al3＋和Fe3＋水解生成氫氧化物沉淀 (3)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s) ΔH＝－248 kJ/mol (4)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋ (5)MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ (6) 解析　(1)該流程中，能將含硫尾氣吸收，充分利用了廢棄物，同時減少了大氣中能形成酸雨的SO2，故A、C項符合，該過程對白色污染無影響。 (2)軟錳礦用稀硫酸溶解且通入SO2后，溶液中含有反應(yīng)生成的金屬陽離子，其中MnO2被SO2還原為Mn2＋，其他金屬變成相應(yīng)的金屬陽離子Fe3＋、Al3＋、Cu2＋、Ni2＋，故加入MnCO3后發(fā)生反應(yīng)MnCO3＋2H＋===Mn2＋＋CO2↑＋H2O而消耗了溶液中的H＋，使溶液的pH升高，使得Al3＋和Fe3＋水解生成氫氧化物沉淀而除去。 (3)將給定的三個熱化學(xué)方程式依次編為①②③，將三個方程式按照③－①－②處理后可得熱化學(xué)方程式MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－248 kJ/mol。 (4)用惰性電極電解MnSO4溶液制取MnO2時，在陽極上Mn2＋失電子后生成MnO2，根據(jù)電荷守恒和原子守恒可得電極反應(yīng)式Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。 (5)堿性鋅錳干電池在放電時，正極上MnO2得電子生成堿式氧化錳MnO(OH)，根據(jù)電荷守恒和原子守恒可得電極反應(yīng)式MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。 (6)根據(jù)方程式MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)可知n(SO2)＝n(MnO2)，又根據(jù)：2KMnO4＋3MnSO4＋2H2O===5MnO2＋2H2SO4＋K2SO4，可知由硫酸錳生成的MnO2的物質(zhì)的量為 mol，則引入的錳元素相當于MnO2的質(zhì)量為 kg＝ kg。 3．(xx課標全國Ⅱ)氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅(含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等雜質(zhì))的流程如下： 提示：在本實驗條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2。 回答下列問題： (1)反應(yīng)②中除掉的雜質(zhì)離子是________，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________； 在加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對除雜的影響是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)反應(yīng)③的反應(yīng)類型為________，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有________。 (3)反應(yīng)④形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是________________________________________________________________________。 (4)反應(yīng)④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的濾餅11.2 g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1 g，則x等于________。 答案　(1)Fe2＋和Mn2＋　MnO＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋ 鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(zhì) (2)置換反應(yīng) 鎳 (3)取少量水洗液于試管中，滴入1滴－2滴稀硝酸，再滴入硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈 (4)1 解析　第①步酸浸，得到Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋；第②步氧化，MnO－4將Fe2＋氧化為 Fe3＋而易于形成Fe(OH)3沉淀，同時MnO－4與Mn2＋發(fā)生歸中反應(yīng)生成MnO2沉淀；第③步加Zn，Zn與濾液中的Ni2＋、H＋發(fā)生置換反應(yīng)，Ni經(jīng)過濾而除去；第④步加碳酸鈉沉淀Zn2＋；第⑤步煅燒ZnCO3 (4)11.2 g ZnCO3xZn(OH)2煅燒后得到8.1 g ZnO，可求得x＝1。 4．(xx課標全國Ⅰ)鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應(yīng)為6C＋xLi＋＋xe－===LixC6?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)。 回答下列問題： (1)LiCoO2中，Co元素的化合價為________。 (2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式________________________。 (3)“酸浸”一般在80 ℃下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________； 可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點是________。 (4)寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________。 (5)充放電過程中，發(fā)生LiCoO2和Li1－xCoO2之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時電池反應(yīng)方程式________________________________________________________________________。 (6)上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是________。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有________(填化學(xué)式)。 答案　(1)＋3 (2)2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)－4＋3H2↑ (3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O22H2O＋O2↑　有氯氣生成，污染較大 (4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4) 2SO4＋H2O＋CO2↑ (5)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C (6)Li＋從負極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進入正極材料中　Al(OH) 3、CoCO3、Li2SO4 解析　 (1)因鋰在化合物中通常為＋1價，故LiCoO2中Co為＋3價。 (2)由堿浸后經(jīng)一系列處理可得到Al(OH)3及正極材料中含有鋁箔知，堿浸時單質(zhì)鋁與NaOH溶液反應(yīng)，由此可寫出對應(yīng)的離子方程式。 (3)由流程圖知，鈷元素最后變成＋2價，故酸浸時發(fā)生的是LiCoO2氧化H2O2的反應(yīng)：LiCoO2＋H2SO4＋H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。另外還存在H2O2受熱分解生成水與O2的反應(yīng)。用鹽酸代替硫酸與H2O2的混合液時，會得到有毒的氧化產(chǎn)物Cl2，造成環(huán)境污染。 (4)由流程圖知，加入NH4HCO3后硫酸鈷轉(zhuǎn)化為碳酸鈷，HCO－3在轉(zhuǎn)化為CoCO3的過程中，電離出的H＋會與另外一部分HCO－3作用生成CO2與水，NH＋4、SO2－4結(jié)合為(NH4) 2SO4，由此可寫出對應(yīng)的化學(xué)方程式。 (5)由充電時陰極(題目中鋰離子電池的負極)的電極反應(yīng)式知，放電時LixC6是反應(yīng)物、Li＋是生成物，鋰的價態(tài)升高，故另一反應(yīng)物中鈷的價態(tài)降低，由此知該反應(yīng)物是Li1－xCoO2，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。 (6)放電時，負極上的鋰失去電子變成Li＋，進入溶液后再向正極移動并進入正極材料中，相當于在正極上富集了鋰。由流程圖知，能回收的金屬化合物有三種。 5．(xx安徽)二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土氧化物。平板電視顯示屏生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物質(zhì))。某課題組以此粉末為原料回收鈰，設(shè)計實驗流程如下： (1)洗滌濾渣A的目的是除去________(填離子符號)，檢驗該離子是否洗凈的方法是________________________________________________________________________。 (2)第②步反應(yīng)的離子方程式是____________________________，濾渣B的主要成分是________。 (3)萃取是分離稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP________(填“能”或“不能”)與水互溶。實驗室進行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有________、燒杯、玻璃棒、量筒等。 (4)取上述流程中得到的Ce(OH)4產(chǎn)品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 molL－1 FeSO4標準溶液滴定至終點時(鈰被還原為Ce3＋)，消耗25.00 mL標準溶液。該產(chǎn)品中Ce(OH)4的質(zhì)量分數(shù)為________。 答案　(1)Fe3＋取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；反之，未洗凈 (2)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O　SiO2 (3)不能分液漏斗(4)97.0% 解析　(1)洗滌濾渣A是為了除去Fe3＋，取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液檢驗Fe3＋是否除凈。 (2)第②步發(fā)生的反應(yīng)為：2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O，濾渣B的主要成分為SiO2。 (3)TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，則TBP不能與水互溶。進行萃取操作時需要用到分液漏斗。 (4)根據(jù)Ce4＋―→Ce3＋、Fe2＋―→Fe3＋，由得失電子守恒，可得關(guān)系式Ce(OH) 4－Ce4＋－Fe2＋，則 Ce(OH) 4的質(zhì)量分數(shù)為100%＝97.0%。 6．(xx淄博模擬)實驗室模擬用工業(yè)廢棄固體(含有Cu2S、Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制取粗銅、綠礬(FeSO47H2O)和明礬[KAl(SO4)212H2O]的操作流程如下： (1)試劑x是______________(寫化學(xué)式)。 (2)配平下列方程式： MnO＋____SO2＋____H2O===____Mn2＋＋____SO＋____H＋ (3)為了分析產(chǎn)品(綠礬)中鐵元素的含量，某同學(xué)稱取20.0 g樣品配成100 mL溶液，移取25.00 mL用1.00010－1 molL－1 KMnO4標準溶液進行滴定(MnO被還原為Mn2＋)。 請回答下列問題： ①滴定時，KMnO4標準溶液應(yīng)盛放在________(填儀器名稱)中。 ②若達到滴定終點消耗KMnO4標準溶液體積為25.00 mL，則該產(chǎn)品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為________。 答案　(1)H2SO4(或KHSO4) (2)2　5　2　2　5　4　(3)①酸式滴定管　②14% 解析　(1)加入KOH后，溶液B含有KAlO2(或K[Al(OH)4])，而最后產(chǎn)物為明礬，所以x為H2SO4(或KHSO4)。 (2)根據(jù)化合價升降法即可配平化學(xué)方程式。 (3)①高錳酸鉀具有強氧化性，能氧化橡膠管，只能盛放在酸式滴定管中；②根據(jù)電子守恒可知，KMnO4－5Fe2＋，20.0 g樣品中含鐵的質(zhì)量為0.025 L0.1 molL－15456 gmol－1＝2.8 g，進而求出鐵元素的質(zhì)量分數(shù)。 7．(xx泰州模擬)稀土元素是周期表中ⅢB族鈧、釔和鑭系元素的總稱，它們都是很活潑的金屬，性質(zhì)極為相似，常見化合價為＋3價。其中釔(Y)元素是激光和超導(dǎo)的重要材料。我國蘊藏著豐富的釔礦石(Y2FeBe2Si2O10)，以此礦石為原料生產(chǎn)氧化釔(Y2O3)的主要流程如下： 已知：①有關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀時的pH如下表： 開始沉淀時的pH 完全沉淀時的pH Fe3＋ 2.7 3.7 Y3＋ 6.0 8.2 ②在周期表中，鈹、鋁元素處于第2周期和第3周期的對角線位置，化學(xué)性質(zhì)相似。 (1)釔礦石(Y2FeBe2Si2O10)的組成用氧化物的形式可表示為________________。 (2)欲從Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。則： ①最好選用鹽酸、________(填選項字母)兩種試劑，再通過必要的操作即可實現(xiàn)。 a．NaOH溶液　　　　　 B．氨水 c．CO2 D．HNO3 ②寫出Na2BeO2與足量鹽酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 ________________________________________________________________________。 (3)為使Fe3＋沉淀完全，須用氨水調(diào)節(jié)pH＝a，則a應(yīng)控制在________的范圍內(nèi)；檢驗Fe3＋是否沉淀完全的操作方法是____________________________________。 答案　(1)Y2O3FeO2BeO2SiO2 (2)①b?、贐eO＋4H＋===Be2＋＋2H2O (3)3.7－6.0　取少量上層清液，滴加幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)榧t色，若不變紅色，則說明Fe3＋沉淀完全 解析　(1)根據(jù)化合物各元素的化合價代數(shù)和為零的原則可以確定釔礦石中鐵為＋2價，釔礦石(Y2FeBe2Si2O10)的組成用氧化物的形式可表示為Y2O3FeO2BeO2SiO2。 (2)Be與Al位于周期表的對角線上，具有相似的化學(xué)性質(zhì)，即Be(OH)2具有兩性，能溶于強酸或強堿溶液，欲從Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀，可先用鹽酸處理形成NaCl和BeCl2的混合溶液，反應(yīng)方程式為Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓和Na2BeO2＋4HCl===2NaCl＋BeCl2＋2H2O；然后用過量的氨水將BeCl2轉(zhuǎn)化為Be(OH)2沉淀，通過過濾、洗滌、干燥等操作，得到Be(OH)2。 (3)在將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀時，為防止Y3＋從溶液中析出，pH應(yīng)控制在3.7－6.0。檢驗Fe3＋是否沉淀完全的實質(zhì)就是檢驗Fe3＋，操作方法是取少量上層清液，滴加幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變?yōu)榧t色，若不變紅色，則說明Fe3＋沉淀完全。 8．(xx太原模擬)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)是工業(yè)生產(chǎn)和實驗室的重要氧化劑，工業(yè)上常用鉻鐵礦(主要成分為FeOCr2O3)為原料生產(chǎn)，實驗室模擬工業(yè)法用鉻鐵礦制K2Cr2O7的主要工藝如下： 請回答下列問題： (1)在反應(yīng)器中，涉及的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為 FeOCr2O3＋NaOH＋KClO3Na2CrO4＋Fe2O3＋KCl＋H2O(未配平)。 ①該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________。 ②下列措施不能加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率的是________(填選項字母)。 A．把鉻鐵礦盡可能地粉碎 B．提高反應(yīng)的溫度 C．適當改變鉻鐵礦與純堿、固體氫氧化鈉、氯酸鉀的比例 (2)在反應(yīng)器中，有Na2CrO4生成，同時Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镹aFeO2，雜質(zhì)SiO2、Al2O3與純堿反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄喳}，用簡要的文字說明操作Ⅲ的目的________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)操作Ⅳ中，酸化時，CrO轉(zhuǎn)化為Cr2O，在此過程中最好加入的酸是________(填選項字母)。 A．H2SO3　　 B．HCl　　　C．H2SO4 (4)稱取K2Cr2O7試樣1.5 g配成溶液于碘量瓶中，加入足量2.0 molL－1的H2SO4和足量的碘化鉀，放于暗處幾分鐘(鉻元素被還原為Cr3＋)，然后加入3 mL淀粉指示劑，用1.00 molL－1的Na2S2O3標準溶液滴定(I2＋2S2O===2I－＋S4O)。若實驗中共消耗Na2S2O3標準溶液30.00 mL，則所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為________%(假設(shè)整個過程中其他雜質(zhì)不參與反應(yīng))。 答案　(1)①7∶6?、贑 (2)由于Na2SiO3、NaAlO2和NaFeO2能發(fā)生水解，降低溶液的pH有利于水解平衡向正反應(yīng)方向移動，當pH調(diào)至7－8時，水解完全，分別轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SiO3、Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀 (3)C　(4)98.0 解析　(1)①氧化劑：KClO3－6e－－KCl，還原劑：2FeOCr2O3－14e－－(Fe2O3＋4Na2CrO4)，根據(jù)得失電子守恒得7KClO3－42e－－6FeOCr2O3。②A項，增大了反應(yīng)物的接觸面積，能加快反應(yīng)速率；B項，升高溫度可加快反應(yīng)速率；C項，改變固體的質(zhì)量對反應(yīng)速率無影響。 (3)CrO轉(zhuǎn)化為Cr2O，Cr的化合價沒有變化，H2SO3和HCl都能把CrO和Cr2O還原，故最好加入H2SO4酸化。 (4)n(Na2S2O3)＝1.00 molL－130.00 mL10－3LmL－1＝0.03 mol，根據(jù)方程式知n(I2)＝1/2n(Na2S2O3)＝0.015 mol，由Cr2O－6e－－3I2，知n(K2Cr2O7)＝0.005 mol，故m(K2Cr2O7)＝0.005 mol294 gmol－1＝1.47 g，重鉻酸鉀的純度為1.47 g1.5 g100%＝98.0%。