高中化学:化学流程图专题解析文档格式.doc
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完全沉淀时溶液pH
4。
7
3。
11。
2
5。
6
试回答下列问题:
⑴“①”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是▲。
两个副反应均为吸热反应,但在高温下均能自发进行,其原因是▲。
⑵“③”中调节pH至4.7,目的是▲。
⑶“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-,请写出该平衡转化的离子方程式:
▲。
⑷“⑦”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠,依据是▲。
【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识,过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。
搅拌的目的是增大反应物的接触机会,从而加快反应速率。
由于这两个副反应是在高温下才自发进行,所以必然是一个△S>
0的反应。
③溶液中存在的主要阴离子有CrO42-、AlO2—、SiO32—,pH调至4.7,是为了除去其中的AlO2—、SiO32—。
硫酸钠的溶解度随温度的升高,先增大后减小,这一点较特殊,设问较困难。
若给出其溶解度曲线,则可以帮助理解最后两步工艺。
【答案】⑴使反应物接触更充分,加快反应速率△S>0⑵除去溶液中的AlO2—、SiO32—
⑶2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O⑷红矾钠的溶解度随温度的降低而减小
【小结】学生审题不清(采用冷却结晶的方法析出红矾钠,要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42-转化为Cr2O72-的平衡转化离子方程式,但很多学生不用可逆符号而用等号),概念混淆(不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率,能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率),思考问题的指向不正确(讨论反应能否自发进行应从什么角度思考?
部分学生还不知道),分析问题能力差,化学原理不清,不能正确分析流程图中所包含的化学反应。
【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。
具体实验步骤如下图所示:
根据上述图示,完成下列填空:
(1)明矾石焙烧后用稀氨水浸出。
配制500mL稀氨水(每升含有39。
20g氨)需要取浓氨水(每升含有251.28g氨)__________mL,用规格为_______mL量筒量取。
(2)氨水浸出后得到固体混合体系,过滤,滤液中除K+、SO42-外,还有大量的NH4+。
检验NH4+的方法是_______________________________________________________。
(3)写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。
(4)滤液I的成分是水和______________。
(5)为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量,请完善下列步骤:
①称取钾氮肥试样并溶于水,加入足量______溶液,产生白色沉淀。
②___________、__________、_________(依次填写实验操作名称)。
③冷却、称重。
(6)若试样为mg,沉淀的物质的量为nmol,则试样中K2SO4的物质的量为:
______mol(用含有m、n的代数式表示)。
【解析】
(1)根据稀释前后溶质质量不变得:
0.5L×
39.2g/L=v×
251.28g/L,v=0.078L=78mL。
为了减少误差,最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。
(2)NH4+的检验方法是先将NH4+中加入强碱,使之转化为NH3,然后检验NH3:
用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口,试纸变蓝色,说明有氨气放出,原物质中含有铵根离子。
(3)Al3++3NH3·
H2O===Al(OH)3↓+3NH4+,根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3,所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。
(4)由于明矾石的组成与明矾相似,所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。
(5)混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4,要产生白色沉淀,加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液,以后的操作为:
先将混合液过滤,然后洗涤,最后干燥,冷却后称量。
(6)根据题意有:
174n(K2SO4)+132n[(NH4)2SO4]=mg……①,
再由SO守恒得:
n(K2SO4)+n[(NH4)2SO4]=nmol……②,n(K2SO4)=mol。
【答案】
(1)78;
100。
(2)取滤液少许,加入NaOH,加热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
(3)Al(OH)3;
Al2O3;
Fe2O3。
(4)K2SO4;
(NH4)2SO4。
(5)BaCl2;
过滤;
洗涤;
干燥。
(6)mol。
【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。
工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:
某软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Si(16。
27%)、Fe(5。
86%)、Al(3。
42%)、Zn(2。
68%)和Cu(0。
86%)等元素的化合物。
部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,回答下列问题:
Fe(OH)2
Mn(OH)2
Cu(OH)2
Zn(OH)2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.。
≥–0.42
≥2.5
≥7
(1)FeSO4在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为
。
(2)滤渣A的主要成分是
。
(3)加入MnS的目的是除去
杂质。
(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应方程式为
(5)从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有
(写两种)。
【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中,准确地提取实质内容,并与已有知识模块整合,重组为新知识模块的能力。
由反应流程可知:
在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+,将Cu氧化成Cu2+,此外溶液中的还有Zn2+和Al3+,当调pH至5。
4时,只有Al(OH)3和Fe(OH)3会完全沉淀,故滤渣A的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3。
加入MnS后因为酸性条件下CuS、ZnS更难溶所以会转化为CuS、ZnS沉淀而除去Cu2+Zn2+。
(1)MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O
(2)Fe(OH)3
Al(OH)3
(3)Cu2+
Zn2+(4)MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-(或2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-)
(5)锌、二氧化锰
【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4·
2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料,无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。
以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。
(1)本工艺中所用的原料除CaSO4·
2H2O、KCl外,还需要等原料
(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式:
(3)过滤Ⅰ操作所得固体中,除CaCO3外还含有(填化学式)等物质,该固体可用作生产水泥的原料。
(4)过滤Ⅰ操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。
检验滤液中含有CO32-的方法是:
。
(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表:
温度(℃)
20
60
K2SO4溶解的量(g)
7。
4
1
18。
60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃,可析出K2SO4晶体g
(6)氯化钙结晶水合物(CaCl2·
6H2O)是目前常用的无机储热材料,选择的依据是
a熔点较低(29℃熔化)b能导电c能制冷d无毒
(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是:
。
【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题,考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。
从生产流程图可以看出,所需原料除CaSO4·
2H2O、KCl外,还需要氨气、石灰石和水。
硫酸钙是微溶的,碳酸钙是难溶的,因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵,生成的碳酸钙中混有石膏。
碳酸根的检验可用酸化的方法,若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。
硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变,查表可知不同温度下的溶解度,先求出591饱和液中含有的水是500g,在0℃可溶解硫酸钾37g,所以析出晶体54g。
作为储热材料,要求能在室温左右的温度下工作,且对人体无害,故选ad;
绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物,原子利用率高,因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。
(1)CaCO3NH3H2O
(2)CaSO4+CO32-→CaCO3↓+SO42-(3)CaSO4
(4)滤液中滴加盐酸产生气泡(5)54g(6)ad
(7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高,没有有害物质排放到环境中)
【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似,只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求,解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素,充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。
【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜(CuSO4·
5H2O)。
制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)配平在滤液(Ⅲ)中发生反应化学主程式:
____NOx+____H2O+____O2____HNO3。
(2)写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。
(3)在上述生产过程中,被循环使用的物质是_______________________________。
(4)请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。
将它们的编号填入方框。
(1)NOx中N的化合价为2x,反应前后N化合价变化为5-2x,O2中O化合价变化为4,初步配平为4NOx+H2O+(5-2x)O2→HNO3,再配平其他物质的化学计量数得:
4NOx+2H2