版高中化学全程复习方略 课时提升作业三十七选修2 第三章 化学与材料的制造和应用人教版Word格式文档下载.docx
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(2)氮化硅(Si3N4)是一种高温结构材料,粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。
粉末状的Si3N4遇空气和水都不稳定,但和适量氧化镁在230×
1.01×
105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理,可以制得结构十分紧密,对空气和水都相当稳定的固体材料,同时还得到遇水不稳定的Mg3N2。
①写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学方程式
②现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,使生成的Si3N4沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅,该制造方法称为 ;
反应的化学方程式为 ;
该法还可以以甲烷为原料制造金刚石薄膜,反应的化学方程式为
③Si3N4和适量氧化镁在230×
105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理的过程中,除生成Mg3N2外,还可能生成 物质。
热处理后除去MgO和Mg3N2的方法是 。
3.(13分)世界锂离子电池每年总产量超过25亿只,锂电池消耗量巨大,对不可再生的金属资源的消耗是相当大的。
因此锂离子电池回收具有重要意义,其中需要重点回收的是正极材料,其主要成分为钴酸锂(LiCoO2)、导电乙炔黑(一种炭黑)、铝箔以及有机黏结剂。
某回收工艺流程如下:
(1)上述工艺回收到的产物有 。
(2)废旧电池可能由于放电不完全而残留有游离态的锂,为了安全,对拆解环境的要求是 。
(3)碱浸时主要反应的离子方程式为 。
(4)酸浸时反应的化学方程式为 。
如果用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液也能达到溶解的目的,但不利之处是 。
(5)生成Li2CO3的化学反应方程式为:
。
已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小,最后一步过滤时应该 。
4.(14分)(2013·
湛江模拟)NiSO4·
6H2O是一种绿色易溶于水的晶体,广泛用于化学镀镍、生产电池等,可由电镀废渣(除含镍外,还含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物杂质)为原料获得。
操作步骤如下:
(1)往废渣中加H2SO4酸浸,要充分搅拌,其目的是
(2)加Na2S的目的是除去铜、锌等杂质,请写出除去Cu2+的离子方程式
__________________________________。
(3)加6%的H2O2时,温度不能过高,其目的是
(4)除铁方法:
用H2O2充分氧化后,再用NaOH控制pH2~4范围内生成氢氧化铁沉淀。
在上述方法中,氧化剂可用NaClO3代替,请写出用NaClO3氧化Fe2+的离子方程式:
(5)上述流程中滤液Ⅲ的溶液中溶质的主要成分是 。
(6)操作Ⅰ包括以下过程:
过滤,用H2SO4溶解, 、
、过滤、洗涤获得产品。
5.(15分)(2013·
新乡模拟)从废钒催化剂(主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:
回答下列问题:
(1)①中滤渣的主要成分是 。
(2)②、③中的变化过程可简化为(下式中Rn+表示VO2+或Fe3+,HA表示有机萃取剂的主要成分):
Rn+(水层)+nHA(有机层)
RAn(有机层)+nH+(水层)
②中萃取时必须加入适量碱,其原因是
③中反萃取时加入的X试剂是 。
(3)完成④中反应的离子方程式:
+
VO2++
H+====
VO3++
Cl-+
(4)25℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下:
pH
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
钒沉淀
率/%
88
92
93
95
90
87
根据上表数据判断,⑤中加入氨水,调节溶液pH最佳值为 ;
若钒沉淀率为90%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<
。
(已知:
25℃时,
Ksp[Fe(OH)3]=4.0×
10-39)
(5)在整个工艺流程中,可以循环利用的物质是水、 和 。
(6)写出废液Y中除H+之外的两种阳离子 。
6.(16分)(能力挑战题)碳酸锂用途广泛,可用作陶瓷、药物、催化剂,也是常用的锂离子电池的原料,工业上以锂辉石(Li2O·
Al2O3·
4SiO2,含少量Ca、Mg元素)为原料生产碳酸锂。
其部分工艺流程如下。
已知:
①Li2O·
4SiO2+H2SO4(浓)
Li2SO4+Al2O3·
4SiO2·
H2O↓;
②某些物质的溶解度(S)如表所示。
T/℃
20
40
60
80
S(Li2CO3)/g
1.33
1.17
1.01
0.85
S(Li2SO4)/g
34.2
32.8
31.9
30.7
(1)从滤渣1中分离出Al2O3的部分流程如图所示,括号表示加入的试剂,方框表示所得到的物质。
则步骤Ⅰ中发生反应的离子方程式是 __________________,
步骤Ⅱ应通入一种气体试剂为 ,步骤Ⅱ反应完之后需要进行的操作是 。
(2)已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。
向滤液1中加入石灰乳的作用是(用离子方程式表示)
(3)向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是
(4)工业上,将Li2CO3粗产品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下。
a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液,LiOH溶液作阴极液,两者用离子选择透过膜隔开,用惰性电极电解。
b.电解后向LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液,过滤、烘干得高纯Li2CO3。
①a中,阳极的电极反应式是 。
②b中,生成Li2CO3反应的化学方程式是 。
7.(18分)(2013·
郑州模拟)现代炼锌的方法可分为火法和湿法两大类,镉是生产硫酸锌的副产品,属于高毒性金属,试回答下列相关问题。
(1)火法炼锌是将闪锌矿(主要含ZnS)通过浮选、焙烧使它转化为氧化锌,再把氧化锌和焦炭混合,在鼓风炉中加热至1373K~1573K,使锌蒸馏出来。
主要反应为
2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2;
鼓风炉中:
2C+O2
2CO;
ZnO+CO
Zn+CO2
火法炼锌蒸馏后的残渣中含多种金属单质及In2O3,可用硫酸提取铟,某研究机构对此研究数据如下。
实验中涉及的酸度(每升溶液中含硫酸的质量)与铟的浸出率如图1,硫酸溶液的体积与固体的体积比如图2。
①当酸度为196时,其物质的量浓度为 。
②从节约原料和浸出率考虑,适宜的酸度和液固比分别为 、 。
(2)湿法炼锌的主要工艺流程为
①从保护环境和充分利用原料角度考虑,如何处理或利用烟气 。
②除去酸浸出液中的铁,可用H2O2氧化,再调节pH使之形成Fe(OH)3沉淀,写出H2O2氧化Fe2+的离子方程式 。
③酸浸出液还含有Cd2+,为了防止镉污染并回收镉,根据它们性质的差异,可用氢氧化钠溶液分离,已知Zn(OH)2和氢氧化铝一样也具有两性,试写出分离的离子方程式 、 。
答案解析
1.【解析】
(1)普通硅酸盐水泥的成分除硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙外,还有铁铝酸钙。
(2)生料与煤在水泥回转窑中加热到1450℃时发生反应能生成污染性气体CO,煤燃烧还可产生污染性气体SO2。
(3)利用回转窑排出废气的余热来加热生料,使能源得到充分的利用。
(4)铝率=
≈0.94
(5)①利用惰性气体排出加热产生的水蒸气,防止水蒸气对测定产生误差。
②气体能使品红溶液褪色,则该气体为SO2。
从曲线图可以看出:
200℃~1400℃的范围内为CaSO4。
1400℃时,CaSO4(1×
10-3mol,140mg)生成56mg的固体物质,该固体物质中一定含有Ca,故为CaO。
则反应方程式为2CaSO4
2CaO+
2SO2↑+O2↑
答案:
(1)铁铝酸钙(或铁铝酸四钙)
(2)二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(写化学式也可)
(3)提高气固间的换热效率,实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗
(4)0.94
(5)①防止水蒸气对测定产生误差
②2CaSO4
2CaO+2SO2↑+O2↑
2.【解析】
(1)石英和焦炭在高温电炉中发生反应生成Si和CO,而不是Si和CO2;
原因是在高温条件下焦炭和CO2发生反应:
C+CO2
2CO。
(2)①根据题目提供的信息可知:
SiCl4蒸气和NH3反应制得Si3N4,同时得到HCl,反应方程式为:
3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl。
②SiCl4和N2在H2的环境中加强热反应得到Si3N4,同时得到另一种气体HCl,反应方程式为:
3SiCl4+2N2+6H2
Si3N4+12HCl;
以甲烷为原料制金刚石薄膜(化学式为C)和另一种气体为H2,反应方程式为:
CH4
C+2H2。
③据原子守恒可知:
Si3N4与MgO在一定条件下进行热处理生成Mg3N2和SiO2(或硅酸镁)。
由于Si3N4的固体材料遇水稳定而Mg3N2遇水不稳定及MgO能溶于盐酸,故可用稀盐酸除去Si3N4中的MgO和Mg3N2。
(1)SiO2+2C
Si+2CO↑ 高温条件下焦炭和二氧化碳不共存,即焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳
(2)①3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl
②化学气相沉积法
Si3N4+12HCl
C(金刚石)+2H2
③SiO2(写MgSiO3也可) 加足量稀盐酸过滤
3.【解析】
(1)由转化关系图可看出,其终端物质为Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3,为上述工艺回收到的产物。
(2)锂是活泼的碱金属单质,易被空气中的氧气和水分氧化导致自燃,故应隔绝空气和水分。
(3)铝箔可与烧碱发生反应:
2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑。
(4)滤渣的主要成分为LiCoO2,在酸性条件下被H2O2还原为CoSO4;
LiCoO2有强氧化性可将HCl氧化为氯气,造成环境污染。
(5)Li2SO4和Na2CO3发生复分解反应生成Li2CO3,为减少Li2CO3的流失应在温度较高下过滤。
(1)Al(OH)3、CoSO4、Li2CO3
(2)隔绝空气和水分
(3)2Al+2OH-+2H2O====2
+3H2↑
(4)2LiCoO2+H2O2+3H2SO4====Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O 有氯气生成,污染较大
(5)Li2SO4+Na2CO3====Na2SO4+Li2CO3↓ 在较高温度下过滤
4.【解析】
(1)酸浸时要充分搅拌,使反应物充分混合接触,提高反应物的转化率(即浸出率)。
(2)Cu2+与S2-结合生成CuS黑色沉淀。
(3)H2O2具有不稳定性,温度过高时会发生分解,生成H2O和O2。
(4)
具有氧化性,能将Fe2+氧化为Fe3+,其还原产物为Cl-,反应的离子方程式为
+6Fe2++6H+====6Fe3++Cl-+3H2O。
(5)滤液Ⅲ经浓缩结晶可得NiSO4·
6H2O,故滤液Ⅲ中一定含有NiSO4;
滤液Ⅰ加
Na2S时除去了铜、锌的杂质,滤液Ⅱ加H2O2和NaOH是将铁杂质转化为Fe(OH)3,铬(Cr)杂质转化为Cr(OH)3,故滤液Ⅲ中还存在Na2SO4。
(1)加快反应速率或提高浸出率
(2)S2-+Cu2+====CuS↓
(3)减少(防止)过氧化氢的分解
(4)6Fe2++
+6H+====6Fe3++Cl-+3H2O
(5)Na2SO4、NiSO4 (6)蒸发浓缩 冷却结晶
5.【解析】
(1)废钒催化剂的主要成分是V2O5、Fe2O3和SiO2,与酸作用时V2O5转化为VO2+,Fe2O3转化为Fe3+而SiO2不反应,故滤渣的主要成分是SiO2。
(2)萃取与反萃取的反应为Rn+(水层)+nHA(有机层)
②中加入适量碱,与H+反应使平衡正移,从而提高钒的萃取率。
③中要使上述平衡逆移,可增大溶液中c(H+),即加入H2SO4。
(3)
(4)由表格中的数据可知,当加入氨水使溶液的pH上升到1.6时,钒沉淀率达最高为95%,即调节溶液pH最佳值为1.6;
当钒沉淀率为90%时,pH=2.0,c(H+)=10-2mol·
L-1,c(OH-)=
=10-12mol·
L-1
要使溶液中不产生Fe(OH)3沉淀,则c(Fe3+)·
c3(OH-)<
Ksp即c(Fe3+)×
(10-12)3<
4.0×
10-39,因此,c(Fe3+)<
10-3mol·
L-1。
(5)从流程图中可以看出,可循环使用的物质为有机萃取剂和氨水。
(6)酸性水溶液中含有VO2+、Fe3+、
等,与KClO3发生第④步的反应生成VO3+和Cl-,再经过氨水调pH使钒沉淀率达95%,故废液Y中还含有K+、Fe3+、VO3+、
及
。
(1)SiO2
(2)加入碱中和产生的酸,平衡右移,提高钒的萃取率 硫酸
(3)1 6 6 6 1 3 H2O
(4)1.6 4.0×
(5)有机萃取剂 氨气(或氨水)
(6)Fe3+、VO3+、
、K+(任写2种)
6.【解析】
(1)滤渣1中含有Al2O3·
H2O,先加入强酸使Al2O3转化成Al3+,再通入NH3,使Al3+转化成Al(OH)3,最后灼烧Al(OH)3得到Al2O3。
(2)加入石灰乳,中和多余的硫酸,并将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀。
(3)从Li2CO3的溶解度表可知,随着温度的升高,Li2CO3的溶解度逐渐减小,故用热水洗涤可减少Li2CO3的损失。
(4)①Li2CO3溶于盐酸生成LiCl,作阳极液,其阳极反应式为:
2Cl--2e-====Cl2↑。
②LiOH溶液与NH4HCO3发生反应生成Li2CO3沉淀,反应方程式为:
2LiOH+2NH4HCO3====Li2CO3↓+(NH4)2CO3+2H2O
(1)Al2O3+6H+====2Al3++3H2O
NH3 过滤
(2)Ca(OH)2+2H+====Ca2++2H2O、
Ca(OH)2(s)+Mg2+
Mg(OH)2(s)+Ca2+
(3)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失
(4)①2Cl--2e-====Cl2↑
②2LiOH+2NH4HCO3====Li2CO3↓+(NH4)2CO3+2H2O
7.【解析】
(1)①根据酸度定义可知“酸度为196”表示每升硫酸中含196gH2SO4,故其物质的量浓度为2mol·
②由图1可知,180g·
L-1和200g·
L-1浸出率相差不大,考虑节约原料应选180g·
L-1,由图2可知液固比为(6∶1)、(8∶1)、(10∶1)时的铟浸出率相差很小,考虑节约原料应选6∶1。
(2)①根据闪锌矿焙烧的化学方程式可知烟气中含有大量的SO2气体,如果直接排出会污染环境,因此应用碱液吸收或宜将烟道气净化后用于生产硫酸。
②根据氧化还原反应原理,注意条件是在酸性条件下。
③由条件知Zn(OH)2也具有两性,用NaOH进行分离,注意
的存在。
(1)①2mol·
L-1 ②180 6∶1
(2)①应用碱液吸收,将烟道气净化,用于生产硫酸等
②2Fe2++H2O2+2H+====2Fe3++2H2O
③Cd2++2OH-====Cd(OH)2↓
Zn2++4OH-====
+2H2O