届高考化学二轮复习专题九化学工艺流程综合型研究Word下载.docx

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0.17

0.14

0.10

（3）流程中由LiCl制备金属Li的电解条件是____________________。

（4）为测定制备的四氢铝锂（LiAlH4）的纯度，称取样品ag加入水使其完全反应，收集到标准状况下气体VmL。

①LiAlH4溶解时发生反应的化学方程式为______________________

__________________________________________________________。

②样品的纯度为________（列出数学表达式即可。

）

答案　

（1）2LiAlSi2O6＋4H2SO4===Li2SO4＋Al2（SO4）3＋4H2SiO3　Fe（OH）3、Al（OH）3　6.5

（2）Li2CO3溶解度随温度升高而降低，蒸发浓缩后趁热过滤，能减少Li2CO3的溶解损失　4.0×

10－3

（3）Pt等惰性电极、熔融的LiCl

（4）①LiAlH4＋4H2O===LiOH＋Al（OH）3↓＋4H2↑　②

%

解析　

（1）由流程梳理可知，LiAlSi2O6与H2SO4反应得到Li2SO4、Al2（SO4）3和不溶于水的H2SiO3，发生的反应为：

2LiAlSi2O6＋4H2SO4===Li2SO4＋Al2（SO4）3＋4H2SiO3；

滤液1中含有Li2SO4、Al2（SO4）3和Fe2（SO4）3，加入碳酸钠调pH，是为了使Al2（SO4）3和Fe2（SO4）3分别生成Al（OH）3、Fe（OH）3除去，故滤渣2的主要成分是Fe（OH）3、Al（OH）3；

由表中数据知，a的最小值为6.5。

（2）由碳酸锂饱和溶液的浓度与温度的关系可知，Li2CO3溶解度随温度升高而降低，为减少Li2CO3的溶解损失，蒸发浓缩后应趁热过滤。

90℃时，溶液中c（Li2CO3）＝0.1mol·

L－1，则c（Li＋）＝0.2mol·

L－1，c（CO

）＝0.1mol·

L－1，故Ksp（Li2CO3）＝0.22×

0.1＝4.0×

10－3。

（3）根据电解熔融的氯化钠制取Na可知，由LiCl制取Li的电解条件是用Pt等惰性材料作电极电解熔融的LiCl。

（4）①由四氢铝锂是重要的还原剂，知四氢铝锂与水反应得到的气体为氢气，同时得到LiOH和Al（OH）3，反应的化学方程式为LiAlH4＋4H2O===LiOH＋Al（OH）3↓＋4H2↑。

②氢气的体积为VmL，物质的量为

mol，由LiAlH4～4H2，得n（LiAlH4）＝

mol，m（LiAlH4）＝

g，样品的纯度为

×

100%＝

%。

2．（2019·

江苏）实验室以工业废渣（主要含CaSO4·

2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制取轻质CaCO3和（NH4）2SO4晶体，其实验流程如下：

（1）室温下，反应CaSO4（s）＋CO

（aq）

CaCO3（s）＋SO

（aq）达到平衡，则溶液中

＝__________________[Ksp（CaSO4）＝4.8×

10－5，Ksp（CaCO3）＝3×

10－9]。

（2）将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得（NH4）2CO3溶液，其离子方程式为___________；

浸取废渣时，向（NH4）2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________________________。

（3）废渣浸取在如图所示的装置中进行。

控制反应温度在60～70℃，搅拌，反应3小时。

温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是____________________________；

保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有__________________。

（4）滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。

设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：

___________________________________________________________

[已知pH＝5时Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全；

pH＝8.5时Al（OH）3开始溶解。

实验中必须使用的试剂：

盐酸和Ca（OH）2]。

答案　

（1）1.6×

104

（2）HCO

＋NH3·

H2O===NH

＋CO

＋H2O　增加溶液中CO

的浓度，促进CaSO4的转化

（3）温度过高，（NH4）2CO3分解　加快搅拌速率

（4）在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤，向滤液中分批加入少量Ca（OH）2，用pH试纸测量溶液pH，当pH介于5～8.5时，过滤

解析　

（1）溶液中

＝

＝1.6×

104。

（2）（NH4）2CO3溶液中CO

水解，CO

＋H2O

HCO

＋OH－，加入适量浓氨水，溶液中OH－浓度增大，抑制CO

水解，从而增加溶液中CO

的浓度，促进CaSO4转化为CaCO3。

（3）（NH4）2CO3受热易分解，生成NH3、CO2、H2O；

加快搅拌速率可使反应物反应更充分，提高CaSO4的转化率。

（4）滤渣的主要成分有CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3。

用盐酸将其溶解后，过滤除去SiO2。

用Ca（OH）2调节滤液的pH到5～8.5，使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，过滤除去Fe（OH）3和Al（OH）3。

3．一种利用泥磷（P4，含有少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2和微量重金属盐等）为原料制备高纯次磷酸（H3PO2）的工艺流程如下：

次磷酸（H3PO2）是一元中强酸，还原性较强，主要用于化学镀银、镍、铜等。

（1）“滤渣Ⅱ”的主要成分为____________（填化学式）。

（2）工业级NaH2PO2中影响次磷酸质量指标较大的主要杂质为Cl－、SO

及重金属离子等，除Cl－时加入的Ag2SO4溶液不宜过量太多，其主要原因是_____________________________________________。

（3）从工业级NaH2PO2溶液中可获得NaH2PO2·

H2O，其具体操作步骤为________、________、过滤、洗涤和干燥。

洗涤该产品常用乙醇，其原因是_________________________________________________。

（4）NaH2PO2是________（填“正盐”或“酸式盐”），尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。

（5）工业上，可以用惰性电极电解NaH2PO2溶液制取磷酸，请写出其阳极电极反应式__________________________________________。

答案　

（1）CaCO3和Al（OH）3

（2）过量的Ag＋会氧化H2PO

，降低次磷酸纯度

（3）蒸发浓缩　冷却结晶　洗去可溶性杂质，减少产品NaH2PO2·

H2O的溶解损失，乙醇易挥发，利于干燥

（4）正盐　1∶2

（5）H2PO

－4e－＋2H2O===H3PO4＋3H＋

解析　

（1）根据流程梳理可知滤渣Ⅱ的主要成分为CaCO3和Al（OH）3。

（2）根据次磷酸还原性较强，可用于化学镀银知，过量的Ag＋可将H2PO

氧化，从而降低次磷酸的纯度。

（3）从工业级NaH2PO2溶液中获得NaH2PO2·

H2O应进行的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，在洗涤的过程中使用乙醇洗涤，可洗去可溶性杂质，减少NaH2PO2·

H2O的溶解损失，且在干燥步骤中更容易干燥。

（4）由于H3PO2是一元中强酸，所以NaH2PO2是正盐；

PH3→NaH2PO2，P的化合价升高4，NaH2PO2为氧化产物，NaClO→NaCl，Cl的化合价降低2，NaCl为还原产物，根据得失电子守恒，可知n（NaH2PO2）∶n（NaCl）＝1∶2。

（5）阳极发生氧化反应，NaH2PO2

H3PO4，故阳极的电极反应式为H2PO

－4e－＋2H2O===H3PO4＋3H＋。

4．三氧化二镍（Ni2O3）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。

工业上利用含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC2O4·

2H2O），再高温煅烧草酸镍制取Ni2O3。

已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。

工艺流程图如图所示：

（1）“操作Ⅰ”为“酸浸”，为了提高酸浸的效率，可以采取的措施为

________________________________________________________________________（写出两条）。

（2）加入H2O2发生的主要反应的离子方程式为__________________。

（3）加入碳酸钠溶液调pH至4.0～5.0，其目的是_________________。

（4）将草酸镍（NiC2O4·

2H2O）在热空气中干燥脱水，再采用高温煅烧，可制得Ni2O3，同时获得混合气体，该混合气体的主要成分为水蒸气和________。

（5）工业上还可用电解法制取Ni2O3，用NaOH溶液调NiCl2溶液的pH至7.5，加入适量Na2SO4后利用惰性电极电解。

电解过程中产生的Cl2有80%在弱碱性条件下生成ClO－，再把二价镍氧化为三价镍。

ClO－氧化Ni（OH）2生成Ni2O3的离子方程式为________________。

amol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量为________mol。

（6）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成原电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，

则放电时负极的电极反应式为_______________。

答案　

（1）粉碎含镍废料、适当增大稀硫酸浓度、适当升温、搅拌等

（2）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

（3）促进Fe3＋水解沉淀完全

（4）CO、CO2

（5）ClO－＋2Ni（OH）2===Cl－＋Ni2O3＋2H2O　1.25a

（6）Al＋4OH－－3e－===AlO

＋2H2O

解析　

（1）根据化学反应速率的影响因素知，为提高酸浸的效率，可以采取的措施有粉碎含镍废料、适当增大稀硫酸浓度、适当升温、搅拌等。

（2）加入H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，离子方程式为：

2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

（3）加入Na2CO3后过滤得到含铁滤渣，因此加入Na2CO3调pH至4.0～5.0的作用是促进Fe3＋水解，将Fe3＋转化为Fe（OH）3。

（4）草酸镍脱水后高温煅烧可制得Ni2O3，Ni元素的化合价升高，则碳元素的化合价降低，有CO生成，配平化学方程式为：

2NiC2O4

Ni2O3＋3CO↑＋CO2↑，故该混合气体的主要成分为水蒸气和CO、CO2。

（5）ClO－将Ni（OH）2氧化为Ni2O3，本身被还原为Cl－，由Ni（OH）2→

Ni2O3失e－，ClO－→Cl－得2e－，根据得失电子守恒，Ni（OH）2、ClO－的系数分别为2、1，可得ClO－＋2Ni（OH）2―→Cl－＋Ni2O3，再根据电荷守恒和原子守恒，配平离子方程式为：

ClO－＋2Ni（OH）2===Cl－＋Ni2O3＋2H2O。

amol二价镍全部转化为三价镍时，消耗0.5amolClO－，根据电解过程中产生的Cl2有80%在弱碱性条件下生成ClO－及Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，知电解产生的n（Cl2）＝0.5amol÷

80%＝0.625amol，根据阳极反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，知产生0.625amol氯气时，转移电子的物质的量为0.625amol×

2＝1.25amol。

（6）根据放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，知NiO（OH）为正极，Al为负极，由于电解质溶液为NaOH溶液，故放电时负极上Al转化为AlO

，电极反应式为：

Al＋4OH－－3e－===AlO

＋2H2O。

5．镉（Cd）可用于制作某些发光电子组件。

一种以镉废渣（含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质）为原料制备镉的工艺流程如下：

（1）“滤渣1”的主要成分为Cu（OH）2和________（填化学式）。

（2）“氧化”时KMnO4的还原产物是MnO2，该步骤中除铁、除锰的离子方程式分别为

（3）“置换”中镉置换率与

的关系如图所示，其中Zn的理论用量以溶液中Cd2＋的量为依据。

①实际生产中

的值最佳为1.3，不宜超过该值的原因是

②若需置换出112kgCd，且使镉置换率达到98%，实际加入的Zn应为________kg。

（4）“置换”后滤液溶质主要成分是________（填化学式）。

（5）“熔炼”时，将海绵镉（含Cd和Zn）与NaOH混合反应，反应的化学方程式是________________________________。

当反应釜内无明显气泡产生时停止加热，利用Cd与Na2ZnO2的________不同，将Cd从反应釜下口放出，以达到分离的目的。

答案　

（1）CaSO4

（2）3Fe2＋＋MnO

＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋、3Mn2＋＋2MnO

＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋

（3）①锌粉用量过多增加成本；

海绵镉的纯度降低；

熔炼中NaOH用量过多增加成本

②86.2

（4）ZnSO4

（5）Zn＋2NaOH

Na2ZnO2＋H2↑　密度

解析　

（1）硫酸溶解镉废渣时，金属氧化物转化为硫酸盐，然后加石灰乳调pH＝5，Cu2＋转化为Cu（OH）2沉淀，Ca2＋与SO

形成CaSO4沉淀，故“滤渣1”的主要成分为Cu（OH）2和CaSO4。

（2）“氧化”时除铁、除锰，Fe2＋转化为Fe（OH）3，Mn2＋转化为MnO2，除铁时由Fe2＋→Fe（OH）3失e－、MnO

→MnO2得3e－，根据得失电子守恒，Fe2＋、MnO

的系数分别为3、1，可得3Fe2＋＋MnO

―→3Fe（OH）3↓＋MnO2↓，再根据电荷守恒和原子守恒。

配平离子方程式为：

3Fe2＋＋MnO

＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋。

除锰时由Mn2＋→MnO2失2e－、MnO

→MnO2得3e－，根据得失电子守恒，Mn2＋、MnO

的系数分别为3、2，可得3Mn2＋＋2MnO

―→5MnO2↓，再根据电荷守恒和原子守恒，配平离子方程式为：

3Mn2＋＋2MnO

＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋。

（3）①“置换”时发生反应：

Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd，过量的锌和Cd熔炼时加NaOH分离，若

的值过大，则锌粉用量过多增加成本，海绵镉的纯度降低，熔炼时NaOH用量过多也增加成本。

②若需置换出112kgCd，且使镉置换率达到98%，则Cd2＋的质量为112kg÷

98%，根据Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd，知Zn的理论用量m（Zn）＝m（Cd2＋）×

＝112kg÷

98%×

＝65÷

98%kg，由题图知，镉置换率为98%时，

＝1.3，故实际加入的Zn的质量为65÷

98%kg×

1.3≈86.2kg。

（4）根据置换反应：

Zn＋CdSO4===ZnSO4＋Cd知，“置换”后滤液溶质主要成分是ZnSO4。

（5）“熔炼”时，Zn与NaOH反应生成Na2ZnO2，化学方程式为：

Zn＋2NaOH

Na2ZnO2＋H2↑。

根据分离时Cd从反应釜下口放出，知Cd与Na2ZnO2的密度不同。

6．钒是人体必需的微量元素，对治疗糖尿病和癌症及保护心血管等具有潜在的药理学作用。

工业上用含三价钒（V2O3）为主的某石煤（含有Al2O3、CaO等杂质）为原料，用钙化法焙烧制备V2O5，其流程如下：

＋5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表。

pH

4～6

6～8

8～10

10～12

主要离子

VO

V2O

（1）焙烧：

向石煤中加生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca（VO3）2的化学方程式是__________________________________。

（2）酸浸：

Ca（VO3）2难溶于水，可溶于盐酸。

若焙砂酸浸时溶液的pH＝4，Ca（VO3）2溶于盐酸的离子方程式是_______________________。

（3）转沉：

将浸出液中的钒转化为NH4VO3固体，其流程如下。

①浸出液中加入石灰乳的作用是______________________________

____________________。

②向（NH4）3VO4溶液中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH＝7.5。

当pH>

8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是__________________________。

（4）实验室以V2O5为原料还可以合成用于制备VO2的氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体，过程如下：

V2O5

VOCl2溶液

（NH4）5[（VO）6（CO3）4（OH）9]·

10H2O

①步骤ⅱ可在如图装置（气密性良好）中进行。

VO2＋能被O2氧化。

药品填装完成后的实验操作是____________________（填“活塞a”“活塞b”的操作顺序），装置B中的试剂是____________。

②测定氧钒（Ⅳ）碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。

称量4.246g样品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL硫酸混合溶解后，加0.02mol·

L－1的KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续加1%NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量的NaNO2，最后用0.08mol·

L－1的（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为30.00mL（滴定反应：

＋Fe2＋＋2H＋===VO2＋＋Fe3＋＋H2O）。

NaNO2溶液的作用是____________________，粗产品中钒的质量分数为________（精确到小数点后两位）。

答案　

（1）CaO＋O2＋V2O3

Ca（VO3）2

（2）Ca（VO3）2＋4H＋===2VO

＋Ca2＋＋2H2O

（3）①调节溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3（VO4）2沉淀

②当pH>

8时，钒的主要存在形式不是VO

（4）①打开活塞a数分钟后，再打开活塞b　饱和NaHCO3溶液

②除去过量的KMnO4　2.88%

解析　

（1）V2O3转化为Ca（VO3）2，V元素化合价升高，被氧化，则焙烧时有氧气参加反应，1molV2O3转化为Ca（VO3）2失4mol电子，1molO2被还原得4mol电子，故V2O3、O2的化学计量数相等，根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式为CaO＋O2＋V2O3

Ca（VO3）2。

（2）焙砂酸浸时pH＝4，根据提供信息知，Ca（VO3）2转化为VO

，故Ca（VO3）2溶于盐酸的离子方程式为Ca（VO3）2＋4H＋===2VO

＋Ca2＋＋2H2O。

（3）①根据图示，加入石灰乳得到Ca3（VO4）2沉淀；

根据提供信息，Ca3（VO4）2沉淀存在的pH为10～12，故加入石灰乳的作用是调节溶液的pH，并提供Ca2＋，形成Ca3（VO4）2沉淀。

②根据提供信息，pH>

，因此NH4VO3的产量明显降低。

（4）①根据提供信息，VO2＋能被O2氧化，知要先利用A中产生的CO2气体排除装置中空气，故药品填装完成后的实验操作为：

打开活塞a数分钟后，再打开活塞b。

由于盐酸易挥发，A装置制得的CO2中含有HCl气体，故装置B用于除去CO2中混有的HCl气体，应选择饱和NaHCO3溶液。

②加入KMnO4溶液至稍过量，而（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液能被酸性高锰酸钾溶液氧化，故NaNO2的作用是除去过量的KMnO4。

根据滴定原理知，n（VO

）＝n（Fe2＋）＝n[（NH4）2Fe（SO4）2]＝0.08mol·

L－1×

0.03L＝2.4×

10－3mol，则粗产品中钒的质量为51g·

mol－1×

2.4×

10－3mol＝0.1224g，钒的质量分数为

100%≈2.88%。