微测22 无机化工流程题.docx

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微测22无机化工流程题

微测22　无机化工流程题

1．（2017·唐山一模）下图表示从废旧普通锌锰电池内容物中回收制备KMnO4等物质的一种工艺（不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属）。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理与下列物质相似的是__________（填选项字母）。

A．双氧水　　　　　B．75%酒精

C．苯酚D．84消毒液（NaClO溶液）

（2）①黑色固体混合物水浸时为提高浸出速率，常采用的措施为__________________________（答出两条即可）。

②滤渣水洗灼烧后固体是一种黑色的化合物，操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4和KCl，该过程中发生反应的化学方程式为______________________________________。

③图中产物A是一种难溶于水的黑色固体，其化学式为__________________。

（3）测定KMnO4产品的纯度可用标准Na2S2O3溶液进行滴定。

①配制250mL0.1000mol·L－1标准Na2S2O3溶液，需要使用的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、量筒和__________、__________；

②取上述制得的KMnO4产品0.7000g，酸化后用0.1000mol·L－1标准Na2S2O3溶液进行滴定，滴定至终点记录实验消耗Na2S2O3溶液的体积，重复步骤②，三次平行实验数据如下表。

实验次数

1

2

3

消耗Na2S2O3溶液体积/mL

19.30

20.98

21.02

（有关离子方程式为：

MnO

＋S2O

＋H＋===SO

＋Mn2＋＋H2O，未配平）

将0.1000mol·L－1标准Na2S2O3溶液盛装在__________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中进行滴定。

计算该KMnO4产品的纯度为__________。

答案　

（1）AD

（2）①加热、将固体混合物粉碎、搅拌　②3MnO2＋KClO3＋6KOH

3K2MnO4＋KCl＋3H2O　③MnO2

（3）①玻璃棒　250mL容量瓶　②碱式　75.84%

解析　普通锌锰电池中存在MnO2、石墨，由于其不溶于水，而电池中其余为可溶物，所以水浸、过滤后滤渣是MnO2和C，水洗除去固体表面残留溶质，灼烧去除C，剩余固体只有MnO2。

MnO2固体与KClO3、KOH高温熔融时发生氧化还原反应，问题中提示生成K2MnO4和KCl。

再将熔块溶解并通入CO2、分离得到KMnO4，因此操作b中发生反应生成KMnO4，同时得到的黑色固体是MnO2。

（1）KMnO4的消毒作用是利用了KMnO4的强氧化性杀灭病菌，与选项中AD相似，B选项75%酒精的消毒原理是利用酒精使病毒蛋白质发生变性，C选项苯酚也是利用苯酚使病毒蛋白质发生变性，则二者消毒的原理均与KMnO4不同，正确答案为AD。

（2）①水浸是使废电池中的可溶物充分溶解，单位时间提高浸出率就是提高溶解速率，所以可以采用加热、搅拌、粉碎固体使其颗粒更小等措施加速固体的溶解。

②结合上述解析，该反应基本物质关系为KClO3＋MnO2＋KOH―→K2MnO4＋KCl，配平之后即可：

3MnO2＋KClO3＋6KOH

3K2MnO4＋KCl＋3H2O。

（3）①配制溶液时缺少玻璃棒和250mL容量瓶。

②Na2S2O3溶液由于S2O

水解呈碱性，所以应当放在碱式滴定管中。

从滴定消耗Na2S2O3体积看，第一次实验明显存在较大误差，应当舍去，滴定过程中发生反应有关离子方程式为：

8MnO

＋5S2O

＋14H＋===10SO

＋8Mn2＋＋7H2O，n（KMnO4）＝8/5×0.1000mol/L×

×10－3L＝3.36×10－3mol，KMnO4纯度＝3.36×10－3mol×158g·mol－1/0.7000g＝0.7584＝75.84%。

2．（2017·济宁二模）稀土元素的物理性质和化学性质极为相似，常见化合价为＋3价。

在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，所以稀土元素又被称为冶金工业的维生素。

其中钇（Y）元素是激光和超导的重要材料。

我国蕴藏着丰富的含钇矿石（Y2FeBe2Si2O10），工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。

已知：

①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe3＋

2.7

3.7

Y3＋

6.0

8.2

②在元素周期表中，铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。

请回答下列问题：

（1）写出钇矿石与氢氧化钠共熔时的化学方程式：

______________________________________。

（2）欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be（OH）2沉淀。

则

①最好选用盐酸和________两种试剂，再通过必要的操作即可实现（填选项字母）。

a．NaOH溶液b．氨水

c．CO2d．HNO3

②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式为________________________________。

（3）已知10－2.7＝2×10－3、10－3.7＝2×10－4，则25℃时，反应Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋3H＋的平衡常数K＝________。

如何检验Fe3＋是否沉淀完全________（回答操作方法，不需设计所用仪器）。

（4）①写出生成草酸钇沉淀的化学方程式为________________________；

②若H2C2O4和湿润的KClO3混合加热到60℃可制得国际公认的高效含氯消毒剂ClO2，写出反应中氧化剂和氧化产物的物质的量之比________。

在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，写出反应的化学方程式__________________________。

答案　

（1）4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y（OH）3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O

（2）①b　②BeO

＋4H＋===Be2＋＋2H2O

（3）8×10－4　取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全（说明：

用NaOH溶液鉴别不得分）

（4）①2Y（OH）3（s）＋3H2C2O4（aq）===Y2（C2O4）3（s）＋6H2O（l）　②1∶1　6ClO2＋2H2O

Cl2＋4HClO2＋3O2（其他合理答案也给分）

解析　

（1）根据流程图可知钇矿石（Y2FeBe2Si2O10）与氢氧化钠共熔后加水溶解以及过滤后的滤液和液渣成分分别为Na2SiO3、Na2BeO2、Y（OH）3、Fe2O3，则共熔时发生反应的化学方程式为：

4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y（OH）3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O；

（2）周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。

①欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be（OH）2沉淀，则根据Na2BeO2和NaAlO2的性质相似推断：

加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，Na2BeO2则反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子，答案选b；②Na2BeO2与足量盐酸发生反应生成氯化铍，其反应的离子方程式为：

BeO

＋4H＋===Be2＋＋2H2O；（3）当开始沉淀时为建立水解平衡，pH＝2.7，则c（H＋）＝10－2.7mol/L，反应Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋3H＋的平衡常数K＝

＝

＝8×10－4；取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全；（4）①草酸与Y（OH）3反应生成草酸钇沉淀的化学方程式为：

2Y（OH）3（s）＋3H2C2O4（aq）===Y2（C2O4）3（s）＋6H2O（l）；②H2C2O4和KClO3混合加热到60℃可制得ClO2的反应方程式为H2C2O4＋2KClO3===2ClO2↑＋CO2↑＋K2CO3＋H2O，其中KClO3是氧化剂，CO2和K2CO3是氧化产物，则氧化剂和氧化产物的物质的量之比为1∶1；在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，其反应的化学方程式为6ClO2＋2H2O

Cl2＋4HClO2＋3O2。

3．（2017·武汉5月调研）草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。

一种利用含钴废料（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等）制取CoC2O4的工艺流程如下：

（1）“550℃焙烧”的目的是____________________。

（2）“浸出液”的主要成分是____________________。

（3）“钴浸出”过程中Co3＋转化为Co2＋，反应的离子方程式为____________________________________。

（4）“净化除杂1”过程中，先在40～50℃加入H2O2，其作用是______________________________（用离子方程式表示）；再升温至80～85℃，加入Na2CO3溶液，调pH至4.5，“滤渣1”主要成分是________。

（5）“净化除杂2”可将钙、镁离子转化为沉淀过滤除去，若所得滤液中c（Ca2＋）＝1.0×10－5mol/L，则滤液中c（Mg2＋）为________[已知Ksp（MgF2）＝7.35×10－11、Ksp（CaF2）＝1.05×10－10]。

（6）为测定制得样品的纯度，现称取1.00g样品，将其用适当试剂转化，得到草酸铵[（NH4）2C2O4]溶液，再用过量稀硫酸酸化，用0.1000mol/LKMnO4溶液滴定，达到滴定终点时，共用去KMnO4溶液26.00mL，则草酸钴样品的纯度为________。

答案　

（1）除去碳和有机物

（2）NaAlO2

（3）2Co3＋＋SO

＋H2O===2Co2＋＋SO

＋2H＋

（4）2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O

Fe（OH）3

（5）7.0×10－6mol/L

（6）95.55%

解析　

（1）含钴废料中的碳及有机物在550℃焙烧时可以生成二氧化碳等被除去。

（2）含钴废料中的Al2O3能够被氢氧化钠溶解，因此浸出液中主要含有偏铝酸钠。

（3）“钴浸出”过程中Co3＋可以被亚硫酸钠还原为Co2＋，反应的离子方程式为2Co3＋＋SO

＋H2O===2Co2＋＋SO

＋2H＋。

（4）在钴浸出过程中铁离子被亚硫酸钠还原为亚铁离子，在“净化除杂1”过程中，先在40～50℃加入H2O2，可以将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O；再升温至80～85℃，加入Na2CO3溶液，调pH至4.5，将铁离子沉淀为氢氧化铁。

（5）根据Ksp（CaF2）＝1.05×10－10，若所得滤液中c（Ca2＋）＝1.0×10－5mol/L，则c（F－）＝

＝

mol/L，则c（Mg2＋）＝

＝

mol/L＝7.0×10－6mol/L。

（6）设草酸钴的质量为x，根据方程式：

5H2C2O4＋2MnO

＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，由草酸根守恒可得：

5CoC2O4～5（NH4）2C2O4～5H2C2O4～2MnO

5×147g2mol

x0.026L×0.1000mol/L

＝

，解得x＝0.9555g，样品纯度＝

×100%＝95.55%。

4．（2017·保定一模）铈元素（Ce）是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3价、＋4价两种价态，铈的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。

请回答下列问题：

（1）雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO

、NO

（二者物质的量之比为1∶1），该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

（2）可采用电解法将上述吸收液中的NO

转化为无毒物质，同时再生Ce4＋，其原理如图所示。

①Ce4＋从电解槽的________（填字母序号）口流出。

②写出阴极的电极反应式____________________。

（3）铈元素在自然界中主要以氟碳矿形式存在。

主要化学成分为CeFCO3。

工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：

①焙烧过程中发生的主要反应方程式为__________________。

②有同学认为酸浸过程中用稀硫酸和H2O2替换盐酸更好，他的理由是______________________。

③Ce（BF4）3、KBF4的Ksp分别为a、b，则Ce（BF4）3（s）＋3KCl（aq）3KBF4（s）＋CeCl3（aq）平衡常数为________（用a、b的代数式表示）。

④加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_________________________。

答案　

（1）2∶1

（2）①a　②2NO

＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O

（3）①4CeFCO3＋O2

3CeO2＋CeF4＋4CO2　②不释放氯气，减少对环境的污染　③

　④NH4Cl固体分解产生的HCl可以抑制CeCl3的水解

解析　

（1）雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO

、NO

（二者物质的量之比为1∶1），反应的方程式为3H2O＋2NO＋4Ce4＋===4Ce3＋＋NO

＋NO

＋6H＋，因此该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶2＝2∶1。

（2）①电解池中阳极失去电子，则Ce3＋在阳极失去电子转化为Ce4＋，因此Ce4＋从电解槽的a口流出。

②阴极是NO

得到电子转化为氮气，则阴极的电极反应式为2NO

＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O。

（3）①根据流程图可知焙烧过程中CeFCO3与氧气反应生成CeO2、CeF4、CO2，反应方程式为4CeFCO3＋O2

3CeO2＋CeF4＋4CO2。

②酸浸过程中盐酸被氧化生成氯气，氯气是大气污染物，因此酸浸过程中用稀硫酸和H2O2替换盐酸可以不释放氯气，减少对环境的污染。

③根据方程式可知反应的平衡常数K＝

＝

＝

；④NH4Cl固体分解产生的HCl可以抑制CeCl3的水解，所以加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3。

5．（2017·淄博一模）硫酸工业中，作为催化剂的V2O5对反应Ⅰ的催化循环过程经历了Ⅱ、Ⅲ两个反应阶段，图示如下：

（1）下列分子中1mol化学键断裂时需要吸收的能量数据如下：

化学键

S===O（SO2）

S===O（SO3）

O===O（O2）

能量/kJ

535

472

496

则反应Ⅰ的ΔH＝__________kJ/mol。

反应Ⅲ的化学方程式为____________________________。

（2）从废钒催化剂中回收V2O5的过程如下：

①VO2＋离子可由钒同价态的简单阳离子完全水解得到，该水解反应的离子方程式________________。

②“沉钒”时为使钒元素的沉淀率达到98%，至少应调节溶液中的c（NH

）为______________[25℃，Ksp（NH4VO3）＝1.6×10－3，溶液体积变化忽略不计]。

（3）采用脱硫脱硝技术，同时吸收SO2和NOx，获得（NH4）2SO4的稀溶液。

①向此稀溶液中再加入少量（NH4）2SO4固体，

将__________（填“变大”“不变”或“变小”）。

②常温下，0.05mol/L（NH4）2SO4溶液的pH＝a，则

＝__________（用含a的代数式表示，NH3·H2O的Kb＝1.7×10－5）

答案　

（1）－98　2V2O4·SO3＋O22V2O5＋2SO3

（2）①V4＋＋H2O===VO2＋＋2H＋

②0.8mol·L－1

（3）①变大　②1.7×10（9－a）

解析　

（1）①反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能，则反应Ⅰ的ΔH＝（2×535＋

×496－3×472）kJ/mol＝－98kJ/mol；②反应Ⅱ生成V2O4·SO3，方程式为SO2＋V2O5V2O4·SO3，反应ⅢV2O4·SO3与氧气反应生成V2O5和SO3，方程式为2V2O4·SO3＋O22V2O5＋2SO3。

（2）①水解生成VO2＋，V的化合价为＋4价，可由V4＋水解生成，方程式为V4＋＋H2O===VO2＋＋2H＋；②溶液中c（VO

）＝0.1mol/L，为使钒元素的沉淀率达到98%，则沉淀后c（VO

）＝0.002mol/L，由Ksp（NH4VO3）＝1.6×10－3可知c（NH

）＝

mol/L＝0.8mol/L。

（3）采用脱硫脱硝技术，同时吸收SO2和NOx，获得（NH4）2SO4的稀溶液。

①在（NH4）2SO4溶液中存在水解反应，NH

＋H2ONH3·H2O＋H＋，往（NH4）2SO4溶液中再加入少量（NH4）2SO4固体，水解平衡向正方向进行，但铵根的水解率减小，所以

将变大；②在（NH4）2SO4溶液中存在水解反应，NH

＋H2ONH3·H2O＋H＋，pH＝a，c（H＋）＝10－amol/L，则Kh＝

＝

×

＝

＝

，因此

＝

＝

＝1.7×10（9－a）。

6．（2017·潍坊二模）金属钛被誉为“21世纪金属”。

工业上用钛矿石（FeTiO3，含少量FeO、Al2O3、SiO2等杂质）制得海绵钛的流程如下。

回答下列问题：

（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，请提供可行的措施____________________，酸浸时主要反应的化学方程式为____________________。

（2）副产品中含有杂质[Al2（SO4）3]。

要将副产品进一步提纯，请结合下图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程：

将副产品溶于稀硫酸中，加入足量的铁粉，充分搅拌后，用NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤沉淀后得到FeSO4溶液，__________，过滤，用冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO4·7H2O晶体。

（3）高温时，由TiO2转化为TiCl4的化学方程式为______________________。

在一定条件下，将足量TiO2（s）和固体炭放入密闭容器中，再通入Cl2进行反应至平衡，当改变外界条件时，TiCl4（g）体积分数φ（TiCl4）变化的趋势如图所示，由图判断：

①该反应的ΔH__________0（填“>”或“<”）。

②在750℃、100MPa和800℃、200MPa下Cl2的转化率分别为α1、α2，则α1__________α2（填“>”“<”或“＝”）。

（4）常温下，H2TiO3的沉淀溶解平衡为H2TiO3（s）TiO2＋（aq）＋2OH－（aq），其溶度积常数Ksp＝1.0×10－29mol3·L－3。

若在TiOSO4溶液中加入NaOH溶液调pH使TiO2＋完全沉淀（当离子浓度等于或小于10－5mol·L－1时可认为完全沉淀），则此时溶液的pH至少为__________。

答案　

（1）粉碎矿石，加热反应物　2H2SO4＋FeTiO3===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O

（2）加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至室温（或0℃）结晶

（3）TiO2＋2Cl2＋2C

TiCl4＋2CO　①<　②>

（4）2

解析　

（1）影响化学反应速率的因素有温度、反应物的浓度、压强、催化剂、反应物的表面积等，结合化工生产实际，要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可行的措施有：

粉碎矿石，加热反应物等；酸浸时硫酸与钛矿石反应，主要反应的化学方程式为：

2H2SO4＋FeTiO3TiOSO4＋FeSO4＋2H2O；

（2）过滤沉淀后得到FeSO4溶液，加热浓缩得到60℃饱和溶液，冷却至0℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥；（3）高温时，由TiO2与碳和氯气反应转化为TiCl4的化学方程式为：

TiO2＋2Cl2＋2C

TiCl4＋2CO；①由图可知，随着温度的升高，TiCl4（g）体积分数减小，则平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，ΔH<0；②在750℃、100MPa下TiCl4（g）体积分数比在800℃、200MPa下TiCl4（g）体积分数大，TiCl4（g）体积分数越大，Cl2的转化率越大，则α1>α2；（4）当离子浓度等于或小于10－5mol·L－1时可认为完全沉淀，H2TiO3的沉淀溶解平衡为H2TiO3（s）TiO2＋（aq）＋2OH－（aq），根据Ksp＝c（TiO2＋）·c2（OH－）＝10－5mol·L－1×c2（OH－）＝1.0×10－29mol3·L－3可得：

c2（OH－）＝1.0×10－24mol2·L－2，c（OH－）＝1.0×10－12mol·L－1，则溶液的pH至少为2。