鲁科版化学高考一轮复习 专题突破训练二 化学工艺流程试题的突破方略.docx

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鲁科版化学高考一轮复习专题突破训练二化学工艺流程试题的突破方略

专题突破训练

（二）　化学工艺流程试题的突破方略

（对应学生用书第282页）

1．（2016·全国Ⅲ卷，T26节选）过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。

以下是一种制备过氧化钙的实验方法。

回答下列问题：

【导学号：

95160088】

过氧化钙的制备

CaCO3

滤液

过滤,白色结晶

（1）步骤①的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈________性（填“酸”“碱”或“中”）。

将溶液煮沸，趁热过滤。

将溶液煮沸的作用是_________。

（2）步骤②中反应的化学方程式为_______________________________

________________________________________________________________，

该反应需要在冰浴下进行，原因是_____________________。

（3）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是________________________________________________________________。

（4）制备过氧化钙的另一种方法是：

将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。

该工艺方法的优点是________________________，

产品的缺点是________。

【解析】　

（1）步骤①中逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，该固体为CaCO3，溶液中含有CaCl2，由于溶解了生成的CO2，溶液呈弱酸性。

将溶液煮沸，可排出溶解的CO2，防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。

（2）滤液中含有CaCl2，加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应，经过滤得到白色晶体（CaO2），结合元素守恒推知步骤②中反应还生成NH4Cl和H2O，化学方程式为CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2===CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O。

H2O2不稳定，受热易分解生成H2O和O2，故该反应在冰浴条件下进行，其目的是防止H2O2受热分解。

（3）过氧化钙微溶于水，能溶于酸，白色结晶（CaO2）可依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。

（4）将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。

与第一种方法相比，其优点是工艺简单、操作方便；产品的缺点是纯度较低。

【答案】　

（1）酸　除去溶液中的CO2　

（2）CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl或CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2===CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O　温度过高时双氧水易分解　（3）去除结晶表面水分　（4）工艺简单、操作方便　纯度较低

2．（2018·长郡中学学生选拔考试）某工厂对工业污泥中的铬元素回收与再利用的工艺如图（已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是少量的Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）：

部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：

阳离子

Fe3＋

Fe2＋

Mg2＋

Al3＋

Cr3＋

开始沉淀

时的pH

1.9

7

—

—

—

沉淀完全

时的pH

3.2

9

11.1

8

9（>9溶解）

（1）实验室用98%（密度为1.84g·cm－3）的浓硫酸配制200mL4.8mol·L－1的硫酸溶液，配制时需要量取98%的浓硫酸的体积为____________mL（保留小数点后一位小数），所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外，还需____________。

（2）过滤操作时，需要对沉淀进行洗涤，洗涤沉淀的方法是______________________

________________________________________________________________。

（3）加入H2O2的作用一方面是氧化＋3价Cr使之转变成＋6价Cr（CrO

或Cr2O

），以便于与杂质离子分离；另一方面是_____________________________________。

（用离子方程式表示）

（4）调节溶液的pH＝8除去的杂质离子是________。

（5）钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是________。

（6）通SO2气体时，还原过程发生以下反应（填写缺项物质并配平）：

______Na2Cr2O7＋________SO2＋________　________===________Cr（OH）（H2O）5SO4＋________Na2SO4。

【解析】　

（1）由于实验室中没有200mL的容量瓶，故配制200mL4.8mol·L－1的硫酸溶液时需要用250mL的容量瓶，根据题中数据可求出浓硫酸的物质的量浓度为

mol·L－1＝18.4mol·L－1，设配制该硫酸溶液时需要量取的浓硫酸的体积为V，则18.4mol·L－1×V＝4.8mol·L－1×250mL，解得V≈65.2mL。

（3）加入H2O2不仅能氧化Cr3＋，还能将Fe2＋氧化成Fe3＋：

2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

（4）根据表格中数据可知当调节溶液的pH＝8时，Al3＋和Fe3＋均完全转化成沉淀除去。

（5）根据硫酸浸取液中含有Cr3＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋及题给流程图可知，被交换的杂质离子应为Ca2＋和Mg2＋。

（6）根据得失电子守恒和原子守恒可配平该反应的化学方程式。

【答案】　

（1）65.2　250mL容量瓶、胶头滴管

（2）沿玻璃棒向漏斗中注入蒸馏水，至刚好浸没沉淀物，等蒸馏水自然流尽后，再重复操作2～3次

（3）2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

（4）Fe3＋、Al3＋

（5）Ca2＋、Mg2＋

（6）1　3　11　H2O　2　1

3．（2013·全国Ⅱ卷）氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。

纯化工业级氧化锌[含有Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋等杂质]的流程如下：

工业ZnO

浸出液

滤液

滤液

滤饼

ZnO

提示：

在本实验条件下，Ni2＋不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。

回答下列问题：

【导学号：

95160089】

（1）反应②中除掉的杂质离子是____________，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________；

在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_____________

________________________________________________________________。

（2）反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。

（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是___________________

________________________________________________________________。

（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2。

取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于________。

【解析】　从分析整个流程图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问题。

（1）在反应②中，通过调节溶液的pH，高锰酸钾能将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，将Mn2＋氧化为MnO2而除去；若开始溶液的pH过低，Fe2＋、Mn2＋将很难生成沉淀而除去。

（2）第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2＋、Ni2＋、H＋等，加入锌后可将Ni置换出来，故滤渣中还含有金属镍。

（3）反应④生成的沉淀为ZnCO3，同时生成Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有SO

和Na＋，故只要对洗涤液中是否含有SO

进行检验即可。

（4）煅烧过程中ZnCO3、Zn（OH）2均发生分解反应生成ZnO，根据关系式ZnCO3·xZn（OH）2～（x＋1）ZnO，可得

＝

，故x＝1。

【答案】　

（1）Fe2＋和Mn2＋　MnO

＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋，2MnO

＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋　铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质

（2）置换反应　镍

（3）取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净　（4）1

4．合成氨是将空气变成“面包”的反应。

某合成氨厂为了综合利用另一生产过程中的副产品CaSO4，设计了以下制备（NH4）2SO4的工艺流程：

【导学号：

95160090】

（1）煤的气化是生产合成氨原料气的重要方法，若ag焦炭与足量水蒸气反应，放出QkJ的热量，则该反应的热化学方程式为_________________________。

（2）合成氨反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH<0。

在实际生产中，为了提高氢气的转化率而采取的措施是________（填序号）。

A．降低温度　B．升高温度　C．增大压强　

D．减小压强　E．及时移出氨

（3）沉淀池中生成了碳酸钙，该反应能够发生的原因是_________________________

________________________________________________________________。

（4）提纯滤液以获得（NH4）2SO4晶体，必要的操作步骤是________（填序号）。

A．萃取　B．蒸发浓缩　C．冷却结晶　D．蒸馏

（5）该生产过程中可以循环使用的物质X是________（填化学式）。

【解析】　

（1）ag焦炭与足量水蒸气反应，放出QkJ的热量，则12g焦炭完全反应放出的热量是

kJ。

（2）提高氢气的转化率即要使平衡正向移动，该反应是气体体积减小的放热反应，则增大压强可以提高氢气的转化率，移去生成物也可以，但不能降低温度，因为实际生产中要考虑催化剂的催化效果。

（3）NH3和CO2通入溶液中可以生成（NH4）2CO3，而CaSO4微溶，CaCO3难溶，所以CaSO4可转化为CaCO3。

（4）（NH4）2SO4易溶于水，从其盐溶液中分离出（NH4）2SO4的方法是蒸发结晶。

（5）沉淀池中的CaCO3经过高温煅烧后得到生石灰和CO2，CO2可循环使用。

【答案】　

（1）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝－

kJ·mol－1

（2）CE

（3）生成的CaCO3溶解度小于CaSO4，有利于反应向正反应方向进行

（4）BC

（5）CO2

5．过氧化钙（CaO2）难溶于水，常温下稳定，在潮湿空气及水中缓慢分解放出氧气，因而广泛应用于渔业、农业、环保等许多方面。

如图所示是以大理石（主要杂质是氧化铁）为原料制取过氧化钙（CaO2）的流程。

生成氢氧化物的pH：

难溶电解质

溶度积Ksp

开始沉淀时pH

沉淀完全时pH

Fe（OH）2

1.30×10－33mol3·L－3

7.6

9.6

Fe（OH）3

2.64×10－39mol4·L-4

1.5

3.2

请回答下列问题：

【导学号：

95160091】

（1）操作①应包括下列操作中的________（填字母）。

A．溶解　B．过滤　C．蒸馏　D．分液

E．蒸发结晶

（2）用氨水调节pH至8～9的目的：

______________________________。

（3）若测得滤液C中c（CO

）＝10－3mol·L－1，则Ca2＋________（填“是”或“否”）沉淀完全。

[已知[Ca2＋]≤10－5mol·L－1可视为沉淀完全；Ksp（CaCO3）＝4.96×10－9mol2·L－2]

（4）操作②是在低温下，往过氧化氢浓溶液中投入无水氯化钙进行反应，写出该反应的化学方程式：

____________________________；一段时间后，再加入氢氧化钠溶液，当调节溶液pH至9～11才出现大量沉淀，用简要的文字解释需用氢氧化钠调节pH至9～11的原因：

________________________________

________________________________________________________________。

【解析】　

（1）操作①加盐酸溶解碳酸钙，最后蒸发结晶得到纯净的CaCl2·2H2O晶体。

（2）在滤液A中加氨水，调节pH至8～9的目的是使Fe3＋全部转化为Fe（OH）3沉淀。

（3）根据碳酸钙的溶度积表达式：

Ksp（CaCO3）＝[Ca2＋]·[CO

]，[Ca2＋]＝

＝

mol·L－1＝4.96×10－6mol·L－1<10－5mol·L－1，认为Ca2＋沉淀完全。

（4）在无水CaCl2中加入H2O2，生成CaO2，反应的化学方程式为CaCl2＋H2O2CaO2＋2HCl。

反应一段时间后加入NaOH调节溶液pH至9～11，目的是使反应向右移动，从而生成CaO2沉淀。

【答案】　

（1）AE

（2）除去Fe3＋

（3）是

（4）CaCl2＋H2O2CaO2＋2HCl　加入NaOH溶液使上述反应向正反应方向移动，有利于CaO2沉淀的生成

6．（2017·济宁二模）碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，其构造如图所示。

碱性锌锰电池构造

放电时总反应为Zn＋2H2O＋2MnO2===Zn（OH）2＋2MnOOH。

从废旧碱性锌锰电池中回收Zn和MnO2的工艺如下：

回答下列问题：

（1）“还原焙烧”过程中，高价金属化合物被还原为低价氧化物或金属单质（其中MnOOH、MnO2被还原成MnO），主要原因是“粉料”中含有________。

（2）“净化”是为了除去浸出液中的Fe2＋，方法是：

加入________（填化学式）溶液将Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节pH使Fe3＋完全沉淀。

已知浸出液中Mn2＋、Zn2＋的浓度约为0.1mol·L－1，根据下列数据计算，调节pH的合理范围是________至________。

化合物

Mn（OH）2

Zn（OH）2

Fe（OH）3

Ksp近似值

10－13mol3·L－3

10－17mol3·L－3

10－38mol4·L－4

（离子浓度小于1×10－5mol·L－1即为沉淀完全）

（3）“电解”时，阳极的电极反应式为__________________。

本工艺中应循环利用的物质是________（填化学式）。

（4）若将“粉料”直接与盐酸共热反应后过滤，滤液的主要成分是ZnCl2和MnCl2。

“粉料”中的MnOOH与盐酸反应的化学方程式为____________________。

（5）某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A（相当于每秒通过5×10－6mol电子），连续工作80分钟即接近失效。

如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有________%的金属锌未参加反应。

【解析】　

（1）粉料中含有碳，碳具有还原性。

（2）根据Fe2＋被氧化为Fe3＋，且不引入杂质，可加入具有氧化性的H2O2溶液。

设Fe3＋沉淀完全所需的OH－浓度为xmol/L，则x3×1×10－5＝1×10－38，x＝10－11，故[H＋]＝10－3mol/L，pH＝3，设Zn2＋开始沉淀的[OH－]为ymol/L，则y2×0.1＝10－17，y＝10－8，故[H＋]＝10－6mol/L，pH＝6。

（3）电解时Mn2＋―→MnO2，Zn2＋―→Zn，同时生成H＋。

（4）MnOOH与盐酸反应类似MnO2与盐酸的反应，配平即可。

（5）80分钟电路中通过的电子：

80×60×5×10－6mol＝0.024mol，故

×100%＝13%，故仍有1－13%＝87%未参加反应。

【答案】　

（1）C　

（2）H2O2　3　6

（3）Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋　H2SO4

（4）2MnOOH＋6HCl

Cl2↑＋2MnCl2＋4H2O

（5）87

7．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

【导学号：

95160092】

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为________。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式________________

________________________________________________________________。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式__________________________________________________________

________________________________________________________________；

可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是____________________。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_________________

________________________________________________________________。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式________________________________________________。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是________________________________________________。

在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有____________________（填化学式）。

【解析】　从工艺流程入手，结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。

（1）LiCoO2中Li为＋1价，O为－2价，故Co元素的化合价为＋3价。

（2）正极碱浸过程中，导电剂中Al箔与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑。

（3）由流程知：

正极碱浸→过滤→滤渣，反应物LiCoO2加入H2SO4、H2O2后，产物有Li2SO4、CoSO4，分析该反应知Co由＋3→＋2（CoSO4中Co显＋2价），化合价降低，则只能是H2O2中O元素化合价升高生成O2。

配平（电子守恒、原子守恒）该化学方程式得：

2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2

Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O，反应温度在80℃，H2O2易发生分解反应2H2O2

2H2O＋O2↑；盐酸既具有酸性又具有还原性，盐酸中的Cl－被氧化生成氯气，氯气有毒，能污染空气。

（4）由流程知“沉钴”反应物为CoSO4和NH4HCO3，产物有CoCO3，CoCO3中CO

来自HCO

的电离（HCO

H＋＋CO

），由于Co2＋结合CO

使HCO

电离平衡正向移动，溶液中c（H＋）增大，一部分HCO

发生反应：

HCO

＋H＋===H2O＋CO2↑。

故反应方程式为CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋CO2↑＋H2O。

（5）根据题干信息，充电时负极发生反应6C＋xLi＋＋xe－===LixC6，放电时负极发生LixC6－xe－===6C＋xLi＋，结合LiCoO2与Li1－xCoO2的转化可知放电总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C。

（6）由于Li＋带正电荷，放电时Li＋向正极移动，进入正极材料，便于回收。

从流程图可看出，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3和Li2SO4。

【答案】　

（1）＋3

（2）2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑

（3）2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2

Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2

2H2O＋O2↑　有氯气生成，污染较大　（4）CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑

（5）Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C

（6）Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中　Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4