高考化学难点剖析专题53水净化剂的制备练习.docx

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高考化学难点剖析专题53水净化剂的制备练习

专题53水净化剂的制备

1．（2018届河南省高三上学期一轮复习诊断调研联考）铝铵矾[NH4Al（SO4）2·12H2O]可用作净水剂、媒染剂和纸张上浆剂，热分解可得超细氧化铝粉。

一种用高岭土矿（ 主要成分为SiO2、Al2O3，还含少量Fe2O3）为原料制备铝铵矾的工艺流程如图所示。

回答下列问题：

（1）实验前需将高岭土矿进行“研磨”,其目的是______________________。

（2）当“酸溶”时间超过40min时,溶液中的Al2（SO4）3会与SiO2反应生成Al2O3·nSiO2，导致铝的溶出率降低，该反应的化学方程式为_________________________。

（3）检验“除铁”过程中铁是否除尽的方法是________________________________。

（4）“中和”“时,需控制条件为20℃和pH=2.8，其原因是_____________________。

（5）某工厂用a t高岭土矿（含51%Al2O3）制备铝铵矾,最终得到产品bt，则其产率为__________。

【答案】提高高岭土矿中铝的溶出速率Al2（SO4）3+nSiO2

Al2O3·nSiO2+3SO3↑取少许溶液于试管中,向其中滴入KSCN溶液,观察溶液是否变红最大限度抑制Al3+的水解

×100%

因此铝铵矾的产率为

=

×100%。

2．铁和铁的化合物在工业生产和日常生活中都有广泛的用途。

请回答下列问题：

（1）钢铁锈蚀是目前难以解决的现实问题，电化学腐蚀最为普遍。

写出在潮湿空气中钢铁锈蚀时发生还原反应的电极反应式：

________________________________。

铁锈的主要成分是____________（填写化学式），将生锈的铁屑放入H2SO4溶液中充分溶解后，在溶液中并未检测出Fe3＋，用离子方程式说明原因：

_____________________。

（2）爱迪生蓄电池的反应式为Fe＋NiO2＋2H2O

Fe（OH）2＋Ni（OH）2；高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型净水剂。

用如图装置可以制取少量高铁酸钠。

①此装置中爱迪生蓄电池的负极是________（填“a”或“b”），该电池工作一段时间后必须充电，充电时生成NiO2的反应类型是__________。

②写出在用电解法制取高铁酸钠时，阳极的电极反应式__________________________。

③你认为高铁酸钠作为一种新型净水剂的理由可能是______。

A．高铁酸钠溶于水形成一种胶体，具有较强的吸附性

B．高铁酸钠具有强氧化性，能消毒杀菌

C．高铁酸钠在消毒杀菌时被还原生成Fe3＋，水解产生氢氧化铁胶体能吸附悬浮杂质

【答案】O2＋4e－＋2H2O===4OH－Fe2O3·xH2O2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋a氧化反应Fe－6e－＋8OH－===FeO

＋4H2OBC

（2

）①放电时,铁作负极,碳棒作正极,所以放电时a是负极，b是正极；充电时，氢氧化镍失电子生成氧化镍，发生氧化反应；正确答案:

a；氧化反应。

②阳极上铁失电子和氢氧根离子反应生成高铁酸根离子和水,离子方程式为:

Fe－6e－＋8OH－===FeO

＋4H2O；正确答案:

Fe－6e－＋8OH－===FeO

＋4H2O。

③高铁酸钠具有强氧化性，所以能杀菌消毒；高铁酸钠能被还原生成铁离子，铁离子能水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，能吸附悬浮杂质，所以能净水，所以BC选项是正确的；正确选项BC。

3．聚合硫酸铁、明矾可用作净水剂。

某课题组拟以废弃的铝铁合金为原料制备聚合硫酸铁和明矾，设计化工流程如下：

（1）聚合硫酸铁能溶于水，微溶于乙醇，其化学式可表示为[Fe2（OH）x（SO4）y]n。

①在聚合硫酸铁中，x、y之间的关系是_______。

试剂X中溶质的电子式为________。

②流程图中，氧化剂稀硝酸应换为双氧水，其原因是____________；为了降低聚合硫酸铁的溶解度，在浓缩过程中加入适量的溶剂是________（填化学式）。

③若Y为氧化物，用离子方程式表示加入试剂Y的目的：

________；溶液的pH对[Fe2（OH）x（SO4）y]n中x的值有较大影响（如图A所示），试分析pH过小（pH≤3.0）导致聚合硫酸铁中x的值减小的原因：

________。

（2）明矾的化学式为KAl（SO4）2·12H2O。

图B为明矾的溶解度随温度变化的曲线，由滤液Ⅰ制备明矾晶体的流程如下（供选用的试剂：

废弃的铝铁合金、稀硫酸、NaOH溶液和酒精）：

①试剂1是____；操作1的名称是________。

②“溶解”恰好完全的标志是____；结晶措施是________。

【答案】x+2y=6

硝酸的还原产物会污染环境CH3CH2OHFe2O3+6H+

2Fe3++3H2O抑制Fe3+水解废弃的铝铁合金过滤白色沉淀恰好完全溶解冷却热饱和溶液

（2）①滤液中有过量的KOH，加入废弃的铝铁合金除去KOH，过滤得到KAlO2溶液。

②在KAlO2溶液中滴加稀硫酸至Al（OH）3沉淀达到最大量，再滴加稀硫酸至Al（OH）3恰好完全溶解：

2KAlO2+H2SO4+2H2O

2Al（OH）3↓+K2SO4，2Al（OH）3+3H2SO4

Al2（SO4）3+6H2O。

由图B知，明矾的溶解度随着温度的降低而减小，可采用冷却热饱和溶液的方法析出晶体。

4．铝及其化合物在生活、生产中有广泛应用。

（1）Al与NaOH溶液能够形成原电池，写出该电池的负极反应式________。

Al的原子结构示意图为_______。

不能电解A1的氯化物来生产Al，原因是________；

（2）Na3AlF6是冰晶石的主要成分，冰晶石常作工业冶炼铝的助熔剂。

工业上用HF、Na2CO3和A1（OH）3制备冰晶石。

写出制备冰晶石的化学方程式________。

上述反应不能在玻璃容器中反应，其原因是__________（用化学方程式表示）。

（3）明矾[KA1（SO4）2·12H2O]常作净水剂。

在明矾溶液中滴加氢氧化钡溶液至Al3+恰好完全沉淀，写出该反应的离子方程式_______________。

（4）铝合金广泛用于建筑材料。

等质量的铁、铝、硅组成的同种合金分别与足量盐酸、足量烧碱溶液反应，产生气体体积相等（同温同压）。

则该合金中铁、硅的质量之比为________

（已知:

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑ ）

（5）铝氢化钠（NaAlH4）是有机合成的重要还原剂。

它的制备方法是将氢化钠和氯化铝在乙醚中反应制备铝氢化钠。

①写出化学方程式_____________；

②在化学上，含包还原剂的还原能力用“有效氢”表示，“有效氢”含义是单位质量的含氢还原剂的还原能力相当于多少克氢气。

一般地含氢还原剂的氢被氧化成H2O，“还原能力”用氢失去电子数多少表示。

NaAlH4、NaH的“有效氢”之比为___________。

【答案】Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O

AlCl3为分子晶体，在熔融态时不电离，不能被电解2Al（OH）3+3Na2CO3+12HF=2Na3AlF6+3CO2↑+9H2OSiO2+4HF=SiF4+2H2O2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓4:

1AlCl3+4NaH=NaAlH4+3NaCl16:

9

（2）Al（OH）3、纯碱、HF在一定条件下生成Na3AlF6、水和二氧化碳，方程式为

2Al（OH）3+12HF+3Na2CO3═2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O，氢氟酸能够与玻璃中的二氧化硅反应，

SiO2+4HF=SiF4+2H2O，因此上述反应不能在玻璃容器中反应；

（3）向明矾水溶液中滴加氢氧化钡溶液使Al3+恰好完全沉淀的反应为

2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓，故答案为：

2Al3++3SO42-+3Ba

2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓；

（4）根据题目信息可知，铁和铝与稀盐酸生成氢气，铝和硅与氢氧化钠生成氢气。

铝和盐酸的反应方程式：

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，说明相同质量的铝与盐酸或者氢氧化钠生成氢气的质量相等，因此铁和盐酸生成的氢气的质量等于硅和氢氧化钠生成的氢气的质量。

设铁与盐酸生成的氢气的质量为M，硅的质量为X，铁的质量为Y。

Si+2NaOH+H2O═Na2SiO3+2H2↑

28                   4

X                    M

＝

，得：

X=7M；

Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

56           2

 Y           M

＝

，得：

Y=28M，∴合金中铁和硅的质量之比=28M：

7M=4：

1；

5．（2018届江西省等三省十校高三下学期联考）“一酸两浸，两碱联合”法是实现粉煤灰（含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等）综合利用的新工艺。

工业流程如下：

回答下列问题：

（1）聚合氯化铝铁（PAFC）化学式为[Al2（OH）nCl6－n]m·[Fe2（OH）xCl6－x]y，是一种新型高效的净水剂，PAFC中铁元素的化合价为___________。

（2）“一酸两浸”中的酸是________________（填结构式）。

（3）实际工业中“酸浸”、“碱浸”均不能充分反应，滤渣A中主要含有SiO2、Al2O3。

“纯碱混合焙烧”中，它们分别发生反应的化学方程式为_____________、________________。

（4）“滤液B”的主要溶质有_____________（填化学式）。

滤液混合后“蒸发”的作用是___________________。

（5）“电解”时的化学方程式________________________________。

【答案】+3H-ClNa2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑Na2CO3+Al2O3

2NaAlO2+CO2↑AlCl3、NaCl促进Al3+、Fe3+水解生成了聚合氯化铝铁（PAFC）2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑

【解析】

（1）该物质是碱式氯化铝和碱式氯化铁形成的复杂物质，根据化合价规则，设铁元素的化合价为a，则有（6-x）+x=2a，所以铁元素的化合价为+3价；

（2）因最终产物为氯化物，所以该酸为盐酸，其结构式为H—Cl；

6．（2018届陕西省渭南市高三教学质量检测I）水是生命之源，它与我们的生活密切相关。

自来水厂常用高铁酸钠（Na2FeO4）改善水质。

高铁酸钠具有很强的氧化性，是一种新型的绿色净水消毒剂，在工业上制备高铁酸钠的方法有多种。

（1）简述高铁酸钠用于杀菌消毒同时又起到净水作用的原理____________________________。

（2）干法制备高铁酸钠的反应原理如下：

2FeSO4+6Na2O2==aNa2FeO4+bM↑+2Na2O+2Na2SO4

①高铁酸钠中铁元素的化合价为________________。

②上述方程式中b=____。

每生成1molM，该反应转移电子的物质的量为_____________mol。

（3）工业上可以通过次氯酸钠氧化法制备高铁酸钠，生产过程如下：

①步骤③中除生成Na2FeO4外，还有副产品Na2SO4、NaCl，则步骤③中反应的离子方程式为________________________。

②己知Na2FeO4在强碱性溶液中的溶解度较小。

可向Na2FeO4溶液中继续加入氢氧化钠固体得到悬浊液。

从Na2FeO4悬浊液得到固体的操作名称为_____________________。

（4）计算Na2FeO4的消毒效率（以单

位质量得到的电子数表示）约是氯气的_______倍（结果保留两位小数。

）

【答案】高铁酸钠具有很强的氧化性，能杀菌消毒，本身被还原为Fe3+、Fe2+水解生成氢氧化铁胶体能吸附水中的杂质，起到净水作用+61102Fe3++3ClO-+10

OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O过滤0.64

（3）①步骤③是碱溶液中次氯酸根离子氧化铁离子为高铁酸根离子，反应的离子方程式为：

2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

②从Na2FeO4悬浊液得到固体可以通过过滤实现；

（4）FeO42-+3e-+4H2O⇌Fe（OH）3+5OH-，单位质量得到电子

=0.018；Cl2+2e-=2Cl-，单位质量得到电子

=0.028，

=0.64。

7．（2018届四川省内江市高三第三次模拟考试）铁的化合物在生产生活和科学实验中应用广泛：

（1）一定条件下Fe2O3与甲烷反应制取纳米级铁,同时生成CO 和H2。

已知：

Fe2O3（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO2（g）△H=-27.6 kJ/mol

CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（ g）△H=+206.4 kJ/mol

CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41.0 kJ/mol

①反应Fe2O3（s）+3CH4（g）

2Fe（s）+3CO（g）+6H2（g）的△H=________。

②若该反应在5 L的密闭容器中进行,5 min后达到平衡,测得体系中固体质量减少0.96g，则该段时间内CO 的平均反应速率为________。

③若该反应在恒温恒压容器中进行,能表明该反应达到平衡状态的是________（ 选填序号）。

a．c（CH2）=c（CO）  b．固体的总质量不变

c．v（CO）与v（H2）的比值不变  d．混合气体的平均相对分子质量不变

④该反应的化学平衡常数的负对数pK 随反应温度T的变化曲线如下图。

试用平衡移动原理解释该曲线的变化规律________________。

若700℃时测得平衡时,H2 浓度为1.0mol·L-1,则CH4的平衡转化率为_________。

（2）菱铁矿的主要成分是FeCO3,实验室中可以通过FeSO4与足量NaHCO3 溶液混合制得FeCO3,有关反应的离子方程式为_______________。

已知Ksp[FeCO3]=3.2×10-11,H2CO3 的Ka1=4.30×10-7,Ka2=5.61×10-11。

试

通过以上数据简要计算说明该反应能进行的原因____________。

（3）Na2FeO4是一种高效净水剂,工业上以Fe 为阳极,NaOH 为电解质溶液进行电解制备,写出阳极的电极反应式__________________________。

【答案】+714.6kJ/mol0.0024 mol/（L·min）bd该反应为吸热反应,温度越高反应进行的程度越大,K越大,则pK越小50%Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O （或Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2CO3）

K=c（H2CO3）/[c（ Fe2+）·c2（ HCO3-）]=Ka2/（Ksp[FeCO3]·Ka1）=4.08×106>105,所以该反应易发生

Fe-6e-+8OH-= FeO42-+4 H2O

变化，所以气体的质量和物质的量都不再变化时，即平均相对分子质量不变时，表明反应已达平衡，故d正确。

因此本题答案是bd；④由于该反应为吸热反应，温度越高反应进行的程度越大，K越大，则pK越小；若700℃时测得平衡时，c平衡（H2）=1.0mol·L-1，则c平衡（CO）=0.5mol·L-1，已知pK=0，即K=1，则有

=1，代入即得c平衡（CH4）=0.5mol·L-1，则c起始（CH4）=1.0mol·L-1，所以CH4的平衡转化率为50%。

（2）根据叙述可知，要生成FeCO3，HCO3-就要电离出H+，则H+与另一个HCO3-反应生成CO2和H2O，所以反应的离子方程式为Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O （或Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2CO3）；根据反应方程式可得K=c（H2CO3）/[c（ Fe2+）·c2（ HCO3-）]=Ka2/[Ksp（FeCO3）·Ka1）]=4.08×106>105，所以该反应容易发生。

（3）阳极为铁，失去电子被氧化，生成 FeO42-，电解质溶液中的OH-移向阳极，所以阳极反应式为Fe-6e-+8OH-= FeO42-+4 H2O。

8．（2018届河北省衡水市衡水中学高三第十六次模拟考试）Ⅰ．“一酸两浸，两碱联合”法是实现粉煤灰（含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等）综合利用的新工艺。

聚合氯化铝铁（PAFC）化学式为：

[Al2（OH）nCl6－n]m·[Fe2（OH）xCl6－x]y，是一种新型高效的净水剂。

工业流程如下：

回答下列问题：

（1）实际工业中“酸浸”、“碱浸”均不能充分反应，滤渣A中主要含有SiO2、Al2O3。

“纯碱混合焙烧”中，它们分别发生反应的化学方程式为_________________、_________________。

（2）滤液混合后“蒸发”的作用是________________________________。

（3）“电解”时阳极的电极反应式为________________。

（4）PAFC、无水AlCl3、FeCl3·6H2O用量均为25mg·L-1时，处理不同pH污水的浊度去除率如图所示，PAFC的优点是___________________________。

Ⅱ．（5） 25℃时，用0.1mol/L的CH3COOH溶液滴定20mL0.1mol/L的NaOH溶液，当滴加VmLCH3COOH溶液时，混合溶液的pH=7。

已知CH3COOH的电离平衡常数为Ka，忽略混合时溶液体积的变化，Ka的表达式为___________。

（6） 常温下，测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH为9，已知Ka1（H2SO3）＝1.8×10-2，Ka2（H2SO3）＝6.0×10-9，忽略SO32-的第二步水解，则Ksp（CaSO3）＝_________________。

【答案】Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑Na2CO3+Al2O3

2NaAlO2+CO2↑促进Al3+、Fe3+水解生成了聚合氯化铝铁（PAFC）2Cl--2e-=Cl2↑聚合氯化铝铁（PAFC）净水效率高，pH适用范围广Ka=

4.2×10-9

（4）PAFC、无水AlCl3、FeCl3·6H2O用量均为25mg·L-1时，处理不同pH污水的浊度去除率图中，PAFC曲线pH适用范围广，净水效率高；

Ⅱ．（5）当滴加VmLCH3COOH溶液时，混合溶液的pH=7，此时氢离子和氢氧根离子浓度相等，都是10-7mol/L，根据电荷守恒，钠离子浓度等于醋酸根离子浓度，c（Na+）=

CH3COOH的电离平衡常数为Ka=

-7

=

;

（6）由Ka2（H2SO3）=6.0×10-9可知SO32-+H2O⇌HSO3-+OH-的水解Kh=

=1.67×10-4，常温下，测得某纯CaSO3与水形成的浊液pH为9，c（HSO3-）=c（OH-）=1×10-5，可知c（SO32-）=

=6×10-5，又c（Ca2+）=c（SO32-）+c（HSO3-）=7×10-5，Ksp（CaSO3）=c（Ca2+）×c（SO32-）=7×10-5×6×10-5=4.2×10-9。

9．（2019届湖南省醴陵市第二中学高三上学期第二次月考）高铁酸钾（K2FeO4）是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比Cl2、O2、ClO2、KMnO4氧化性更强，无二次污染，工业上是先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出。

（1）干法制备高铁酸钠的主要反应为:

2FeSO4 +6Na2O2 =2Na2FeO4 +6Na2O+2Na2SO4 +O2↑

①该反应中的还原剂是_____________________，该反应每生成1molNa2FeO4转移了_______mo1电子。

②简要说明K2FeO4 作为水处理剂时，在水处理过程中所起的作用:

一是K2FeO4具有强氧化性，可以消毒杀菌；二是_________________________________________________________。

（2）湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）的反应体系中有六种数粒：

Fe（OH）3、ClO-、OH－、FeO42－、Cl－、H2O。

①写出并配平湿法制高铁酸钾的离子反应方程式：

________________________________________________。

②低温下，在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K2FeO4），这说明

______________________

____________________________________。

【答案】FeSO4 和Na2O25FeO42-被还原成Fe3+，Fe3+水解产生的Fe（OH）3胶体能吸附水中的悬浮杂质2Fe（OH）3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O该温度下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4的溶解度小

（2）湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）时，Fe（OH）3失电子被氧化生成K2FeO4，则ClO－作氧化剂被还原生成

Cl－，氢氧化铁必须在碱性条件下存在，所以该反应是在碱性条件下进行，该离子反应为2Fe（OH）3+3ClO－+4OH－═2FeO42－+3Cl－+5H2O；

②向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，可析出高铁酸钾（K2FeO4），说明：

该温度下K2FeO4的溶解度比Na2FeO4的溶解度小。

10．化学学科中的平衡理论主要包括:

化学平衡、电离平衡、水解平衡和溶解平衡四种，且均符合勒夏特列原理。

请回答下列问题:

（1）在体积为3L的密闭容器中，CO与H2在一定条件下反应生成甲醇（图2）:

CO（g）+2H2（g）

CH3OH（g）。

升高温度，K值____（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）常温下，取pH=2的盐酸和醋酸溶液各100mL，向其中分别加入适量的Zn粒，反应过程中两溶液的pH变化如图1所示。

则表示醋酸溶液pH变化的曲线是_______（填“A”或“B”）。

设盐酸中加入的Zn质量为m1，醋酸溶液中加入的Zn质量为m2。

则m1____m2（选填“<”、“=”、“>”）。

（3）生活中明矾常作净水剂，其净水的原理是_______（用离子方程式表示）。

（4）含Cr2O72-的废水毒性较大，某工厂废水中含5.0×10-3mol/L的Cr2O72-。

为了使废水的排放达标，进行如下处理:

常温下若处理后的废水中c（Cr3+）=6.0×10-7mol/L，则处理后的废水的pH=_______。

{Ksp[Cr（OH）3]=6.0×10-31}

【答案】减小B

Al（OH）3（胶体）+3H+pH=6

11．弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡和难溶物的溶解平衡均属于化学平衡．根据要求回答问题

I、铝盐的水解原理在生活中应用广泛，如明矾常作净水剂，其净水的原理是_________