1、完全沉淀时溶液pH4。73。11。25。6试回答下列问题: “”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是 。两个副反应均为吸热反应,但在高温下均能自发进行,其原因是 。 “”中调节pH至4.7,目的是 。 “”中加硫酸酸化的目的是使CrO42转化为Cr2O72,请写出该平衡转化的离子方程式: 。 “”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠,依据是 。【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识,过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。搅拌的目的是增大反应物的接触机会,从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行,所以必然是一个S0的
2、反应。溶液中存在的主要阴离子有CrO42、AlO2、SiO32,pH调至4.7,是为了除去其中的AlO2、SiO32。硫酸钠的溶解度随温度的升高,先增大后减小,这一点较特殊,设问较困难。若给出其溶解度曲线,则可以帮助理解最后两步工艺。【答 案】 使反应物接触更充分,加快反应速率 S0 除去溶液中的AlO2、SiO32 2CrO422H+ Cr2O72H2O 红矾钠的溶解度随温度的降低而减小【小结】学生审题不清(采用冷却结晶的方法析出红矾钠,要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42转化为Cr2O72的平衡转化离子方程式,但很多学生不用可逆符号而用等号),概念混淆(不断搅拌、增大反应物的接
3、触面积能提高反应速率,能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率),思考问题的指向不正确(讨论反应能否自发进行应从什么角度思考?部分学生还不知道),分析问题能力差,化学原理不清,不能正确分析流程图中所包含的化学反应。【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如下图所示:根据上述图示,完成下列填空: (1)明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配制500mL稀氨水(每升含有39。20g氨)需要取浓氨水(每升含有251.28g氨)_mL,用规格为_mL量筒量取。(2)氨水浸出后得到固体混合体系,过滤,滤液中除K、SO42外,还有大量的NH
4、4。检验NH4的方法是_。(3)写出沉淀物中所有物质的化学式_。(4)滤液I的成分是水和_。(5)为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量,请完善下列步骤:称取钾氮肥试样并溶于水,加入足量_溶液,产生白色沉淀。_、_、_(依次填写实验操作名称)。冷却、称重。(6)若试样为mg,沉淀的物质的量为n mol,则试样中K2SO4的物质的量为:_mol(用含有m、n的代数式表示)。【解析】(1)根据稀释前后溶质质量不变得:0.5L39.2g/Lv251.28g/L,v0.078L78mL。为了减少误差,最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。(2)NH4的检验方法是先将NH4中加入强
5、碱,使之转化为NH3,然后检验NH3:用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口,试纸变蓝色,说明有氨气放出,原物质中含有铵根离子。(3)Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4,根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3,所以沉淀物为Al(OH)3、Al2O3和Fe2O3。(4)由于明矾石的组成与明矾相似,所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的(NH4)2SO4以及水。(5)混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4,要产生白色沉淀,加入的溶液为BaCl2或Ba(NO3)2溶液,以后的操作为:先将混合液过滤,然后洗涤,最后干燥,冷却后称量。(6)根据题意有:174n(K2SO4)132
6、n(NH4)2SO4=mg,再由SO守恒得:n(K2SO4)n(NH4)2SO4=nmol ,n (K2SO4) mol。【答案】(1)78;100。(2)取滤液少许,加入NaOH,加热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(3)Al(OH)3;Al2O3;Fe2O3。(4)K2SO4;(NH4)2SO4。(5)BaCl2;过滤;洗涤;干燥。(6) 【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:某软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Si(16。27%)、Fe(5。86%)、Al(3。42%)、Zn(2。68%)和Cu(0。86%)等元
7、素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,回答下列问题:Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2CuSZnSMnSFeSpH5.23.29.710.46.78.。0.422.57(1)FeSO4在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为。(2)滤渣A的主要成分是 。(3)加入MnS的目的是除去 杂质。(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应方程式为(5)从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 (写两种)。【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中,
8、准确地提取实质内容,并与已有知识模块整合,重组为新知识模块的能力。由反应流程可知:在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+,将Cu氧化成Cu2+,此外溶液中的还有Zn2+和Al3+,当调pH至5。4时,只有Al(OH)3 和Fe(OH)3会完全沉淀,故滤渣A的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3。加入MnS后因为酸性条件下CuS 、ZnS更难溶所以会转化为CuS 、ZnS沉淀而除去Cu2 Zn2。(1)MnO22FeSO42H2SO4MnSO4Fe2(SO4)32H2O (2)Fe(OH)3 Al(OH)3(3)Cu2 Zn2(4)MnO2H2OeMnOOHOH(或2MnO2H2O2e
9、Mn2O32OH)(5)锌、二氧化锰【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO42H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料,无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。(1)本工艺中所用的原料除CaSO42H2O、KCl外,还需要 等原料(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式: (3)过滤操作所得固体中,除CaCO3外还含有 (填化学式)等物质,该固体可用作生产水泥的原料。(4)过滤操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32的方法是:(5)已知不同温度下K2SO4在100g水中达
10、到饱和时溶解的量如下表:温度()2060K2SO4溶解的量(g)7。4118。60时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0,可析出K2SO4晶体 g(6)氯化钙结晶水合物(CaCl26H2O)是目前常用的无机储热材料,选择的依据是 a 熔点较低(29熔化) b 能导电 c 能制冷 d 无毒(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是:【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题,考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出,所需原料除CaSO42H2O、KCl外,还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的,碳酸钙是难溶的,因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵,生成的碳酸
11、钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法,若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变,查表可知不同温度下的溶解度,先求出591饱和液中含有的水是500g,在0可溶解硫酸钾37g,所以析出晶体54g。作为储热材料,要求能在室温左右的温度下工作,且对人体无害,故选ad;绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物,原子利用率高,因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。(1)CaCO3 NH3 H2O (2)CaSO4CO32CaCO3SO42(3)CaSO4(4)滤液中滴加盐酸产生气泡 (5)54g (6)a d(7)碳酸钙
12、用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高,没有有害物质排放到环境中)【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似,只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求,解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素,充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜(CuSO45H2O)。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。 回答下列问题: (1)配平在滤液()中发生反应化学主程式: _NOx+_H2O+_O2_HNO3。 (2)写出制取硫酸铜的总反应方程式_。 (3)在上述生产过程中,被循环使用的物质
13、是_。 (4)请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。(1)NOx中N的化合价为2x,反应前后N化合价变化为5-2x,O2中O化合价变化为4,初步配平为4NOx+H2O+(5-2x)O2HNO3,再配平其他物质的化学计量数得:4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3;(2)发生的有关的化学方程式为:(5-2x)Cu+(12-4x)HNO3(5-2x)Cu(NO3)2+2NOx +(6-2x)H2O、 4HNO3、Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3,+2+(5-2x),得:(5-2x)Cu+ O2+(5-2x)H2SO4(5-2x)CuSO4+(5-
14、2x)H2O,化简得2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;(3)要提供O2,可用排空气法,即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气;消除氮的氧化物用B装置,一个导气管通氮的氧化物,一个导气管通空气,另一个导气管导出多余的空气。由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜,拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜, 延伸到化工生产硫酸铜,再回归到实验室模拟化工生产过程。Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2+ 2H2O Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2OSO2 + 2HNO3(浓)= H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 =
15、 CuSO4 + 2HNO3 (应用侯氏制碱法的生产原理)4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 把方程式进行加合,可得总反应方程式:2Cu + O2 + 2H2SO42CuSO4 + 2H2O在模拟化工生产过程时,又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。答案:(1)2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O (2)HNO3 (3)B、A。【例6】工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_(填代号)。a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 双氧
16、水 c. 苯酚 d. 75%酒精高锰酸钾保存在棕色试剂瓶,下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_(填代号)。a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱上述流程中可以循环使用的物质有 、 (写化学式)。若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2,所需试剂最好选择(选填代号) 。a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱所需气体发生装置是_(选填代号)。操作的名称是 ;操作根据KMnO4和K2CO3两物质在 (填性质)上的差异,采用 (填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体
17、。【解析】高锰酸钾又名灰锰氧,是+7价锰最重要的化合物, 也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景, 着重考察了基本化学实验知识, 本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。 (1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物, 它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用,类似84消毒液(NaClO溶液)、双氧水, 而苯酚、 酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。 (2)试剂保存方法源于试剂的性质, 见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂, 都保存在棕色试剂瓶中。 (3从流程图中不
18、难发现,由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4, 所以MnO2可以部分循环;母液成分主要是K2CO3,通过加入石灰,产生KOH也可以循环利用。 (4)本小题考察学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应, 通过物质的量的关系得出;另外,从流程中也可看出,元素损失发生在KMnO4歧化这一步,通过电子得失守恒,1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4. (5) 本题主要考察有关气体制取实验原理和装置, 气体发生装置取决于气体制备原理。题目中关键词 “纯净”, 所以要选用纯碱和稀硫酸, 发生装置就只能相应选择。 (6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操
19、作。操作是分离不溶物MnO2, 所以是过滤; 操作从两物质性质上分析, 都可溶, 故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离, 但考虑到KMnO4易受热分解, 要得到KMnO4粗晶体,只能蒸发浓缩结晶。(1)ab (2)d (3)MnO2;KOH (4)2/3 (5)cd ;A;(6)过滤;溶解度;浓缩结晶小结 结合本题系统复习拓展介绍KMnO4作为氧化剂在不同介质条件下被还原的产物, 也可以拓展到电解法制备高锰酸钾的工艺流程。本专题考查考生将工艺流程与化学原理融合的能力。学生之所以怕无机化工信息题往往是被陌生情景和专业术语吓倒,或者是因不能完全理解流程图的含义而无从下手。解题时首先要粗读试题
20、,尽量弄懂流程图。图中一般会出现超纲知识,但题目中蕴涵了提示或者提问时不涉及,所以一定要关注题目的每一个字眼,尽量弄懂流程图但不必要将每一个物质都推出,问什么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。在答题时应注意前后问题往往没有联带效应,即前一问不能回答没关系,不影响后面回答问题。遇到做不出来的问题要及时放弃,以免影响其他问题的作答。最后,作答时一定要看清所提问题,不能答非所问,注意语言表达的科学性。练习1减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收废渣高温焙烧产生的SO2,制备硫酸锰的生产流程如下:浸出液的p
21、H2,其中的金属离子主要是Mn2,还含有少量的Fe2、Al3、Ca2、Pb2等其他金属离子。有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表,阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。离子离子半径(pm)开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe2747.6Fe3642.73.7Al3503.84.7Mn2808.39.8Pb21218.08.8Ca299已知PbO2的氧化性大于MnO2。请回答下列问题: 写出浸出过程中主要反应的化学方程式 ,氧化过程中主要反应的离子方程式 。 在氧化后的液体中加入石灰浆,用于调节pH,pH应调节至 。 阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。决定阳离子吸附剂吸附效果的因
22、素是 (填写序号)。a溶液的pH b金属离子的电荷 c金属离子的半径 d吸附时间 操作a包括 等过程。2重铬酸钾(K2Cr2O7)是工业生产和实验室的重要氧化剂。实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿(主要成份为FeOCr2O3)、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠(Na2CrO4),涉及的主要反应是6FeOCr2O3 + 24NaOH +7KClO3 12Na2CrO4 + 3Fe2O3 +7KCl + 12H2O,然后将铬酸钠转化为K2Cr2O7。其主要工艺如下:(1)在反应器中,有Na2CrO4生成,同时Fe2O3转变为NaFeO2,杂质SiO2、Al2O3与纯碱反应转变为可溶性盐,写
23、出氧化铝与碳酸钠反应的化学方程式:(2)NaFeO2能强烈水解,在操作生成沉淀而除去,写出该反应的化学方程式:(3)操作的目的是什么,用简要的文字和化学方程式说明: (4)操作中,酸化时,CrO42转化为Cr2O72,写出平衡转化的离子方程式:(5)称取重铬酸钾试样2.5000g配成250mL溶液,取出25.00mL于碘量瓶中,加入10mL 2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+),放于暗处5min,然后加入100mL水,加入3mL淀粉指示剂,用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定(I2+2S2O32=2I+S4O62)。判断达到滴定终点的依据是: ;若实验
24、中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL,则所得产品中的重铬酸钾的纯度为 (设K2Cr2O7的摩尔质量为294gmol -1,整个过程中其它杂质不参与反应)。3、工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下:(1)沉淀C的化学式为_,该物质除了用于金属冶炼以外,还可用作_。(2)电解熔融的氧化铝时,加入冰晶石的作用是_。(3)操作I、操作II、操作III都是_(填操作名称),实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在_装置中进行。(4)生产过程中,除NaOH、H2O可以循环使用外,还可以循环使用的物质有_(填化学式)。用此法制取铝的副产品是_(填化学式)。(5)写出Na2CO3溶液与CaO
25、反应离子方程式:_。(6)若铝土矿中还含有二氧化硅,此生产过程中得到的氧化铝将混有杂质:_(填化学式)。4现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体(CuCl22H2O),为制取纯净的CuCl22H2O,首先将其制成水溶液,然后按下图所示步骤进行提纯:已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性,要将溶液中的Cu2、Fe2、Fe3沉淀为氢氧化物,需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。(1)本实验最适合的氧化剂X是_AK2Cr2O7 BNaClO CH2O2 DKMnO4(2)物质Y不可以是_ACuO BCuCl2 CCu(OH)2 DCuCO3(3)除去Fe3的有关离子方程式是(物质Y在(2)中选择合适的选项): _(4)加入氧化剂的目的是_。(5)最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl22H2O?_(填“能”或“不能”)。如不能,应如何操作?(如能,此空不填)_。5碘酸钾是一种白色结晶粉末,无臭无味,酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂,与氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用,被还原为单质碘,在碱性介质中,碘酸钾能被氯气、次氯酸盐
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