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1、届高考化学微专题训练十四 流程分析型综合实验微专题训练(十四)A 流程分析型综合实验1.2020浙江台州中学高三模拟 锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。某研究性小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研究,设计实验流程如下:图W14-1(1)第步反应得到的沉淀X的化学式为。(2)第步反应的离子方程式是。(3)第步反应后,过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有。若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因: 、 。(4)若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1 g,第步反应中加入20.0 mL 3.0 molL-

2、1的H2SO4溶液,假定正极材料中的锂经反应和完全转化为Li2CO3,则至少有 g Na2CO3参加了反应。2.利用酸解法制钛白粉产生的废液含有大量FeSO4、H2SO4和少量Fe2(SO4)3、TiOSO4,生产铁红和补血剂乳酸亚铁。其生产步骤如下:图W14-2已知:TiOSO4可溶于水,在水中可以电离为TiO2+和S,TiOSO4水解成TiO2xH2O沉淀的反应为可逆反应;乳酸亚铁晶体的化学式为CH3CH(OH)COO2Fe3H2O。请回答:(1)步骤加入铁屑的目的一是还原少量Fe2(SO4)3;二是使少量TiOSO4转化为TiO2xH2O滤渣,用平衡移动的原理解释得到滤渣的原因: 。(2

3、)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为。(3)步骤的离子方程式是。(4)步骤所得溶液需隔绝空气、过滤、洗涤、干燥,最终得到乳酸亚铁晶体。该晶体存放时应。3.2020浙江宁波中学高三模拟 制取聚合硫酸铁(PFS)的化学方程式如下:2FeSO4+H2O2+(1-)H2SO4Fe2(OH)n(SO4+(2-n)H2O。图W14-3是以回收废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。图W14-3回答下列问题:(1)下列操作或描述正确的是。A.粉碎的目的是增大反应物接触面积,提高酸浸反应速率B.酸浸中可以用硫酸、硝酸、盐酸等C.反应釜中加入氧化剂,使Fe2+转化为Fe

4、3+D.减压蒸发的优点是降低蒸发温度,防止产物分解(2)废铁屑使用前往往用浸泡。(3)废铁屑在酸溶液发生多步反应,写出其中化合反应的离子方程式: 。(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内,目的是。(5)为了防止产物分解,必须采用减压蒸发,下列操作正确的是。图W14-4A.a为蒸馏烧瓶,b为冷凝管,c接自来水龙头B.毛细管的作用和沸石相似,防止暴沸C.随着温度计水银球高度提升,所得的气体的沸点升高D.实验结束,先关闭冷凝管,再关闭真空泵4.2020浙江湖州中学高三模拟 高锰酸钾是中学常用化学试剂,工业上常以软锰矿(主要成分是MnO2)为原料进行制备,主要工艺流程如图W14-5:图W14-

5、5已知:3K2MnO4+2H3PO42KMnO4+MnO2+2K2HPO4+2H2O物质KMnO4K2HPO4K2SO4CH3COOKKClK2CO3293 K溶解度/g6.415011.121734111(1)原料高温煅烧时选用铁坩埚和铁棒,理由是。(2)中每生成1 mol K2MnO4时电子转移2 mol,写出化学反应方程式: 。 (3)从反应机理和产物分离角度考虑,可用磷酸,也可用下列试剂。 A.醋酸 B.盐酸 C.硫酸 D.CO2(4)下列描述不正确的是。 A.抽滤时布氏漏斗中选用大小略小于漏斗内径且盖住全部小孔的滤纸B.可用无水乙醇洗涤产品提高纯度C.KMnO4晶体烘干时温度过高会降

6、低产率(5)粗产品的洗涤步骤可能需要用到以下操作: a.加入洗涤剂至浸没固体;b.洗涤剂缓慢通过;c.洗涤剂快速通过;d.关小水龙头;e.开大水龙头;f.重复23次。请选出正确的操作并排序:(操作可重复使用)。(6)高锰酸钾产品的纯度测定:准确称取0.790 0 g 产品,配成250 mL溶液,量取25.00 mL于锥形瓶中,用0.100 0 molL-1 (NH4)2Fe(SO4)2标准溶液进行滴定,滴定终点的现象为。滴定前和滴定后的液面如图W14-6。计算出高锰酸钾的纯度为。图W14-65.实验室以活性炭为催化剂,用CoCl26H2O制取三氯化六氨合钴()。总反应式为2CoCl2+10NH

7、3+2NH4Cl+H2O22Co(NH3)6Cl3+2H2O。制备流程如下:图W14-7回答下列问题:(1)步骤“溶解”需加热并使用研细的CoCl26H2O,目的是。(2)步骤“络合”需降温至10 进行,原因是。(3)步骤“氧化”在60 进行。“操作”是 。已知:Co(NH3)6Cl3在冷水中溶解度较小,在热水中溶解度较大。(4)“溶液2”中钴主要以Co(NH3)63+形式存在,加入浓盐酸的作用是。(5)用如图W14-8装置测定产品中NH3的含量(已省略加热和夹持装置):图W14-8蒸氨:取m g样品进行测定。添加药品后,加热三颈烧瓶,蒸出的NH3通入含有V1 mL c1 molL-1 H2S

8、O4标准溶液的锥形瓶中。液封装置1的作用是。滴定:将液封装置2中的水倒入锥形瓶后,滴定过剩的H2SO4,消耗V2 mL c2 molL-1的NaOH标准溶液。产品中NH3的质量分数为。若未将液封装置2中的水倒入锥形瓶,测得NH3的质量分数可能(填“偏高”或“偏低”)。微专题训练(十四)B 流程分析型综合实验1.2020浙江余姚中学高三选考模拟 Cu2O是一种在涂料、玻璃等领域应用非常广泛的红色氧化物。它不溶于水和醇,溶于盐酸、氯化铵、氨水,易被O2、硝酸等氧化。一种以硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S 等) 为原料制取Cu2O 的工艺流程如下:图W14-9(1)“硫酸化焙烧”时,Cu2S与O

9、2反应生成CuSO4等物质的化学方程式为;在“制备”时,发生反应的离子方程式为。 (2)加入Na2SO4的作用除减小物料间黏结外,另一主要作用是。(3) “浸取”时为提高铜的浸取率,除需控制液固物质的量之比外,还需控制(至少列举两点)。(4)得到产品Cu2O的一系列操作主要是。(5)下列有关说法正确的是。A.焙烧时得到的尾气可用碱液加以处理B.Cu2O露置于空气中会变黑C.经一系列操作得到产品Cu2O后的副产品,经处理后可作净水剂D.“制备”时,溶液的pH越小,Cu2O 的产率越高2.2020浙江诸暨第二高级中学高三模拟 镍及其化合物在生产生活中有着极其重要的作用。现以低品位镍红土矿(主要成分

10、为镍的氧化物、Fe2O3H2O和SiO2等)为原料制备兰尼镍的工艺流程如图W14-10所示:图W14-10已知加压酸浸过程中的相关影响因素如下:图W14-11请回答:(1)请根据图示,选择加压酸浸过程中硫酸的加入量和矿石粒径的最适宜条件为。A.260 kg/t矿;0.45 mmB.320 kg/t矿:0.25 mmC.350 kg/t矿;0.15 mmD.380 kg/t矿;0.05 mm(2)已知镍红土矿煅烧后生成Ni2O3,而加压酸浸后浸出液中含有Ni2+,写出加压酸浸过程中镍元素所涉及的化学反应方程式:。甲同学取该浸出液,控制pH为23,经过-系列操作,制取少量NiSO47H2O晶体。其

11、控制pH为23的目的为。乙同学取该浸出液,经多次处理,得到一定浓度的NiSO4溶液,往其中加入适量的NaClO和NaOH混合液,制得碱性镍电池电极材料NiOOH,该反应的离子方程式为 。(3)向浸出液中通入H2S气体,该反应的离子方程式为 。(4)下列说法正确的是。A.在煅烧过程中,空气宜选择从下往上的通入方式,使镍红土矿燃烧更充分B.加压酸浸时,为加快反应速率,可选用浓硫酸C.加压酸浸时,在最适宜条件下,浸出渣中的主要成分为SiO2和Fe2O3H2OD.CO为无色无味的有毒气体,故从镍、硫混合物到镍的过程中,需注意通风并及时检测操作过程中是否有CO泄漏3.高纯ZnO可由粗ZnO含FeO、Mn

12、O、NiO、SiO2等杂质提纯,工艺如图W14-12所示:图W14-12已知:相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH 8.16.31.56.26.9沉淀完全的pH10.18.32.88.28.9“氧化”除去Fe2+和Mn2+,不能氧化Ni2+,且高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题:(1)“滤渣1”的主要成分是;“滤渣2”的主要成分是MnO2和。(2)“洗涤”用水洗,写出洗涤的实验操作:。(3)写出“沉锌”的离子方程式: 。(4)用滴定法测定所得产品中ZnO的含量,称取8.100 g产品溶于稀盐酸配成1000 mL溶液,

13、取出20.00 mL,用0.100 0 molL-1 EDTA(Na2H2Y2H2O)标准溶液滴定至终点(EDTA不与杂质反应),消耗EDTA标准溶液的体积为19.90 mL。滴定反应为Zn2+H2Y2-ZnY2-+2H+。下列有关滴定实验说法正确的是。A.移液管、滴定管、锥形瓶用蒸馏水洗涤后,都必须用待装液润洗B.滴定前尖嘴部分有一气泡,滴定终点时消失,会使所测 含量偏大C.滴定时如右图操作滴定管: D.滴定临近终点时,应一滴或半滴地加入,并用洗瓶吹入少量水冲洗锥形瓶内壁,使附着的溶液全部流下,然后摇动锥形瓶ZnO的质量分数为(保留四位有效数字)。4.2020浙江温丽地区高三联考 某兴趣小组

14、用粗CuO(仅含杂质FeO)制备氯化铜晶体(CuCl22H2O)并进一步测定纯度,具体流程如下:粗CuO溶液甲CuCl2溶液CuCl22H2O相关信息如下:氯化铜从水溶液中结晶时,在15 以下得到四水物,在1525.7 得到三水物,在2642 得到二水物,在42 以上得到一水物,在100 得到无水物。金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围。金属离子pH开始沉淀完全沉淀Fe3+1.52.8Fe2+5.58.3Cu2+5.26.4(1)步骤加入稍过量的双氧水的目的是。(2)步骤,需要用到下列所有的操作:a.用盐酸溶解 b.调pH=3.0c.调pH=7.0 d.洗涤e.过滤请给出上述操作的正确顺序:(操

15、作可重复使用)。(3)步骤的装置图如图W14-13:图W14-13持续通入HCl的作用是。加热蒸发浓缩,当溶液体积减少到原来的时,调整水浴温度控制在时,析出晶体,抽滤,洗涤,干燥。关于上述操作的说法不合理的是。A.抽滤时,需用玻璃纤维替代滤纸B.洗涤晶体时应先关闭水龙头,再加入洗涤剂C.抽滤完毕时,断开水泵和吸滤瓶之间的橡胶管,再关闭水龙头D.为得到纯净的CuCl22H2O晶体宜采用低温干燥(4)用“间接碘量法”测定CuCl22H2O样品的纯度,过程如下:取0.400 0 g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,生成白色CuI沉淀,滴入几滴淀粉溶液作指示剂,用0.100 0 molL-1 N

16、a2S2O3 标准溶液滴定,到达滴定终点时,消耗Na2S2O3标准溶液20.00 mL。(滴定反应为I2+2S2S4+2I-)写出生成白色CuI沉淀的离子方程式: 。该样品中CuCl22H2O的质量分数为。微专题训练(十四)A答案1.(1)Al(OH)3(2)4LiMn2O4+4H+O28MnO2+4Li+2H2O(3)烧杯、漏斗、玻璃棒玻璃棒下端靠在滤纸的单层处,导致滤纸破损漏斗中液面高于滤纸边缘(其他合理答案均可)(4)6.4或6.36解析 正极材料包括LiMn2O4、碳粉、铝箔,第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中(注意LiMn2O4不溶于水)生成偏铝酸钠,即滤液的主要溶质,第二步就是偏铝酸

17、钠溶液与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程,第三步是LiMn2O4在酸性环境下被空气中的氧气氧化发生氧化还原反应,得到的滤液中有生成的硫酸锂,可能有过量的硫酸,最后一步滤液中加入碳酸钠:2Li+CLi2CO3,过滤可得到Li2CO3。(1)根据以上分析,偏铝酸钠与过量二氧化碳反应的产物是Al(OH)3沉淀和碳酸氢钠。(2)在酸性环境下,LiMn2O4能被空气中的氧气氧化,离子方程式为4LiMn2O4+O2+4H+4Li+8MnO2+2H2O。(3)过滤所用玻璃仪器有:烧杯、漏斗、玻璃棒;过滤时发现滤液中有少量浑浊,原因可能有:滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等。(4)根据LiMn2O40.

18、5H2SO4Li+得18.1 g LiMn2O4即0.1 mol LiMn2O4消耗硫酸的量为0.05 mol,故硫酸有剩余,剩余的硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.06 mol,即6.36 g。2.(1)TiOSO4+(x+1)H2OTiO2xH2O+H2SO4或TiO2+(x+1)H2OTiO2xH2O+2H+,铁屑与H+反应,c(H+)降低,使平衡正向移动,TiOSO4转化为TiO2xH2O滤渣(2)14(3)Fe2+2HCFeCO3+H2O+CO2(4)蒸发浓缩冷却结晶密封保存解析 (1)TiOSO4+(x+1)H2OTiO2xH2O+H2SO4或TiO2+(x+1)H2OTiO2xH

19、2O+2H+,铁屑与H+反应,c(H+)降低,使平衡正向移动,TiOSO4转化为TiO2xH2O滤渣。(2)硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫:4FeSO4+O22Fe2O3+4SO3,氧化剂是O2,还原剂是FeSO4,所以氧化剂和还原剂的物质的量之比为14。(3)步骤中FeSO4与碳酸氢铵溶液反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵和二氧化碳气体,反应的离子方程式为Fe2+2HCFeCO3+H2O+CO2。(4)步骤所得溶液需隔绝空气、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,最终得到乳酸亚铁晶体,该晶体存放时应密封保存,防止被氧化。3.(1)ACD(2)热的Na2CO3溶液(3)Fe+2Fe3+3Fe

20、2+(4)促使Fe3+部分水解生成Fe2(OH)n(SO4(5)BC解析 (1)粉碎的目的是增大反应物接触面积,提高酸浸反应速率,选项A正确;根据所得产品可知,生成硫酸盐,只能用硫酸,选项B错误;Fe2(OH)n(SO4中Fe是+3价,加入氧化剂使Fe2+转化为Fe3+,选项C正确;减压蒸发的优点是降低蒸发温度,防止产物分解,选项D正确。答案选A、C、D。(2)Na2CO3水解使溶液显碱性,工业废铁屑中含有油污,使用前要用热的Na2CO3溶液浸泡除去。(3)工业废铁屑中一部分已经生锈生成了Fe2O3,溶于酸有Fe3+生成,化合反应的离子方程式为Fe+2Fe3+3Fe2+。(4)调节pH促使Fe

21、3+部分水解生成Fe2(OH)n(SO4,pH偏大或偏小都会影响n的值。(5)a为圆底烧瓶,b为冷凝管,c接自来水龙头,选项A错误;毛细管的作用和沸石相似,防止暴沸,选项B正确;越往上温度越低,要达到相同的温度,收集到的气体的沸点升高,选项C正确;实验结束,不要先关闭冷凝管,反应容器中还有气体产生,待冷却后关闭,选项D错误。4.(1)高温下瓷坩埚和玻璃棒会与KOH等反应,而铁不与其反应(2)6KOH+KClO3+3MnO23K2MnO4+KCl+3H2O(3)AD(4)B(5)dabef(6)滴入最后一滴标准液,溶液紫红色恰好褪去,且半分钟内不恢复原色88.00%解析 (1)高温下瓷坩埚和玻璃

22、棒中的二氧化硅和KOH等反应,被腐蚀,而铁坩埚和铁棒不与其反应。(2)中每生成1 mol K2MnO4时电子转移2 mol,则生成3 mol K2MnO4时电子转移6 mol;每1 mol KClO3参加反应转移电子6 mol,根据得失电子守恒,则KClO3与K2MnO4的物质的量之比为13,则此反应的化学方程式为6KOH+KClO3+3MnO23K2MnO4+KCl+3H2O。(3)根据表格中数据,CH3COOK和K2CO3的溶解度比KMnO4大得多,蒸发浓缩基本上会留在母液中,K2SO4、KCl的溶解度和KMnO4接近,会随KMnO4结晶析出,且Cl-可被KMnO4氧化。故B、C不符合题意

23、,A、D符合题意。(4)抽滤时布氏漏斗中选用大小略小于漏斗内径且盖住全部小孔的滤纸,故A正确;不能用无水乙醇洗涤产品提高纯度,无水乙醇会与高锰酸钾反应,被高锰酸钾氧化,故B错误;KMnO4受热易分解,KMnO4晶体烘干时温度过高会降低产率,应低温烘干,故C正确。(5)洗涤剂不能快速通过,否则洗涤效果不好,所以粗产品的洗涤步骤应按d、a、b、e、f的顺序排列。(6)高锰酸钾会与(NH4)2Fe(SO4)2发生氧化还原反应,当恰好反应时,高锰酸钾紫红色刚好褪去,则滴定终点的现象为滴入最后一滴标准液,溶液紫红色恰好褪去,且半分钟内不恢复原色;由图滴定前和滴定后的液面可知,滴定过程中消耗(NH4)2F

24、e(SO4)2溶液的体积为22.00 mL。滴定过程中高锰酸钾和(NH4)2Fe(SO4)2发生氧化还原反应,高锰酸钾中锰元素价态由+7价降低到+2价生成Mn2+,(NH4)2Fe(SO4)2中Fe2+由+2价升高到+3价生成Fe3+,根据化合价升降守恒,高锰酸钾和(NH4)2Fe(SO4)2的物质的量之比为15时恰好反应。过程中消耗n(NH4)2Fe(SO4)2=0.022 L0.100 0 molL-1=0.002 2 mol,则锥形瓶中高锰酸钾的物质的量为n(KMnO4)=0.002 2 mol5=0.000 44 mol,则250.00 mL溶液中高锰酸钾的物质的量为0.004 4 m

25、ol,质量为m(KMnO4)=0.004 4 mol158 gmol-1=0.695 2 g,则高锰酸钾的纯度为0.695 2 g0.790 0 g100%=88.00%。5.(1)加速溶解(2)防止氨气逸出(3)趁热过滤(4)存在溶解平衡Co(NH3)6Cl3(s)Co(NH3)63+(aq)+3Cl-(aq),加入浓盐酸增大Cl-浓度,使平衡逆向移动,有利于析出Co(NH3)6Cl3晶体(5)平衡气压,防止倒吸,防止氨气逸出100%偏低微专题训练(十四)B 答案1.(1)2Cu2S+5O22CuSO4+2CuO2Cu2+3SCu2O+S+2SO2(2)提高焙烧产物中CuSO4比例(3)浸取

26、温度、浸取时间、硫酸的浓度等(答出两点即可)(4)抽滤、洗涤、干燥(5)ABC解析 (1)CuS与O2反应生成CuSO4和氧化铜,反应的化学方程式为2Cu2S+5O22CuSO4+2CuO;“制备”时,发生反应的离子方程式为2Cu2+3SCu2O+S+2SO2。(2)加入Na2SO4的作用除减小物料间黏结外,另一主要作用是提高焙烧产物中CuSO4的比例。(3)“浸取”时为提高铜的浸取率,除需控制液固物质的量之比外,还需控制浸取温度、浸取时间、硫酸的浓度等。(5)焙烧时得到的尾气为SO2,可用碱液加以处理,故A正确;Cu2O露置于空气中会被氧化为黑色CuO,故B正确;经一系列操作得到产品Cu2O

27、后的副产品硫酸铁发生水解生成Fe(OH)3,可用作净水剂,故C正确;Cu2O在酸溶液中会发生自身氧化还原反应生成Cu和Cu2+,故D错误。2.(1)C(2)2Ni2O3+4H2SO44NiSO4+O2+4H2O抑制镍离子水解,防止生成Ni(OH)2沉淀2Ni2+ClO-+4OH-2NiOOH+Cl-+H2O(3)H2S+Ni2+Ni+2H+S(4)ACD解析 (1)根据题图可知,在350 kg/t矿的硫酸加入量,0.15 mm的矿石粒径时,酸浸效果最佳。(2)已知镍红土矿煅烧后生成Ni2O3,而加压酸浸后浸出液中含有Ni2+,说明Ni元素被还原,另外,只能是O元素被氧化为O2,故有关镍元素的加

28、压酸浸的化学反应方程式为2Ni2O3+4H2SO44NiSO4+O2+4H2O。控制pH为23的目的为抑制镍离子水解,防止生成Ni(OH)2沉淀;向一定浓度的NiSO4溶液中加入适量的NaClO和NaOH混合液,制得碱性镍电池电极材料NiOOH,离子方程式为2Ni2+ClO-+4OH-2NiOOH+Cl-+H2O。(3)浸出液中含有大量的Ni2+,通入硫化氢时,Ni2+发生还原反应:H2S+Ni2+Ni+2H+S。(4)在煅烧过程中,空气宜选择从下往上的通入方式,使镍红土矿燃烧更充分,A正确;浓硫酸中的氢离子浓度较小,故加压酸浸时,为加快反应速率,不可选用浓硫酸,B错误;加压酸浸时,在最适宜条件下,浸出渣中的主要成分为SiO2和Fe2O3H2O,C正确;CO为无色无味的有毒气体,故从镍、硫混合物到镍的过程中,需注意通风并及时检测操作过程中是否有CO泄漏,D正确。3.(1)SiO2Fe(OH)3(2)向漏斗中加入蒸馏水至完全浸没沉淀,待水自然流下,重复操作23次(3)2Zn2+2C+H2OZnCO3Zn(OH)2+CO2(4)BD99.50%解析 (1)ZnO、FeO、MnO、NiO、SiO2中只有SiO2不溶于硫酸,滤渣1的成分是SiO2;“氧化”是用高锰酸钾把Fe2+氧化为Fe3+、把Mn2+氧化为MnO2,高锰酸钾的还原产物是MnO2,pH调节到5,Fe3+生成Fe(OH