2021高考化学全国通用一轮习题：第四章 微题型37 化学工艺流程题（二）——核心反应与条件的控制 Word版含解析

2021高考化学全国通用一轮习题：第四章 微题型37 化学工艺流程题（二）——核心反应与条件的控制 Word版含解析

‎1．(2020·北京质检)碳酸锂(相对分子质量为74)广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业。制备流程如下：‎ 已知：碳酸锂的溶解度(g·L－1)见下表。‎ 温度/℃‎ ‎0‎ ‎10‎ ‎20‎ ‎30‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ ‎80‎ ‎100‎ Li2CO3‎ ‎1.54‎ ‎1.43‎ ‎1.33‎ ‎1.25‎ ‎1.17‎ ‎1.08‎ ‎1.01‎ ‎0.85‎ ‎0.72‎ ‎(1)硫酸化焙烧工业反应温度控制在250～300 ℃，主要原因是______________________；‎ 同时，硫酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则________(填字母)。‎ A．增加酸耗量 B．增加后续杂质的处理量 C．增加后续中和酸的负担 ‎(2)水浸时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是______________________。过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4，还可能含有________________。‎ ‎2．利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：‎ 已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。‎ ‎②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。‎ ‎③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：‎ 沉淀物 Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Co(OH)2‎ Al(OH)3‎ Mn(OH)2‎ 开始 ‎2.7‎ ‎7.6‎ ‎7.6‎ ‎4.0‎ ‎7.7‎ 沉淀 完全 沉淀 ‎3.7‎ ‎9.6‎ ‎9.2‎ ‎5.2‎ ‎9.8‎ ‎(1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)加入NaClO3的作用是___________________________________________________。‎ ‎(3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是______________；萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为________________。‎ ‎(4)操作Ⅰ包括：将水层加入浓盐酸调整pH为2～3，________、________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。‎ ‎3．(2019·长春实验中学模拟)从古至今，铁及其化合物在人类生产生活中的作用发生了巨大变化。‎ ‎(1)古代中国四大发明之一的指南针是由天然磁石制成的，其主要成分是________(填字母)。‎ a．Fe b．FeO c．Fe3O4 d．Fe2O3‎ ‎(2)硫酸渣的主要化学成分为SiO2约45%、Fe2O3约40%、Al2O3约10%、MgO约5%。用该废渣制取药用材料——红氧化铁的工艺流程如图(部分操作和条件略)：‎ ‎①在步骤Ⅰ中产生的气体可能有________。‎ ‎②在步骤Ⅲ操作中，要除去的离子之一为Al3＋。若常温时Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－32，此时理论上将Al3＋沉淀完全(Al3＋的浓度为10－5 mol·L－1)，则溶液的pH为________。‎ ‎③步骤Ⅳ中，生成FeCO3的离子方程式是________________________。‎ ‎(3)氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”，向氯化铜和氯化铁的混合溶液中加入氧化铜粉末会产生新的沉淀，写出该沉淀的化学式：_____________________________________。‎ 请用平衡移动的原理，结合必要的离子方程式，对此现象作出解释：______________________‎ ‎__________________________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(4)①古老而神奇的蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如图：‎ 反应Ⅱ的离子方程式是___________________________________________________。‎ ‎②如今基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN－，方案如图：‎ 若试纸变蓝则证明食品中含有CN－，请解释检测时试纸中FeSO4的作用：________________‎ ‎________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎4．四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为＋4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如图：‎ ‎(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是______________________________。‎ ‎(2)向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为_____________、________________。‎ ‎(3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。书写水解的离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：____________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、____________________(填化学式)，减少废物排放。‎ ‎(6)A可用于生产红色颜料(Fe2O3)，其实验方法是：‎ a．5.56a kg A(摩尔质量为278 g·mol－1)溶于水中，加入适量氢氧化钾溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；‎ b．再向红褐色胶体中加入33.36b kg A和1.12c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；‎ c．过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。‎ 若所得滤液中溶液只有硫酸钾和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料________kg。‎ ‎5．(2019·银川月考)铁红(Fe2O3)和钛白粉(TiO2)均为重要的墙面装修颜料。一种利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量Fe2O3)联合生产铁红和钛白粉的工艺流程如图所示。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)FeSO4溶液与NH4HCO3溶液的反应温度应控制在35 ℃以下，其原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，‎ 该反应的离子方程式是___________________________________________________。‎ ‎(2)TiO2＋转化为TiO(OH)2需要加热，加热的目的是_________________________________，该反应的离子方程式为__________________________________________________。‎ ‎(3)常温时，在生成的FeCO3达到沉淀溶解平衡的溶液中，测得溶液中c(CO)＝3.0×10－6 mol·L－1，pH为8.5，则所得的FeCO3中是否含Fe(OH)2？(列式计算)‎ ‎{已知Ksp(FeCO3)＝3.0×10－11，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16}‎ ‎‎ 答案精析 ‎1．(1)温度低于250 ℃，反应速率较慢；温度高于300 ℃，硫酸挥发较多　ABC　(2)除去多余的硫酸，同时调整pH，除去大部分杂质 ‎(3)温度越高，碳酸锂溶解度越小，可以增加产率　Na2CO3、Li2CO3‎ 解析　(1)若温度过低，反应速率慢，若温度过高，则浓H2SO4沸腾，挥发较多。(2)加入CaCO3一是和多余的H2SO4反应，二是调节pH除去大部分杂质。(3)由表格中数据可知，温度越高，Li2CO3溶解度越小，故沉锂在95℃以上进行可增加产率。过滤后的母液中除含Na2SO4外还可能有Na2CO3、Li2CO3。‎ ‎2．(1)Co2O3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋2H2O　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去 ‎(3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全　CaF2和MgF2　(4)蒸发浓缩　冷却结晶 ‎3．(1)c　(2)①CO、SO2　②5　③Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O　(3)Fe(OH)3　Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO与H＋反应生成Cu2＋和H2O，降低了H＋浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe(OH)3沉淀　(4)①3[Fe(CN)6]4－＋4Fe3＋===Fe4[Fe(CN)6]3↓　②碱性条件下，Fe2＋与CN－结合生成[Fe(CN)6]4－，Fe2＋被空气中O2氧化生成Fe3＋，[Fe(CN)6]4－与Fe3＋反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色 解析　(2)①由分析可知，“焙烧”中产生的气体可能有CO、SO2等；②常温时Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－32，理论上将Al3＋沉淀完全时，c(OH－)＝＝＝10－9 mol·L－1，则c(H＋)＝＝10－5 mol·L－1，pH＝5；③生成FeCO3的离子方程式是Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O。(3)因为Fe3＋会水解产生H＋：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO与H＋反应生成Cu2＋和H2O，降低了H＋浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe(OH)3沉淀。‎ ‎4．(1)TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O(或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O)　(2)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋　(3)Ti4＋＋4H2OTiO2·2H2O＋4H＋　(或TiO2＋＋3H2OTiO2·2H2O＋2H＋)　(4)加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H＋浓度促进钛盐水解　(5)H2O、FeSO4、H2SO4　(6)(1.60a＋3.20b＋1.60c)‎ 解析　(2)浓硫酸有强氧化性，加入钛铁矿渣中能生成Fe3＋，加入铁粉，发生Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋；铁粉还可以与溶液中过量的H＋反应，离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。(3)钛盐水解的离子方程式：Ti4＋＋4H2OTiO2·2H2O＋4H＋或TiO2＋＋3H2OTiO2·2H2O＋2H＋。(4)影响钛盐水解的因素有浓度、温度等，高温水蒸气使水解平衡移动的作用是加水、加热、降低H＋浓度均可促进钛盐水解。(5)根据该工艺流程知滤液Ⅲ 的主要成分为大量的钛盐、溶解的硫酸亚铁、少量的硫酸(混合液pH达0.5)等，钛盐水解后过滤分离出水合二氧化钛，得到的滤液中含有未水解的钛盐及FeSO4、H2SO4、H2O等。(6)依题意A与适量氢氧化钾溶液恰好完全反应，FeSO4＋2KOH===K2SO4＋Fe(OH)2↓，根据开始加入A为20a mol，可知加入KOH为40a mol；后来又加入120b mol的A和20c mol的铁，由K2SO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、Fe2O3等化学式的定量组成和守恒思想分别可求得以下各量：利用K＋守恒，n(KOH)＝2n(K2SO4)，可知K2SO4物质的量为20a mol；利用SO守恒，n(FeSO4)＝n(K2SO4)＋3n[Fe2(SO4)3]，可知Fe2(SO4)3物质的量为(20a＋120b－20a)mol×＝40b mol；利用Fe原子守恒，n(FeSO4)＋n(Fe)＝2n[Fe2(SO4)3]＋2n(Fe2O3)，可知n(Fe2O3)＝(20a＋120b＋20c－40b×2) mol×＝(10a＋20b＋10c)mol，计算得m(Fe2O3)＝(1.60a＋3.20b＋1.60c)kg。‎ ‎5．(1)减少NH4HCO3分解、减少Fe2＋水解　Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O　(2)促进TiO2＋水解，加快反应速率　TiO2＋＋2H2O△,TiO(OH)2↓＋2H＋　(3)Ksp(FeCO3)＝c(Fe2＋)·c(CO)，故c(Fe2＋)＝＝1.0×10－5 mol·L－1，pH＝8.5，则c(OH－)＝10－5.5 mol·L－1，故c(Fe2＋)·c2(OH－)＝10－16

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