2020届一轮复习人教版元素化合物性质及方程式书写（工艺流程）课时作业

2020届一轮复习人教版元素化合物性质及方程式书写（工艺流程）课时作业

2020 届一轮复习人教版 元素化合物性质及方程式书写（工艺流程） 课时作 业 1．下图是利用废铜屑（含杂质铁）制备胆矾（硫酸铜晶体）的流程。 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 Cu(OH)2 开始沉淀 2.7 7.5 4.4 完全沉淀 3.7 9.7 6.7 请回答： （1）溶液 B 中含有的阳离子有____________________（填离子符号）。 （2）下列物质中最适宜做氧化剂 X 的是__________（填字母）。 a．NaClO b．H2O2 c．KMnO4 （3）加入试剂①是为了调节 pH，要调整 pH 范围是_____________，则试剂①可以选择______________（填 化学式）。 （4）沉淀 D 加入盐酸和铁粉，可以制得 FeCl2 溶液，实验室保存 FeCl2 溶液，需加入过量的铁粉，其原因 是____________________________________（用离子方程式表示）。 （5）溶液 E 经过操作①可得到胆矾，操作①为________________________、过滤、洗涤。 （6）已知溶液中 c（Cu2+）与 pH 的关系为 lgc（Cu2+）=8.6-2pH，若溶液中 c（Cu2+）为 1mol/L，此时溶液 中的 Fe3+能否沉淀完全：___________（填“能”或“否”） 。 【答案】Cu2+、Fe2+、Fe3+、H+ b 3.7 ～4.4 CuO【或 Cu(OH)2 或 CuCO3】 Fe+2Fe3+=3Fe2+ 蒸发浓缩、冷却结晶 能 （3）加入试剂①是为了调节 pH，试剂①能和氢离子反应且不能引进新的杂质，该试剂为 CuO 或 Cu(OH)2 或 CuCO3，由于是沉淀铁离子，而不沉淀铜离子，所以根据表中数据可知要调整 pH 范围是 3.7～4.4； （6）已知溶液中 c（Cu2+）与 pH 的关系为 lgc（Cu2+）=8.6-2pH，若溶液中 c（Cu2+）为 1mol/L，则此时溶 液的 pH＝（8.6－lg1）÷2＝4.3＞3.7，所以溶液中的 Fe3+能沉淀完全。 2．我国是世界上最大的钨储藏国，金属钨可用于制造灯丝、合金钢和光学仪器，有“光明使者”的美誉；现 以白钨矿(主要成分为 CaWO4，还含有二氧化硅、氧化铁等杂质)为原料冶炼高纯度金属钨，工业流程如下： 已知：①钨酸酸性很弱，难溶于水； ②完全沉淀离子的 pH 值：SiO32-为 8，WO42-为 5； ③碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨。 回答下列问题： (1)工业上生产纯碱常先制得碳酸氢钠，此法叫“联碱法”，为我国化工专家侯德榜创立，即向饱和食盐水中 先通入 NH3，再通入 CO2，最终生成碳酸氢钠晶体和氯化铵溶液，写出该化学反应方程式：____________。 (2)流程中白钨矿 CaWO4 和纯碱发生的化学反应方程式是：________________________。 (3)滤渣 B 的主要成分是（写化学式）______。调节 pH 可选用的试剂是：_____(填选项)。 A.氨水 B.盐酸 C.NaOH 溶液 D.Na2CO3 溶液 (4)检验沉淀 C 是否洗涤干净的操作是________________________________________。 (5)为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨，不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是_________。 (6) 将 氢 氧 化 钙 加 入 钨 酸 钠 碱 性 溶 液 中 可 得 到 钨 酸 钙 ， 已 知 某 温 度 时 ， Ksp(CaWO4)=1×10-10 ， Ksp[Ca(OH)2]=4×10-7，当溶液中 WO42-恰好沉淀完全（离子浓度等于 10-5mol/L）时，溶液中 c(OH-)=_____。 【答案】NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl CaWO4+Na2CO3 Na2WO4+CaO+CO2↑ H2SiO3 B 取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入 1～2 滴稀硝酸，再滴加 1～2 滴 AgNO3 溶液，若无白色沉 淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净。 如果用碳做还原剂，过量的 碳混杂在金属中难以除去，而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨，不容易获得纯的金属钨，若用氢 气作还原剂，就可避免该问题。 0.2mol/L (3)滤渣 B 的主要成分为 H2SiO3，调节溶液 pH，溶液中的 SiO32-与 H+反应产生 H2SiO3 沉淀过滤除去，所以 应加入盐酸，选项 B 合理； (4)检验沉淀 C 是否洗涤干净的操作是：取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入 1～2 滴稀硝酸，再滴加 1～2 滴 AgNO3 溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净； (5)如果用碳做还原剂，过量的碳混杂在金属中难以除去，而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨，不 容易获得纯的金属钨，若用氢气作还原剂，由于 H2 是气体，就可避免上述问题； (6)当溶液中 WO42-恰好沉淀完全，其离子浓度等于 10-5mol/L，根据 Ksp(CaWO4)= c(Ca2+)×c(WO4-)=1×10-10， 则溶液中 c(Ca2+)=1×10-5mol/L，再根据 Ksp[Ca(OH)2]= c(Ca2+)×c2(OH-)，可知 1×10-5mol/L×c2(OH-)= Ksp[Ca(OH)2]=4×10-7，所以 c(OH-)=0.2mol/L。 3．某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量 Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响 可忽略)。 已知： ①NaClO 溶液在受热温度过高或酸性条件下容易分解，如 3NaClO=2NaCl+ NaClO3 ②AgCl 可溶于氨水：AgCl+2NH3·H2O Ag(NH3)2++ Cl－+2H2O ③常温时 N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原 Ag(NH3)2+； 4Ag(NH3)2++N2H4·H2O===4Ag↓+N2↑+4NH4+ +4NH3↑ +H2O （1）氧化时采用了过量的 NaClO 溶液并水浴加热，水浴加热的目的是____________。 （2） NaClO 溶液与 Ag 反应的产物为 AgCl、NaOH 和 O2，该反应的离子方程式为：_________； 若改用稀 HNO3 氧化 Ag，生成了 NO 气体等，则该反应的化学方程式为：_________； 从反应产物的角度分析，以稀 HNO3 代替 NaClO 的缺点是：__________________________。 （3）为提高 Ag 的回收率，需利用少量 10%氨水对“过滤 II”的滤渣进行洗涤，并将洗涤后的滤液合并入过 滤 II 的滤液中，在实验室洗涤该滤渣的操作为：______________________。 （4）请设计从“过滤 II”后的滤液中获取单质 Ag 的实验方案：(提供的试剂有：2mol·L－1 水合肼溶液、1mol·L －1H2SO4 溶液)_________________________________。 【答案】加快反应速率，且防止 NaClO 受热温度过高而分解 4Ag+4ClO-+2H2O═4AgCl+4OH-+O2↑ 4HNO3+3Ag=3AgNO3+NO↑+2H2O 会释放出氮氧化物（ NO ），造成环境污染 沿玻璃棒向漏斗中注 入 10%氨水，使溶液完全浸没沉淀，待溶液完全流尽后，重复操作 2~3 次 向滤液中滴加 2mol•L-1 水合 肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用 1 mol•L-1 H2SO4 溶液吸收反应中放出的 NH3，待溶液中无气泡产生， 停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥。 【解析】（1）氧化时采用了过量的 NaClO 溶液并水浴加热，采用水浴加热可以加快反应速率，且防止 NaClO 受热温度过高而分解； （3）为提高 Ag 的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中，具 体操作为：沿玻璃棒向漏斗中注入 10%氨水，使溶液完全浸没沉淀，待溶液完全流尽后，重复操作 2~3 次； （4）由信息③可知，从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质 Ag 的实验方案为向滤液中滴加 2mol•L-1 水合肼溶液， 搅拌使其充分反应，同时用 1 mol•L-1 H2SO4 溶液吸收反应中放出的 NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加， 静置，过滤、洗涤，干燥。 4．二氧化氯(ClO2)，黄绿色易溶于水的气体，是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题： （1）工业上可用 KClO3 与 Na2SO3 在 H2SO4 存在下制得 ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为_____. （2）实验室用 NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备 ClO2： ①电解时发生反应的化学方程式为_______________________________。 ②除去 ClO2 中的 NH3 可选用的试剂是________(填标号)。 a．水　　　　　 b．碱石灰 c．浓硫酸　 d．饱和食盐水 （3）用下图装置可以测定混合气中 ClO2 的含量： Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用 50 mL 水溶解后，再加入 3 mL 稀硫酸； Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口； Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收； Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中； Ⅴ.用 0.100 0 mol·L－1 硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O32-===2I－＋S4O62-)，指示剂显示终 点时共用去 20.00 mL 硫代硫酸钠溶液。在此过程中： ①锥形瓶内 ClO2 与碘化钾反应的离子方程式为________________。 ②测得混合气中 ClO2 的质量为__________g。 【答案】2：1 NH4Cl+2HCl NCl3+3H2↑ c 2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O 0.02700 【解析】 (1) KClO3 在 H2SO4 存在下与 Na2SO3 反应制得 ClO2,可以知道 SO32-被氧化成 SO42-,由电子、电荷 守恒可以知道该离子反应为 2 ClO3-+ SO32-+2H+=2 ClO2+ SO42-+H2O,氧化剂为 KClO3,还原剂为 Na2SO3,由离 子反应可以知道该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为 2:1； 因此，本题正确答案是: 2:1。 (3)①由题目信息可以知道, ClO2 通入锥形瓶与酸性碘化钾溶液反应,氧化 I-为 I2,自身被还原为 Cl-,同时生成 水,反应离子方程式为 2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O； 因此，本题正确答案是: 2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O。 ④含有 Na2SO3 物质的量为 0.02L×0.1mol/L=0.002mol,则根据关系式: 2 ClO2—5I2—10 S2O32-； 2 10 n(ClO2) 0.002 所以 n(ClO2)=0.004mol，m(ClO2)= 0.004mol×67.5g/mol=0.02700g； 因此，本题正确答案是:0.02700。 5．碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。 工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下： 已知：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 Al(OH)3 开始沉淀 2.3 7.5 3.4 完全沉淀 3.2 9.7 4.4 请回答下列问题： （1）加入少量 NaHCO3 的目的是调节 pH 范围在__________________________内，使溶液中的 ___________________沉淀(写离子符号)，该反应的离子方程式为_________________________________ 。 （2）反应Ⅱ中的离子方程式为________________________________________________ 。 （3）在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入 O2 以减少 NaNO2 的用量，若参与反应的 O2 有 11.2 L（标准状况）， 则相当于节约 NaNO2 的物质的量为_____________________。 （4）碱式硫酸铁溶于水后产生的 Fe(OH)2+离子，Fe(OH)2+可部分水解生成 Fe2(OH)42+ 聚合离子，该水解反 应的离子方程式为___________________________________。 （5）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得 含有 Fe2+及 NO3－。为检验所得产品中是否含有 Fe2+，应使用的试剂为___________________。 A．氯水 B．KSCN 溶液 C．NaOH 溶液 D．酸性 KMnO4 溶液 【答案】4.4-7.5 Al3+ Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ Fe2+＋2H+＋NO2- = Fe3+＋ H2O＋NO↑ 2mol 2Fe(OH)2+ ＋2H2O Fe2(OH)42+＋2H+ D （2）亚硝酸盐具有氧化性，在酸性条件下能把亚铁离子氧化生成铁离子，反应的离子方程式为 2H+ + Fe2++ NO2- ＝Fe3+ + NO↑+ H2O； 因此，本题正确答案为：Fe2+＋2H+＋NO2- = Fe3+＋ H2O＋NO↑， （3）氧气的物质的量是 11.2L÷22.4L/mol＝0.5mol，则得到电子 0.5mol×4＝2mol，1molNaNO2 被还原生成 NO，化合价由+3 价降低到+2 价，得到 1mol 电子，则需要 2molNaNO2； 因此，本题正确答案为：2mol； （4）Fe(OH)2+离子，可部分水解生成 Fe2(OH)42+聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方 程式为 2Fe(OH)2+ +2H2O Fe2(OH)42+ + 2H+； 因此，本题正确答案为：2Fe(OH)2+＋2H2O Fe2(OH)42+＋2H+； 6．LiFePO4 可作为新型锂离子也池的正极材料。以钛铁矿(主要成分为 FeTiO3、Fe2O3 及少量 CuO、SiO2 杂 质)为主要原料生产 TiOSO4，同时得到的绿矾(FeSO4·7H2O)与磷酸和 LiOH 反应可制各 LiFePO4， LiFePO4 的制备流程如下图所示： 请回答下列问题： (1)酸溶时 FeTiO3 与硫酸反应的化学方程式可表示为____________________。 (2)①加铁屑还原的目的是__________，②过滤前需要检验还原是否完全，其实验操作可描述为_________。 (3)①“反应”需要按照一定的顺序加入 FeSO4 溶液、磷酸和 LiOH，其加入顺序应为____________________，② 其理由是______________________________。 (4)滤渣中的铜提纯后可用于制取 Cu2O，Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取 Cu2O 的电 解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O Cu2O+H2↑。则该装置中铜电极应连接直流电源的__________ 极，石墨电极的电极反应式为____________________，当有 0. 1mol Cu2O 生成时电路中转移__________mol 电子。 【答案】FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O 把铁离子还原为亚铁离子，置换出铜 取少量反应液 于试管中，加入几滴硫氰化钾溶液，如果溶液变红色，说明还原没有完全，如果溶液不变红色，说明还原 已经完全 磷酸 硫酸亚铁溶液 LiOH 先加磷酸，在酸性环境可以抑制亚铁离子的水解、氧化，又 避免生成氢氧化铁沉淀 正 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 0.2 【解析】 (1)酸溶时 FeTiO3 与硫酸反应生成 FeSO4 和 TiOSO4，化学方程式为： FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O； 综上所述，本题答案是：FeTiO3+2H2SO4=FeSO4+TiOSO4+2H2O。 (2)①铁具有还原性，能够与铁离子、铜离子反应；因此加铁屑的目的是把铁离子还原为亚铁离子，并置换 出铜； 综上所述，本题答案是：把铁离子还原为亚铁离子，置换出铜。 （3）①“反应”需要按照磷酸、FeSO4 溶液和 LiOH 顺序加入试剂； 综上所述，本题答案是：磷酸、 硫酸亚铁溶液、LiOH。 ②亚铁离子能够发生水解，易被氧气氧化，因此先加磷酸，产生酸性环境，然后再加入 FeSO4 溶液，在酸 性环境下可以抑制亚铁离子的水解、氧化，又避免生成氢氧化铁沉淀；最后加入 LiOH； 综上所述，本题答案是：在酸性环境可以抑制亚铁离子的水解、氧化，又避免生成氢氧化铁沉淀； (4) 根据电解总反应：2Cu+H2O Cu2O+H2↑可知，Cu 发生氧化反应，做阳极，应与电源的正极相连； 石墨电极的为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应式为 2H2O+2e-=H2↑+2OH-；根据该反应可知 2e-~Cu2O， 所以当有 0.1mol Cu2O 生成时电路中转移 0.2mol 电子。 综上所述，本题答案是：正，2H2O+2e-=H2↑+2OH-， 0.2。 7．一种磁性材料的磨削废料（含镍质量分数约 21%）主要成分是铁镍合金，还含有铜、钙、镁、硅的氧化 物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍，工艺流程如下： 回答下列问题： （1）合金中的镍难溶于稀硫酸，“酸溶”时除了加入稀硫酸，还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸，反应有 N2 生成。 写出金属镍溶解的离子方程式________________________。 （2）“除铁”时 H 2O2 的作用是____________________，为了证明添加的 H 2O2 已足量，应选择的试剂是 ____________________（填“铁氰化钾”或“硫氰化钾”）溶液。黄钠铁矾[NaxFey(SO4)m(OH)n]具有沉淀颗粒大、 沉淀速率快、容易过滤等特点，则 x∶y∶m∶n＝1∶3∶2∶________。 （3）“除铜”时，反应的离子方程式为_________________________，若用 Na2S 或 Na2S2O3 代替 H2S 除铜， 优点是__________________________。 （4）已知除杂过程在陶瓷容器中进行，NaF 的实际用量为理论用量的 1.1 倍，用量不宜过大的原因是 _______________________________。 （5）100kg 废料经上述工艺制得 Ni(OH)2 固体的质量为 31kg，则镍回收率的计算式为_______。 （6）镍氢电池已成为混合动力汽车的主要电池类型，其工作原理如下：M+Ni(OH)2 HM+NiOOH （式中 M 为储氢合金）。写出电池放电过程中正极的电极反应式________。 【答案】5Ni + 12H+ + 2NO3 -= 5Ni2+ + N2↑ + 6H2O 将 Fe2+氧化成 Fe3+ 铁氰化钾 6 H2S + Cu2+ = CuS↓+ 2H+ 不易挥发污染性气体 H2S 过量的 F—在酸性条件下会腐蚀陶瓷容器 100％ NiOOH + H2O +e- = Ni(OH)2 + OH- 【解析】（1）镍和硝酸反应生成镍离子、氮气和水，结合电荷守恒、原子守恒、电子守恒配平书写离子方 程式为：5Ni+12H++2NO3-=5Ni2++N2↑+6H2O， 故答案为：5Ni+12H++2NO3-=5Ni2++N2↑+6H2O； （3）硫化氢和铜离子反应生成难溶于酸的硫化铜沉淀，反应的离子方程式为：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，硫化 氢是剧毒气体，若用 Na2S 或 Na2S2O3 代替 H2S 除铜，优点是无易挥发的有毒气体硫化氢污染环境， 故答案为：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+；无易挥发的有毒气体硫化氢污染环境； （4）NaF 是强碱弱酸盐，氟化钠水解生成 HF 能腐蚀陶瓷容器，故用量不宜过大， 故答案为：过量的 F-离子生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器； （6）NiMH 电池放电过程中，正极上 NiOOH 得电子生成 Ni(OH) 2，根据得失电子守恒有 NiOOH +e-= Ni(OH)2，根据电荷守恒利用 OH-和 H2O 配平方程式，则正极的电极方程式为：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2+OH-， 故答案为：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2+OH-。 8．氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂。某兴趣小组以铁屑为原料模拟工业上制备氯化铁及进一步氧化 制备高铁酸钾的流程如下： 请回答下列问题： （Ⅰ）（1）“氧化”阶段通入过量空气比用氯气作氧化剂具有的优点是__________________。 （2）“合成”阶段生成 Na2FeO4 的离子方程式为_______________________________。 （3）为了检验“氧化”过程中所得溶液中是否含有 Fe2+，某同学取少量溶液于试管中，选用下列试剂可以达 到目的的是_______(填字母)。 a.KSCN 溶液 b.NaOH 溶液 c.K3[Fe(CN)6]溶液 d.苯酚溶液 e.酸性 KMnO4 溶液 （4）过程①制取 FeCl3 固体的具体操作步骤是_______________________。若使 6.5 mol/LFeCl3 饱和溶液不 析出 Fe(OH)3，需控制溶液的 pH 小于_________{已知该实验条件下，Ksp[(Fe(OH)3]=6.5×10-36，Kw=1.0×10-13 （水离子积）} （Ⅱ）以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，装置 如图所示。 （1）收集到(CH3)4NOH 的区域是________(填 a、b、c 或 d)。 （2）写出电解池总反应(化学方程式)__________________________________。 【答案】选用通入空气经济、而氯气有毒，污染环境 2Fe3++3ClO-+10OH-==2FeO42-+3C1-+5H2O c 需要在 HC1 气流中蒸发 FeCl3 溶液 1 d 2（CH3）4NCl+2H2O 2（CH3）4NOH+H2↑+Cl2↑ (3) 该溶液中主要含有 Fe3+，所以 a、b、d 都不能用；酸性 KMnO4 溶液也可用于检验溶液中是否 含有 Fe2+，但该溶液中含有 Cl—，也能与 KMnO4 发生反应，使其褪色，无法检验亚铁离子，所以 e 不合理；K3[Fe(CN)6]溶液与亚铁离子反应生成蓝色沉淀，可以检验，可选用 c；因此检验是否含有 Fe2+，综上所述，本题答案是：c。 （4）已知 c(Fe3+)=6.5 mol/L，Ksp[(Fe(OH)3]=6.5×10-36，所以 c3(OH—)= = 6.5×10-36/6.5=10-36, c(OH—)=1.0×10-12mol/L，Kw=1.0×10-13,所以溶液中的 c(H+)=0.1 mol/L，pH=1，因 此，为防止生成氢氧化铁沉淀，需控制溶液的 pH 小于 1；综上所述，本题答案是：需要在 HC1 气 流中蒸发 FeCl3 溶液；1。 （Ⅱ）（1）以石墨为电极电解四甲基氯化铵制备四甲基氢氧化铵，需要氢氧根离子的参加，电解过程中阴 极得电子生成氢气、氢氧根离子，因此收集四甲基氢氧化铵的区域是阴极区，即 d 口；综上所述，本题答 案是：d。 （2）根据电解原理，电解过程中生成物为四甲基氢氧化铵，氢气和氯气，因此电解总反应为 2（CH 3） 4NCl+2H2O 2（CH3）4NOH+H2↑+Cl2↑；综上所述，本题答案是：2（CH3）4NCl+2H2O 2（CH3）4NOH+H2↑+Cl2↑。 9．为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以 Fe2O3 存在)转变成重要的化工原料 FeSO4(反应条件略)。 活化硫铁矿的主要成份是 FeS2。请回答下列问题： （1）第Ⅰ步 H2SO4 与 Fe2O3 反应的离子方程式是_______________________________。 （2）第Ⅱ步中硫铁矿中的 S 被氧化到最高价态，相应的离子方程式为______________________。 （3）第Ⅱ步中检验 Fe3＋是否被完全还原的实验方法是____________________________________。 （4）第Ⅲ步加 FeCO3 调溶液 pH 到 5.8 左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液 pH 降到 5.2，此时 Fe2＋不沉淀， 滤液中铝、硅杂质被除尽。通入空气引起溶液 pH 降低的原因是_________________________。 （5）FeSO4 在一定条件下可制得 FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电 时的总反应为 4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是________________。 【答案】Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋16H＋+2SO42— 取少量溶液 于一洁净试管中，向其中加入少量 KSCN 溶液，若溶液不出现红色，则 Fe3＋被完全还原，否则没有 Fe2 ＋被氧化为 Fe3＋，Fe3＋水解产生 H＋。（或写出方程式 4Fe2＋＋O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+） FeS2＋4Li＋＋ 4e－===Fe＋2Li2S 或 FeS2＋4e－===Fe＋2S2－ 【解析】本题以硫铁矿烧渣为原料制备 FeSO4 的流程为载体，考查方程式的书写，Fe3+的检验，Fe3+的氧化 性和 Fe3+的水解，电极反应式的书写。 （1）第 I 步 H2SO4 与 Fe2O3 反应生成 Fe2（SO4）3 和 H2O，反应的离子方程式为 Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O。 （3）检验 Fe3+是否被完全还原用 KSCN 溶液，实验方法是：取少量溶液于一洁净试管中，向其中加入少量 KSCN 溶液，若溶液不出现红色，则 Fe3＋被完全还原，否则没有。 10．Ni 为第Ⅷ 族元素，在许多工业生产中都有涉及。 已知草酸镍晶体（NiC2O4·2H2O）难溶于水，工业上从废镍催化剂（成分主要为 Ni，含有一定量的 Al2O3、 Fe、SiO2、CaO 等）制备草酸镍晶体的流程如图所示： 已知：①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表： 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ni2+ 开始沉淀的 pH 1.1 5.8 3.0 6.8 完全沉淀的 pH 3.2 8.8 5.0 9.5 ②Ksp(CaF2)=1.46×10-10 ③当某物质浓度小于 1.0×10-5 mol/L 时，视为完全沉淀 （1）请写出一种能提高酸浸速率的措施________________。 （2）试剂 a 是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式__________________________。 （3）pH 的调控范围为 __________________，滤渣Ⅱ的成分为_____________________________。 （4）写出“沉镍”时反应的离子方程式___________________________________________，证明 Ni2＋已经沉 淀完全的实验步骤及现象是______________________________________，当 Ca2+沉淀完全时，溶液中 c(F －)>_____________ mol/L（写出计算式即可）。 （5）操作 a 的内容是____________________________________________。 【答案】把废镍催化剂粉碎，或适当加热，适当增大酸的浓度或搅拌 2Fe2++2H+ +H2O2=2Fe3++2H2O5.0≤pH<6.8Fe(OH)3 和 Al(OH)3Ni2++C2O42-+2H2O=NiC2O4·2H2O 取适量上层清液放入试 管中，继续滴加（NH4）2C2O4 溶液，无沉淀生成 过滤、洗涤、干燥 【解析】废镍催化剂（成分主要为 Ni，含有一定量的 Al2O3、Fe、SiO2、CaO 等），用硫酸溶解，SiO2 不与 硫酸反应，过滤得到滤液中含有 NiSO4、FeSO4、Al2（SO4）3、CaSO4 及过量的硫酸，试剂 a 是一种绿色氧 化剂，所以加入 的是加入 H2O2 将 Fe2+氧化为 Fe3+，加入 Ni（OH）2 调节 pH，使 pH 大于 5.0 小于 6.8，Fe3+ 转化为 Fe（OH）3 沉淀、Al3+转化为 Al（OH）3 沉淀，过滤除去，滤液中含有 NiSO4、CaSO4，向滤液中加 入 NH4F，除去 Ca2+，过滤，再向滤液中加入（NH4）2C2O4，得到草酸镍沉淀，再过滤、洗涤、干燥得草酸 镍晶体，（1）根据影响化学反应速率的因素可知，提高浸出率，可把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增 大硫酸浓度、搅拌等； （4）“沉镍”时反应的离子方程式为 Ni2++C2O42-+2H2O=NiC2O4•2H2O，证明 Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及 现象是取上层清液，继续滴加(NH4)2C2O4 溶液，无沉淀生成；当 Ca2+沉淀完全时，即 c（Ca2+）<10-5mol/L， 根据 Ksp（CaF2）=1.46×10-10，可知溶液中 c2（F-）> mol/L，c（F-）> ； （5）根据上面的分析可知，操作 a 的内容是过滤、洗涤、干燥。 11．中国沿海某城市采用反渗透法将海水淡化，得到淡水供市民使用，剩余母液继续加工获得其他产品。 母液中主要含有 Cl-、Na+、K+、Mg2+ 、Ca2+、SO42-、Br-等离子。某实验小组同学模拟工业生产流程，进行 如下实验． （1）写出实验室制备氯气的化学方程式_____________________； （2）海水淡化的方法还有____________（写出一种）； （3）I 中，电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，写出该反应的离子方程式______； （4）Cl2 和 Br2 均为双原子分子，从原子结构的角度解释其原因_____________________； （5）Ⅲ中，加入适量 CaCl2 固体的目的是_____________________； （6）写出 IV 中反应的离子方程式_____________________； （7）与过程 II 类似，工业上常用“空气吹出法”实现海水提溴，将 1m3 海水浓缩至 1L，使用该法最终得到 36g Br2，若提取率为 60%，则原海水中溴的浓度为_________ mg/L。 【答案】MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O 蒸馏法（或电渗析法、离子交换法）2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑氯、溴元素位于同一主族，最外层均为 7e-，两个原子各提供 1e-，形成共用电子对， 两个原子都形成了 8e-稳定结构除去 SO42-Mg2++Ca(OH)2═Mg(OH)2↓+Ca2+60 （3）电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢气，反应的离子方程式为：2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑，故答案为：2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑； （4）由于氯、溴元素位于同一主族，最外层均为 7e-，两个原子各提供 1e-，形成共用电子对，两个原子都 形成了 8e-稳定结构，所以氯气和溴单质都是以双原子形式存在，故答案为：氯、溴元素位于同一主族，最 外层均为 7e-，两个原子各提供 1e-，形成共用电子对，两个原子都形成了 8e-稳定结构； （5）硫酸根离子能够与钙离子反应生成硫酸钙沉淀，所以加入氯化钙溶液的目的是除去 SO42-，故答案为： 除去 SO42-； （6）氢氧化镁更难溶，IV 中镁离子与氢氧化钙反应生成氢氧化镁沉淀和钙离子，该反应的离子方程式为： Mg2++Ca（OH）2═Mg（OH）2+Ca2+，故答案为：Mg2++Ca（OH）2═Mg（OH）2+Ca2+； （7）将 1m3 海水浓缩至 1L，使用该法最终得到 36g Br2，若提取率为 60%，则 1m3 海水中含有的溴元素的 质量为 =60g，则该海水的中溴元素的浓度为 =60mg/L，故答案为：60。 12．硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。 (1)新型陶瓷 Si3N4 的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在 H2 的作用下， 使 SiCl4 与 N2 反应生成 Si3N4 沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为________________________________。 (2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下： 已知硅的熔点是 1 420 ℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。 ①N2 净化时，铜屑的作用是：__________________________； 硅胶的作用是_______________________________________。 ②在氮化炉中反应为 3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)　ΔH＝－727.5 kJ/mol，开始时须严格控制氮气的流速以控制 温度的原因是_____________________________________________________。 ③X 可能是________(选填“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”)。 (3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅： ①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3 遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为________________。 ②假设每一轮次制备 1 mol 纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中 HCl 的利用率为 90%，反应Ⅱ 中 H2 的利用率为 93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入 HCl 和 H2 的物质的量之比是________。 【答案】3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl 除去原料气中的氧气　除去水蒸气这是放热反应，防止局部过 热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与 N2 的充分接触硝酸 SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑5∶1 反应Ⅰ　Si　＋　3HCl SiHCl3　＋　H2， 1 mol 3 mol/90% 1 mol 1 mol 反应Ⅱ　SiHCl3　＋　H2　 　Si　＋　3HCl， 1 mol 1 mol/93.75% 1 mol 3 mol 第二轮次生成中，需补充 HCl 物质的量为 3 mol/90%－3 mol，需补充 H2 物质的量为 1 mol/93.75%－1 mol， 则 n(HCl)∶n(H2)＝(3 mol/90%－3 mol)∶(1 mol/93.75%－1 mol)＝5∶1。 13．无水 AlCl3 可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。工业上可由铝土矿(主要成分是 Al2O3 和 Fe2O3)和 焦炭制备，流程如下： 已知：AlCl3、FeCl3 分别在 183 ℃、315 ℃时升华 (1)Cl2 的电子式________。 (2)氯化炉中 Al2O3、Cl2 和焦炭在高温下发生反应的化学方程式为______________；炉气中残余的少量 Cl2， 可用 NaOH 溶液吸收，其离子方程式为_____________________________________。 (3)700 ℃时，升华器中物质经充分反应后需降温实现 FeCl3 和 AlCl3 的分离。请选择合适的温度范围________。 a．低于 183 ℃　　b．介于 183 ℃和 315 ℃之间 c．高于 315 ℃ (4)样品(含少量 FeCl3)中 AlCl3 含量可通过下列操作测得(部分物质略去)。 m 克样品 NaAlO2 溶液 Al(OH)3 n 克 Al2O3 计算该样品中 AlCl3 的质量分数________(结果用 m、n 表示，不必化简)。 【答案】 Al2O3＋3Cl2＋3C 2AlCl3＋3COCl2＋2OH －===ClO－＋Cl －＋H2Ob ×100%或 ×100% 【解析】 (1).Cl2 分子中两个 Cl 原子之间共用一对电子，Cl2 的电子式为 ，故答案为： ； (2).氯化炉中 Al2O3、Cl2 和焦炭在高温下发生反应生成氯化铝和一氧化碳，反应的化学方程式为 Al2O3＋3Cl2 ＋3C 2AlCl3＋3CO；炉气中残余的少量 Cl2，可用 NaOH 溶液吸收生成氯化钠、次氯酸钠和水，其 离子方程式为 Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O，故答案为：Al2O3＋3Cl2＋3C 2AlCl3＋3CO；Cl2＋2OH－ =ClO－＋Cl－＋H2O； (3).AlCl3、FeCl3 分别在 183 ℃、315 ℃时升华，为实现 FeCl3 和 AlCl3 的分离让温度介于 183 ℃和 315 ℃之间， 使氯化铝升华，故答案为：b； 14．四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下： 请回答下列问题： （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 278g·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。 若所得滤液中溶质只有硫酸钾和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料__________ kg。 【答案】TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O 或 TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋Fe＋2H ＋===H2↑＋Fe2＋Ti++ 4H2O TiO2·H2O+4H+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 H2O、FeSO4、H2SO41.60a＋3.20b＋1.60c (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，钛盐水解后过滤去水合二氧化钛，得到的滤液中含有未水解的钛盐及 FeSO4、H2SO4、H2O 等； (6)依题意 A 与适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，FeSO4+2NaOH=Na2SO4+Fe(OH)2↓，根据开始加入 A 为 2a×103 mol，可知加入氢氧化钠为 4a×103 mol；后来又加入 12b×103 mol 的 A 和 20c mol 的铁，由 Na2SO4、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 Na+离子守恒，n(NaOH)=2n(Na2SO4)，可知 Na2SO4 物质的量为 20a mol；利用 SO42-离子守恒， n(FeSO4)=n(Na2SO4)+3n[Fe2(SO4)3]，可知 Fe2(SO4)3 物质的量为(20a+120b-20a) mol× =40bmol；利用 Fe 元素 守恒，n(FeSO4)+n(Fe)=2 n[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 15．硼氢化钠(NaBH4，硼为+3 价)为白色粉末，在干燥空气中稳定，在潮湿空气中分解，是常用的还原剂。 偏硼酸钠（NaBO2）易溶于水，不溶于乙醇，易水解。目前有多种工艺可制备 NaBH4。 （1）用硼精矿（含有一定量 B2O3，及 Al2O3、SiO2、Fe2O3 等杂质）制取 NaBH4 的流程如下： ① “溶解”时，B2O3 与 NaOH 反应生成了 NaBO2，反应离子方程式为________。 ② “除硅铝”步骤加入 CaO，而不加入 CaCl 2 的原因有：能将硅、铝以沉淀除去；尽量不带入杂质离子； ________。 ③ “操作 2”是将滤液蒸发、结晶、洗涤，其中洗涤选用的试剂最好是________。 ④ “反应 1”是 MgH2 与 NaBO2 混合得到 NaBH4 和 MgO，其化学方程式为________。 （2）我国孙彦平采用耐腐蚀电极材料，以阳离子交换膜为隔离膜，电解偏硼酸钠的碱溶液，也可以高效制 备 NaBH4。该工艺阳极产物为________，阴极电极方程式为________。 【答案】 B2O3+2OH-=2BO2-+H2O CaCl2 溶液呈中性，不能抑制 NaBO2 的水解 乙醇 2MgH2+NaBO2=NaBH4+2MgO O2 BO2-+8e-+6H2O=BH4-+8OH- 【解析】 ③“操作 2”将滤液蒸发、结晶、洗涤得到 NaBO2，根据“NaBO2 易溶于水、不溶于乙醇、易水解”，为了减少 NaBO2 的溶解损失和水解，洗涤选用的试剂最好为乙醇。 ④NaBH4 中 B 为+3 价，则 NaBH4 中 H 为-1 价。“反应 1”是 MgH2 与 NaBO2 混合得到 NaBH4 和 MgO，该反 应前后元素的化合价不变，该反应为非氧化还原反应，根据原子守恒，反应的化学方程式为 2MgH2+NaBO2=NaBH4+2MgO。 （2）电解 NaBO2 的碱溶液制备 NaBH4，NaBH4 中 B 为+3 价，则 NaBH4 中 H 为-1 价，NaBH4 为还原产物， 在阴极生成；根据放电顺序，阳极电极反应式为 4OH--4e-=O2↑+2H2O，阳极产物为 O2；阴极电极反应式为 BO2-+8e-+6H2O=BH4-+8OH-。 16．以粉煤灰(主要成分为 Al2O3、SiO2，还含少量 Fe2O3 等)为原料制取氧化铝的部分工艺流程如下： (1)“酸浸”过程发生的主要反应的离子方程式是_______________________________________________。 “酸浸”在恒容密闭反应釜中进行，温度不宜过高的原因是_________________________________。 (2)“ 除铁 ” 生成 Fe(OH)3 的 离子 方 程 式为 _________________ ，检 验 溶 液中 铁 元素 已 经 除尽 的 方法 是 ________________。 (3)“结晶”是向浓溶液中通入 HCl 气体，从而获得 AlCl3·6H2O 晶体的过程，溶液中 Al3＋和盐酸的浓度随通气 时间的变化如下图所示。Al3＋浓度减小的原因是_________________________。 (4)上述流程中，可以循环利用的物质是____。 【答案】Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O 温度太高，盐酸大量挥发会引起容器内压强过大，导致反应釜损 坏 Fe3＋＋3 ===Fe(OH)3↓＋3CO2↑ 静置，取少量上层清液于试管中，滴入 KSCN 溶液，溶液不 变红色 盐酸浓度增大，溶液中 Cl－浓度增大，促进 Al3＋形成 AlCl3·6H2O 晶体析出 HCl(或盐酸) (1)“酸浸”过程发生的主要反应为氧化铝与盐酸反应生成氯化铝和水，反应的离子方程式是 Al 2O3＋6H＋ =2Al3＋＋3H2O； “酸浸”在恒容密闭反应釜中进行，温度太高，盐酸大量挥发会引起容器内压强过大，导致反应釜损坏，故温 度不宜过高； (2)“除铁”生成 Fe(OH)3 是氯化铁与碳酸氢铵发生双水解反应生成氢氧化铁、氯化铵和二氧化碳，反应的离子 方程式为 Fe3＋＋3HCO =Fe(OH)3↓＋3CO2↑，检验溶液中铁元素已经除尽的方法是静置，取少量上层清液于 试管中，滴入 KSCN 溶液，溶液不变红色； (3) 盐酸浓度增大，溶液中 Cl－浓度增大，促进 Al3＋形成 AlCl3·6H2O 晶体析出，Al3＋浓度减小； (4)上述流程中，结晶时必须用到氯化氢，而副产品为氯化氢，故可以循环利用的物质是 HCl(或盐酸)。 17．工业上利用粗 ZnO(含 FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略): 已知：几种离子形成氢氧化物沉淀时的 pH 如下表: 待沉淀的离子 Fe2+ Fe3+ Zn2+ Cu2+ 开始沉淀时 pH 6.3 1.5 6.2 5.2 沉淀完全时 pH 9.7 3.2 8.0 6.4 请回答下列问题： （1）酸浸粗氧化锌的过程中，常将粗氧化锌粉碎成细颗粒，适当增加硫酸的浓度，目的是_________。 （2）步骤 A 的目的是将 Fe2+氧化为 Fe3+,并全部形成 Fe(OH)3 沉淀,为了暂不形成 Cu(OH)2 Zn(OH)2 ,该步骤 需控制溶液 pH 的范围是____________,该步骤中先加入 H2O2 充分反应后再加入氨水，写出加入 H2O2 的离 子方程式_____________。 （3）步骤 C 的反应离子方程式为____________。 （4）若步骤 A 中加入 H 2O2 后，室温下将溶液的 pH 调为 4，求 Fe3+ 离子浓度为_________。（已知 Ksp[Fe(OH)3]= 4.0×10-3 8） 【答案】加快反应速率 3. 2≤pH＜5.2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu 4 ×10-8 (3)步骤 C 中加入锌，发生锌和硫酸铜反应生成铜和硫酸锌，反应离子方程式为 Cu2++Zn=Zn2++Cu； (4) 若步骤 A 中加入 H2O2 后，室温下将溶液的 pH 调为 4，c（H +）=10-4mol/L，c(OH -)=10-10mol/L， Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)c3(OH-)= c(Fe3+)× (10-10mol/L) 3=4.0×10-38，故 c(Fe3+)=4.0×10-8 mol/L。 18．某工业废料含 SiO2、FeS 和 CuS 等物质，采用如下实验方案进行回收利用。请回答下列问题： (1)已知步骤①中发生的化学反应为非氧化还原反应，写出产生气体的电子式_______，该气体可用足量的 NaOH 溶液吸收，该反应的离子方程式是__________________。 (2)步骤②的操作依次为______、_______、过滤、洗涤、干燥。滤渣 2 的主要成分是 SiO2 和 S，写出步骤③ 涉及的化学方程式________________________________。 (3)所得硫酸亚铁晶体中的 Fe2+，可以用_________________________(填试剂化学式)检验。 【答案】 H2S+2OH-=S2- +2H2O 蒸发浓缩 降温结晶 CuS+H2O2+H2SO4 CuSO4+S+2H2O NaOH 溶液或 Cl2、KSCN 溶液 (1) H2S 为共价化合物，硫原子和两个氢原子形成共价键，电子式为： ，H2S 和 NaOH 溶液反应生成 Na2S 和 H2O，反应的离子方程式为：H2S+2OH-=S2-+2H2O； (2)步骤②的操作依次为：蒸发浓缩 降温结晶，过滤、洗涤、干燥。滤渣 2 的主要成分是 SiO2 和 S，写出步 骤③涉及的化学方程式：CuS+H2O2+H2SO4 CuSO4+S+2H2O； (3)所得硫酸亚铁晶体中的 Fe2+，可以向该溶液中加入 NaOH 溶液，若发生反应：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓，产 生白色沉淀；或向该溶液中滴加 KSCN 溶液，无明显现象，再滴加几滴新制 Cl2 水，溶液变为血红色，发生 反应方程式：2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-， Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3，使溶液变为血红色。 19．亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图： 已知：①HC1O2 可视为强酸，NaClO2 的溶解度随温度升高而增大。②ClO2 的沸点为 283K，纯 ClO2 易分解 爆炸。回答下列问题： (1)ClO2 发生器中发生反应的离子方程式为____；向其中鼓入空气的作用可能是____。 (2)吸收塔中发生反应的化学方程式为____；为防止生成的 NaClO2 被继续还原成 NaCl，所用还原剂的还原 性应适中。除 H2O2 外，还可以选择的还原剂是____（填序号）。 A．Na2O2 B.Na2S C．FeCl2 D.KMnO4 (3)操作①的实验方法依次是_____、_____、过滤；操作②实验方法是_____。 (4)akg NaClO3 理论上可制___ kg NaClO2·3H2O。 【答案】2ClO3-+SO2=2ClO2+SO42- 稀释 ClO2，防止爆炸 2NaOH+2ClO2+H2O2=2NaClO2+2H2O+O2 A 蒸发浓缩； 冷却结晶 重结晶 1.36a 【解析】 （1）ClO2 发生器中 NaClO3 与 SO2 发生氧化还原反应生成 ClO2 和 Na2SO4，其反应的离子方程式为： 2ClO3-+SO2=2ClO2+SO42-；由信息②可知，纯 ClO2 易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释，则发生器中 鼓入空气的作用应是稀释 ClO2 以防止爆炸，故答案为：2ClO3-+SO2=2ClO2+SO42-；稀释 ClO2，防止爆炸； （3）从溶液中得到含结晶水的晶体，则操作①的实验方法依次是蒸发浓缩、冷却结晶，通过过滤得到粗晶 体，为获得更纯净的晶体应该选择重结晶的方法，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；重结晶； （4）由氯原子个数守恒可得 NaClO3~NaClO2·3H2O，则有 M（NaClO3）：M(NaClO2·3H2O)= m(NaClO3):m(NaClO2·3H2O)，106.5:144.5=akg：m(NaClO2·3H2O)， 解得 m(NaClO2·3H2O)≈1.36akg，故答案 为：1.36akg。 20．铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是 Al2O3 和少量的 SiO2、Fe2O3 杂质)是工业上制取铝的原料。 实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3 和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示： （提示：SiO2 为难溶于盐酸的固体） 请回答下列问题： （1）固体 a 的化学式为________。 （ 2 ） 在 Ⅱ 中 加 过 量 的 烧 碱 涉 及 到 的 反 应 离 子 方 程 式 有 Fe3+ + 3OH- =Fe(OH)3↓ 、 H+ + OH- =H2O 、 _________________；Ⅲ中通入足量 CO2 气体发生反应的离子方程式为________________。 （3）由Ⅲ中得到滤液 c 的实验操作为_____________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为 (填操作名称)_________________________。 （4）0.2 mol·L －1 的 NH4Al(SO4)2 溶液与 0.3 mol·L －1 的 Ba(OH)2 溶液等体积混合的离子反应方程式为 _____________________________________。 （5）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸 铝的物质的量之比为 1∶1，则投料时铝土矿中的 Al2O3 和加入的 H2SO4 的物质的量之比为________。 【答案】SiO2 Al3+ + 4OH-= AlO2-+2H2O AlO2-＋CO2＋2H2O=HCO3-＋Al(OH)3↓ 过滤 蒸发浓 缩、冷却结晶、过滤洗涤 2Al3++3SO42-+3Ba2++6OH-=2Al（OH）3↓+3BaSO4↓ 3∶10 【解析】（1）铝土矿中 Al2O3 和 Fe2O3 能溶于盐酸，SiO2 不溶于盐酸，所以固体 a 的化学式为 SiO2； 故答案为：SiO2； （3）由Ⅲ中得到滤液 c 的实验操作为过滤；从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、 冷却结晶、过滤洗涤。 故答案为：过滤；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤； （5）设制得的 Al2(SO4)3 和 NH4Al(SO4)2 12H2O 的物质的量都是 1mol，则对应的 Al3+共 3mol，SO42-共 5mol， 根据 Al3+和 SO42-守恒可知加入 Al2O3 和 H2SO4 的物质的量之比为 :5=3:10。 21．溴主要以 Br- 形式存在于海水（呈弱碱性）中，利用空气吹出法从海水中提溴，工艺流程示意如下。 资料：常温下溴呈液态，深红棕色，易挥发。 (1)酸化：将海水酸化的主要目的是避免_______（写离子反应方程式）。 (2)脱氯：除去含溴蒸气中残留的 Cl2 ①具有脱氯作用的离子是_______。 ②溶液失去脱氯作用后，补加 FeBr2 或加入_______，脱氯作用恢复。 (3)富集、制取 Br2： 用 Na2CO3 溶液吸收溴，Br2 歧化为 BrO3- 和 Br-。再用 H2SO4 酸化歧化后的溶液得到 Br2，其离子反应方程 式为_______。 (4)探究(3)中所用 H2SO4 浓度对 Br2 生成的影响，实验如下： 序号 A B C 试剂组成 1 mol/L NaBr 20% H2SO4 1 mol/L NaBr 98% H2SO4 将 B 中反应后溶液 用水稀释 实验现象 无明显现象 溶液呈棕红色，放热 溶液颜色变得很浅 ①B 中溶液呈棕红色说明产生了_______。 ②分析 C 中溶液颜色变浅的原因，甲同学认为是发生了化学反应所致；乙同学认为是用水稀释所致。若认 为甲同学的分析合理，请用具体的反应说明理由；若认为乙同学的分析合理，进一步设计实验方案说明。 理由或方案：_______。 ③酸化歧化后的溶液宜选用的酸是______（填“稀硫酸”或“浓硫酸”）。 3 2 【答案】Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O Fe2+、Br- 铁粉 BrO3- +5Br-+6H+=3Br2+3H2O Br2 理 由：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 方案：用 CCl4 萃取颜色很浅的溶液，观察溶液下层是否呈棕红色 稀硫 酸 【解析】 (1)海水中溴元素以 Br-存在，从海水中提取溴单质，要用 Cl2 氧化溴离子得到，但海水呈碱性，若 不酸化，就会发生反应：Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O，影响溴的提取； (3)用 Na2CO3 溶液吸收溴，Br2 歧化为 BrO3- 和 Br-。再用 H2SO4 酸化，BrO3- 和 Br-及 H+发生归中反应得到 Br2，其离子反应方程式为 BrO3- +5Br-+6H+=3Br2+3H2O； (4)①B 中溶液呈棕红色是由于 Br2 是红棕色物质，产生了 Br2； ②若甲同学说法正确，则会发生反应：SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4,消耗了溴单质；若乙同学说法正确，则 要把颜色很浅的溶液用 CCl4 萃取，利用 CCl4 密度比水大，溴单质容易溶于 CCl4，观察下层液体颜色否呈棕 红色即可； ③歧化后的溶液若用稀硫酸酸化无明显现象，若用浓硫酸酸化，溶液变为红棕色，反应放出热量，会导致 溴单质挥发，所以酸化要用稀硫酸。 22．镁在工业、医疗等领域均有重要用途。某化学兴趣小组利用硼砂工厂的固体废弃物(主要含有 MgCO3、 MgSiO3、Al2O3 和 Fe2O3 等)，设计了如下回收镁的工艺流程： (1)酸浸前，将固体废弃物研磨的目的是___________________________________。为达到目的，还可以采取 的措施是_________________________________________________(任写一条)。 (2)酸浸时，生成滤渣 1 的离子方程式为__________________________________。 (3)第一次调节 pH 的目的是_____________________________。当加入氨水使 Al 3+开始沉淀时，溶液中 c(Fe3+)/c(Al3+) 为 __________________ 。 已 知 ： Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38 ， Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33 ， Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。 (4)设计简单方案分离滤渣 2 中的成分，简述实验过程：________________________________。 (5)滤液 3 中可回收利用的物质主要是__________(写化学式)，其阳离子的电子式为________。 (6)写出工业上从滤渣 3 中获得镁锭的所有反应的化学方程式：_________________________。 【答案】加快浸出速率，提高浸取率 提高反应温度或适当增加硫酸浓度(或其他合理答案) MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 使 Fe3+、Al3+沉淀 4.0×10-5 溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得 Fe(OH)3； 向滤液中通入过量 CO2，过滤得 Al(OH)3 (NH4)2SO4 Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、 MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 【解析】（1）增大固体的表面积可加快反应速率，提高浸取率，除此之外还可以升高温度、增大硫酸的浓 度等； （2）因 MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3 能与硫酸反应，生成了 MgSO4、Al2(SO4)2 和 Fe2(SO4)3 ，其中 H2SiO3 形成滤渣；酸浸时，生成滤渣 I 的离子方程式为 MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3； （4）设计简单方案分离滤渣 2，滤渣 2 的主要成分是 Fe(OH)3、Al(OH)3 ，利用 Al(OH)3 具有两性，分离操 作：溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得 Fe（OH）3；向滤液中通入过量 CO2，过滤得 Al（OH）3 ； （5）上述过滤后滤液中阴离子主要是 SO42－，加入 NH3·H2O 后在调节 pH 至 12.5 时 Mg2＋完全沉淀，溶质 主要成分是(NH4)2SO4，其阳离子的电子式为 ； （6）滤渣 3 为 Mg(OH)2 ，工业上从滤渣 3 生产镁锭的反应：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融） Mg+Cl2↑。 23．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了许多奇迹。 （l）新型陶瓷 Si3N4 的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在 H2 的保护下， 使 SiCI4 与 N2 反应生成 Si3N4 沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式_ ___。 （2）已知硅的熔点是 1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、 铜的氧化物）合成氮化硅的主要工艺流程如下： ①净化 N2 和 H2 时，铜屑的作用是 ；硅胶的作用是__________。 ②在氮化炉中 3Si（s） +2N2（g） =Si3N4（S） △H= -727.5kJ．mol-l，开始时为什么要严格控制氮气的流 速以控制温度？ ；体系中要通人适量的氢气是为了__________。 ③X 可能是 （选填“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”）。 （3）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅： ①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3 遇水能发生剧烈反应，写出该反应的化学方程式 。 ②假设每一轮次制备 1mol 纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应 I 中 HCI 的利用率为 90%，反应 II 中 H2 的利用率为 93．75%。则在第二轮次的生产中，补充投入 HC1 和 H2 的物质的量之比是 。 【答案】（1）3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl （2）①除去原料气中的氧气 除去生成的水蒸气②反应是放热反应，需要控制温度防止局部过热，导致硅 熔化熔合成团，阻碍与 N2 的接触 ； 将体系中的氧气转化为水蒸气，而易被除去（或将整个体系中空气排 尽）③硝酸 （3）①SiHCl3 遇水剧烈反应，化学反应方程式 3SiHCl3+3H2O H2SiO3+H2↑+3HCl；②5:1 【解析】（1）由题意知，在 H2 的保护下，SiCI4 与 N2 反应生成 Si3N4，该反应的化学方程式为 3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl； ③氮化硅能与 HF 酸反应，Cu 与盐酸、稀硫酸均不反应，氮化硅中混有铜粉，为除去混有的 Cu，可选择硝 酸，Cu 与硝酸反应，而氮化硅与硝酸不反应； 24．用湿法制磷酸副产品氟硅酸（H2SiF6 ）生产无水氟化氢的工艺如下图所示： 已知：氟硅酸钾（K2SiF6）微酸性，有吸湿性，微溶于水，不溶于醇。在热水中水解成氟化钾、氟化氢及硅 酸。 （1）写出反应器中的化学方程式： （2）在实验室过滤操作中所用的玻璃仪器有： ； 在洗涤氟硅酸钾（K2SiF6）时常用酒精洗涤，其目的是： ； （3）该流程中哪些物质可以循环使用： (用化学式表达) （4）氟化氢可以腐蚀刻画玻璃，在刻蚀玻璃过程中也会生成 H2SiF6 ，试写出该反应方程式： ； （5）为了测定无水氟化氢的纯度，取标况下的气体产物 2.24L，测得质量为 3.1g，并将气体通入含足量的 Ca(OH)2 溶液中，得到 5.85gCaF2 沉淀，则无水氢氟酸质量分数为： 。（保留 2 位有效数字）通过计 算结果，试解释，为什么标况下 2.24L 产物的质量远远大于 2.0g， 。 【答案】（14 分） （1）H2SiF6+ K2SO4=H2SO4+K2SiF6↓；（2 分） （2）烧杯、漏斗、玻璃棒(3 分)氟硅酸钾不溶于酒精，减少用水洗涤溶解氟硅酸钾损失(1 分) （3）H2SO4、K2SO4 （2 分） （4）6HF+SiO2= H2SiF6 +2H2O （2 分） （5）97% （3 分）HF 分子间形成氢键，部分缔合成双聚体（1 分） 于 2.0 克。 25．（15 分）高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如 下： 已知：① 2KOH + Cl2=" KCl" + KClO + H2O（条件：温度较低） ② 6KOH + 3Cl2=" 5KCl" + KClO3+ 3H2O（条件：温度较高） ③ 2Fe(NO3)3+ 2KClO + 10KOH = 2K2FeO4+ 6KNO3+ 3KCl + 5H2O 回答下列问题： （1）该生产工艺应在 （填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行； （2）写出工业上制取 Cl2 的化学方程式 ； （3）K2FeO4 可作为新型多功能水处理剂的原因 ； （4）与 MnO2 — Zn 电池类似，K2FeO4 — Zn 也可以组成碱性电池，K2FeO4 在电池中作为正极材料，其电极 反应式为________，该电池总反应的离子方程式为_____。 （5）在“反应液 I ”中加 KOH 固体的目的是① ，② ； （6）从“反应液 II ”中分离出 K2FeO4 后，副产品是 （写化学式）。 【答案】（1）温度较低（2）2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2↑ + Cl2↑ （3）+6 价的 Fe 元素易得电子表现出强氧化性，可杀菌消毒；还原产物 Fe 元素为+3 价，在水中形成 Fe(OH)3 胶体，可吸附水中悬浮物并可使泥沙聚沉。 （4）FeO42-+3e-+4H2O= Fe(OH)3+5OH-；2FeO42-+8H2O+3Zn= 2Fe(OH)3+ 3Zn(OH)3+4OH- （5）与“反应液 I”中过量的 Cl2 继续反应，生成更多的 KClO；为下一步反应提供反应物 （6）KNO3KCl