2020届高考化学一轮复习无机化工流程作业

2020届高考化学一轮复习无机化工流程作业

跟踪检测（二十八）题型研究——“无机化工流程题”解题指导 ‎1．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程如图：‎ 相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：‎ 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物质 ‎20 ℃时溶解性(H2O)‎ Fe3＋‎ ‎1.1‎ ‎3.2‎ CaSO4‎ 微溶 Fe2＋‎ ‎5.8‎ ‎8.8‎ NiF2‎ 可溶 Al3＋‎ ‎3.0‎ ‎5.0‎ CaF2‎ 难溶 Ni2＋‎ ‎6.7‎ ‎9.5‎ NiCO3‎ Ksp＝9.60×10－6‎ ‎(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________。‎ ‎(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、________。‎ ‎(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：_______________________。‎ ‎(4)酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：_________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0 mol·L－1，欲使100 mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全 ‎[c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________ g。(保留小数点后1位有效数字)‎ ‎(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________ ℃、________ min。‎ 解析：(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(还可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2＋氧化为 Fe3＋，调节溶液pH为5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2＋，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步蒸发、结晶、洗涤得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2－被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2＋沉淀完全时溶液中c(CO)＝＝＝0.96 mol·L－1，故需要加入Na2CO3的质量最少为[0.96 mol·L－1×0.1 L＋(2.0 mol·L－1－10－5 mol·L－1)×0.1 L]×106 g·mol－1≈31.4 g。‎ 答案：(1)5.0≤pH＜6.7　(2)SiO2、CaSO4　CaF2　‎ ‎(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　‎ ‎(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O　(5)31.4　(6)70　120‎ ‎2．电石广泛应用于生产PVC、维尼纶等，电石与水反应所得残渣——电石渣，主要含Ca(OH)2、CaCO3及少量其他杂质。某工业电石渣的几种回收利用流程如下：‎ 几种物质在水中的溶解度曲线如图所示。回答下列问题：‎ ‎(1)常温氯化 ‎①反应的化学方程式是__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②为提高Cl2转化为Ca(ClO)2的转化率，可行的措施有________(填字母)。‎ A．加热升高温度 B．适当减缓通入Cl2的速率 C．充分搅拌浆料 D．加水使Ca(OH)2完全溶解 ‎③电石渣中的有害杂质CN－与ClO－反应转化为两种无害的气体，每转化1 mol CN－至少需要消耗氧化剂ClO－________ mol。‎ ‎(2)75 ℃氯化 ‎①生成氯酸钙中氯的化合价为________，氯化完成后过滤，滤渣的主要成分为____________________________________________________________(填化学式)。‎ ‎②氯酸钙能与KCl反应转化为氯酸钾的原因是_________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)有机反应 首先生成氯代乙醇，其结构简式为____________，氯代乙醇再与Ca(OH)2反应生产环氧乙烷。总反应的化学方程式是__________________________________________________。‎ 解析：(1)①常温氯化，Cl2与Ca(OH)2发生反应得到漂白液。②加热升高温度，Ca(OH)2的溶解度降低，则Cl2的转化率也降低，A项不符合题意；适当减缓通入Cl2的速率，等效于增大Ca(OH)2的浓度，Cl2的转化率增大，B项符合题意；充分搅拌浆料，能使反应完全，Cl2的转化率增大，C项符合题意；加水使Ca(OH)2完全溶解，不能改变Cl2的转化率，D项不符合题意。③根据题意，CN－与ClO－反应转化为CO2和N2，CN－中C、N分别为＋2价、－3价，1 mol CN－失去5 mol电子，而ClO－转化为Cl－，1 mol ClO－得到2 mol电子，根据得失电子守恒，则每转化1 mol CN－至少需要消耗氧化剂ClO－ 2.5 mol。(2)①Ca(ClO3)2中Cl的化合价为＋5价。氯化完成后过滤，得到的滤渣的主要成分为CaCO3、Ca(OH)2。②根据题图知，75 ℃时氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多，故氯酸钙与KCl能发生反应：Ca(ClO3)2＋2KClCaCl2＋2KClO3↓。(3)氯代乙醇为氯原子取代乙醇分子中乙基上的氢原子，根据“氯代乙醇再与Ca(OH)2反应生产环氧乙烷”，则氯原子应取代甲基上的氢原子，故氯代乙醇的结构简式为ClCH2CH2OH，总反应的化学方程式为CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O。‎ 答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O　②BC　③2.5‎ ‎(2)①＋5　CaCO3、Ca(OH)2　②75 ℃时，氯酸钾的溶解度比氯酸钙、氯化钾、氯化钙都小得多 ‎(3)ClCH2CH2OH　CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O ‎3．实验室用卤块(主要成分为MgCl2·6H2O，含有MgSO4、FeCl2等杂质)制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如图：‎ 已知：①四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示：‎ ‎②室温时一些物质的Ksp如表所示：‎ 化学式 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ Mg(OH)2‎ Ksp ‎8.0×10－18‎ ‎8.0×10－38‎ ‎1.8×10－11‎ ‎③Mg(ClO3)2有较强的氧化性，其还原产物是Cl－。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)H2O2的电子式为________________。‎ ‎(2)滤渣的成分是________________(填化学式)。‎ ‎(3)经测定，D中铁离子的浓度为1×10－5 mol·L－1，则x为________(已知：lg 5≈0.7)。‎ ‎(4)D中所发生的化学反应方程式为_______________________________________‎ ‎________________________，框图中由D→……→制Mg(ClO3)2·6H2O晶体的实验步骤依次为①加热蒸发；②____________(请补充)；③冷却结晶；④过滤洗涤。‎ 解析：(1)H2O2属于共价化合物，电子式为。(2)卤块中的Fe2＋被双氧水氧化生成Fe3＋，加入适量的BaCl2溶液可以使SO沉淀，加入MgO调节溶液的pH，根据氢氧化物的溶度积常数可知，可使Fe3＋沉淀，因此滤渣中含有Fe(OH)3、BaSO4。(3)经测定，D中Fe3＋的浓度为1×10－5 mol·L－1，c(OH－)＝ mol·L－1＝2×10－11 mol·L－1，则c(H＋)＝5×10－4 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)≈3.3。(4)根据溶解度曲线，D中NaClO3与MgCl2反应生成Mg(ClO3)2和NaCl沉淀，化学反应方程式为2NaClO3＋MgCl2===2NaCl↓＋Mg(ClO3)2，Mg(ClO3)2的溶解度随温度的变化较大，由Mg(ClO3)2溶液制Mg(ClO3)2·6H2O晶体的实验步骤依次为①加热蒸发；②趁热过滤；③冷却结晶；④过滤洗涤。‎ 答案：(1) ‎ ‎(2)Fe(OH)3、BaSO4　(3)3.3‎ ‎(4)2NaClO3＋MgCl2===2NaCl↓＋Mg(ClO3)2　趁热过滤 ‎4．氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器。以钡矿粉(主要成分为BaCO3，含有SiO2、Fe2＋、Mg2＋等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下：‎ 已知：常温下Fe3＋、Mg2＋完全沉淀的pH分别是3.4、12.4。‎ ‎(1)滤渣A的化学式为____________________。‎ ‎(2)滤液1加H2O2氧化的过程中主要反应的离子方程式为_______________________。‎ ‎(3)加20%NaOH溶液调节pH＝12.5，得到滤渣C的主要成分是________________。‎ ‎(4)滤液3加入盐酸酸化后再经______、冷却结晶、______、洗涤、真空干燥等一系列操作后得到BaCl2·2H2O。‎ ‎(5)常温下，用BaCl2·2H2O配制成0.2 mol·L－1水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应，可得到氟化钡沉淀。请写出该反应的离子方程式：________________________。已知Ksp(BaF2)＝1.84×10－7，当钡离子完全沉淀时(即钡离子浓度≤10－5 mol·L－1)，溶液中氟离子浓度至少是__________mol·L－1。(结果保留三位有效数字，已知＝1.36)‎ ‎(6)已知：Ksp(BaCO3)＝2.58×10－9，Ksp(BaSO4)＝1.07×10－10。将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠的混合溶液中，当BaCO3开始沉淀时，溶液中＝________。(结果保留三位有效数字)‎ 解析：(1)钡矿粉中SiO2与盐酸不反应，故滤渣A为SiO2。‎ ‎(2)滤液1加H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。‎ ‎(3)根据已知信息及流程图可知，加H2O2、调pH，得到的滤渣B为Fe(OH)3，加20%NaOH溶液调节pH＝12.5，得到的滤渣C为Mg(OH)2。(4)滤液3加盐酸酸化后得到BaCl2和HCl的混合溶液，由该溶液得到BaCl2·2H2O的实验操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、真空干燥等。(5)根据Ksp(BaF2)＝c(Ba2＋)·c2(F－)，当Ba2＋完全沉淀时，至少需要的c(F－)＝ ＝ mol·L－1＝0.136 mol·L－1。‎ ‎(6)Ksp(BaSO4)”“＝”或“<”)，通过计算说明理由： _________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)磷化铝(AlP)遇水蒸气放出PH3气体，结合原子守恒推知还生成Al(OH)3，反应的化学方程式为AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑。(2)①HgCl2溶液几乎不导电，说明溶液中离子浓度较小，HgCl2难发生电离，故HgCl2为共价化合物。②PH3与HgCl2反应生成P(HgCl)3和HCl，溶液的导电性和酸性均增强，故可通过测定溶液中电导率或pH的变化来测定一定体积空气中PH3的浓度。(3)①亚磷酸钠的化学式为Na2HPO3，据此推测亚磷酸(H3PO3)属于二元弱酸。②反应Ⅰ中黄磷(P4)与NaOH溶液发生歧化反应生成NaH2PO2、Na2HPO3和PH3，其中PH3是还原产物，NaH2PO2和Na2HPO3是氧化产物，若产物中n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)＝3∶1，设n(Na2HPO3)＝a mol，则有n(NaH2PO2)＝3a mol，反应中得电子的物质的量为3a mol＋3a mol＝6a mol；根据得失电子守恒可知，反应中生成PH3的物质的量为2a mol；根据P、Na原子守恒可知，n(P4)＝1.5a mol、n(NaOH)＝5a ‎ mol，故参加反应的n(P4)∶n(NaOH)＝1.5a mol∶5a mol＝3∶10。(4)①次氯酸钙将PH3氧化为H3PO4，而本身被还原为CaCl2，化学方程式为2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2。②Ca(ClO)2属于强碱弱酸盐，与水蒸气接触后水解生成HClO，而HClO的氧化能力强于Ca(ClO)2，故空气中的水蒸气可加快PH3的氧化过程。(5)①残留物中含有H3PO4，加入试剂X调节pH，过滤得到Ca3(PO4)2沉淀，显然该过程的目的是中和H3PO4电离产生的H＋，为防止引入新杂质，试剂X应选择CaO或Ca(OH)2。②加入试剂Y搅拌后生成CaHPO4，HPO在水溶液中发生电离(HPOPO＋H＋)和水解(HPO＋H2OH2PO＋‎ OH－)，则HPO的电离常数为Ka3(HPO)＝＝4.4×10－13，HPO的水解常数为Kh(HPO)＝＝＝＝≈1.59×‎ ‎10－7，显然Kh(HPO)>Ka3(HPO)，说明HPO的水解程度大于其电离程度，溶液呈碱性，故pH大于7。‎ 答案：(1)AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑‎ ‎(2)①共价　②电导率(或pH)‎ ‎(3)①二　②3∶10‎ ‎(4)①2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2‎ ‎②次氯酸钙与水蒸气接触，水解得到氧化能力更强的HClO ‎(5)①Ca(OH)2(或CaO)‎ ‎②>‎ Ka3(HPO)＝＝4.4×10－13；‎ Kh(HPO)＝＝>Ka3(HPO)，HPO的水解程度大于电离程度，溶液呈碱性 ‎6．金属钼在工业和国防建设中有重要的作用。钼(Mo)的常见化合价为＋6、＋5、＋4。由钼精矿(主要成分是MoS2)可制备单质钼和钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)，部分流程如图1所示：‎ 已知：钼酸微溶于水，可溶于碱液和氨水。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)钼精矿焙烧时，每有1 mol MoS2反应，转移电子的物质的量为________。‎ ‎(2)钼精矿焙烧时排放的尾气对环境的主要危害是________________________________‎ ‎________________，请你提出一种实验室除去该尾气的方法______________________。‎ ‎(3)操作2的名称为________。由钼酸得到MoO3所用到的硅酸盐材料仪器的名称是________。‎ ‎(4)操作1中，加入碳酸钠溶液充分反应后，碱浸液中c(MoO)＝0.80 mol·L－1，c(SO)＝0.04 mol·L－1，在结晶前需加入Ba(OH)2固体以除去溶液中的SO。当BaMoO4开始沉淀时，SO的去除率是________________。[Ksp(BaSO4)＝1.1×10－10、Ksp(BaMoO4)＝4.0×‎ ‎10－8，溶液体积变化可忽略不计]‎ ‎(5)焙烧钼精矿所用的装置是多层焙烧炉，图2为各炉层固体物料的物质的量的百分数(φ)。‎ ‎①x＝________。‎ ‎②焙烧炉中也会发生MoS2与MoO3反应生成MoO2和SO2的反应，若该反应转移6 mol电子，则消耗的氧化剂的化学式及物质的量分别为________、________。‎ 解析：(2)由流程图可知，钼精矿焙烧产生的二氧化硫为大气污染物，其对环境的主要危害是形成酸雨，实验室可用氨水或NaOH溶液吸收SO2。(3)灼烧用到的硅酸盐材料仪器为坩埚。(4)根据Ksp(BaMoO4)及c(MoO)可计算出MoO开始沉淀时溶液中c(Ba2＋)，再根据c(Ba2＋)和Ksp(BaSO4)计算出此时溶液中c(SO)，进而可求出SO的去除率。(5)①根据题图2可知，在炉层序号为6时，MoS2和MoO3的物质的量的百分数均为18%，则MoO2的物质的量的百分数为100%－18%×2＝64%。②根据反应MoS2＋6MoO37MoO2＋2SO2↑，则消耗的氧化剂的化学式为MoO3，反应转移6 mol电子时，消耗MoO3的物质的量为3 mol。‎ 答案：(1)14 mol　(2)形成酸雨　可用氨水或氢氧化钠溶液吸收(其他合理答案均可)　‎ ‎(3)过滤　坩埚 ‎(4)94.5%　(5)①64　②MoO3　3 mol ‎7．二硫化钨(WS2，其中W的化合价为＋4)可用作润滑剂，还可以在石油化工领域中用作催化剂。由钨铁矿(其主要成分是FeWO4，还含少量Al2O3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)FeWO4中铁元素的化合价为________________。‎ ‎(2)FeWO4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为________________________；“熔融”过程中为了提高熔融速率，可采取的措施有____________________(写出一条即可)。‎ ‎(3)过量CO2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为_____________________，‎ 操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________。‎ ‎(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH4)2WS4＋3O22WS2＋4NH3＋2S＋2SO2＋2H2O，若反应中转移8 mol电子，则生成WS2的质量是________g。‎ 解析：(1)FeWO4中O、W分别为－2价和＋6价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0可求出Fe的化合价为＋2。(2)结合题给流程图可知钨铁矿在熔融时与NaOH、O2反应生成Fe2O3和钨酸钠，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式为4FeWO4＋O2＋8NaOH2Fe2O3＋4Na2WO4＋4H2O。“熔融”时为了提高熔融速率，可采取的措施有将钨铁矿粉碎或搅拌等。(3)粗钨酸钠溶液中含有少量的NaAlO2溶液，通入过量CO2时，NaAlO2与CO2、H2O反应生成Al(OH)3和NaHCO3。操作Ⅰ为过滤操作，实验中需要用到引流的玻璃仪器是玻璃棒。(4)结合题给流程图可知(NH4)2WS4中W和S分别为＋6价和－2价，根据化合价变化可知，每生成2 mol WS2时转移16 mol电子，则反应中转移8 mol电子时，生成1 mol WS2，其质量为(184＋32×2)g·mol－1×1 mol＝248 g。‎ 答案：(1)＋2‎ ‎(2)4FeWO4＋O2＋8NaOH2Fe2O3＋4Na2WO4＋4H2O　粉碎矿石(或搅拌等)‎ ‎(3)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　玻璃棒 ‎(4)248‎