高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解

高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解

‎【2019最新】精选高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解 一、高考题再现 ‎1．（2018课标Ⅰ）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：‎ ‎（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式__________。‎ ‎（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：‎ ‎①pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。‎ ‎②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。‎ ‎（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________。电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ ‎（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.01000 mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。‎ ‎【答案】 2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O NaHSO3 得到NaHSO3过饱和溶液 2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋ 0.128‎ 19 / 19‎ ‎②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3过饱和溶液；‎ ‎（3）阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。‎ ‎（4）单质碘具有氧化性，能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠，反应的方程式为S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋；消耗碘的物质的量是0.0001mol，所以焦亚硫酸钠的残留量（以SO2计）是。‎ ‎2．（2018课标Ⅱ）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：‎ 相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：‎ 金属离子 Fe3+‎ Fe2+‎ Zn2+‎ Cd2+‎ 开始沉淀的pH ‎1.5‎ ‎6.3‎ ‎6.2‎ ‎7.4‎ 沉淀完全的pH ‎2.8‎ ‎8.3‎ ‎8.2‎ ‎9.4‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。‎ ‎（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。‎ 19 / 19‎ ‎（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。‎ ‎（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。‎ ‎【答案】 ZnS+O2ZnO+SO2 PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+ Zn+Cd2+Zn2++Cd Zn2++2e－Zn 溶浸 ‎【解析】（1）由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。‎ ‎（2）由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2+。‎ ‎3．（2018北京）实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。‎ 资料：K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。‎ ‎（1）制备K2FeO4（夹持装置略）‎ ‎①A为氯气发生装置。A中反应方程式是________________（锰被还原为Mn2+）。‎ ‎②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。_______‎ ‎③C中得到紫色固体和溶液。C中Cl2发生的反应有 19 / 19‎ ‎3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有________________。‎ ‎（2）探究K2FeO4的性质 ‎①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：‎ 方案Ⅰ 取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。‎ 方案Ⅱ 用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。‎ i．由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。‎ ii．方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。用KOH溶液洗涤的目的是________________。‎ ‎②根据K2FeO4的制备实验得出：氧化性Cl2________（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和的氧化性强弱关系相反，原因是________________。‎ ‎③资料表明，酸性溶液中的氧化性＞，验证实验如下：将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性＞。若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。‎ 理由或方案：________________。‎ ‎【答案】 2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl +5Cl2↑+8H2O Cl2+2OH−Cl−+ClO−+H2O Fe3+ 4FeO42−+20H+4Fe3++3O2↑+10H2O 排除ClO−的干扰 > 溶液的酸碱性不同 ‎ 19 / 19‎ ‎ 若能，理由：FeO42−在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO4−的颜色（若不能，方案：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）‎ 除去HCl，除杂装置B为。‎ ‎③ C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。‎ ‎（2）①根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。‎ i.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl-发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe3+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2↑+4Fe3++10H2O。‎ ii.产生Cl2还可能是ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO-的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。‎ ‎②‎ 19 / 19‎ 制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：氧化剂氧化产物，得出氧化性Cl2FeO42-；方案II的反应为2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3++3Cl2↑+8H2O，实验表明，Cl2和FeO42-氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。‎ ‎③该小题为开放性试题。若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2，最后溶液中不存在FeO42-，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4-，所以该实验方案能证明氧化性FeO42-MnO4-。（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO42-）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。‎ 二、考点突破 ‎1、制备物质 典例1（2018届云南师大附中高三年级适应性月考）高铁酸钾是一种高效的多功能水处理剂，具有强氧化性。制备高铁酸钾方法很多。‎ ‎（1）干法制备高铁酸钾。将Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物。此制备反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________________。‎ ‎（2）湿法制备高铁酸钾。工业上常采用NaClO氧化法生产，原理如下：‎ a.3NaClO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O b.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH 主要的生产流程如图：‎ ‎①流程图中“转化”‎ 19 / 19‎ 是在某低温下进行的，说明此温度下的溶解度S(K2FeO4)_____S(Na2FeO4)（填“>”“<”或“=”）。‎ ‎②湿法制备中，反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。如图，图甲为不同的温度下，不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响；图乙为一定温度下，Fe(NO3)3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4生成率的影响。工业生产中最佳温度为_________℃，此时Fe(NO3)3与NaClO 两种溶液最佳质量浓度之比为______________。‎ ‎③若NaClO加入过量，氧化过程中会生成Fe(OH)3，写出该反应的离子方程式：_____________________。若Fe( NO3)3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式为__________________________________。‎ ‎（3）K2FeO4在水溶液中易水解：4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。‎ ‎①在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用__________溶液(填序号)。‎ A．H2O B．CH3COOK、异丙醇 C．NH4Cl、异丙醇 D．Fe(NO3)3、异丙醇 ‎②K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有_______________________。‎ ‎（4）室温下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+转化为Fe(O H)3沉淀，从而除去Fe3+。该反应的平衡常数为_____________________。(已知常温下的溶度积常数：Ksp[Cu(OH)2]=2.0×10-20， Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38)。‎ ‎【答案】 3︰1 ＜ 26 6∶5或1.2 3ClO−+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO +Fe3++8OH−=+4H2O B K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时被还原成Fe3+，Fe3+水解形成Fe(OH)3胶体，能够吸附水中悬浮杂质 5.0×1015 mol/L 19 / 19‎ ‎②湿法制备中，反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。如图，图甲为不同的温度下，不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响；图乙为一定温度下，Fe(NO3)3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4生成率的影响。‎ 由图甲和图乙可知，在26℃、NaClO和Fe(NO3)3的质量浓度分别为330g/L和275g/L时，K2FeO4生成率最高，所以工业生产中最佳温度为26℃，此时Fe(NO3)3与NaClO 两种溶液最佳质量浓度之比为6∶5（或1.2 ）。‎ ‎③若NaClO加入过量，次氯酸根离子和铁离子发生双水解反应，故氧化过程中会生成Fe(OH)3，该反应的离子方程式为3ClO−+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO。若Fe( NO3)3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式为+Fe3++8OH−=+4H2O。‎ ‎（3）①在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，因为K2FeO4在水溶液中易水解，所以洗涤剂最好选用有机溶剂，根据平衡移动原理，为减少晶体的溶解损失，应选用CH3COOK、异丙醇溶液，填B。②K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有：K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时被还原成Fe3+，Fe3+水解形成Fe(OH)3胶体，能够吸附水中悬浮杂质。‎ ‎（4）室温下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+转化为Fe(O 19 / 19‎ ‎ H)3沉淀，从而除去Fe3+，该反应的离子方程式为2Fe3++3Cu(OH)23Cu2++2Fe(OH)3。该反应的平衡常数为5.0×1015 mol/L。‎ ‎2、原料的的氧化 典例2（2018届四川省××市高高三第三次诊断考试）利用废旧锂离子电池的正极材料（主要成分为LiCoO2、Al以及少量Ca、Mg、Cu、Fe等）制备Co3O4微球的工艺流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）LiCoO2 中Co元素的化合价为_______。‎ ‎（2）步骤①中生成Co2+的离子方程式为_______。此过程中若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因挥发使其利用率降低外，还有的缺点是_______。‎ ‎（3）步骤②中，不同pH下溶液中金属离子的去除效果如下图所示。该过程加入NaOH调节溶液pH的最佳范围是_______，理由是_______。 ‎ ‎（4）步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、_______。‎ ‎（5）步骤⑤中，Co(OH)2在空气中高温焙烧生成Co3O4的化学方程式为_______。‎ ‎（6）若以钴为电极，控制一定条件，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co(OH)2。写出电解的总反应方程式_______。‎ ‎（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为a mg/L，取20 mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品b g，又测得产品中钴元素的质量分数为w％。计算钴的回收率为_______（列式表示）。‎ ‎【答案】 +3 2LiCoO2 +6H++H2O2=2Co2++ O2+2Li++4H2O 盐酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化产生Cl2污染环境 5.5～6.0 在pH为5.5～6.0的范围内，Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子的去除率很高，而Co2+去除率很低，损失率较小 漏斗 6Co(OH)2+O22Co3O4+‎ 19 / 19‎ ‎ 6H2O Co+2H2OCo(OH)2+H2 ×100%‎ ‎【解析】（1）LiCoO2 中Co元素的化合价为+3；‎ ‎（4）步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、和漏斗；‎ ‎（5）步骤⑤中，Co(OH)2在空气中高温焙烧生成Co3O4，Co由+2价被氧化到+3价，故需氧气的参与，化学方程式为：6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O；‎ ‎（6）若以钴为电极，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co(OH)2，阳极是Co，电极本身失电子，生成Co2+，阴极水中的氢离子放电生成氢气，故电解的总反应方程式为：Co+2H2OCo(OH)2+H2；‎ ‎（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为a mg/L，取20 mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品b g，产品中钴元素的质量分数为w％，产品中Co的质量为：b×w％，20 mL“浸出液中Co的质量为：a×0.02×0.001g，故钴的回收率为 ×100%= ×100%。‎ 典例3（2018届陕西省××市××区高三教学质量检测）下图表示从废旧普通锌锰电池内容物中回收制备KMnO4等物质的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属)。‎ ‎（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理与下列物质相似的是__________(填序号)。‎ 19 / 19‎ A．双氧水 B．75%酒精 C．84消毒液(NaClO溶液) D．苯酚 ‎（2）①黑色固体混合物水浸时为提高浸出速率，常采用的措施为___________________________（答出一条即可）。‎ ‎②滤渣水洗灼烧后固体是一种黑色的化合物，操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4和KCl，该过程中发生反应的化学方程式为_____________________________________。‎ ‎③图中产物A是一种难溶于水的黑色固体，其化学式为_________________________。‎ ‎（3）测定KMnO4产品的纯度可用标准Na2S2O3溶液进行滴定。‎ ‎①配制250 mL0.100 0 mol·L-1标准Na2S2O3溶液，需要使用的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、量筒和_________________________、_________________________；‎ ‎②取KMnO4配成溶液（酸化）后，用0.100 0 mol·L-1标准Na2S2O3溶液进行滴定，判断滴定至终点的现象为___________________。‎ ‎【答案】 AC 加热、将固体混合物粉碎、搅拌 3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O MnO2 玻璃棒 250 mL容量瓶 当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色 ‎【解析】（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理是KMnO4具有强氧化性。A项，双氧水有强氧化性；B项，75%酒精使蛋白质变性；C项，84消毒液具有强氧化性；D项，苯酚使蛋白质发生变性。‎ 19 / 19‎ ‎（2）根据普通锌锰电池的组成，黑色固体混合物“水浸”后过滤得到的滤渣中主要含MnO2；MnO2与KClO3、KOH熔融时反应生成K2MnO4、KCl和H2O；向K2MnO4溶液中通入CO2生成KMnO4，Mn元素的化合价由+6价升至+7价，产物A是一种难溶于水的黑色固体，根据氧化还原反应的规律，化合物A的化学式为MnO2，K2MnO4与CO2反应生成KMnO4、MnO2和K2CO3。‎ ‎（3）①配制250mL0.1000mol/L标准Na2S2O3溶液需要的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管。‎ ‎②KMnO4溶液本身呈紫红色，实验中不需要其他指示剂，滴定终点的现象为：当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色。‎ ‎（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理是KMnO4具有强氧化性。A项，双氧水有强氧化性，与KMnO4稀溶液消毒机理相似；B项，75%酒精使蛋白质变性，与KMnO4稀溶液消毒机理不同；C项，84消毒液具有强氧化性，与KMnO4稀溶液消毒机理相似；D项，苯酚使蛋白质发生变性，与KMnO4稀溶液消毒机理不同；答案选AC。‎ ‎①黑色固体混合物水浸时为提高浸取速率，常采用的措施为：加热、将固体混合物粉碎、搅拌。‎ ‎②MnO2与KClO3、KOH熔融反应生成K2MnO4、KCl和H2O，在该反应中Mn元素的化合价由+4价升至+6价，Cl元素的化合价由+5价降至-1价，根据得失电子守恒和原子守恒，该过程中发生反应的化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O。‎ ‎③向K2MnO4溶液中通入CO2生成KMnO4，Mn元素的化合价由+6价升至+7价，产物A是一种难溶于水的黑色固体，根据氧化还原反应的规律，化合物A的化学式为MnO2，K2MnO4与CO2反应生成KMnO4、MnO2和K2CO3，反应的化学方程式为3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3。‎ 19 / 19‎ ‎（3）①配制250mL0.1000mol/L标准Na2S2O3溶液的步骤为：计算→称量→溶解→冷却至室温→转移→洗涤→初步振荡→定容→上下颠倒摇匀。需要使用的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管，答案为：250mL容量瓶、玻璃棒。‎ ‎②KMnO4溶液本身呈紫红色，实验中不需要其他指示剂，滴定终点的现象为：当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色。‎ ‎3、氧化除杂 典例4（2018届山西省××市高三模拟考试）铋(Bi)与氮同族，氯氧化铋(BiOCl)广泛用于彩釉调料、塑料助剂、油漆调色、生产金属铋等。一种以用火法炼铜过程产生的铜转炉烟尘(除含铋的化合物之外,还有CuSO4、ZnSO4、CuS、Fe2O3、PbSO4及As2O3)制备高纯氯氧化铋的工艺流程如下：‎ 请回答：‎ ‎(1)BiOCl中Bi元素的化合价为__________。‎ ‎(2)向“酸浸”所得“浸液1”中加入Zn粉，主要目的是__________________________。‎ ‎(3)“浸铜”时,有单质硫生成，其反应的离子方程式为____________________________。‎ ‎(4)“浸铋”时,温度升高，铋的浸出率降低，其原因为____________________________。‎ ‎(5)“沉铋”时需控制溶液的pH=3.0,此时BiCl3发生反应的化学方程式为__________。‎ ‎(6)“除铅、砷”时,可以采用以下两种方法：‎ ‎①‎ 19 / 19‎ 加入改性羟基磷灰石固体(HAP)：浸液2与HAP的液固比(L/S)与铅、砷去除率以及后续沉铋量的关系如下表：‎ L/S ‎125∶1‎ ‎50∶1‎ ‎25∶1‎ ‎15∶1‎ Pb2+去除率/%‎ ‎84.86‎ ‎94.15‎ ‎95.40‎ ‎96.83‎ As3+去除率/%‎ ‎98.79‎ ‎98.92‎ ‎98.34‎ ‎99.05‎ m(沉铋)/g ‎2.34‎ ‎2.33‎ ‎2.05‎ ‎1.98‎ 实验中应采用的L/S=__________。‎ ‎②铁盐氧化法：向浸液2中加入Fe2(SO4)3,并调节pH,生成FeAsO4沉淀。当溶液中c(AsO43-)=1×10-9 mol/L,且不产生Fe(OH)3沉淀,此时溶液的pH为__________。(已知：1g2=0.3;FeAsO4、Fe(OH)3的Ksp分别为5×10-21、4×10-38。)‎ ‎【答案】 +3 除去Cu2+、Fe3+ CuS+MnO2+4H+=Cu2++ Mn2++S↓+2H2O 温度升高,盐酸挥发,反应物浓度降低 BiCl3+Na2CO3=BiOCl↓+2NaCl+CO2↑ 50∶1 5.3‎ ‎【解析】(1)BiOCl中O为-2价，Cl为-1价，根据化合价代数和为0，可知Bi元素的化合价为+3价，答案为：+3‎ ‎（2）向“酸浸”所得“浸液1”中加入Zn粉，Zn粉能与Cu2+、Fe3+反应生成Cu和Fe，从而除去Cu2+、Fe3+，答案为：除去Cu2+、Fe3+‎ ‎（4）“浸铋”时,所加物质为盐酸和氯化钠溶液，盐酸易挥发，升高温度，HCl挥发，反应物浓度降低，答案为：温度升高,盐酸挥发,反应物浓度降低 ‎(5)‎ 19 / 19‎ ‎ “沉铋”时加入的物质是Na2CO3，生成BiOCl，因此有BiCl3+Na2CO3→BiOCl，根据发应特点产物还有NaCl和CO2，化学方程式为：BiCl3+Na2CO3=BiOCl↓+2NaCl+CO2↑答案为：BiCl3+Na2CO3=BiOCl↓+2NaCl+CO2↑‎ ‎（6）①根据表格数据，L/S=50：1以后，Pb2+、As3+去除率虽然增加，但是Pb2+、As3+去除率变化都不大，因此为了节省能源以及原料，L/S控制在50：1②c(AsO43-)=1×10-9mol/L，此时c(Fe3+)=Ksp（FeAsO4）/c(AsO43-)=5×10-21/10-9mol/L=5×10-12mol/L，此时c(OH-)= = =2×10-9 mol/L，此时的pH=5.3，即pH小于5.3.答案为：5.3。‎ ‎4、产品还原 典例5（2018届吉林省实验中学高三下学期模拟考试）重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放。‎ Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr3＋，同时还含有少量的Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋等，且酸性较强。为回收利用，通常采用如下流程处理：‎ 注：常温下，部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时所需的pH，如下表：‎ 氢氧化物 Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Mg(OH)2‎ Al(OH)3‎ Cr(OH)3‎ pH ‎3.7‎ ‎9.6‎ ‎11.1‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎（1）氧化过程中可代替H2O2加入的试剂是________(填字母，下同)。‎ A．Na2O2 B．HNO3 C．FeCl3 D．KMnO4‎ ‎（2）加入NaOH溶液调整溶液pH＝8时，除去的离子是________；‎ 已知钠离子交换树脂的原理：Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，此步操作被交换除去的杂质离子是__________。‎ A．Fe3＋ B．Al3＋ C．Ca2＋ D．Mg2＋‎ ‎（3）还原过程在酸性条件下进行，每消耗0.8 mol Cr2O转移4.8 mol 19 / 19‎ ‎ e－，该反应离子方程式为____________。‎ Ⅱ.酸性条件下，六价铬主要以Cr2O形式存在，工业上常用电解法处理含Cr2O的废水，该法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)3溶液。‎ ‎（1）电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是_____________。‎ ‎（2）常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp＝1×10－20，假设溶液的c(Cr3＋)=0.01mol/L，当pH应为______时开始生成沉淀。‎ ‎【答案】 A AB CD 3S2O＋4Cr2O＋26H＋===6SO＋8Cr3＋＋13H2O 不能 因阳极产生的Cu2＋不能使Cr2O还原到低价态 8‎ ‎【解析】I.某工业废水中主要含有Cr3+,同时还含有少量的Fe3+、Al3+、Ca2+和Mg2+等,加双氧水把亚铁离子氧化为铁离子,同时Cr3+被氧化为Cr2O72-,加氢氧化钠调节pH=8,则Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,过滤,滤液中主要含有Cr2O72-、Ca2+和Mg2+等,通过钠离子交换树脂,除去Ca2+和Mg2+,然后加Na2S2O3把Cr2O72-还原为Cr3+,再调节pH得到Cr(OH)(H2O)5SO4，‎ ‎(1)加氧化剂主要目的是把亚铁离子氧化为铁离子,同时不能引入新的杂质,所以可以用Na2O2代替H2O2，故答案为：A；‎ ‎(2)根据表中数据可知,pH=8时,Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,则Fe3+、Al3+被除去;通过钠离子交换树脂,除去Ca2+和Mg2+；故答案为：AB；CD；‎ 19 / 19‎ ‎(3)每消耗0.8molCr2O72-转移4.8mole−,则1molCr2O72-转移6mol电子,所以生成Cr3+,S2O32-被氧化为SO42-,则反应的离子方程式为：3S2O32-+4Cr2O72-+26H+═6SO42-+8Cr3++13H2O；故答案为：3S2O32-＋4Cr2O72-＋26H＋===6SO42-＋8Cr3＋＋13H2O ‎ II.(1)若用Cu电极来代替Fe电极，在阳极上铜失去电子得到的阳离子是铜离子，该离子不具有还原性，不能和重铬酸根之间发生反应；‎ ‎(2)由Cr(OH)3的溶度积Ksp＝1×10－20可得Ksp＝c(Cr3+)×c3(OH−)=0.01×c3(OH−)=1×10－20，c(OH−)=1×10－6，所以c(H+)=1×10－8，pH=8。‎ ‎5、产品氧化 典例6（2018届四川××市高三第三次诊断）利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3，还含有少量Al2O3、 MgO、SiO2等杂质)制备铁红工艺流程如下:‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)还原焙烧后，Fe元素的化合价为__________。‎ ‎(2)“酸浸”实验中，需加入絮凝剂沉淀杂质。絮凝剂用量和过滤时间对铁红成份的影响如下表所示。由表可知，所采用的最佳实验条件为__________（填序号）。‎ 序号 絮凝剂用量/×10-6t 过滤时间/min Fe2O3含量%‎ SiO2含量%‎ ‎①‎ ‎40‎ ‎5‎ ‎96.5‎ ‎0.12‎ ‎②‎ ‎50‎ ‎10‎ ‎97.9‎ ‎0.10‎ ‎③‎ ‎60‎ ‎20‎ ‎98.3‎ ‎0.07‎ ‎④‎ ‎100‎ ‎40‎ ‎99.4‎ ‎0.01‎ ‎⑤‎ ‎150‎ ‎150‎ ‎99.5‎ ‎0.008‎ ‎(3)若“合成”中c(Mg2+)=0.01mol/L，加入NH4HCO3(设溶液体积增加1倍)，当Fe2+恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe2+)=1.0×10－5mol/L，此时是否有MgCO3沉淀生成？__________(列式计算)。FeCO3、MgCO3的Ksp分别为3.2×10－11、3.0×10－8。‎ 19 / 19‎ ‎(4)“合成”过程中发生反应的离子方程式为_____________。‎ ‎(5)“合成”过程中温度对亚铁离子转化率的影响如下图，分析选择反应温度为40℃的原因是________。‎ ‎(6)“煅烧”中由FeCO3制备Fe2O3的化学方程式为________。‎ ‎(7)本流程中，铝元素是以________(填化学式)形式被除去的。‎ ‎【答案】 +2 ④ 无沉淀生成 c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6 (1分)‎ Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 温度低于40℃，亚铁离子转化率较低。温度高于40℃，亚铁离子转化率变化不大。温度过高，碳酸氢铵易分解 4FeCO3 +O22Fe2O3+ 4CO2 Al(OH)3‎ ‎【解析】考查化学工艺流程，（1）根据金属的冶炼，炭黑能够还原Fe2O3，因为酸浸中加入硫酸，如果还原时铁元素转化成铁单质，会与硫酸反应生成H2，H2可燃性气体，可能发生危险，因此还原焙烧后，铁元素的化合价为＋2价；（2）由表中数据可得虽然絮凝剂用量越多、过滤时间越长，Fe2O3含量越高、SiO2含量越低，但是1.0×10-4t、40min条件与1.5×10-4t、150min条件相比，前者Fe2O3含量只比后者低0.1个百分点，SiO2含量高0.002个百分点，而絮凝剂用量和过滤时间，前者比后者明显少，所以应选择最佳实验条件为④；（3）c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6 ，Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3)‎ 19 / 19‎ ‎ ，因此无沉淀产生；（4）结合流程并根据题意，向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3，生成了FeCO3沉淀，根据原子守恒和电荷守恒，还应生成H2O和CO2，故“合成”过程中发生反应的离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑；（5）根据图像，温度低于40℃，亚铁离子转化率较低。温度高于40℃，亚铁离子转化率变化不大；温度过高，碳酸氢铵易分解；（6）在空气中煅烧FeCO3，FeCO3分解，+2价铁会被氧化成+3价铁的化合物，所以生成物为：Fe2O3和CO2，故“煅烧”中由FeCO3制备Fe2O3的化学方程式为：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2；（7）本流程中酸浸时Al2O3转变为Al3+，加NH4HCO3时，Al3+会与HCO3-发生双水解转变为Al(OH)3，由此可得铝元素是以Al(OH)3形式被除去的。‎ 19 / 19‎