2020届一轮复习人教版化工流程题的解题策略作业

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化工流程题的解题策略 ‎1．重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤①的主要反应为：‎ FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2‎ 上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是___________________________________________。‎ ‎(2)滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。‎ ‎(3)步骤④调滤液2的pH使之变_____(填“大”或“小”)，原因是______(用离子方程式表示)。‎ ‎(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液‎3”‎中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。‎ a．‎80℃‎ b．‎60℃‎ ‎ c．‎40℃‎ d．‎‎10℃‎ 步骤⑤的反应类型是___________________________________________。‎ ‎(5)某工厂用m‎1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m‎2 kg，产率为________。‎ ‎[解析]　(1)由题中反应可知，FeO·Cr2O3是还原剂，Fe元素化合价由＋‎2升高到＋3，Cr元素化合价由＋‎3升高到＋6,1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子；NaNO3是氧化剂，N元素化合价由＋5降低到＋3,1 mol NaNO3得到2 mol电子。根据电子守恒可得，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7。步骤①不能使用陶瓷容器的原因是陶瓷在高温下会与Na2CO3反应。‎ ‎(2)熔块中Fe2O3不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中含量最多的金属元素是铁。滤液1中含有AlO、SiO及CrO，调节溶液pH＝7，则SiO转化为H2SiO3、AlO转化为Al(OH)3，故滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。‎ ‎(3)由流程图可知，滤液2通过调节pH使CrO转化为Cr2O，根据离子方程式2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O可知，增大H＋浓度，即pH变小，可以使上述平衡右移，有利于提高溶液中的Cr2O浓度。‎ ‎(4)由图像可知，在‎10℃‎左右时得到的K2Cr2O7固体最多。发生反应为2KCl＋Na2Cr2O7===K2Cr2O7＋2NaCl，该反应为复分解反应。‎ ‎(5)根据铬元素守恒可得：Cr2O3～K2Cr2O7，理论上m‎1 kg铬铁矿粉可制得K2Cr2O7的质量：×‎294 g·mol－1，则K2Cr2O7的产率为×100%＝×100%。‎ ‎[答案]　(1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 ‎(2)Fe　Al(OH)3‎ ‎(3)小　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O ‎(4)d　复分解反应 ‎(5)×100%‎ ‎2．废旧无汞碱性锌锰电池可用于制造隐形战机的机身涂料MnxZn(1－x)Fe2O4，该电池工作反应原理为Zn＋2MnO2＋2H2O2MnO(OH)＋Zn(OH)2。某化学小组利用废电池制涂料的工艺如下：‎ A．浸取：将去除表面塑料的旧电池加入水中浸取并过滤，滤液经操作a得KOH固体；‎ B．溶渣：滤渣中加入过量稀硫酸和足量双氧水，至不再出现气泡时，过滤；‎ C．测成分：测步骤B中滤液成分，然后加入铁粉；‎ D．氧化：加入双氧水氧化；‎ E．调pH：滴加氨水调pH，经结晶处理得MnxZn(1－x)Fe2O4。‎ ‎(1)浸取时的操作有________。‎ A．拆解、粉碎旧电池 B．降低温度 C．搅拌 D．加压 ‎(2)操作a为________。‎ ‎(3)溶渣时生成Mn2＋的主要离子方程式为________________________。‎ ‎(4)若步骤C测得滤液中金属离子组成为：c(Mn2＋) ＋c(Zn2＋) ＝0.8mol/L, c(Fe2＋ ) ＝ 0. 1 mol/L。若滤液体积为‎1 m3‎，要合成MnxZn(1－x)Fe2O4，需加入Fe粉质量为________kg(忽略体积变化)。‎ ‎(5)氧化时，因为分解所需双氧水的量比理论值大得多。其原因可能是①温度过高；②________。‎ ‎(6)最后一步结晶时，处理不当易生成MnFe2O4和ZnFe2O4。要制得MnxZn(1－x)Fe2O4，最后一步结晶时需注意________________。‎ ‎(7)某小组构想用ZnSO4、MnSO4溶液为原料，以Fe作电极用电解法经过一系列步骤制得MnxZn(1－x)Fe2O4，则开始电解时阳极反应式为_________。‎ ‎[解析]‎ ‎　(1)浸取时，需要拆解、粉碎电池，为了加速溶解，需要进行搅拌，故选项A和C正确；(2)KOH溶于水，从滤液中得到KOH，需要进行蒸发至有晶膜产生，停止加热；(3)根据步骤B，滤渣中加入硫酸和足量的双氧水，加双氧水的目的是还原＋3价Mn，本身被氧化成O2，因此离子反应式为2MnO(OH)＋4H＋＋H2O2===2Mn2＋＋4H2O＋O2↑；(4)根据合成的物质，得出Zn2＋和Mn2＋物质的量总和与Fe原子物质的量之比为1∶2，因此有0.8×103/[0.1×103＋n(Fe)]＝1∶2，解得n(Fe)＝1.5×103 mol，即质量为‎84 kg；(5)氧化时，把Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe3＋作催化剂，使H2O2分解；(6)均匀结晶或搅拌均匀；(7)因为制备的物质中含有铁元素，因此需要铁电极放电，即铁电极作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。‎ ‎[答案]　(1)AC　(2)蒸发至有晶膜产生停止加热　(3)2MnO(OH)＋H2O2＋4H＋===2Mn2＋＋O2↑＋4H2O　(4)84　(5)生成Fe3＋起催化作用促使H2O2分解　(6)均匀结晶(或搅拌均匀)　(7)Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎3．炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、镉、铁、砷等元素，其含量依次减少。对这些元素进行提取分离能减少环境污染，同时制得ZnSO4·7H2O实现资源的再利用。其流程图如下。已知FeAsO4难溶于水；ZnSO4·7H2O易溶于水，难溶于酒精。‎ 金属离子 Fe3＋‎ Zn2＋‎ Mn2＋‎ Cu2＋‎ Cd2＋‎ 开始沉淀pH ‎2.7‎ ‎6.5‎ ‎7.7‎ ‎5.2‎ ‎6.9‎ 沉淀完全pH ‎3.2‎ ‎8.0‎ ‎9.8‎ ‎6.4‎ ‎9.4‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)提高浸出率可以采用的方法是(写出其中一点即可)________。‎ ‎(2)滤液I中有少量的AsO，若不除去，则AsO与Cd反应会产生一种有毒氢化物气体，该气体的分子式为________。向滤液I中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO发生反应生成FeAsO4，完成该反应的离子方程式：‎ 判断该滴定终点的现象是________。‎ ‎(3)流程中②调节pH时可以选用的试剂为________，滤渣Ⅱ的主要成份为________。‎ ‎(4)常温下Zn(OH)2的溶度积Ksp＝________。‎ ‎(5)制得的ZnSO4·7H2O需洗涤，洗涤晶体时应选用试剂为________。‎ ‎[解析]　(1)可以通过适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等措施提高浸出率；‎ ‎(2 )AsO与Cd反应，Cd被氧化，则AsO被还原为一种有毒氢化物气体，此气体的分子式为AsH3；向滤液I中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO发生反应生成FeAsO4，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒得此反应的离子方程式为5Fe2＋＋5AsO＋3MnO＋14H＋===3Mn2＋＋5FeAsO4＋7H2O，当滴加最后一滴高锰酸钾，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应到终点；‎ ‎(3)流程中②调节pH时，选用的试剂要能与H＋反应，同时不引入新的杂质，则可选用的试剂为ZnO、ZnCO3或Zn(OH)2；由图示可知，当溶液pH＝4时，溶液中的Fe3＋完全水解转化为 Fe(OH)3，则滤渣Ⅱ的主要成份为Fe(OH)3；‎ ‎(4)沉淀完全时溶液pH＝8，即c(OH－)＝1×10－6 mol/L，此时溶液中c(Zn2＋)浓度为1×10－5 mol/L，常温下Zn(OH)2的溶度积Ksp＝c(Zn2＋)×c2(OH－)＝1×10－17；‎ ‎(5)因ZnSO4·7H2O易溶于水，难溶于酒精，制得的ZnSO4·7H2O晶体可选择酒精或饱和硫酸锌溶液洗涤。‎ ‎[答案]　 (1)适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等合理答案均可以　(2)AsH3　5Fe2＋＋5AsO＋3MnO＋14H＋===3Mn2＋＋5FeAsO4↓＋7H2O　滴最后一滴高锰酸钾，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应到终点　(3)ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2等合理答案均可　FeAsO4、Fe(OH)3　(4)10－17　(5)乙醇或饱和硫酸锌溶液 ‎4．TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：‎ 钛精矿粗TiCl4纯TiCl4‎ 资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质 化合物 SiCl4‎ TiCl4‎ AlCl3‎ FeCl3‎ MgCl2‎ 沸点/℃‎ ‎58‎ ‎136‎ ‎181(升华)‎ ‎316‎ ‎1 412‎ 熔点/℃‎ ‎－69‎ ‎－25‎ ‎193‎ ‎304‎ ‎714‎ 在TiCl4中 的溶解性 互溶 ‎——‎ 微溶 难溶 ‎(1)氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。‎ 已知：TiO2(s)＋2 Cl2(g)===TiCl4(g)＋ O2(g)　ΔH1＝＋175.4 kJ·mol－1‎ ‎2C‎(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220.9 kJ·mol－1‎ ‎①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：_________。‎ ‎②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)，判断依据：________________。‎ ‎③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是________________________。‎ ‎④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有________。‎ ‎(2)精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下：‎ 物质a是________，T2应控制在________。‎ ‎[解析]　(1)①生成TiCl4和CO的反应方程式为TiO2＋2Cl2＋‎2C===TiCl4＋2CO，根据盖斯定律，两式相加，得到TiO2(g)＋2Cl2(g)＋‎2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　 ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝(－220.9 kJ·mol－1)＋(＋175.4 kJ·mol－1)＝－45.5 kJ·mol－1；②根据图像，随着温度的升高，CO的浓度增加，CO2‎ 浓度降低，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH>0。 ③除去氯气中混有的HCl一般采用将气体通过饱和食盐水，结合操作目的，因此先通过饱和食盐水，然后再通入FeCl2溶液中，最后用氢氧化钠溶液吸收剩余的Cl2。④资料中已经给出“TiCl4及所含杂质氯化物的性质”一览表，因此氯化过程中生成的MgCl2、AlCl3、FeCl3只有少量溶解在液态TiCl4中，而SiCl4完全溶解在TiCl4中，因此过滤得到粗TiCl4混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。 (2)根据资料，SiCl4的沸点最低，先蒸馏出来，因此物质a为SiCl4，根据流程目的，为了得到纯净的TiCl4，后续温度需控制在：稍微大于‎136℃‎，但小于‎181℃‎。‎ ‎[答案]　(1)①TiO2(g)＋2Cl2(g)＋‎2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　 ΔH＝－45.5 kJ/mol　② >、　温度越高，CO的物质的量越多(或CO2的物质的量越少)，说明CO2生成CO的反应是吸热反应，所以ΔH>0 ③饱和食盐水、FeCl2溶液、NaOH溶液 ④MgCl2、AlCl3、FeCl3‎ ‎(2)四氯化硅　‎136℃‎～‎‎181℃‎ ‎5．稀土元素的物理性质和化学性质极为相似，常见化合价为＋3价。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，所以稀土元素又被称为冶金工业的维生素。其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)，工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。‎ 已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：‎ 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH Fe3＋‎ ‎2.7‎ ‎3.7‎ Y3＋‎ ‎6.0‎ ‎8.2‎ ‎②在元素周期表中，铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。请回答下列问题：‎ ‎(1)写出钇矿石与氢氧化钠共熔时的化学方程式____________。‎ ‎(2)欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。则 ‎①最好选用盐酸和________两种试剂，再通过必要的操作即可实现。‎ a．NaOH溶液 B．氨水 c．CO2 D．HNO3‎ ‎②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式：________________。‎ ‎(3)已知10－2.7＝2×10－3、10－3.7＝2×10－4，则‎25℃‎时，反应Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋的平衡常数K＝________。如何检验Fe3＋是否沉淀完全________(回答操作方法，不需设计所用仪器)。‎ ‎(4)①写出生成草酸钇沉淀的化学方程式________________________；‎ ‎②若H‎2C2O4和湿润的KClO3混合加热到‎60℃‎可制得国际公认的高效含氯消毒剂ClO2，写出反应中氧化剂和氧化产物的物质的量之比为________。在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，写出反应的化学方程式________。‎ ‎[解析]　(1)根据流程图可知钇矿石(Y2FeBe2Si2O10) 与氢氧化钠共熔后加水溶解以及过滤后的滤液和滤渣成分分别为Na2SiO3、Na2BeO2、Y(OH)3、Fe2O3，则共熔时发生的化学方程式为：4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y(OH)3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O；(2)周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。①欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀，则根据Na2BeO2和NaAlO2的性质相似推断：加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，Na2BeO2则反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子，答案选b；②Na2BeO2与足量盐酸发生反应生成氯化铍，其反应的离子方程式为：BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O；(3)当开始沉淀时为建立水解平衡，pH＝2.7，则c(H＋)＝10－2.7 mol/L，反应Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋的平衡常数K＝＝＝8×10－4；取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全；(4)①草酸与Y(OH)3反应生成草酸钇沉淀的化学方程式为：2Y(OH)3(s)＋2H‎2C2O4(aq)===Y2(C2O4)3(s)＋ 6H2O(l)；②H‎2C2O4和KClO3混合加热到‎60℃‎可制得ClO2的反应方程式为H‎2C2O4＋2KClO3===2ClO2＋CO2＋K2CO3＋H2O，其中KClO3是氧化剂，CO2和K2CO3是氧化产物，则氧化剂和氧化产物的物质的量之比为1∶1；在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2‎ ‎，其反应的化学方程式为6ClO2＋2H2O===Cl2＋4HClO2＋3O2。‎ ‎[答案]　(1)4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y(OH)3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O ‎(2)①b　②BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O ‎(3)8×10－4　取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全(说明：用NaOH溶液鉴别不得分)‎ ‎(4)①2Y(OH)3(s)＋2H‎2C2O4(aq)===Y2(C2O4)3(s)＋ 6H2O(l)　②1∶1　6ClO2＋2H2O===Cl2＋4HClO2＋3O2(其他合理答案也给分)‎ ‎6．草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O4·2H2O工艺流程如下： ‎ 已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；‎ ‎②酸性条件下，ClO不会氧化Co2＋，ClO转化为Cl－；③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：‎ 沉淀物 Fe(OH)3‎ Al(OH)3‎ Co(OH)2‎ Fe(OH)2‎ Mn(OH)2‎ 完全沉 淀的pH ‎3.7‎ ‎5.2‎ ‎9.2‎ ‎9.6‎ ‎9.8‎ ‎(1)浸出过程中加入Na2SO3的主要目的是________。‎ ‎(2)向浸出液中加入NaClO3的离子反应方程式：________。‎ ‎(3)已知：常温下NH3·H2ONH＋OH－　Kb＝1.8×10－5‎ H‎2C2O4H＋＋HC2O　Ka1＝5.4×10－2　HC2OH＋＋C2O　Ka2＝5.4×10－5‎ 则该流程中所用(NH4)‎2C2O4溶液的pH________7(填“＞”或“＜”或“＝”)。‎ ‎(4)加入(NH4)‎2C2O4 溶液后析出晶体，再过滤、洗涤，洗涤时可选用的试剂有：________。‎ A．蒸馏水 B．自来水 C．饱和的(NH4)‎2C2O4溶液 D．稀盐酸 ‎(5)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1，萃取剂的作用是________；其使用的适宜pH范围是________。‎ A．2.0～2.5 B．3.0～3.5‎ C．4.0～4.5‎ ‎(6)CoC2O4·2H2O热分解质量变化过程如图2所示。其中‎600℃‎以前是隔绝空气加热，‎600℃‎以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物；C点所示产物的化学式是________。‎ ‎[解析]　(1)亚硫酸钠具有还原性，能还原氧化性离子Fe3＋、Co3＋，所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3＋、Co3＋还原为Fe2＋、Co2＋；‎ ‎(2)NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，自身被还原生成氯离子，离子反应方程式为ClO＋6Fe2＋＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O；‎ ‎(3)盐类水解，谁强显谁性，NH3·H2ONH＋OH－　Kb＝1.8×10－5，HC2OH＋＋C2O K a2＝5.4×10－5，所以(NH4)‎2C2O4溶液中铵根离子水解大于草酸根离子水解，溶液呈酸性，即pH＜7；‎ ‎(4)为除去(NH4)‎2C2O4 晶体表面的附着液，洗涤时可选用蒸馏水洗涤，这样可得到更纯净的晶体，故答案为A；‎ ‎(5)根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2＋、Co2＋金属离子；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液pH在3.0～3.5之间，同时使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋转化为Co(OH)2沉淀；‎ ‎(6)由图可知，C点钴氧化物质量为‎8.30 g,0.1 mol Co元素质量为‎5.9 g，氧化物中氧元素质量为‎8.30 g－‎5.9 g＝‎2.40 g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1 mol∶‎2.40 g/‎16 g/mol＝2∶3，故C点Co氧化物为Co2O3。‎ ‎[答案]　(1)将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋(只要回答到将Co3＋还原为Co2＋均给分)‎ ‎ (2)ClO＋6Fe2＋ ＋ 6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O ‎(3)＜　(4)A ‎(5)除去溶液中的Mn2＋　B ‎(6)Co2O3‎