2020届高考化学二轮复习化工流程综合分析作业

2020届高考化学二轮复习化工流程综合分析作业

题型层级练9　化工流程综合分析题 授课提示：对应学生用书137页 ‎(A级)‎ ‎1．下图中反应①是制备SiH4的一种方法，其副产物MgCl2·6NH3是优质的镁资源。回答下列问题：‎ ‎(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H－除外)：__________________，Mg在元素周期表中的位置：______________________，Mg(OH)2的电子式：__________________。‎ ‎(2)A2B的化学式为______________。反应②的必备条件是________________。上图中可以循环使用的物质有______________________。‎ ‎(3)在一定条件下，由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料______________(写化学式)。‎ ‎(4)为实现燃煤脱硫，向煤中加入浆状Mg(OH)2，使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg化合物，写出该反应的化学方程式：____________________。‎ ‎(5)用Mg制成的格氏试剂(RMgBr)常用于有机合成，例如制备醇类化合物的合成路线如下：‎ 依据上述信息，写出制备所需醛的可能结构简式：______________。‎ 解析：(1)MgCl2·6NH3所含元素的简单离子有Mg2＋、Cl－、N3－、H＋，Cl－有3个电子层，四者中离子半径最大，Mg2＋、N3－‎ 有2个电子层，且具有相同的电子层结构，核电荷数越大，离子半径越小，则N3－的半径大于Mg2＋的半径，故离子半径由小到大的顺序为r(H＋)Na2CO3，溶液的pH减小。‎ ‎(3)电解Al2O3，阳极O2－放电生成O2，石墨(C)电极会被O2氧化。‎ ‎(4)阳极溶液中的阴离子即水中的OH－放电生成O2(图示)及H＋(2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)，H＋与CO结合生成HCO(CO＋H＋===HCO，由图阳极区Na2CO3转化为NaHCO3)，写出总反应：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑。阴极，水中的H＋放电生成H2。‎ ‎(5)NH4Cl加热时分解生成HCl和NH3，HCl可以破坏铝表面的氧化膜，有利于反应进行。‎ 答案：(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O ‎(2)减小 ‎(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化 ‎(4)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 ‎(B级)‎ ‎4．用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备应用广泛的氯化钴的工艺流程如图所示：‎ 注：钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。有关钴、镍和铁的化合物的性质如表：‎ 化学式 沉淀完全时的pH 相关反应 Co(OH)2‎ ‎9.4‎ Co＋2HCl===CoCl2＋H2↑‎ Co2＋＋2NH3·H2O===Co(OH)2↓＋2NH Co2＋＋2H2OCo(OH)2＋2H＋‎ Ni＋2HCl===NiCl2＋H2↑‎ Ni2＋＋6NH3·H2O===[Ni(NH3)6]2＋＋6H2O Fe(OH)2‎ ‎9.6‎ Fe(OH)3‎ ‎3.7‎ ‎(1)“除镍”步骤中，氨水用量对反应收率的影响如表：‎ 加氨水调pH 收率/%‎ Ni2＋含量/%‎ ‎9‎ ‎98.1‎ ‎0.08‎ ‎9.5‎ ‎98‎ ‎0.05‎ ‎10‎ ‎97.6‎ ‎0.005‎ ‎10.3‎ ‎94‎ ‎0.005‎ 从表中数据可知，当pH调节至x＝________时，除镍效果最好。‎ ‎(2)“除镍”步骤必须控制在一定的时间内完成，否则沉淀中将有部分Co(OH)2转化为Co(OH)3，此反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)“除铁”步骤中加入的纯碱的作用是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)在“调pH”步骤中，加盐酸的作用是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)已知‎25℃‎时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，则该温度下反应Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋的平衡常数为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：‎ ‎(1)由题表可知，当pH＝10时，收率为97.6%，Ni2＋含量已经达到最低，继续增大pH时，Ni2＋含量不变，故x＝10。‎ ‎(2)Co(OH)2转化为Co(OH)3，类似Fe(OH)2转化为Fe(OH)3，发生反应的化学方程式为4Co(OH)2＋O2＋2H2O===4Co(OH)3。‎ ‎(3)加入双氧水的目的是将Fe2＋氧化成Fe3＋，发生反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。‎ ‎(4)“除铁”步骤中加入Na2CO3的作用是促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀而除去。‎ ‎(5)由Co2＋＋2H2OCo(OH)2＋2H＋可知，加入盐酸可抑制Co2＋水解。‎ ‎(6)Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝4.0×10－38，K＝＝＝＝(10－14)3/(4.0×10－38)＝2.5×10－5。‎ 答案：(1)10‎ ‎(2)4Co(OH)2＋O2＋2H2O===4Co(OH)3‎ ‎(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O ‎(4)使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去[或2Fe3＋＋3CO＋3H2O===2Fe(OH)3↓＋3CO2↑]‎ ‎(5)防止Co2＋水解 ‎(6)2.5×10－5‎ ‎5．多硫的化合物有多硫化钠(Na2Sx)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)、过二硫酸钠(Na2S2O8)和连二亚硫酸钠(Na2S2O4)等，在印染、造纸和医学等方面起着重要作用。‎ ‎(1)连二亚硫酸钠具有强还原性，工业制备工艺流程如下：‎ ‎①配平：NaHSO3＋NaBH4—Na2S2O4＋NaBO2＋________‎ ‎②在搅拌反应中加入乙醇并不参与反应，则加入乙醇的目的是________________________________________________________________________。‎ ‎③制得的连二亚硫酸钠成品中常含有少量亚硫酸盐，影响产品纯度的测定，若选择铁氰化钾K3[Fe(CN)6]滴定连二亚硫酸钠时却不受其影响，与其他氧化剂比较，铁氰化钾具有优良的选择性，在碱性条件下铁氰化钾氧化性弱，还原产物为亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]，请写出滴定时发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎④连二亚硫酸钠可用于处理工业产生的某类废水，0.1 mol连二亚硫酸钠理论上可除去酸性废水中Cr2O的物质的量为________ mol。‎ ‎(2)过二硫酸钠中硫元素的化合价为________，其具有强氧化性，在酸性条件下将Mn2＋氧化成紫红色的MnO，写出该反应的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(3)工业上可采用电解的方法，同时制备连二亚硫酸钠与过二硫酸钠，简易装置如下：‎ ‎①关于上述电解装置，下列说法不正确的是________(填字母)。‎ A．装置中a电极是阳极，b电极是阴极 B．装置中应选择阳离子交换膜，钠离子从右池向左池移动 C．理论上，电解产生的连二亚硫酸钠比过二硫酸钠的物质的量多 D．若电解后拆去电路上的电源，则该装置可以向外提供电能 ‎②写出a电极上主要的电极反应式：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：‎ ‎(1)①该反应中，S元素由＋4价降低为＋3价，则NaBH4中H元素由－1价升高到＋1价，故产物中还有H2O，根据得失电子守恒和原子守恒配平可得：8NaHSO3＋NaBH4===4Na2S2O4＋NaBO2＋6H2O。②连二亚硫酸钠(Na2S2O4)易溶于水，搅拌反应中加入乙醇，可降低连二亚硫酸钠的溶解度，便于产品结晶析出，从而提高产品的产率。③在碱性条件下铁氰化钾K3[Fe(CN)6]滴定连二亚硫酸钠(Na2S2O4)的还原产物为亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]，S2O则被氧化成SO，据守恒规律可得离子方程式为2S2O＋4[Fe(CN)6]3－＋8OH－＝4SO＋4[Fe(CN)6]4－＋4H2O。④Cr2O具有强氧化性，用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)除去酸性废水中的Cr2O，S2O被氧化为SO，则Cr2O被还原为Cr3＋。0.1 mol Na2S2O4失去电子的物质的量为0.6 mol，则除去Cr2O的物质的量为0.1 mol。‎ ‎(2)过二硫酸钠(Na2S2O8)中存在一个过氧键(—O—O—)，Na元素显＋1价，过氧键中O元素显－1价，其余O元素显－2价，则S元素显＋6价。Na2S2O8具有强氧化性，在酸性条件下可将Mn2＋氧化成紫红色的MnO，而S2O则被还原为稳定性较强的SO，离子方程式为2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋。‎ ‎(3)①由电解装置可知，a电极与电源的正极相连，b电极与负极相连，则a是阳极，b是阴极，A正确；电解过程中，阳离子(Na＋)由左池经离子交换膜向右池移动，B错误；电解过程中阳极上SO放电生成过二硫酸钠(Na2S2O8)，阴极上HSO放电生成连二亚硫酸钠(Na2S2O4)，根据得失电子守恒可知，n(Na2S2O8)>n(Na2S2O4)，C错误；若电解后拆去电路上的电源，则该装置为原电池，可向外提供电能，D正确。②a电极为阳极，电解过程中SO发生氧化反应生成S2O，电极反应式为2SO－2e－===S2O。‎ 答案：(1)①8　1　4　1　6　H2O　②降低连二亚硫酸钠的溶解度，使产品充分结晶析出，提高产品的产率　‎ ‎③2S2O＋4[Fe(CN)6]3－＋8OH－===4SO＋4[Fe(CN)6]4－＋4H2O　④0.1‎ ‎(2)＋6　2Mn2＋＋5S2O＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋‎ ‎(3)①BC　②2SO－2e－===S2O ‎6．用某含镍电镀废渣(含Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制取NiCO3的过程如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)加入适量Na2S时除获得沉淀外，还生成一种有臭鸡蛋气味的气体，产生该气体的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)“氧化”时需保持滤液在‎40 ℃‎左右，用6%的H2O2溶液氧化。控制温度不超过‎40 ℃‎的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ Fe2＋被氧化的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ Fe2＋也可以用NaClO3氧化，生成的Fe3＋在较小pH条件下水解，最终形成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀而被除去，如图是pH—温度关系图，图中阴影部分为黄钠铁矾稳定存在的区域，下列说法正确的是________(填字母)。‎ a．FeOOH中铁为＋2价 b．pH过低或过高均不利于生成黄钠铁矾，其原因不同 c．氯酸钠在氧化Fe2＋时，1 mol NaClO3失去的电子数为5NA d．工业生产中温度常保持在85～‎95 ℃‎，加入Na2SO4后生成黄钠铁矾，此时溶液的pH约为1.2～1.8‎ ‎(3)加入Na2CO3溶液时，确认Ni2＋已经完全沉淀的实验方法是________________________________________________________________________。‎ ‎(4)某实验小组利用NiCO3制取镍氢电池的正极材料碱式氧化镍(NiOOH)，过程如图所示：‎ ‎①已知Ksp[Ni(OH)2]＝2×10－15，欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2＋)≤2×10－5 mol·L－1，调节pH的范围________。‎ ‎②写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式________________________________________________________________________。‎ 解析：‎ ‎(1)电镀废渣经过量酸处理后得到的溶液中含有大量H＋，加入Na2S后发生反应：S2－＋2H＋===H2S↑，生成具有臭鸡蛋味的H2S气体。‎ ‎(2)氧化阶段温度过高会造成过氧化氢的分解，导致过氧化氢损失；氧化阶段发生反应：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。FeOOH中铁为＋3价；pH过低会将生成的黄钠铁矾溶解，pH过高则不会生成黄钠铁矾；氯酸钠在氧化Fe2＋时，1 mol NaClO3得到的电子数为6NA；工业生产中温度常保持在85～‎95 ℃‎，加入Na2SO4后生成黄钠铁矾，结合题图可知此时溶液的pH约为1.2～1.8，故本题选bd。‎ ‎(4)①欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2＋)≤2×10－5 mol·L－1，根据Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝2×10－15，则需使c(OH－)≥ mol·L－1＝10－5 mol·L－1，故调节pH的范围是pH≥9。②在空气中加热Ni(OH)2生成NiOOH，发生反应的化学方程式为4Ni(OH)2＋O24NiOOH＋2H2O。‎ 答案：(1)S2－＋2H＋===H2S↑‎ ‎(2)减少过氧化氢的分解　2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　bd ‎(3)静置，取少量上层清液于一小试管中继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成 ‎(4)①pH≥9　②4Ni(OH)2＋O24NiOOH＋2H2O