2020届高考化学二轮复习专题八无机化工流程含解析

2020届高考化学二轮复习专题八无机化工流程含解析

专题八 无机化工流程 ‎1、工业上采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰，其工艺流程如下：‎ 已知:①菱锰矿的主要成分是,还含有少量的Fe、Al、Ca、Mg等元素。‎ ‎②氢氧化物沉淀的条件:、完全沉淀的pH分别为4.7、3.2;、开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。‎ ‎③“焙烧”过程的主要反应：。‎ ‎④常温下，几种难溶物的如下表所示:‎ 难溶物 回答下列问题：‎ ‎1.分析图1、图2、图3,推测最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为__________、__________、__________。‎ ‎2.“除杂”过程如下:‎ ‎①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为,则氧化剂X宜选择___________(填字母序号)。‎ 13‎ A.‎ B.‎ C.‎ D.‎ ‎②调pH时，pH可取的最低值为 _____________。‎ ‎③当、两种沉淀共存时，若溶液中，则___________mol/L。‎ ‎3.“沉锰”过程中，不能用碳酸钠溶液代替溶液的可能原因是__________。‎ ‎4.测定碳酸锰粗产品的纯度。实验步骤如下：‎ ‎①称取0.5000g碳酸锰粗产品于300mL锥形瓶中，加少量水润湿。再加入25mL磷酸，移到通风橱内加热至240℃。‎ ‎②将上述锥形瓶中的溶液加水稀释至100mL,滴加2~3滴指示剂，然后用浓度为0.2000mol/L的硫酸亚铁铵标准溶液滴定，发生的反应为。到达滴定终点时，消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积为20.00mL。‎ 通过计算，可得碳酸锰粗产品的纯度=_________。若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。‎ ‎2、镍是制取各种高强度合金、耐热材料的重要金属之一。以粗氧化镍（主要含、、等）为原料制备纯镍的流程示意图如下 :‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)已知:‎ 反应a的化学方程式为 ，既有利于提高反应a的速率，又有利于提高原料平衡转化率的措施是 。‎ ‎(2)用离子方程式表示碱洗过程发生的反应 。‎ 13‎ ‎(3)镍的羰化反应为：‎ ‎①一定温度下，将一定量的粗镍和CO加人到1 L的恒容密闭容器中反应，3 s后测得的物质的量为0. 6 mol，则0〜3 s内平均反应速率= mol • L-1• s-1。‎ ‎②镍的羰化反应平衡常数表达式为K= ，当温度升高时，K减小，则该反应的 0(填“>”或“<”或“ = ”）‎ ‎(4)羰化后的产物为，、，有关性质如下：‎ 物质 沸点/°C ‎106‎ ‎43. 2‎ ‎52‎ 熔点/°c ‎-20‎ ‎—19. 3‎ ‎31‎ 分解温度/°c ‎>160 ：‎ ‎135‎ ‎,‎ 蒸馏提取应选择的适宜温度范围是 。‎ ‎(5)采用230 °C分解 (g)制取金属铸，所获金属镍中常常含有碳，原因是_‎ ‎(运用化学平衡移动原理解释)。 ‎ ‎3、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。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:部分金属离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:‎ 氢氧化物 Fe(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Al(OH)3‎ 开始沉淀的pH ‎2.3‎ ‎7.5‎ ‎3.4‎ 沉淀完全的pH ‎3.2‎ ‎9.7‎ ‎4.4‎ 回答下列问题:‎ ‎1.加入少量NaHCO3的目的是调节pH在__________范围内.‎ ‎2.反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化Fe2+,写出该反应的离子方程式为__________.‎ 13‎ ‎3.碱式硫酸铁溶于水后生成的[Fe(OH)]2+可部分水解生成[Fe2(OH)4]2+聚合离子,该水解反应的离子方程式为__________.‎ ‎4. 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。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 ‎5. 为测定含Fe2+和Fe3+溶液中铁元素的总含量,实验操作如下:准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中,加入足量H2O2,调节pH<2,加热除去过量H2O2;加入过量KI充分反应后,再用0.1000mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液20.00mL。 ‎ 已知:2Fe3++2I-=2Fe2++I2,I2+=2I-+。 ‎ 则溶液中铁元素的总含量为__________g·L-1。若滴定前溶液中H2O2没有除尽,所测定的铁元素含量将会__________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。 ‎ ‎4、一种利用钢铁厂烟灰（含Fe、Mn、，少量的、CaO及 MgO)制备的工艺流程如下：‎ 已知25℃时，下列难溶物的溶度积常数：‎ 难溶物 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是 (填化学式）。‎ ‎ (2)步骤（II )加溶液时反应的离子方程式为 . 加氨水调节pH沉铁铝时，步骤（Ⅲ）应调节的pH适宜范围为(部分金 属离子开始沉淀与沉淀完全的pH范围如下）‎ 金属离子 沉淀pH范围 ‎7, 6〜9. 6‎ ‎2. 7〜3. 7‎ ‎3. 4〜5. 2‎ ‎8. 3〜9. 3‎ ‎9. 6〜11. 1‎ ‎（3）步骤（Ⅳ）用KF溶液沉钙镁时，要使、均小于，‎ 13‎ 则应控制反应液 中> ;反应的平衡常数K= .‎ ‎ (4)步骤V沉锰时，在60℃按投料比,溶液的pH 对产率的影响如图（a)所示，,按技料比，反应温度对产率的影响如图（b）所示 ‎① 图(a)中，在pH<7.0时，pH越小产 （填“越高”或“越低”）;在pH>7. 0时，pH越大产率越低且纯度也降低，其原因是 。‎ ‎②图（b)中，温度高于60 °C时.温度越高产率越低且纯度也越低.主要原因是 。 ‎ ‎5、工业上以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(),含有MgO、等杂质]为原料制备金属钛和铁红的工艺流程如下：‎ 已知：①“酸溶”时，转化为和;‎ ‎②实验温度下，;‎ ‎③溶液中离子浓度时，认为该离子沉淀完全。‎ 请回答下列问题:‎ ‎1. 中Ti元素的化合价为________价，铁红的用途为__________(任写一种)。‎ ‎2.“水解”时，发生反应的离子方程式为_______________。‎ ‎3.“沉铁”时，气态产物的电子式为____________;该过程需控制反应温度低于35℃，原因为____________。‎ 13‎ ‎4. 转化为铁红时，发生反应的化学方程式为____________。‎ ‎5.滤液3可用于制备。若滤液3中，向其中加入等体积的NaOH溶液的浓度为__________mol/L时，可使恰好沉淀完全(溶液体积变化忽略不计)。‎ ‎6.“电解”时，电解质为熔融的CaO,则阴极反应式为____________，制得1mol Ti单质，理论上导线中通过的电量为____________(保留三位有效数字。已知1个电子的电量为)。‎ ‎6、以铬铁矿[主要成分为Fe(CrO2)2,还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]为主要原料生产重格酸钠晶体(Na2Cr2O7·2H2O,Na2Cr2O7是一种强氧化剂)的主要工艺流程如下:‎ ‎1.亚铬酸亚铁[Fe(CrO2)2]中Cr的化合价是__________ 2.煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为__________ 3.酸化滤液Na2CrO4时,不选用盐酸的原因是__________,从平衡角度分析酸化的原理__________ 4.该工艺中某种产物可以再利用,该物质的化学式为__________‎ ‎5.采用石墨电极电解Na2CrO4溶液,可实现Na2CrO4→Na2Cr2O7的转化,其原理如图所示。‎ ‎①写出I电极的电极反应式:__________。‎ ‎②当Na2CrO4转化为1mol Na2Cr2O7时,理论上II电极上转移电子的物质的量为__________‎ ‎6.称取2.500g重铬酸钠晶体试样,加入蒸馏水配制成250mL溶液,从中取出25.00mL于碘量瓶中,向其中加入10mL2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3+),放于暗处5min。然后加入100mL.水,加入3mL淀粉指示剂,用0.120mol/L的Na2S2O3标准溶液进行滴定(发生反应:I2+2S2O32-=2I- +S4O62-)‎ ‎①判断达到清定终点的依据是__________‎ ‎②若实验中共用去40.00mL Na2S2O3标准溶液,则所得产品的纯度为__________(设整个过程中其他杂质不参加反应)(保留3位有效数字)‎ 13‎ ‎7、聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点,一种用钢管厂的废铁渣(主要成分为Fe3O4、少量C及SiO2)为原料制备的流程如下:‎ 已知:在一定温度下酸浸时,Fe3+在pH=2开始沉淀,pH=3.7沉淀完全 ‎1.废铁渣进行“粉碎”的目的是__________‎ ‎2.“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度、氧流量等,其中酸设温度对铁浸取率的影响如下表所示:‎ 温度/℃‎ ‎40‎ ‎60‎ ‎80‎ ‎100‎ ‎120‎ 铁浸取率 ‎50‎ ‎62‎ ‎80‎ ‎95‎ ‎85‎ ‎①请写出酸浸过程中Fe3O4发生的离子反应方程式:__________‎ ‎②硫酸酸浸时应控制溶液的pH__________,其原因是__________‎ ‎③当酸浸温度超过100℃时,铁浸取率反而减小,其原因是__________‎ ‎3.上述过滤步骤的滤液的主要成分为__________(填化学式)‎ ‎4.Fe3+浓度定量检测是先用SnCl2将Fe3+还原为Fe2+,在酸性条件下,在用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+(被还原为Cr3+),滴定反应的离子方程式为__________‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 13‎ ‎1答案及解析：‎ 答案：1.500℃；60min；1.1；2.①B;②4.7；③；3.碳酸钠溶液中的较大，会产生沉淀；4.92.00%；偏低 解析：菱锰矿的主要成分是，还含有少量的Fe、Al、Ca、Mg等元素，故与氯化铵混合研磨后“焙烧”的固体中含有氯化锰、四氧化三铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁，加入盐酸，浸出液中主要含有、、、、、，经过除杂后，在净化液中加入碳酸氢铵，使沉淀，生成，最后得到高纯度。‎ 分析图1可知在500℃时锰的浸出率最高；分析图2可知培烧时间为60min时锰的浸出率最高；分析图3可知时锰的浸出率最高，因此最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为500℃、60min、1.1。‎ ‎2.①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序，为了不引入新的杂质，且氧化性不能太强，故氧化剂X宜选择。‎ ‎②调pH时，主要是沉淀和，不能影响，而又已知、完全沉淀的pH分别为4.7、3.2; 、开始沉淀的pH分别为8.1、9.1，故pH的最低值为4.7。‎ ‎③当、两种沉淀共存时，若溶液中的，则，又，则。‎ ‎3.碳酸钠溶液的碱性较强，较大，会产生沉淀，因此“沉锰”过程中，不能用碳酸钠溶液代替溶液。‎ ‎4.根据可知，‎ 13‎ 的物质的量与硫酸亚铁铵的物质的量相等，即等于0.2000mol/L×0.02L=0.004mol;根据锰元素守恒可知，0.5000g碳酸锰粗产品中碳酸锰的物质的量=0.004mol,碳酸锰粗产品的纯度=;若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，导致标准溶液的体积偏小，则的物质的量偏小，测得的碳酸锰粗产品的纯度偏低。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：‎ 解析：答案：（1) 升高温度 ‎(2)‎ ‎(3)①0.8 ② <‎ ‎(4)43. 2℃〜52 °C ‎ ‎(5)温度升高，化学平衡正向移动，CO 浓度增大。CO浓度增大又使此反应平衡右移，产生碳。‎ 解析：（1)由流程图可知，反应a为二氧化碳和碳在 900 C的条件下反应生成CO,化学方程式为;‎ 已知：①‎ ‎②‎ 根据盖斯定律①一②2得：,该反应为吸热反应，升高温度，化学反应速率加快，乎衡向正反应方向移动，既有利于提高反应a的速率，又有利于提高原 料平衡转化率 ‎(2)由流程图可知，碱洗过程发生的反应是氢氧化钠溶液吸收二氧化碳的反应，离子方程式为；‎ ‎(3)①由反应式可知，3 s后测得 13‎ 的物质的量为0. 6 mol,则消耗的CO的物质的量为,则0〜3 s内平均反应速率=0.8mol•L-1•s-1；‎ ‎②根据反应式 ，平衡常数表达式为，当温度升高时，K减小，说明升温平衡逆向移动，则该反应的△ H < 0;‎ ‎(4)蒸馏时根据三种物质的沸点不同进行分离，从表中数据可知的沸点为43. 2 ℃，的沸点 为52℃，的沸点为106℃：，所以提取应选择的适宜温度范围是43.2℃〜52 ℃;‎ ‎(5)分解 (g)制取金属镍的反应为吸热反应， 温度升高，化学平衡正向移动，CO浓度增大。CO浓度增大又使平衡右移，产生碳。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：‎1.4.4‎~7.5; 2.2H++Fe2++=Fe3++NO↑+H2O 3.2[Fe(OH)]2++2H2O[Fe2(OH)4]2++2H+ 4.D; 5.5.6; 偏高 解析：1.根据流程图可知,中间过程中需制取FeSO4,但原料与硫酸反应时有Al2(SO4)3生成,故制备过程中应将Al2(SO4)3分离,所以调节溶液pH是为了使Al2(SO4)3转化成Al(OH)3沉淀而除去,但同时要避免生成Fe(OH)2沉淀,故应控制pH在4.4~7.5。 2.NaNO2可将Fe2+氧化为Fe3+,本身还原为NO,故反应的离子方程式见答案. 3.[Fe(OH)]2+可部分水解生成[Fe2(OH)4]2+聚合离子,根据电荷守恒和质量守恒可得该反应的离子方程式见答案. 4.检验所得产品中是否含有Fe2+,可用酸性KMnO4溶液,因为高锰酸钾具有强氧化性,而Fe2+具有还原性,二者会发生氧化还原反应,现象明显。 5. 根据所给反应可得关系式:Fe3+~,所以n(Fe3+)=n(Na2S2O3)=0.1000mol·L-1×0.020L=0.0020mol,溶液中铁元素的总含量为0.0020mol×56g·mol-1÷0.020L=5.6g·L-1;若滴定前溶液中的H2O2没有除尽,则H2O2也可以氧化I-得到I2,消耗的Na2S2O3将偏多,会导致所测定的铁元素含量偏高。 ‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：（1）‎ 13‎ ‎(2) 5. 2〜 8.3 ‎ ‎(3)0.08 160‎ ‎(4)①越低 部分转化为②温度越高水解程度越大[或温度升高，和也会热分解]‎ 解析：‎ ‎（1)步骤(Ⅰ)浸渣的主要成分是不与浓硫酸反应的酸性氧化物二氧化硅；‎ ‎(2)步骤（Ⅱ)加溶液时，双氧水将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为;加入氨水的目的是调节溶液pH，使溶液中铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀而除去，而锰离子不能沉淀，由题给表格数据可知，应调节的pH适宜范围为5. 2〜 8.3; ‎ ‎(3)用KF溶液沉钙镁时，溶解度小的沉淀先生成，沉淀后生成，则（)小于时，溶液中=0.08 mol/L；反应的平衡常数K=‎ ‎ (4)①由图(a)可知，在60 °C按投料比时，在 pH<7. 0 时，pH 越小产率越 小；由表格所给溶度积可知，pH>7.0时，溶液碱性增强，部分会转化，导致产率和纯度降低； ②由图（b)可知，60 ℃时，产率最大.温度高于 60 "C:时，温度升高水解程度越大.和也会热分解，导致产率和纯度降低。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 13‎ 答案：1.+4;制备红色颜料和油漆、冶炼铁等;2.;3.;防止分解(或减少的水解);4.;5.;6. ;‎ 解析：1.中Fe和O元素的化合价分别为+2价和-2价，所以Ti元素的化合价为+4价；铁红的用途为制备红色颜料和油漆、冶炼铁等。‎ ‎2.“水解”时.发生反应的离子方程式为。‎ ‎3.“沉铁”时发生的反应为,气态产物为，其电子式为;该过程需控制反应温度低于35℃，因为温度过高时，会分解，而且会促进的水解。‎ ‎4.转化为铁红时,发生反应的化学方程式为。‎ ‎5.若滤液3中，假设溶液体积为1L，则,沉淀这些镁离子要消耗，反应后溶液体积变为2L,,所以,向其中加入等体积的NaOH溶液的浓度为时,可使恰好沉淀完全。‎ ‎6.“电解”时，电解质为熔融的CaO,则阴极反应式为;制得1mol Ti单质，理论上导线中通过的电子为4mol，电量为。‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：1.+3; 2.4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+ 8Na2CrO4 +8CO2 3.CrO42-会被盐酸中的Cl-还原,并产生有毒气体Cl2‎ 13‎ ‎2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O中,增大氢离子浓度,平衡向右移动 4.CO2; 5.①2H2O+2e-=H2↑+2OH-‎ ‎②2mol 6.滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液后，溶液蓝色刚好褪去，且振荡后半分钟内不恢复蓝色; 95.4%‎ 解析：1.Fe(CrO2)2中Fe元素为+2价,O元素为-2价,根据化合物中各元素化合价的代数和为零可得Cr元素的化合价是+3价。 2.根据流程图可知:煅烧过程中生成Na2CrO4的同时生成CO2和Fe2O3,反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO32Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 4.样品煅烧后,产生二氧化碳,通入含有偏铝酸钠和硅酸钠的溶液中,生成氢氧化铝和硅酸沉淀,溶液为碳酸氢钠,碳酸氢钠加热又可生成二氧化碳,故该工艺中CO2可以再利用。‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：1.增大接触面积,同时增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率 2.①4Fe3O4+O2+36H+=12Fe3++18H2O ‎②小于2;  pH≥2时将有部分沉淀损失 ‎③温度超过100℃,明显加快Fe3+水解反应的速率,导致Fe3+浓度降低 3.Fe2(SO4)3和H2SO4 4.6Fe2+++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O 解析：1.废铁渣进行“粉碎”可以增大废铁渣与反应物的接触面枳,增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率 2.①酸浸过程中Fe3O4被氧气完全氧化为Fe3+,反应的离子方程式是4Fe3O4+O2+36H+=12Fe3++18H2O ‎②Fe3+在pH=2开始沉淀,硫酸酸浸时要保证Fe3+不沉淀,所以要控制pH小于2;‎ ‎③升高温度,Fe3+水解平衡正向移动,生成氢氧化铁,所以温度超过100℃时,铁浸取率反而减小 3.酸浸过程中Fe3O4与氧气、硫酸反应生成了Fe2(SO4)3和水,所以滤液的主要成分是Fe2(SO4)3和H2SO4 4.在酸性条件下,Cr2O72-被还原为Cr3+,Fe2+被氧化为Fe3+反应的离子方程式是6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O ‎ ‎ 13‎