1、化学培优化学反应与能量辅导专题训练及答案解析【化学】培优化学反应与能量辅导专题训练及答案解析一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）1NiCl2是化工合成中最重要的镍源，在实验室中模拟工业上以金属镍废料(含Fe、Al等杂质)为原料生产NiCl2的工艺流程如下： 下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Ni(OH)2开始沉淀的pH2.16.53.77.1沉淀完全的pH3.39.74.79.2(1)为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有_(写一条即可)。(2)加入H2O2时发生主要反应的离子方程式为_。(3)“调pH”时，控制溶液
2、pH的范围为_。(4)“沉镍”过程中，若滤液A中c(Ni2)=1.0mol/L，欲使100mL该滤液中的Ni2沉淀完全即溶液中c(Ni2)1.010-5，则需用托盘天平称取Na2CO3固体的质量至少为_g。(已知Ksp(NiCO3)=6.510-6，忽略溶液体积的变化)(5)流程中由溶液得到NiCl26H2O的实验操作步骤依次为_、过滤、洗涤、干燥。【答案】将镍废料磨成粉末(或搅拌，或适当升高温度，或提高酸的浓度) H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2O 4.7pH7.1或4.7，7.1) 17.5 蒸发浓缩、冷却结晶 【解析】【分析】根据流程：金属镍废料(含Fe、Al等杂质)，加盐酸
3、酸浸后的酸性溶液中主要含有H+、Ni2+、Fe2+、Al3+，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，反应为：H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2O，加入Na2CO3溶液调节溶液的pH范围4.7pH7.1，使Fe3+、Al3+全部沉淀，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3，滤液主要含有Ni2+，加入Na2CO3溶液沉淀Ni2+，将得到的NiCO3沉淀用盐酸溶解得到二氧化碳和NiCl2溶液，将NiCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiCl26H2O，据此分析作答。【详解】(1)为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有将镍废料磨成粉末、搅拌、适当升高温度方法、提高溶液中
4、酸的浓度，都可以提高镍元素的浸出率；(2)H2O2具有氧化性，加入H2O2氧化Fe2+为Fe3+，离子方程式为： H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2O；(3)“调pH”的目的是沉淀Fe3+、Al3+，但不沉淀Ni2+，根据表格数据可知，应该控制溶液pH的范围为4.7pH7.1或4.7，7.1）；(4)滤液A中c(Ni2+)=1.0mol/L，欲使100mL该滤液中含有n(Ni2+)=0.1mol，则生成NiCO3需要CO32-为0.1mol，Ni2+刚好沉淀完全时，溶液中c(CO32-)=0.65mol/L，此时溶液中CO32-为0.065mol，故至少需要Na2CO3固体0.1mo
5、l+0.065mol=0.165mol，其质量m(Na2CO3)=0.165mol106g/mol=17.49g17.5g；(5)将NiCl2溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiCl26H2O。2以氯化钾和硫酸亚铁为原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料，其主要流程如下：已知：NH4HCO3溶液呈碱性，30以上NH4HCO3大量分解。(1)NH4HCO3溶液呈碱性的原因是_。(2)写出沉淀池I中反应的化学方程式_，该反应必须控制的反应条件是_。(3)检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是_。(4)酸化的目的是_。(5)在沉淀池II的反应中，为使反应物尽可能多地转化为生成物，可在反应过程中
6、加入_。a(NH4)2SO4 bKCl c丙醇 d水(6)N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。滤液A可做复合肥料，因为其中含有_等元素。【答案】NH4+的水解程度小于HCO3-的水解程度 2NH4HCO3 + FeSO4 FeCO3 + (NH4 )2SO4 + CO2 + H2O 反应温度低于30 取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全 除去溶液中的HCO3- c N、S、K 【解析】【分析】FeSO4与NH4HCO3发生双水解反应生成碳酸亚铁、硫酸铵、二氧化碳等，然后过滤得到碳酸亚铁，碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁，因滤液中含有NH4HCO3，向滤液
7、中加入硫酸，可除去，此时溶液中溶质为硫酸铵、硫酸，向溶液中加入足量KCl，此时溶液中因硫酸钾的溶解度较氯化铵低而发生沉淀，然后过滤，得到硫酸钾固体，以此解答。【详解】（1）NH4HCO3溶液中铵根离子水解显示酸性，碳酸氢根离子水解显示碱性，的水解程度小于的水解程度，所以NH4HCO3溶液呈碱性，故答案为：的水解程度小于的水解程度；（2）碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀，并放出二氧化碳，反映的原理方程式为：2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O，为防止较高温度下碳酸氢铵的分解，要注意温度的选择，故答案为：2NH4HCO3+FeSO4=
8、FeCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O；反应温度低于30；（3）亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子，亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色，但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色，检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是：取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全，故答案为：取沉淀池I的滤液，滴加KSCN溶液后滴加氯水，若无红色出现，说明沉淀完全；（4）沉淀池中，除了生成的碳酸亚铁之外，溶液中含有过量的碳酸氢铵，加入酸，酸化的目的是除去溶液中的，故答案为：除去溶液中的；（5）由题目看出在沉淀池II中生成的K2SO4为固体，而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的，要想使K2
9、SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度，故选：c；（6）滤液A的成分中含有(NH4)2SO4以及KCl，即其中含有N、S、K元素，属于复合肥料，故答案为：N、S、K。3阅读下列材料，并完成相应填空钯（Pd）是一种不活泼金属，性质与铂相似。在科研和工业生产中，含钯催化剂不仅用途广泛，且用量大，因此从废催化剂中回收钯具有巨大的经济效益。已知废催化剂的主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌。工业上采用如下流程从废催化剂中提取钯。（1）气体I的化学式为_，酸溶I的目的是_。（2）王水指是浓硝酸和浓盐酸组成的混合物，其体积比为_。残渣与王水发生的反应有：a. Pd + HC
10、l + HNO3 b. _（写出化学方程式并配平）。（3）若用足量的烧碱吸收气体II，请写出吸收后溶液中含有的溶质的化学式：NaOH、_、_、_。（4）写出用NaHCO3调节pH值时发生反应的离子方程式：_。使用甲醛还原钯的化合物时，溶液须保持碱性，否则会造成甲醛的额外损耗，原因是_。（5）操作I的名称是_，溶液I可能含有的有机离子为_。（6）有人提出，在进行酸溶前最好先将废催化剂在700下进行灼烧，同时不断通入空气，其目的是_。【答案】H2 除去铁、锌等杂质 1:3 C+4HNO3CO2+4NO2+2H2O NaNO3 NaNO2 Na2CO3 HCO3- + H+=H2O + CO2 酸性
11、条件下，甲醛会被硝酸氧化 过滤 HCOO-（甲酸根离子） 除去废催化剂中的活性炭，减少王水的消耗（必须涉及炭的除去） 【解析】【分析】酸溶时铁和锌能与盐酸反应产生氢气，过滤出的残渣用王水溶解，然后通过碳酸氢钠调节pH，最后通过甲醛还原得到金属钯，据此解答。【详解】(1)铁和锌能与盐酸反应产生氢气；废催化剂的主要成分是钯和活性炭，还含有少量铁、锌，而实验的目的是从废催化剂中提取钯，所以酸溶I的目的是除去铁、锌等杂质；(2)王水是浓硝酸与盐酸按体积比1：3的混合物，浓硝酸具有氧化性，能将碳氧化生成二氧化碳，本身被还原成一氧化氮，反应的方程式为：C+4HNO3CO2+4NO2+2H2O；(3)氢氧化
12、钠与二氧化氮、二氧化碳反应的方程式：2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O，2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O，同时氢氧化钠过量，所以吸收后溶液中含有的溶质的化学式：NaOH、NaNO3、NaNO2、Na2CO3；(4)NaHCO3能和盐酸发生反应，离子方程式为：HCO3-+H+H2O+CO2，甲醛具有还原性，酸性条件下，甲醛会被硝酸氧化；(5)金属钯不溶于水，利用过滤的方法分离，甲醛会被硝酸氧化生成甲酸，所以溶液I可能含有的有机离子为HCOO-；(6)由于废催化剂中的含有活性炭，不断通入空气，能除去活性炭，同时减少王水的消耗。4以镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)为原料
13、，生产NiO的部分工艺流程如下：已知：下表列出了几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)。氢氧化物 Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开始沉淀的pH1.56.57.7沉淀完全的pH3.39.99.2（1）“除铁”时需控制溶液的pH范围为_。（2）“滤渣”的主要成分为_(填化学式)。（3）“沉镍”时得到碱式碳酸镍用xNiCO3yNi(OH)2表示沉淀。在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为_。“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是_。【答案】3.3pH7.7 CuS xNiCO3yN
14、i(OH)2(xy)NiOxCO2yH2O Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni(OH)2比例增大 【解析】【分析】以镍废料（主要成分为镍铁合金，含少量铜）为原料，加入硫酸、硝酸酸浸，Ni转化为NiSO4，同时生成亚铁离子、铁离子、铜离子等，加入过氧化氢，可氧化亚铁离子生成铁离子，加入氢氧化钠调节pH可生成氢氧化铁沉淀，然后通入硫化氢生成CuS沉淀，达到除铜的目的，在滤液中加入碳酸钠溶液可生成xNiCO3yNi(OH)2，煅烧可生成NiO；(1)根据表格数据分析“除铁”时要求铁离子全部除掉需要的pH；(2) S2-可与Cu2+反应生成CuS沉淀；(3)在隔绝空气条
15、件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，xNiCO3yNi(OH)2高温下分解生成NiO、CO2和H2O；pH越大，溶液碱性越强，结合碱式碳酸镍用xNiCO3yNi(OH)2表示组成分析；【详解】(1) “除铁”时要求铁离子全部除掉，pH3.3，镍离子和铜离子留在溶液中，pH7.7，所以需控制溶液的pH范围为3.3pH”、“ c(NH4+)c(H+)c(OH-) 几乎不变 【解析】【分析】(1)根据平衡常数和化学反应速率()的相关公式进行计算；(2)工业合成氨的反应温度选择500左右的主要原因是催化剂在500左右具有最佳活性；(3)根据化学平衡状态的特征判断，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等
16、，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；(4)二者恰好反应生成氯化铵，水解方程式为NH4+H2O NH3.H2O+H+，溶液呈酸性，进行分析。【详解】(1)平衡常数等于生成物浓度的系数次幂之积除以反应浓度系数次幂之积，根据反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2 (g) ，平衡常数；该反应为放热反应，温度升高时平衡逆向移动，所以平衡常数减小；根据速率之比等于各物质系数比可知：v(CO)= ，前2s内的平均反应速率v(N2)=v(CO)/2=1.87510-4 mol/(Ls）；一氧化氮的转化率变大,说明平衡正向移动可以通过增大压强，使平衡正向移动，故答案为： ；减小；1.87510-4mol/(Ls）；增大压强（或其它合理答案）；(2)工业合成氨的反应温度选择500左右的主要原因是催化剂在500左右具有最佳活性，故答案为：催化剂在500左右具有最佳活性；(3) A. 浓度之比为1：3：2，并不是不变，不能判断是否平衡，A项错误；B. 反应正向进行，体积减小，当压强不变时，已经到达平衡，B项正确；C.N2、H2、NH3的浓度不再变化，已经到达平衡，C项正确；D. 可逆反应达到平衡
