高考化学 难点剖析 专题63 化工流程中条件的控制讲解.docx
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高考化学难点剖析专题63化工流程中条件的控制讲解
专题63化工流程中条件的控制
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50.00mL葡萄酒样品,用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。
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+H2ONaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液2H2O-4e-=4H++O2↑aS2O52-+2I2+3H2O=2SO42-+4I-+6H+0.128
【解析】
(1)亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠,根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3=Na2S2O5+H2O;
(2)①碳酸钠饱和溶液吸收SO2后的溶液显酸性,说明生成物是酸式盐,即Ⅰ中为NaHSO3;
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+)=0.1mol·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________________。
(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+
O2
ZnO+SO2PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+Zn+Cd2+
Zn2++CdZn2++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+3O2
2ZnO+2SO2。
3.(2018江苏)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH) (1)上述流程中能加快反应速率的措施有__________。 (2)磷精矿粉酸浸时发生反应: 2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO4 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4 ①该反应体现出酸性关系: H3PO4__________H2SO4(填“>”或“<”)。 ②结合元素周期律解释①中结论: P和S电子层数相同,__________。 (3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。 写出生成HF的化学方程式: __________。 (4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。 相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。 80℃后脱除率变化的原因: ____________________。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42−残留,原因是__________;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________。 (6)取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmol·L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL,精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。 (已知: H3PO4摩尔质量为98g·mol−1) 【答案】研磨、加热<核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P<S2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低CaSO4微溶BaCO3+ +2H3PO4 BaSO4+CO2↑+H2O+2 (4)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是: CaSO4微溶于水。 加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,因为BaSO4难溶于水,其中SO42-与BaCO3生成更难溶的BaSO4和CO32-,H3PO4的酸性强于H2CO3,在粗磷酸中CO32-转化成H2O和CO2,反应的离子方程式为 BaCO3+SO42-+2H3PO4=BaSO4+CO2↑+2H2PO4-+H2O。 (6)滴定终点生成Na2HPO4,则消耗的H3PO4与NaOH物质的量之比为1: 2,n(H3PO4)= n(NaOH)= bmol/L c 10-3L= mol,m(H3PO4)= mol 98g/mol= g=0.049bcg,精制磷酸中H3PO4的质量分数为 。 二、考点突破 典例1(2018届河南省信阳高级中学高三第四次模拟考试)亚铁氰化钾K4Fe(CN)6俗名黄血盐,可溶于水,不溶于乙醇。 以某电镀厂排放的含NaCN度液为主要原料制备黄血盐的流程如下: 请回答下列问题: (1)常温下,HCN的电离常数Ka=6.2×10-10。 ①实验室配制一定浓度的NaCN溶液时,将NaCN溶解于一定浓度的NaOH溶液中,加水稀释至指定浓度,其操作的目的是__________________________。 ②浓度均为0.5mol/L的NaCN和HCN的混合溶液显______(填“酸”“碱”或“中”)性,通过计算说明: _________________________。 (2)转化池中发生复分解反应生成K4Fe(CN)6,说明该反应能发生的理由: __________。 (3)系列操作B为_____________________。 (4)实验室中,K4Fe(CN)6可用于检验Fe3+,生成的难溶盐KFe[Fe(CN)6]可用于治疗可溶性盐Tl2SO4中毒,得到K2SO4及另外一种复杂难溶物,试写出上述治疗Tl2SO4中毒的离子方程式: ______________________。 (5)一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾K3Fe(CN)6和亚铁氰化钾K4Fe(CN)6的混合溶液。 ①K+移向催化剂___________(填“a”或“b”)。 ②催化剂a表面发生的反应为_________________。 【答案】抑制水解碱根据Kh=c(HCN)c(OH-)/c(CN-)可知,Kh=c(HCN)c(OH-)c(H+)/c(CN-)c(H+)=KW/Ka=1×10-14/6.2×10-10=1.6×10-5>6.2×10-10,即水解平衡常数大于电离平衡常数,所以溶液呈碱性相同温度下K4Fe(CN)6的溶解度小于Na4Fe(CN)6过滤、洗涤、干燥KFe[Fc(CN)6](s)+Tl+(aq)= TlFe[Fe(CN)6](s)+K+(aq)bFe(CN)64--e-=Fe(CN)63- 【解析】 (1)①NaCN是强碱弱酸盐,水解显碱性,实验室配制一定浓度的NaCN溶液时,将NaCN溶解于一定浓度的NaOH溶液中,加水稀释至指定浓度,其操作的目的是抑制水解; ②根据Kh=c(HCN)c(OH-)/c(CN-)可知,Kh=c(HCN)c(OH-)c(H+)/c(CN-)c(H+)=KW/Ka=1×10-14/6.2×10-10=1.6×10-5>6.2×10-10,即水解平衡常数大于电离平衡常数,所以溶液呈碱性; 典例2(2019届四川省眉山市眉山中学高三9月月考)铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。 Ⅰ. (1)铅能形成多种氧化物,如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4 的Pb3O4,Pb3O4 与HNO3 发生非氧化还原反应生成一种盐和一种铅氧化物,其反应的化学方程式为_____________。 Ⅱ.以含铅废料(主要含Pb、PbO、PbO2、PbSO4)为原料制备高纯PbO,其主要流程如下: (2)“酸溶”时,在Fe2+催化下,Pb 和PbO2反应生成PbSO4生成1mol PbSO4转移电子的物质的量为____________mol 。 (3)已知: ①PbO溶解在NaOH 溶液中,存在平衡: PbO(s)+NaOH(aq) NaHPbO2(aq),其溶解度曲线如图所示: ②粗品PbO 中所含杂质不溶于NaOH 溶液。 结合上述信息,完成由粗品PbO得到高纯PbO 的操作: 将粗品PbO溶解在一定量__________(填“35%”或“10%”)的NaOH 溶液中,加热至110℃,充分溶解后,__________,将滤液冷却结晶,过滤、洗涤并干燥得到高纯PbO 固体。 (4)将PbO粗品溶解在HCl 和NaCl 的混合溶液中,得到含Na2PbCl2 的电解液,电解Na2PbCl4 溶液生成Pb 的装置如图所示。 ①阴极的电极反应式为_______________________。 ②电解一段时间后,Na2PbCl4浓度极大减小,为了恢复其浓度且实现物质的循环利用,阴极区采取的方法是_________________________。 【答案】Pb3O4+4HNO3=2Pb(NO3)2+PbO2+2H2O135%趁热过滤PbCl42-+2e-=Pb+4Cl-继续向阴极区加PbO粗品 (4)①阴极发生还原反应,根据题意电解Na2PbCl4溶液,生成Pb,Pb发生还原反应,故阴极反应为: PbCl42-+2e-=Pb+4Cl-; ②阴极电解一段时间后溶液为HC1和NaC1的混合溶液,根据题意“将PbO粗品溶解在HC1和NaC1的混合溶液中,得到含Na2PbC14的电解液”继续向阴极区加PbO粗品可恢复其浓度且实现物质的循环利用。 典例3(2018届广东省七校联合体高三第三次联考)铅单质及其化合物在新能源领域应用广泛,工业上利用方铅精矿(主要成分为PbS)制备PbSO4的工艺流程如下: 已知: ①PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbCl4-(aq) △H>0②Ksp(PbSO4)=1.0×10-8,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5③Fe3+、Pb2+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH值分别为3.2、7.0。 (1)步骤Ⅰ中发现有淡黄色沉淀生成,请写出离子反应方程式: _______________________; (2)步骤Ⅰ原料预处理过程中写出一种除搅拌外加快反应速率的办法: _________________;反应温度不宜过高,且需加入过量盐酸保证溶液呈强酸性,原因是: ____________________; (3)操作①应为: _______;操作②应为: _________; A、趁热过滤B、蒸发浓缩,冷却结晶;C、蒸发结晶D、重结晶 (4)写出步骤III中PbCl2生成PbSO4的离子反应方程式: ___________________________,该反应的平衡常数K=_______; (5)铅蓄电池(Pb-PbO2-H2SO4)充电时的阳极反应方程式: _________________________; (6)某铅蓄电池放电时电流为0.2A,可持续放电时间96500s,此时参加反应的Pb的质量为41.4g,求该电池放电的能量转化率α=_________。 (电池能量转化率的定义: α=实际输出电量/理论输出电量×100%,结果保留两位有效数字,已知法拉第常数为96500C/mol) 【答案】PbS+2Fe3++2Cl-=PbCl2+2Fe2++S将方铅矿精矿磨成粉末抑制Fe3+、Pb2+离子水解ABPbCl2(s)+SO42(aq) PbSO4(s)+2Cl-(aq)1.6×103mol/LPbSO4-2e+2H2O=PbO2+SO42-+4H+50% (3)产物中加入饱和食盐水,趁热过滤,利于PbCl2(s)+2Cl-(aq) PbCl4-(aq)△H>0 正向进行,使PbCl2溶解,过滤除去硫等杂质,滤液1含有PbCl4-、Cl-、Fe2+、Fe3+等,滤液1蒸发浓缩,冷水浴中冷却,利用平衡逆向进行,析出PbCl2晶体,操作①应为: 趁热过滤;操作②应为: 蒸发浓缩,冷却结晶; (6)41.4gPb的物质的量为: =0.2mol,由电极反应可知: Pb 2e-,所以实际输出电量为: 0.2mol×2×96500C/mol=38600C,理论输出的电量为: Q=I t=0.2A×96500s=19300C, 该电池放电的能量转化率α=实际输出电量/理论输出电量×100%= ×100%=50%。 典例4(2018届贵州省长顺县民族高级中学高三下学期第一次月考)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5流程: (1)步骤①所得废渣的成分是____________(写化学式),操作I的名称__________; (2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂): R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层) 2RAn(有机层)+nH2SO4 (水层) ②中萃取时必须加入适量碱,其原因是_____________________________; ③中X试剂为(写化学式)______________________________________; (3)④的离子方程式为___________________________________________; (4)25℃时,取样进行试验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表: pH 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 钒沉淀率% 88.1 94.8 96.5 98.0 98.8 98.8 96.4 93.1 89.3 结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为____________;若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀,则溶液中c(Fe3+)<_____________;(已知: 25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39) (5)该工艺流程中,可以循环利用的物质有__________和_______________。 【答案】SiO2过滤加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动,提高钒的萃取率H2SO4ClO3-+9H2O+6VO2+= 6VO3-+18H++Cl-1.7~1.82.6×10-3mol·L-1氨气(或氨水)有机萃取剂 典例5(2019届黑龙江省大庆实验中学高三上学期第一次月考)Ⅰ亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6],俗名黄血盐,可溶于水,不溶于乙醇。 它是一种食品添加剂,我们所食用的部分食盐中就添加了亚铁氰化钾作为抗结剂。 如果食用过量,易引起胃肠不适。 同学们可以观察一下家中食盐的配料表,尽量选用不含抗结剂的食盐。 亚铁氰化钾可用如下方法进行制备。 已知HCN是一种极弱的酸,现有一种用含NaCN的废水合成黄血盐的主要工艺流程如下: (1)常温下,NaCN水溶液的pH_______7(填“>”、“<”、“=”)。 (2)反应器中发生的主要反应的化学方程式为_____________________________。 (3)流程中加入Na2CO3溶液后过滤除去弃渣,过滤需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、______________。 (4)转化器中生成K4[Fe(CN)6]的反应类型是_______________,相同温度下,溶解度: K4[Fe(CN)6]___________Na4[Fe(CN)6](填“>”“=”“<”)。 (5)实验室常用K4[Fe(CN)6]检验Fe3+,生成难溶盐KFe[Fe(CN)6],试写出上述反应的离子方程式为_____________________________。 Ⅱ亚铁氰化钾也可以用硫酸亚铁铵为原料制备。 可以用氧化还原滴定法测定晶体中Fe2+的含量。 称取一份质量为20.0g的硫酸亚铁铵晶体样品,制成溶液。 用0.5mol/LKMnO4溶液滴定,当溶液中Fe2+全部被氧化,MnO4-被还原成Mn2+时,耗KMnO4溶液体积20.00mL。 滴定时,将KMnO4溶液装在____(酸式或碱式)滴定管中,判断反应到达滴定终点的现象为__________;晶体中FeSO4的质量分数为____________。 【答案】>6NaCN+FeSO4+CaCl2=Na4[Fe(CN)6]+CaSO4↓+2NaCl玻璃棒复分解反应 ⅡKMnO4具有强氧化性能腐蚀橡胶,必须装在酸式滴定管中;判断反应到达滴定终点的现象为滴入最后一滴溶液时,刚出现紫红色,保持30s不变;设晶体中FeSO4的物质的量为x,则 5Fe2++MnO4-+8H+═5Fe3++Mn2++4H2O 5mol1mol x0.5mol/L×20.0×10-3L x= ,晶体中FeSO4的质量分数为 。 典例6(2019届黑龙江省大庆实验中学高三上学期第一次月考)锂及锂盐具有的优异性能和特殊功能,在化工、电子、宇航、核能、能源等领域都得到广泛应用;锂元素更是被誉为“能源元素”。 Ⅰ、锂的原子结构示意图为___________;锂在空气中燃烧,发出浅蓝色的火焰,放出浓厚的白烟,生成相应氧化物____________(填化学式)。 Ⅱ、锂经常用于制作电池。 锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。 该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。 回答下列问题: (1)外电路的电流方向是由________极流向________极。 (填字母) (2)电池正极反应式____________________________________。 (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂? ________(填“是”或“否”),用化学反应方程式解释原因 ______________________________________________。 Ⅲ、下面是从锂辉石(Li2O·Al2O3·SiO2)中提取锂的工业流程示意图。 ①高温煅烧时的反应原理为: Li2O∙Al2O3∙SiO2+K2SO4=K2O∙Al2O3∙SiO2+Li2SO4; Li2O∙Al2O3∙SiO2+Na2SO4=Na2O∙Al2O3∙SiO2+Li2SO4。 ②锂离子浸取液中含有的金属离子为: K+、Na+、Li+、Fe3+、Fe2+、Al3+、Mn2+。 ③几种金属离子沉淀完全的pH 金属离子 Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Mn(OH)2 沉淀完全的pH 4.7 9.0 3.2 10.1 ④Li2SO4、Li2CO3在不同温度下的溶解度(g/100g水) 温度 溶解度 10 20 50 80 Li2SO4 35.4 34.7 33.1 31.7 Li2CO3 1.43 1.33 1.08 0.85 (1)浸取时使用冷水的原因是______________________________________。 (2)滤渣2的主要成分为__________________。 (3)流程中分2次调节pH(pH7~8和pH>13),有研究者尝试只加一次浓NaOH溶液使pH>13,结果发现在加饱和碳酸钠溶液沉锂后,随着放置时间延长,白色沉淀增加,最后得到的Li2CO3产品中杂质增多。 Li2CO3产品中的杂质可能是__________________,用离子方程式表示其产生的原因________________。 (4)洗涤Li2CO3晶体使用_____________。 (填“冷水”或“热水”) 【答案】 Li2ObaMnO2+e-+Li+=LiMnO2否2Li+2H2O=2LiOH+H2↑Li2SO4的溶解度随温度升高而减少,用冷水浸取可以提高浸取率Al(OH)3、Fe(OH)3Al(OH)3Al3++4OH-=AlO2-+2H2O; 2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-热水 【解析】I.锂的原子核外有2个电子层,各层电子数为2、1,原子结构示意图为: ,锂在空气中燃烧生成Li2O;Ⅱ、 (1)外电路的电流方向是由正极b极流向负极a极; (2)在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2;(3)不能可用水代替电池中的混合有机溶剂,用化学反应方程式解释原因2Li+2H2O=2LiOH+H2↑;Ⅲ.锂辉石(Li2O•Al2O3•4SiO2)煅烧后,冷却、研磨,有利于冷水的浸取, 典例7(2019届四川省眉山一中办学共同体高三9月月考)某化学实验室以一种工业上的废渣(废渣主要含有MgCO3、MgSiO3和少量Fe、Al的氧化物)为原料,制备MgCO3·3H2O。 实验流程如下图所示: (1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有_________(
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