专题无机综合题.docx
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专题无机综合题
专题:
无机综合题
热点题型一 以化工流程为载体的综合题
1.有关化工工艺流程题的考查特点
(1)围绕核心反应推断陌生物质。
(2)围绕核心反应或副反应考查物质变化及定量关系,陌生方程式与计算是化工流程题的重要组成部分。
(3)围绕产品纯度考查物质的分离提纯(调pH、结晶、过滤、洗涤)。
(4)围绕原料的预处理考查影响速率的因素。
(5)围绕经济原则考查循环利用。
2.解答工业流程题的一般思路
(1)读题干,找信息和目的。
找出题干中的“制备”或“提纯”等关键词,明确化工生产的原料、产品和杂质。
(2)看问题,根据具体的问题,找出流程中需重点分析的步骤或环节,重点抓住物质流向(进入与流出),操作方法等。
(3)局部隔离分析,分析加入什么物质,得到什么物质,发生什么反应(或起到什么作用)。
(4)特别提醒:
每个题中基本上都有与流程无关的问题,可直接作答。
3.常考化工术语
关键词
释义
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧)
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。
如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程
过滤
固体与液体的分离
滴定
定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发结晶
蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH、促进水解(沉淀)
4.常考条件控制
(1)控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性,使某些金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解)。
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)。
③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)。
(2)温度控制:
主要从物质性质(热稳定、水解、氧化性或还原性、溶解度、熔沸点、挥发、胶体聚沉等)和反应原理(反应速率、平衡移动、催化剂活性、副反应)两个角度去思考。
题组一 无机物转化型
1.(2018·全国卷Ⅱ,26)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
(1)2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+ (4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
解析
(1)闪锌矿的主要成分是ZnS,所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2。
(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO,还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO,加稀H2SO4后,发生一系列化学反应:
ZnO+H2SO4===ZnSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O、CdO+H2SO4===CdSO4+H2O、PbO+H2SO4===PbSO4+H2O。
其中SiO2和PbSO4不溶于水,以沉淀的形式沉降下来,所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。
氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8~6.2,使Fe3+完全转变为Fe(OH)3沉淀;通入O2的目的是使溶液中的Fe2+转化为Fe3+,有利于除杂,若不通入O2,无法除去溶液中的杂质Fe2+。
(3)溶液中的Cd2+与加入的Zn粉反应而被除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+===Zn2++Cd。
(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时,阴极放电的是Zn2+和H+。
因为溶液中的Zn2+浓度较大,所以阴极电极反应式应该是Zn2++2e-===Zn,阳极放电的是OH-,电极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑。
沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4,可返回到溶浸工序循环使用。
2.含锰化合物在化学工业中有十分重要的用途。
某含锰矿石的主要成分是MnO2,还含CaO、Al2O3、FeS等杂质,由此矿石生产MnCO3的工艺流程如图所示:
相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表所示:
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Ca(OH)2
12
—
Al(OH)3
3.8
4.7
回答下列问题:
(1)酸溶时,是否能将稀硫酸换成浓盐酸________(填“是”或“否”),原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)取滤液Ⅰ加入KSCN溶液,溶液呈红色,试写出酸溶过程中FeS发生反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
(3)调节滤液Ⅰ的pH时所用的物质X最好为__________________________________。
(4)滤渣Ⅰ中除了Al(OH)3、Fe(OH)3外,还含有______________,滤渣Ⅱ为
________________________________________________________________________。
(5)沉锰的化学方程式为_____________________________________________________。
答案
(1)否 MnO2高温时可以氧化浓盐酸生成氯气,污染环境
(2)2FeS+12H++3MnO2
2Fe3++2S+3Mn2++6H2O (3)MnCO3 (4)CaSO4 CaF2
(5)MnSO4+2NaHCO3===MnCO3↓+Na2SO4+H2O+CO2↑
解析 该含锰矿石的主要成分是MnO2,还含有CaO、Al2O3、FeS等杂质,加入稀硫酸高温酸溶,二氧化锰和硫化亚铁反应得到硫单质、铁离子、锰离子,同时氧化钙和氧化铝分别转化成钙离子、铝离子,通过过滤得到单质S和含有锰离子、铁离子、钙离子、铝离子的滤液Ⅰ;通过调节滤液Ⅰ的pH,将铝离子、铁离子分别转化成Al(OH)3、Fe(OH)3,过滤分离出Al(OH)3、Fe(OH)3,滤液Ⅱ中含有钙离子和锰离子,加入适量NaF将钙离子转化成CaF2沉淀,过滤后得到滤渣Ⅱ(CaF2沉淀)和滤液Ⅲ(主要含有硫酸锰),再加入碳酸氢钠,发生反应:
MnSO4+2NaHCO3===MnCO3↓+Na2SO4+H2O+CO2↑,从而获得MnCO3。
解答物质转化型化工流程题的注意事项
(1)阅读流程时,要尽量弄懂流程图,但不必过度纠结每个框中发生的反应及原因,问题中可能未涉及相关问题。
(2)要看清所问问题,不能答非所问,要特别注意语言表达的科学性,即用学科语言表达。
题组二 侧重考查实验能力的化工流程图
3.(2018·江苏,19)以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3,其主要实验流程如下:
已知:
①Cl2+2OH-===ClO-+Cl-+H2O是放热反应。
②N2H4·H2O沸点约118℃,具有强还原性,能与NaClO剧烈反应生成N2。
(1)步骤Ⅰ制备NaClO溶液时,若温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl,其离子方程式为__________________________;实验中控制温度除用冰水浴外,还需采取的措施是________。
(2)步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如图1所示。
NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40℃以下反应一段时间后,再迅速升温至110℃继续反应。
实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是________;使用冷凝管的目的是____________________________。
(3)步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3(水溶液中H2SO3、HSO
、SO
随pH的分布如图2所示,Na2SO3的溶解度曲线如图3所示)。
①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。
实验中确定何时停止通SO2的实验操作为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案:
_____________________,
用少量无水乙醇洗涤,干燥,密封包装。
答案
(1)3Cl2+6OH-
5Cl-+ClO
+3H2O 缓慢通入Cl2
(2)NaClO碱性溶液 减少水合肼的挥发
(3)①测量溶液的pH,若pH约为4,停止通SO2
②边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,测量溶液pH,pH约为10时,停止滴加NaOH溶液,加热浓缩溶液至有大量晶体析出,在高于34℃条件下趁热过滤
解析
(1)由题意知,该反应的反应物为氯气和氢氧化钠,部分生成物为氯酸钠和氯化钠,根据氧化还原反应方程式的书写要求和步骤,可写出该反应的离子方程式为3Cl2+6OH-
5Cl-+ClO
+3H2O。
由题给信息①可知,该反应是放热反应,为防止温度过高,除用冰水浴外,还可采取缓慢通入氯气的措施,以使放出的热量能够充分散失。
(2)由题给信息②可知,水合肼有强还原性,而次氯酸钠有强氧化性,因此次氯酸钠与尿素反应时,为防止生成的水合肼被次氯酸钠氧化,应保持尿素在反应过程中过量,则应用滴液漏斗滴加次氯酸钠。
该反应的温度控制在110℃,而水合肼的沸点为118℃,为了减少水合肼的挥发,可使用冷凝管进行冷凝回流。
(3)①由题给图2可知,当完全生成亚硫酸氢钠时,溶液的pH约为4,因此当溶液的pH约为4时,即可停止向溶液中通入二氧化硫。
②首先加入氢氧化钠溶液,与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠,由题给图2可知,当完全生成亚硫酸钠时,溶液的pH约为10,当溶液的pH约为10时,停止滴加氢氧化钠溶液;然后加热、浓缩,当有大量晶体析出时,由题给图3可知,可在高于34℃条件下趁热过滤。
4.(2018·东北三省三校联考)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____________________(任写一点),酸溶时废渣中主要成分发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(2)加入30%H2O2的目的是_________________________________________________。
(3)用萃取分液的方法除去溶液中的Fe3+
①加入30%H2O2后,检验溶液中是否含有Fe2+的最佳试剂是
________________________________________________________________________。
②萃取分液完成后,检验水相中是否含有Fe3+的最佳试剂是
________________________________________________________________________。
(4)室温下,除去MgSO4溶液中的Al3+(使Al3+浓度小于1×10-6mol·L-1)而不引入其他杂质,应加入的试剂X为____________,应调节pH的范围为_________________________。
已知:
①Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33;②pH=8.5时,Mg(OH)2开始沉淀
(5)向滤液中加入Na2CO3溶液生成MgCO3沉淀并用蒸馏水洗涤,确认沉淀洗净的操作及现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等(合理即可)
MgCO3+2H+===Mg2++H2O+CO2↑、MgSiO3+2H+===Mg2++H2SiO3
(2)将Fe2+氧化为Fe3+,便于除铁
(3)①K3[Fe(CN)6]溶液 ②KSCN溶液
(4)MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2·CO3(写出一个即可) 5.0<pH<8.5
(5)取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的氯化钡溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤干净
解析
(1)为了加快废渣的酸溶速率,可采取的办法有升高温度、搅拌、适当提高硫酸浓度等,酸溶时废渣中主要是碳酸镁和硅酸镁与硫酸的反应,碳酸镁和硅酸镁都要保留化学式。
(2)由流程信息可知下一步是“萃取分液”除去溶液中的Fe3+,而溶液中可能含有亚铁离子,因而用双氧水将亚铁离子氧化为铁离子,便于除去。
(3)①检验溶液中是否含有Fe2+的最佳试剂是K3[Fe(CN)6]溶液。
②萃取分液完成后,检验水相中是否含有Fe3+的最佳试剂是KSCN溶液。
(4)MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2·CO3均能消耗溶液中的氢离子且不引入新的杂质。
根据氢氧化铝的溶度积常数可知当铝离子浓度小于1×10-6mol·L-1可计算氢氧根的浓度:
c(OH-)>
=
=1.0×10-9mol·L-1,即pH应大于5.0,又因为pH=8.5时,Mg(OH)2开始沉淀,所以应调节pH的范围为5.0<pH<8.5。
(5)沉淀表面含有硫酸根离子,可以通过检验硫酸根离子判断沉淀是否洗涤干净。
无机化工流程中的常见分离方法总结
(1)洗涤(冰水、热水):
洗去晶体表面的杂质离子。
(2)过滤(热滤或抽滤):
分离难溶物和易溶物。
(3)萃取和分液:
利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质。
(4)蒸发结晶:
提取溶解度随温度变化不大的溶质。
(5)冷却结晶:
提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物。
(6)蒸馏或分馏:
分离沸点不同且互溶的液体混合物。
(7)冷却法:
利用气体易液化的特点分离气体。
题组三 侧重考查基本理论和基本计算的化工流程题
5.(2018·全国卷Ⅰ,27)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方向应用广泛。
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
(1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液
(3)2H2O-4e-===4H++O2↑ a (4)S2O
+2I2+3H2O===2SO
+4I-+6H+ 0.128
解析
(1)根据题给信息,将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5,则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
(2)①酸性条件下,SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。
②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2,其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。
(3)阳极上阴离子OH-放电,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,电解过程中H+透过阳离子交换膜进入a室,故a室中NaHSO3浓度增加。
(4)根据电子、电荷及质量守恒,可写出反应的离子方程式为S2O
+2I2+3H2O===2SO
+4I-+6H+,n(S2O
)=
×n(I2)=
×0.01000mol·L-1×10.00×10-3L=5×10-5mol,该样品中S2O
的残留量(以SO2计)为5×10-5mol×2×64g·mol-1×
=0.128g·L-1。
6.钴是周期表第四周期Ⅷ族元素,其化合物用途广泛,利用一种含钴矿石[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4·2H2O的工艺流程如下:
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
Fe(OH)2
Co(OH)2
Al(OH)3
Mn(OH)2
完全沉淀的pH
3.7
9.6
9.2
5.2
9.8
(1)浸出过程中加入NaClO3的目的是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)请用平衡移动原理说明加Na2CO3调pH到5.2生成沉淀的原因:
________________________________________________________________________。
(3)滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是____________________________________________。
(4)“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀。
已知某温度下,Ksp(MgF2)=7.35×10-11,Ksp(CaF2)=1.05×10-10。
当加入过量NaF后,所得滤液中
=________________________________________________________________________。
(5)已知水钴矿中Co2O3的质量分数为83%,若取1kg该矿石按照上述流程,理论上最多能制得CoC2O4的质量为____________g。
答案
(1)将Fe2+氧化为Fe3+,利于从混合液中除去
(2)因Fe3+和Al3+(用M3+代替)在水溶液中存在平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,CO
在溶液中存在平衡CO
+H2OHCO
+OH-,两者相互促进,最终生成沉淀和CO2气体
(3)除去Mn2+
(4)0.7
(5)1470
解析
(1)使Fe2+完全沉淀的pH=9.6,使Co2+完全沉淀的pH=9.2,如直接除掉Fe2+,溶液中的Co2+也沉淀下来。
Fe3+完全沉淀的pH=3.7,所以加NaClO3将浸出液中Fe2+氧化为Fe3+,利于从混合液中除去。
(2)加Na2CO3调pH=5.2能使Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀,原因是Fe3+和Al3+(用M3+代替)在水溶液中存在平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,CO
在溶液中存在平衡CO
+H2OOH-+HCO
,两者相互促进,最终生成沉淀和CO2气体。
(3)由工艺流程可知溶液中的锰离子还未除去,最终得到草酸钴,说明滤液中加入萃取剂的作用是除去锰离子。
(4)由溶度积可知,滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀,根据溶度积可知
=
=
=0.7。
(5)水钴矿中Co元素的物质的量=
×2=10mol,m(CoC2O4)=10mol×147g·mol-1=1470g。
热点题型二 陌生无机物性质的综合考查
1.题型特点
以元素化合物知识为载体,从素材情境中提取化学问题,将不同知识板块的内容整合和关联进行命题。
包括:
物质及其变化的规范表达,物质变化时的定量关系、分析解释、说明理由、概括结论、物质的氧化性和还原性与电化学原理相关联、溶液中的粒子成分与平衡常数相关联等。
2.认识陌生物质的性质的一般思路
特别提醒 认识陌生物质时要特别注意以下三点:
(1)物质变化是复杂的、有条件的,但是可认识的,有规律的。
(2)概念、原理是严谨的,但不能僵化机械地套用。
(3)要善于多角度、系统、辨
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