届高考化学考前专题冲刺提升训练无机化工流程题专题训练专题反思.docx
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届高考化学考前专题冲刺提升训练无机化工流程题专题训练专题反思
——无机化工流程题
【专题训练】
1.(2019·山西省晋中市高考适应性考试)碲(52Te)被誉为“现代工业、国防与尖端技术的维生素”,工业上常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te,含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属,其工艺流程如下:
已知:
TeO2是两性氧化物,微溶于水,易溶于较浓的强酸和强碱。
回答下列问题:
(1)“加压酸浸1”过程中将碲元素转化成TeO2,应控制溶液的pH为4.5~5.0,酸度不能过高,原因是__________________________,其中“加压”的目的是___________________。
写出“加压酸浸1”过程中Cu2Te发生反应的化学方程式:
__________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)“酸浸2”时温度过高会使碲的浸出率降低,原因是__________________。
要从Ag和Au中分离出Au,可以向回收的Ag和Au中加入的试剂是_________。
(3)写出“还原”反应中发生的离子方程式:
____________________________。
(4)工业上另一种提取碲的方法是将铜阳极泥在空气中焙烧,使碲转化成TeO2,再加NaOH碱浸,以石墨为电极电解溶液获得Te。
电解过程中阴极的电极反应式为__________________________________________________________。
(5)25℃时,向1mol/L的Na2TeO3溶液中滴加盐酸,当溶液pH约为6时,此时溶液中c(TeO
)∶c(HTeO
)=________。
(已知:
H2TeO3的Ka1=1.0×10-3,Ka2=2.0×10-8)
解析:
(1)TeO2是两性氧化物,溶液酸性过强TeO2会继续与H2SO4反应而导致碲元素损失;其中“加压”的目的是:
增大O2浓度,加快反应速率,提高浸出率;“加压酸浸1”过程中Cu2Te发生反应的化学方程式为Cu2Te+2O2+2H2SO4
2CuSO4+TeO2+2H2O。
(2)“酸浸2”时温度过高会使碲的浸出率降低,因为温度升高会导致盐酸挥发过多,反应物浓度降低,导致浸出率降低;要从Ag和Au中分离出Au,因为Ag可溶于硝酸,而Au不溶于硝酸,故可以向回收的Ag和Au中加入的试剂是稀硝酸。
(3)“还原”反应二氧化硫将Te4+还原为Te,发生的离子方程式为Te4++2SO2+4H2O===Te↓+2SO
+8H+。
(4)工业上还可以将铜阳极泥煅烧、碱浸后得到Na2TeO3,然后通过电解的方法得到单质碲。
已知电解时的电极均为石墨,阴极发生还原反应,Te元素化合价从+4变为0价,则阴极的电极反应式为TeO
+3H2O+4e-===Te+6OH-。
(5)25℃时,向1mol/L的Na2TeO3溶液中滴加盐酸,当溶液pH约为6时,c(H+)=1.0×10-6mol·L-1,Ka2=c(TeO
)·c(H+)/c(HTeO
)=2.0×10-8,则c(HTeO
)∶c(TeO
)=c(H+)∶Ka2=1.0×10-6∶2.0×10-8=50∶1。
c(TeO
)∶c(HTeO
)=1∶50。
答案:
(1)溶液酸性过强,TeO2会继续与酸反应导致碲元素损失 增大O2浓度,加快反应速率,提高浸出率
Cu2Te+2O2+2H2SO4
2CuSO4+TeO2+2H2O
(2)温度升高,盐酸挥发,反应物浓度降低,导致浸出率降低 稀硝酸 (3)Te4++2SO2+4H2O===Te↓+2SO
+8H+ (4)TeO
+3H2O+4e-===Te+6OH- (5)1∶50
2.氟化钡可用于制造电机电刷、光学玻璃、光导纤维、激光发生器。
以钡矿粉(主要成分为BaCO3,含有SiO2、Fe2+、Mg2+等杂质)为原料制备氟化钡的流程如下:
已知:
常温下Fe3+、Mg2+完全沉淀的pH分别是3.4、12.4。
(1)滤渣A的化学式为____________________。
(2)滤液1加H2O2氧化的过程中主要反应的离子方程式为_______________________。
(3)加20%NaOH溶液调节pH=12.5,得到滤渣C的主要成分是________________。
(4)滤液3加入盐酸酸化后再经______、冷却结晶、______、洗涤、真空干燥等一系列操作后得到BaCl2·2H2O。
(5)常温下,用BaCl2·2H2O配制成0.2mol·L-1水溶液与等浓度的氟化铵溶液反应,可得到氟化钡沉淀。
请写出该反应的离子方程式:
________________________。
已知Ksp(BaF2)=1.84×10-7,当钡离子完全沉淀时(即钡离子浓度≤10-5mol·L-1),溶液中氟离子浓度至少是__________mol·L-1。
(结果保留三位有效数字,已知
=1.36)
(6)已知:
Ksp(BaCO3)=2.58×10-9,Ksp(BaSO4)=1.07×10-10。
将氯化钡溶液滴入等物质的量浓度的硫酸钠和碳酸钠的混合溶液中,当BaCO3开始沉淀时,溶液中
=________。
(结果保留三位有效数字)
解析:
(1)钡矿粉中SiO2与盐酸不反应,故滤渣A为SiO2。
(2)滤液1加H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O。
(3)根据已知信息及流程图可知,加H2O2、调pH,得到的滤渣B为Fe(OH)3,加20%NaOH溶液调节pH=12.5,得到的滤渣C为Mg(OH)2。
(4)滤液3加盐酸酸化后得到BaCl2和HCl的混合溶液,由该溶液得到BaCl2·2H2O的实验操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、真空干燥等。
(5)根据Ksp(BaF2)=c(Ba2+)·c2(F-),当Ba2+完全沉淀时,至少需要的c(F-)=
=
mol·L-1=0.136mol·L-1。
(6)Ksp(BaSO4) 先沉淀,当BaCO3开始沉淀时,溶液中 = = = ≈24.1。 答案: (1)SiO2 (2)H2O2+2Fe2++2H+===2Fe3++2H2O (3)Mg(OH)2 (4)加热浓缩 过滤 (5)Ba2++2F-===BaF2↓ 0.136 (6)24.1 3.某小组模拟工业上回收分银渣中的银,过程如下: (1)Na2SO3溶液和氨水均可作浸出剂,但由于氨水易______(填物理性质),故用Na2SO3溶液更环保。 (2)Ⅰ中主要反应: AgCl+2 +Cl-。 研究发现: 其他条件不变时,该反应在敞口容器中进行,浸出时间过长会使银的浸出率(浸出液中银的质量占起始分银渣中银的质量的百分比)降低,可能原因是______(用离子方程式表示)。 (3)研究发现: 浸出液中含银化合物总浓度与含硫化合物总浓度及浸出液pH的关系如下图。 ①pH=10时,含银化合物总浓度随含硫化合物总浓度的变化趋势是______。 ②解释①中变化趋势的原因: ______。 ③pH=5时,含银化合物总浓度随含硫化合物总浓度的变化与pH=10时不同,原因是___。 (4)将Ⅱ中反应的离子方程式补充完整: □__ +□___OH-+□______=□______+□______+□______+CO32- (5)Ⅲ中回收液可直接循环使用,但循环多次后,银的浸出率会降低。 从回收液离子浓度变化和反应限度的角度分析原因: ______。 【答案】挥发2 含银化合物总浓度随含硫化合物总浓度的增大而增大浸出液中c( )增大,使浸出反应的平衡正向移动pH较小时, 与H+结合生成 或H2SO3,尽管含硫化合物总浓度增大,但c( )均较小46HCHO4Ag8 4H2O随着循环次数增加,浸出液中c( )减小、c(Cl-)增大,均使AgCl+2 +Cl-的限度减小 4.重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。 制备流程如图所示: 回答下列问题: (1)步骤①的主要反应为: FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2 上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。 该步骤不能使用陶瓷容器,原因是________________。 (2)滤渣1中含量最多的金属元素是____________,滤渣2的主要成分是____________及含硅杂质。 (3)步骤④调滤液2的pH使之变____________________(填“大”或“小”),原因是_________(用离子方程式表示)。 (4)有关物质的溶解度如图所示。 向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。 冷却到___________________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃ 步骤⑤的反应类型是___________________。 (5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为____________。 【答案】 (1)2: 7陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)铁Al(OH)3 (3)小增大溶液中H+,促进平衡2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O正向移动 (4)d复分解反应 (5) 【解析】 (1)FeO·Cr2O3是还原剂,完全氧化为Na2CrO4和Fe2O3,每摩转移7mol电子,而NaNO3是氧化剂,还原产物为NaNO3,每摩转移2mol电子,根据电子守恒可知,FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2: 7;陶瓷在高温下会与Na2CO3反应,则熔融时不能使用陶瓷容器; (2)熔块中氧化铁不溶于水,过滤后进入滤渣1,则滤渣1中含量最多的金属元素是铁;滤液1中含有AlO2-、SiO32-及CrO42-,调节溶液pH并过滤后得滤渣2为Al(OH)3; (3)滤液2调节pH的目的是提高溶液的酸性,pH变小;因为溶液中存在2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O,增大溶液中H+浓度,可促进平衡正向移动,提高溶液中Cr2O72-的浓度; (4)由图示可知,在10℃左右时,得到K2Cr2O7的固体最多,故答案为d;2KCl+Na2Cr2O7=K2Cr2O7↓+2NaCl的反应类型为复分解反应; (5)样品中Cr2O3的质量为m1×40%Kg,则生成K2Cr2O7的理论质量为m1×40%Kg× ,则所得产品的产率为m2Kg÷(m1×40%Kg× )×100%= ×100%。 5.硼及其化合物在工业上有许多用途。 以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)①为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示: 回答下列问题: (1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式: ___________。 为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外②,还可采取的措施有_______(写出两条)。 (2)“净化除杂”需先加H2O2溶液③,作用是_______________________。 然后再调节溶液的pH约为5④,目的是___________________________。 (3)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。 (4)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为___________________________________________________。 (5)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。 以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼⑤,用化学方程式表示制备过程: _____________________________。 [关键信息] ①通过原料粗略了解流程。 ②为增大反应速率,可采取粉碎矿石、加速搅拌或升高温度等方法。 ③用H2O2把亚铁离子氧化为铁离子。 ④调节pH约为5,使铁离子和铝离子转化为氢氧化物的沉淀除去。 ⑤硼酸和镁反应生成硼单质,由元素守恒可知镁转化为氧化镁,同时还有水生成,依据守恒配平即可。 [步骤分析] (1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应,根据提示除生成硼酸外,只能生成硫酸镁。 为增大反应速率,可采取粉碎矿石、加速搅拌或升高温度的方法。 (2)加入硫酸后溶液中含有亚铁离子和铁离子,亚铁离子不易除去,所以用H2O2把亚铁离子氧化为铁离子,调节pH约为5,使铁离子和铝离子转化为氢氧化物的沉淀除去。 (3)通过前面除杂,没有除去的离子只有镁离子,所以杂质只能是硫酸镁。 (4)NaBH4中四个氢原子以硼原子为中心形成四个共价键,五个原子形成一个阴离子和钠离子结合。 (5)硼酸和镁反应生成硼单质,镁只能是氧化镁,另外还有水生成,配平方程式即可。 [标准答案] (1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3 升高反应温度、粉碎矿石 (2)将Fe2+氧化为Fe3+ 使Al3+和Fe3+形成氢氧化物的沉淀而除去 (3)(七水)硫酸镁 (5)2H3BO3 B2O3+3H2O,B2O3+3Mg 2B+3MgO 6.我国是世界上最大的钨储藏国,金属钨可用于制造灯丝、合金钢和光学仪器,有“光明使者”的美誉,现以白钨矿(主要成分为CaWO4,还含有二氧化硅、氧化铁等杂质)为原料冶炼高纯度金属钨,工业流程如图: 已知: ①钨酸酸性很弱,难溶于水; ②完全沉淀离子的pH值: SiO32−为8,WO42−为5; ③碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨。 回答下列问题: (1)工业上生产纯碱常先制得碳酸氢钠,此法叫“联碱法”,为我国化工专家侯德榜创立,即向饱和食盐水中先通入NH3,再通入CO2,最终生成碳酸氢钠晶体和氯化铵溶液,写出该化学反应方程式: __________。 (2)流程中白钨矿CaWO4和纯碱发生的化学反应方程式是: ___________________。 (3)滤渣B的主要成分是(写化学式)_______________。 调节pH可选用的试剂是: ________(填选项)。 A.氨水B.盐酸C.NaOH溶液D.Na2CO3溶液 (4)检验沉淀C已经洗涤干净的操作是_________________________。 (5)为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨,不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是: _______________。 (6)将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中可得到钨酸钙,已知某温度时,Ksp(CaWO4)=1×10−10,Ksp[Ca(OH)2]=4×10−7,当溶液中WO42−恰好沉淀完全(离子浓度等于10−5mol/L)时,溶液中c(OH−)=________________。 【答案】 (1)NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl(2分) (2)CaWO4+Na2CO3 Na2WO4+CaO+CO2↑(2分) (3)H2SiO3(2分)B(1分) (4)取少量最后一次洗涤液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴加1~2滴AgNO3溶液,无白色沉淀生成,说明沉淀已经洗涤干净(2分) (5)碳为固体,难以与钨分离,且碳和钨在高温下会反应生成碳化钨(2分) (6)0.2mol/L(3分) 【解析】白钨矿的主要成分是CaWO4,含有二氧化硅、氧化铁等杂质,白钨矿与碳酸钠在1000℃温度下反应,二氧化硅与碳酸钠会反应生成硅酸钠,氧化铁不反应,得到的混合物用水浸取,过滤后的滤液经过系列操作得到WO3,说明碳酸钠与CaWO4反应生成Na2WO4,则滤渣A为氧化铁等,滤液中含有Na2SiO3、Na2WO4,再调节pH在5~8之间,使硅酸根转化为H2SiO3沉淀过滤除去,母液中含有Na2WO4,再加入盐酸得到沉淀C为H2WO4,灼烧产生三氧化钨和水,再还原得到钨,以此解答该题。 (1)向饱和食盐水中先通入NH3,再通入CO2,最终生成碳酸氢钠晶体和氯化铵溶液,反应的方程式为NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl; (2)CaWO4与纯碱反应生成Na2WO4、CaO与二氧化碳,反应方程式为CaWO4+Na2CO3 Na2WO4+CaO+CO2↑; (3)滤渣B的主要成分为H2SiO3,调节溶液pH使硅酸根转化为H2SiO3沉淀过滤除去,应加入盐酸, 故答案为: H2SiO3;B; (4)检验沉淀C是否洗涤干净的操作是: 取少量最后一次洗涤液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴加1~2滴AgNO3溶液,无白色沉淀生成,说明沉淀已经洗涤干净; (5)如果用碳做还原剂,混杂在金属中的碳不易除去,而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨,不容易获得纯的金属钨,用氢气作还原剂可避免产生以上问题, 故答案为: 碳为固体,难以与钨分离,且碳和钨在高温下会反应生成碳化钨; (6)当溶液中WO42−恰好沉淀完全,其离子浓度等于10−5mol/L,根据Ksp(CaWO4)=c(Ca2+) c(WO42−)=1×10−10,则溶液中c(Ca2+)=1×10−5mol/L,再根据Ksp[Ca(OH)2]=c(Ca2+) c2(OH−)=4×10−7,可知c(OH−)=0.2mol/L,故答案为: 0.2mol/L。 7.溴化锂是一种高效的水汽吸收剂和空气湿度调节剂。 工业上以碳酸锂为原料制备LiBr·H2O的流程如下: 已知: ①Br2+H2O HBr+HBrO,3Br2+3H2O 5HBr+HBrO3; ②HBrO、HBrO3具有强氧化性。 (1)合成时,除生成LiBr外,还产生了两种参与大气循环的气体,请写出反应的化学方程式: ______________________________________________________ __________________________________________________________________。 (2)合成时,向碳酸锂中滴加溴和氨水的顺序是________(填字母),可能的理由是_____________________________________________________________________。 a.先加氨水再滴溴 b.先滴溴再加氨水 c.边滴溴边加氨水 (3)若测得合成所得溶液的pH<3,说明溴过量。 可用试剂X将pH调至8~9以除去过量的溴,则X的化学式为________________。 (4)加入硫脲[CS(NH2)2]的作用是除去BrO ,在此反应中硫脲表现的性质_____________________________________________________________________。 (5)已知脱色后的混合液中还含有少量的CO 。 溴化锂溶液的溶解度随温度变化的曲线如图所示,请补充完整脱色后得到的溶液制备LiBr·H2O的实验方案: 加入活性炭脱色后,_____________________________________________________ (实验中可供选择试剂: 盐酸、氢溴酸、乙醇、蒸馏水)。 解析 (1)能参与大气循环的气体肯定是大气中的成分且无毒,根据反应物中的元素推断是CO2和N2,化学方程式见答案。 (2)由题目信息知,若先加Br2,则会生成HBrO和HBrO3;若先加氨水,则Br2主要转化为Br-,故选a。 (3)加入试剂X调溶液的pH时不能引入新杂质,故可以用Li2CO3、LiOH或Li2O等物质。 (4)除去BrO 这种强氧化性离子,转变为Br-,故硫脲在反应中体现还原性。 (5)因为混合液中含有少量的CO ,故过滤后要在滤液中加入氢溴酸除去CO ,再蒸发、浓缩,由图像可知,当温度低于44℃时会形成LiBr·2H2O,故冷却至44℃结晶,过滤再用乙醇洗涤,可减少LiBr·H2O的溶解损失,且乙醇易挥发,有利于LiBr·H2O的干燥。 答案 (1)3Br2+3Li2CO3+2NH3·H2O===6LiBr+N2↑+3CO2↑+5H2O (2)a 在氨水存在的条件下可减少Br2转化为BrO-、BrO (3)LiOH(或Li2CO3、Li2O) (4)还原性 (5)过滤,向滤液中加入氢溴酸,蒸发、浓缩、冷却至44℃结晶,(保温44℃)过滤,用乙醇洗涤,干燥 【专题反思】 思维建模 无机化工生产流程题的解题步骤 (1)审题——快速浏览,明确实验目的 ①阅读题目背景材料、找出提供的原料、分析提供的条件和图表。 ②解读操作流程、挖掘重要的操作步骤。 ③明确知识的考查背景,以及考查哪些方面的化学反应原理。 (2)析题——仔细审读,关注有效信息 ①关注箭头号: 图1箭头表示的是反应物同时加入;图2表示反应物分步加入;图3表示循环反应。 ②关注框内所列内容: 明确实验目的,大致弄清从原料到产品的物质间的转化关系及各操作步骤的目的。 ③结合条件、信息与问题,联系化学原理知识,分析推理从而解决问题。 (3)答题——合理切入,规范正确答题 ①从目的和反应原理切入。 ②从原料和产品切入。 ③从生产要求和条件切入。 ④从产品分离和提纯切入。 ⑤从绿色化学思想切入。 ⑥注意问题表达(因果、对比)、注意书写规范。 (4)查漏——认真检查,再次突破,搁置难点
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