高考化学二轮复习 专项提能检测3 化工流程题专练.docx
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高考化学二轮复习专项提能检测3化工流程题专练
专项提能检测(三) “化工流程题”专练
1.(2015·无锡模拟)稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素之总称,金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素,它们的性质极为相似,常见化合价为+3价。
无论是航天、航空、军事等高科技领域,还是传统工农业,稀土的应用几乎是无所不在。
其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。
我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10),工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。
已知:
①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表。
离子
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Fe3+
2.7
3.7
Y3+
6.0
8.2
②Be(OH)2+2NaOH===Na2BeO2+2H2O
请回答下列问题:
(1)过滤Ⅲ所得滤液的溶质主要有________________________________。
(2)①欲从过滤Ⅰ所得混合溶液中制得Be(OH)2沉淀,最好选用盐酸和________两种试剂,再通过必要的操作即可实现。
a.NaOH溶液 b.氨水 c.CO2 d.HNO3
②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式:
__________________。
(3)已知25℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,则该温度下反应Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+的平衡常数K=________________________。
(4)写出煅烧过程的化学方程式:
__________________________________。
2.(2015·济南模拟)铁及其化合物应用广泛。
(1)三氯化铁是一种水处理剂,工业制备无水三氯化铁固体的部分流程如下图:
①检验副产品中含有X时,选用的试剂是________(填下列字母中序号)。
a.NaOH溶液 b.KSCN溶液
c.酸性KMnO4溶液d.铁粉
②在吸收塔中,生成副产品FeCl3的离子方程式为_________________________。
(2)高铁酸钾(K2FeO4)也是一种优良的水处理剂,工业上,可用铁作阳极,电解KOH溶液制备高铁酸钾;电解过程中,阳极的电极反应式为________________;电解一段时间后,若阳极质量减少28g,则在此过程中,阴极析出的气体在标准状况下的体积为_____L。
(3)硫化亚铁常用于工业废水的处理。
①你认为,能否用硫化亚铁处理含Cd2+的工业废水?
______(填“能”或“否”)。
请根据沉淀溶解平衡的原理解释你的观点(用必要的文字和离子方程式说明):
___________。
[已知:
25℃时,溶度积常数Ksp(FeS)=6.3×10-18、Ksp(CdS)=3.6×10-29]
②工业上处理含Cd2+废水还可以采用加碳酸钠的方法,反应如下:
2Cd2++2CO
+H2O===Cd2(OH)2CO3↓+A,则A的化学式为____________________。
3.(2015·南京模拟)以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。
已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:
(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为__________________________。
(2)图中“滤渣”的主要成分为 填化学式。
(3)加30%的H2O2溶液发生的离子反应方程式为________________________。
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为
4[NH4AlSO42·12H2O]
2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O
将产生的气体通过下图所示的装置。
①集气瓶中收集到的气体是________(填化学式)。
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有________(填化学式)。
③KMnO4溶液褪色(MnO
还原为Mn2+),发生的离子反应方程式为___________。
4.(2015·安庆模拟)用湿法制磷酸副产品氟硅酸(H2SiF6)生产无水氟化氢的工艺如下图所示:
已知:
氟硅酸钾(K2SiF6)微酸性,有吸湿性,微溶于水,不溶于醇。
在热水中水解成氟化钾、氟化氢及硅酸。
(1)写出反应器中的化学方程式:
_____________________________________。
(2)在实验室过滤操作中所用的玻璃仪器有_____________________________;
在洗涤氟硅酸钾(K2SiF6)时常用酒精洗涤,其目的是____________________。
(3)该流程中哪些物质可以循环使用:
________________________(用化学式表达)。
(4)氟化氢可以腐蚀刻划玻璃,在刻蚀玻璃过程中也会生成H2SiF6,试写出该反应方程式:
_________________________________________________________________。
(5)为了测定无水氟化氢的纯度,取标况下的气体产物2.24L,测得质量为3.1g,并将气体通入含足量的Ca(OH)2溶液中,得到5.85gCaF2沉淀,则无水氢氟酸质量分数为______(保留2位有效数字)。
通过计算结果,试解释,标况下2.24L产物的质量远远大于2.0g的原因:
_____________________________________________。
5.(2015·通州模拟)碱式氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]是利用工业铝灰和活性铝矾土为原料(主要含Al、Al2O3、SiO2及铁的氧化物)经过精制加工而成,此产品活性较高,对工业污水具有较好的净化效果。
其制备流程如下:
(1)原料需要粉碎,其目的是_______________________________________;
滤渣Ⅰ的主要成分是________。
(2)步骤①在煮沸过程中,溶液逐渐变为浅绿色,此时溶液中呈浅绿色的阳离子常采用加入________试剂进行检验(填化学式);随后溶液又变为棕黄色,相关反应的离子方程式为____________________________________________________________________。
(3)步骤②中加入适量的Ca(OH)2并控制pH,其目的:
一是生成碱式氯化铝;二是_____________________________________________________________________;
已知碱式氯化铝的分散质粒子大小在1~100nm之间,则区别滤液Ⅰ与碱式氯化铝两种液体的物理方法是_____________________________________________________;
若Ca(OH)2溶液过量,则步骤③得到的碱式氯化铝产率偏低,该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。
(4)某温度下若0.1molAlCl3溶于蒸馏水,当有2.5%水解生成Al(OH)3溶液时,吸收热量QkJ,该过程的热化学反应方程式为_______________________________________。
6.(2015·石景山模拟)孔雀石主要成分是Cu2(OH)2CO3,还含少量FeCO3及Si的化合物,实验室以孔雀石为原料制备硫酸铜晶体的步骤如下:
(1)步骤Ⅰ中涉及的反应用离子方程式表示为___________________________。
(2)步骤Ⅱ中试剂①是________(填字母)。
a.KMnO4 b.H2O2 c.Fe粉 d.KSCN
(3)步骤Ⅲ加入CuO的目的是______________________________________。
(4)步骤Ⅳ获得硫酸铜晶体,需要经过______、________、过滤等操作。
(5)孔雀石与焦炭一起加热可以生成Cu及其他无毒物质,写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(6)测定硫酸铜晶体(CuSO4·xH2O)中结晶水的x值:
称取2.4g硫酸铜晶体,加热至质量不再改变时,称量粉末的质量为1.6g。
则计算得x=________(计算结果精确到0.1)。
7.(2015·泰州模拟)锌浮渣主要含Zn、ZnO、SiO2、Fe2+、Cd2+、Mn2+,工业上可通过控制条件逐一除去杂质以制备超细活性氧化锌,其工艺流程如下:
(1)锌浮渣利用硫酸浸出后,将滤渣1进行再次浸出,其目的是____________。
(2)净化1是为了将Mn2+转化为MnO2而除去,写出该反应的离子方程式:
___
__________________________________________________________________。
(3)90℃时,净化2溶液中残留铁的浓度受pH影响如图所示。
pH较小时,虽有利于Fe2+转化为Fe3+,但残留铁的浓度仍高于pH为3~4时的原因是__________________________________。
(4)滤渣3的主要成分为________(填化学式)。
(5)碳化在50℃进行,“前驱体”的化学式为
ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O,写出碳化过程生成“前驱体”的化学方程式:
________;碳化时所用NH4HCO3的实际用量为理论用量的1.1倍,其原因一是为了使Zn2+充分沉淀,二是______________________________________________________________________。
8.(2015·黄山模拟)银铜合金广泛用于航空工业。
从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:
[注:
Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃]
(1)电解精炼银时,电解质溶液可选用________;滤渣A与稀HNO3反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)固体混合物B的组成为________;过滤得到固体B时,实验室如何进行洗涤操作?
____________________。
(3)在第一步过滤所得的CuSO4溶液中含有过量的硫酸,若要用该溶液来检测糖尿病需要对溶液进行哪些处理________。
检测糖尿病时发生的反应方程式为_______________。
(4)完成煅烧过程中发生反应的一个化学方程式:
____CuO+____Al2O3
____CuAlO2+____↑。
(5)理论上生产6.15kgCuAlO2需要含铜的质量分数为64%的银铜合金废料_______kg。
答案
1.解析:
(1)钇矿石与氢氧化钠共熔,加水溶解后得硅酸钠溶液和铍酸钠溶液,同时还产生了氢氧化钇和三氧化二铁沉淀,加盐酸、氨水调节pH后加入草酸,此时的沉淀为草酸钇,溶液中存在氯化铵和草酸铵;
(2)①想从过滤Ⅰ所得混合溶液中制得Be(OH)2沉淀,最好选用盐酸和氨水两种试剂,在适合的pH下即可形成沉淀;②Na2BeO2与足量盐酸发生反应,生成氯化铍、氯化钠和水,离子反应方程式为BeO
+4H+===Be2++2H2O;
(3)Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38=c(Fe3+)×c3(OH-),那么c3(OH-)=
,则c3(H+)=
,则K=
=2.5×10-5;
(4)煅烧草酸钇的方程式为Y2(C2O4)3
Y2O3+3CO↑+3CO2↑。
答案:
(1)氯化铵、草酸铵
(2)①b ②BeO
+4H+===Be2++2H2O
(3)2.5×10-5
(4)Y2(C2O4)3
Y2O3+3CO↑+3CO2↑
2.解析:
(1)①吸收剂X的作用是吸收未反应的Cl2,生成FeCl3,所以X为FeCl2,用酸性KMnO4溶液可以检验亚铁离子的存在,故c符合;②吸收塔中,氯气和氯化亚铁反应生成副产品氯化铁,反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-;
(2)用铁作阳极,电解KOH溶液制备高铁酸钾。
电解过程中,阳极的电极反应是铁失电子生成高铁酸根离子,结合碱溶液中氢氧根离子电荷配平得到电极反应为Fe-6e-+8OH-===FeO
+4H2O;电解一段时间后,若阳极质量减少28g铁,n(Fe)=
=0.5mol,则在此过程中,阴极电极反应为2H++2e-===H2↑,依据电子守恒Fe~6e-~3H2,阴极析出的气体在标准状况下的体积=3×0.5mol×22.4L·mol-1=33.6L;
(3)①溶度积常数Ksp(FeS)=6.3×10-18、Ksp(CdS)=3.6×10-29,由溶度积常数分析判断CdS更难溶,可以实现沉淀转化,Cd2+(aq)+FeS(s)===Fe2+(aq)+CdS(s),所以能用硫化亚铁处理含Cd2+的工业废水;②2Cd2++2CO
+H2O===Cd2(OH)2CO3↓+A,根据原子守恒可知A的化学式为CO2。
答案:
(1)①c ②2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
(2)Fe-6e-+8OH-===FeO
+4H2O 33.6
(3)①能 CdS比FeS更难溶,可以实现沉淀转化,Cd2+(aq)+FeS(s)===Fe2+(aq)+CdS(s) ②CO2
3.解析:
(1)氧化铝为两性氧化物,与酸、碱均反应;
(2)铁的氧化物和氧化铝溶于酸,二氧化硅不溶形成滤渣;(3)溶液中的亚铁离子不易除去,需把其氧化为铁离子再沉淀除去;(4)通过饱和亚硫酸氢钠溶液除去氨气、三氧化硫,通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫气体,故收集的气体为氮气;KMnO4溶液与二氧化硫反应,二氧化硫被氧化为硫酸根离子。
答案:
(1)Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O
(2)SiO2 (3)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(4)①N2 ②SO3、NH3 ③2MnO
+5SO2+2H2O===
2Mn2++5SO
+4H+
4.解析:
(1)根据题意知,氟硅酸与硫酸钾反应后得到硫酸和氟硅酸钾,所以方程式为H2SiF6+K2SO4===H2SO4+K2SiF6↓。
(2)过滤实验用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒;因为氟硅酸钾微溶于水,不溶于醇,用酒精洗涤可减少氟硅酸钾的损失。
(3)通过流程可看出硫酸有进有出,可以循环使用,硫酸钾也可以循环使用。
(4)氟化氢和二氧化硅反应生成了氟硅酸和水,化学方程式为6HF+SiO2===H2SiF6+2H2O。
(5)氟化钙的物质的量为
=0.075mol,所以吸收的氟化氢的物质的量为0.15mol,氟化氢的质量为3g,则w(HF)=
×100%=97%;因为HF分子间形成氢键,部分缔合成双聚体,所以标况下2.24L产物的质量会远远大于2.0g。
答案:
(1)H2SiF6+K2SO4===H2SO4+K2SiF6↓
(2)烧杯、漏斗、玻璃棒 氟硅酸钾不溶于酒精,减少用水洗涤时的损失
(3)H2SO4、K2SO4
(4)6HF+SiO2===H2SiF6+2H2O
(5)97% HF分子间形成氢键,部分缔合成双聚体
5.解析:
(1)原料都是固体,将固体物质粉碎,其目的是为了增大反应物接触面积,加快溶解速率(提高Al3+的浸出率);Al、Al2O3、Fe2O3等金属或金属氧化物都能溶于酸,滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2。
(2)步骤①在煮沸过程中,溶液逐渐变为浅绿色,此时溶液中呈浅绿色的阳离子Fe2+常采用加入K3[Fe(CN)6]溶液的方法来检验。
随后溶液会被空气中的氧气氧化变为Fe3+,而使溶液又变为棕黄色,相关反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O。
(3)步骤②中加入适量的Ca(OH)2并控制pH,其目的:
一是生成碱式氯化铝;二是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去。
由于碱式氯化铝的分散质粒子大小在1~100nm之间,所以属于胶体;而滤液则属于溶液。
因此区别滤液Ⅰ与碱式氯化铝两种液体的物理方法是利用胶体的性质,观察是否有丁达尔效应,有丁达尔效应的就是胶体,否则就是滤液。
若Ca(OH)2溶液过量,则会发生反应:
Al3++4OH-===AlO
+2H2O,导致步骤③得到的碱式氯化铝产率偏低。
(4)有0.1mol×2.5%的AlCl3水解放出QkJ热量,则该过程的热化学反应方程式为AlCl3(aq)+3H2O(l)Al(OH)3(胶体)+3HCl(aq) ΔH=+400QkJ·mol-1。
答案:
(1)增大反应物接触面积,加快溶解速率(提高Al3+的浸出率) SiO2(或二氧化硅)
(2)K3[Fe(CN)6] 4Fe2++O2+4H+===4Fe3++2H2O
(3)除Fe3+ 观察是否有丁达尔效应 Al3++4OH-===AlO
+2H2O
(4)AlCl3(aq)+3H2O(l)Al(OH)3(胶体)+3HCl(aq) ΔH=+400QkJ·mol-1
6.解析:
实验过程中先将矿石溶解,所以加入稀硫酸溶解碱式碳酸铜和碳酸亚铁。
若将Fe2+氧化为Fe3+,而不引入杂质,应选用过氧化氢。
所得溶液2中加入CuO,调节溶液的pH,使Fe3+沉淀完全。
(6)加热晶体后所得粉末为CuSO4,计算其物质的量:
n(CuSO4)=m/M=1.6g/160g·mol-1=0.01mol,而减少的为水的质量m(H2O)=2.4g-1.6g=0.8g,n(H2O)=
=0.044mol,CuSO4·xH2O
CuSO4 + xH2O,则x=4.4。
1 x
0.01mol 0.044mol
答案:
(1)Cu2(OH)2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O、FeCO3+2H+===Fe2++CO2↑+H2O
(2)b
(3)消耗酸使溶液pH升高,便于Fe3+形成沉淀除去
(4)加热浓缩 冷却结晶
(5)Cu2(OH)2CO3+C
2Cu+2CO2↑+H2O
(6)4.4
7.解析:
(1)将滤渣1进行再次浸出的目的是提高锌元素的总浸出率。
(2)净化1是为了将Mn2+转化为MnO2而除去,在反应中S元素的化合价从+7价降低到+6价,得到1个电子,而锰元素从+2价升高到+4价,失去2个电子,根据得失电子守恒可知该反应的离子方程式Mn2++S2O
+2H2O===MnO2↓+2SO
+4H+。
(3)铁离子水解溶液显酸性,因此pH较小时,虽有利于Fe2+转化为Fe3+,但由于H+抑制Fe3+水解,因此导致残留铁的浓度仍高于pH为3~4。
(4)锌是活泼的金属,能把溶液中的Cd2+置换出来,因此滤渣3的主要成分为Cd。
(5)根据流程图可判断,在碳化过程生成“前驱体”的同时还有CO2和硫酸铵生成,则反应的化学方程式为3ZnSO4+6NH4HCO3===ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑;由于反应过程中有部分NH4HCO3分解(或NH4HCO3消耗H+,避免H+浓度过大溶解ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O),所以碳化时所用NH4HCO3的实际用量为理论用量的1.1倍。
答案:
(1)提高锌元素的总浸出率
(2)Mn2++S2O
+2H2O===MnO2↓+2SO
+4H+
(3)H+抑制Fe3+水解
(4)Cd
(5)3ZnSO4+6NH4HCO3===ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑ 反应过程中有部分NH4HCO3分解(或NH4HCO3消耗H+,避免H+浓度过大溶解ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O)
8.解析:
(1)电解精炼银时,电解质溶液可选用硝酸银溶液;银与稀硫酸不反应,则滤渣A是银。
稀硝酸有强氧化性,能与银发生氧化还原反应,则银与稀HNO3反应的化学方程式为3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O。
(2)硫酸铜、硫酸铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铜、氢氧化铝沉淀。
由于Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450℃和80℃,因此煮沸的过程中氢氧化铜分解生成氧化铜,则固体混合物B的组成为Al(OH)3和CuO;过滤后的沉淀需要在过滤器中完成,则过滤得到固体B时,进行洗涤的实验操作是将固体置于漏斗中,慢慢注入蒸馏水直到淹没固体,静置使其全部滤出,重复2~3次。
(3)醛基与氢氧化铜的反应需要在弱碱性环境中完成,则若要用该溶液来检测糖尿病需要对溶液进行的操作是溶液中加过量氢氧化钠,生成偏碱性的氢氧化铜悬浊液。
葡萄糖含有醛基与新制氢氧化铜悬浊液反应的化学方程式为CH2OHCH(OH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH
CH2OHCH(OH)4COONa+Cu2O↓+3H2O。
(4)根据方程式可知反应中铜元素的化合价从+2价降低到+1价,得到1个电子。
则氧元素的化合价应该升高,即反应中还有氧气产生,根据电子得失守恒可知反应的化学方程式为4CuO+2Al2O3
4CuAlO2+O2↑。
(5)理论上生产6.15kgCuAlO2,设需要含铜的质量分数为64%的银铜合金废料的质量为x,根据铜原子守恒则x×64%=6.15kg×
,解得x=5kg。
答案:
(1)AgNO3 3Ag+4HNO3(稀)===3AgNO3+NO↑+2H2O
(2)Al(OH)3和CuO 将固体置于漏斗中,慢慢注入蒸馏水直到淹没固体,静置使其全部滤出,重复2~3次
(3)溶液中加过量氢氧化钠,生成偏碱性的氢氧化铜悬浊液 CH2OHCH(OH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH
CH2OHCH(OH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
(4)4CuO+2Al2O3
4CuAlO2+O2↑ (5)5
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