精编版高考化学之《考前抓大题》01 化学工艺流程题一解析版.docx
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精编版高考化学之《考前抓大题》01化学工艺流程题一解析版
大题01化学工艺流程题
(一)
1.钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)是一种金属腐蚀抑制剂。
工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示:
(1)途径I碱浸时发生反应的化学反应方程式为________________________________________。
(2)途径II氧化时还有Na2SO4生成,则反应的离子方程式为_____________________________。
(3)已知途径I的钼酸钠溶液中c(MoO42-)=0.40mol/L,c(CO32-)=0.10mol/L。
由钼酸钠溶液制备钼酸钠晶体时,需加入Ba(OH)2固体以除去CO32-。
当BaMoO4开始沉淀时,CO32-的去除率是____________[已知Ksp(BaCO3)=1×10-9、Ksp(BaMoO4)=4.0×10-8,忽略溶液的体积变化]。
(4)分析纯的钼酸钠常用钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应来制取,若将该反应产生的气体与途径I所产生的气体一起通入水中,得到正盐的化学式是__________________________。
(5)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。
常温下,碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如下图:
①当硫酸的浓度大于90%时,碳素钢腐蚀速率几乎为零,原因是________________________。
②若缓释剂钼酸钠-月桂酸肌氨酸总浓度为300mg·L-1,则缓蚀效果最好时钼酸钠(M=206g/mol)的物质的量浓度为__________________(计算结果保留3位有效数字)。
(6)二硫化钼用作电池的正极材料时接受Li+的嵌入,锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为:
xLi+nMoS2
Lix(MoS2)n。
则电池放电时正极的电极反应是:
_____________________。
【答案】
(1)MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑
(2)MoS2+9ClO-+6OH-=MoO42-+9Cl-+2SO42-+3H2O
(3)90%
(4)(NH4)2CO3和(NH4)2SO3
(5)①常温下浓硫酸会使铁钝化②7.28×10-4mol/L
(6)nMoS2+xLi++xe-=Lix(MoS2)n
【解析】利用钼精矿(主要成分是MoS2)制备钼酸钠有两种途径:
途径Ⅰ是先在空气中灼烧生成MnO3,同时得到对环境有污染的气体SO2,然后再用纯碱溶液溶解MnO3,即可得到钼酸钠溶液,最后结晶得到钼酸钠晶体;途径Ⅱ是直接用NaClO溶液在碱性条件下氧化钼精矿得到钼酸钠溶液,结晶后得到钼酸钠晶体。
(1)根据题给流程图分析途径I碱浸时,MoO3与碳酸钠溶液反应生成二氧化碳和Na2MoO4,发生反应的化学方程式为:
MoO3+Na2CO3=Na2MoO4+CO2↑;
(2)途径Ⅱ氧化时MoS2与次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应生成Na2MoO4和硫酸钠,利用化合价升降法结合原子守恒和电荷守恒配平,发生反应的离子方程式为MoS2+9ClO-+6OH-====MoO42-+9Cl-+3H2O;
(3)BaMoO4开始沉淀时,溶液中钡离子的浓度为:
c(Ba2+)=
=1×10-7mol/L,溶液中碳酸根离子的浓度为:
c(SO42-)=
=1×10-2mol/L,所以碳酸根离子的去除率为:
1
=1-10%=90%;故CO32-的去除率是90%;
(4)钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应生成钼酸钠和氨气,将氨气与途径I所产生的尾气CO2、SO2一起通入水中,得到正盐的化学式是(NH4)2CO3、(NH4)2SO3;
(5)①浓硫酸具有强氧化性,常温下能使铁钝化。
故当硫酸的浓度大于90%时,腐蚀速率几乎为零;
②根据图示可知,当钼酸钠、月桂酸肌氨酸浓度相等时,腐蚀速率最小,缓蚀效果最好,
所以钼酸钠的浓度为:
150mg•L-1,1L溶液中含有的钼酸钠物质的量为:
≈7.28×10-4mol,所以钼酸钠溶液的物质的量浓度为:
7.28×l0-4mol•L-1,故答案为7.28×l0-4mol•L-1;(6)根据锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为:
xLi+nMoS2
Lix(MoS2)n,可知锂是还原剂,在负极发生氧化反应,负极反应式为:
xLi-xe-=xLi+,是氧化剂在正极发生还原反应,据此书写电池放电时的正极反应式:
正极反应式为:
nMoS2+xLi++xe-=Lix(MoS2)n。
2.硒是典型的半导体材料,在光照射下导电性可提高近千倍。
图1是从某工厂的硒化银半导体废料(含Ag2Se、Cu单质)中提取硒、银的工艺流程图:
(1)为提高反应①的浸出速率,可采取的措施为______________(答出两条)。
(2)已知反应③生成一种可参与大气循环的气体单质,写出该反应的离子方程式__________。
(3)反应②为Ag2SO4(s)+2Cl-(aq)
2AgCl(s)+
(aq);常温下,Ag2SO4、AgCl的饱和溶液中阳离子和阴离子浓度关系如图2所示。
则Ag2SO4(s)+2Cl-(aq)
2AgCl(s)+
(aq)的化学平衡常数的数量级为________。
(4)写出反应④的化学方程式________________________________________。
(5)室温下,H2SeO3水溶液中H2SeO3、
、
的物质的量分数随pH的变化如图3所示,则室温下H2SeO3的Ka2=________。
【答案】
(1)加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等
(2)4AgCl+N2H4·H2O+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+5H2O(或4AgCl+N2H4+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+4H2O)
(3)1014
(4)H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se↓(或H2SeO3+2H2SO3=2H2SO4+Se↓+H2O)
(5)10-7.3
【解析】
(1)根据外界条件对反应速率的影响,为了提高浸出速率,可以采取的措施有加热、增大硫酸的浓度、粉碎固体废料、搅拌等;
(2)反应③中AgCl转化为Ag,Ag的化合价降低,则N2H4·H2O中N的化合价升高,结合题意知N2H4·H2O转化为N2,反应的离子方程式为:
4AgCl+N2H4·H2O+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+5H2O(或4AgCl+N2H4+4OH-=4Ag+4Cl-+N2↑+4H2O);
(3)根据题图2,可以计算出Ksp(AgCl)=c(Ag+)·c(Cl-)=10-5×10-4.75=10-9.75,Ksp(Ag2SO4)=c2(Ag+)·c(SO
)=(10-2)2×10-1=10-5。
该反应的平衡常数K=
==
=
=1014.5=100.5×1014,1<100.5<10,故该反应的化学平衡常数的数量级为1014;
(4)反应④为SO2和H2SeO3的反应,H2SeO3转化为Se,H2SeO3被还原,则SO2被氧化,SO2转化为H2SO4,根据得失电子守恒和原子守恒,配平化学方程式为:
H2SeO3+2SO2+H2O=2H2SO4+Se↓;
(5)根据题图3,可知pH=7.30时,HSeO
、SeO
的物质的量分数相等,即c(HSeO
)=c(SeO
),则H2SeO3的Ka2=
=c(H+)=10-7.3。
3.重铬酸钠是一种用途极广的氧化剂,工业上可以用铬铁矿[主要成分Fe(CrO2)2(或写成FeO·Cr2O3),还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质]制备,同时还可回收Cr。
其主要工业流程如图所示:
已知部分物质的溶解度曲线如图1所示。
图1图2
请回答下列问题:
(1)煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为______________________________。
(2)煅烧后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外,还含有_________(填化学式)。
(3)调节溶液的pH所选的试剂为__________________(填名称)。
(4)操作a的实验步骤为_________________________。
(5)加入Na2S溶液反应后,硫元素全部以S2O32-的形式存在,写出生成Cr(OH)3的离子方程式__________________________________。
(6)采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7,其原理如图2所示。
①写出电极b的电极反应方程式:
___________________________________。
②测定阳极液中Na元素和Cr元素的含量,若Na元素与Cr元素的物质的量之比为n,则此时Na2CrO4的转化率为____________。
(7)根据有关国家标准,含CrO42-的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7mol·L-1以下才能排放。
可采用加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀[Ksp(BaCrO4)=1.2×10-10],再加入硫酸处理多余的Ba2+的方法处理废水,加入可溶性钡盐后,废水中Ba2+的浓度应不小于___________mol·L-1,废水处理后方能达到国家排放标准。
【答案】
(1)4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
(2)Na2SiO3、NaAlO2
(3)稀硫酸
(4)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(5)23H2O+6S2-+8CrO42-=8Cr(OH)3
+3S2O32-+22OH-。
(6)①2H2O-4e-=O2
+4H+②(2-n)
100
;
(7)2.4×10-4
【解析】根据铬铁矿的主要成分判断煅烧后的产物,根据杂质的成分及除杂产生的滤渣Al(OH)3和H2SiO3进行逆推,可知浸出液除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外,还含有Na2SiO3,NaAlO2。
根据电子守恒完成煅烧反应方程式;根据电池的正负极确定电解池的阴、阳极,根据氧化还原反应写电极反应方程式。
(1)铬铁矿主要成分Fe(CrO2)2,还含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质,加入纯碱和空气高温煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为:
4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2;答案:
4Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2。
(2)根据调节pH后产生滤渣Al(OH)3和H2SiO3.可知加入纯碱和空气高温煅烧后,再加水过滤,浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外应该还会有Na2SiO3、NaAlO2。
答案:
Na2SiO3、NaAlO2。
(3)根据酸化产物有Na2SO4可知调节溶液的pH所选的试剂为稀硫酸。
答案:
稀硫酸。
(4)由溶液通过操作a后混合物分离为液体a和固体a两部分,从液体a可以提取重铬酸钠晶体,则固体a为硫酸钠晶体,根据溶解度曲线可知,硫酸钠的溶解度在较高温度下较小,在较低温度下也较小,故可以蒸发浓缩得到硫酸钠的饱和溶液,再降温结晶析出硫酸钠晶体,所以操作a为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤;答案:
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
(5)加入Na2S溶液反应后,硫元素全部以S2O32-的形式存在,CrO42生成Cr(OH)3,的离子方程式:
23H2O+6S2-+8CrO42-=8Cr(OH)3
+3S2O32-+22OH-。
答案:
23H2O+6S2-+8CrO42-=8Cr(OH)3
+3S2O32-+22OH-。
(6)①根据电池的正负极确定电解池b为阳极,电极反应方式为:
2H2O-4e-=O2
+4H+;答案:
2H2O-4e-=O2
+4H+;
②电解制备Na2Cr2O7过程的总反应方程式为Na2CrO+H2O=Na2Cr2O7+4NaOH+2H2
+O2
设加入反应容器内的Na2CrO4为1mol,反应过程中有xmolNa2CrO4转化为Na2Cr2O7,则阳极区剩余Na2CrO4为(1-x)mol,对应的n(Na)=2(1-x),(1-x)mol,生成的Na2Cr2O7为x/2mol,对应的n(Na)=xmol,n(Cr)=xmol,根据:
Na与Cr的物质的量之比为n,计算得出x=2-d,转化率为(2-n)/1
100
=(2-n)
100
;答案:
(2-n)
100
;
(7)国家标准含CrO42-的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10-7mol·L-1,以下才能排放。
Ksp(BaCrO4)=,所以c(Ba2+)=Ksp(BaCrO4)/c(CrO42-)=1.2×10-10/5.0×10-7=2.4×10-4;答案:
2.4×10-4。
4.一种利用化肥中废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)制取明矾和CoSO4粗产品的工艺流程如下:
已知:
(i)相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示:
(ⅱ)Al(OH)3在碱性条件下开始溶解时的pH为7.8,完全溶解时的pH为11。
回答下列问题:
(1)写出H2O2的电子式:
___________。
(2)下列措施一定能提高步骤I中A13+和Co2+的浸取率的是___________(填标号)
a.将废催化剂粉磨为细颗粒
b.步骤I中的硫酸采用98%的浓硫酸
c.适当提高浸取时的温度
(3)步骤Ⅱ中,写出“氧化”过程中Fe2+被氧化的离子方程式:
___________,若“氧化”后再“调节pH=3”,造成的后果是___________。
(4)步骤Ⅲ中加K2CO3应控制pH的范围为___________。
(5)测定CoSO4粗产品中钴的质量分数的步骤如下:
准确称取ag产品,先经预处理,然后加入过量的冰乙酸,在加热煮沸下,缓慢滴加KNO2溶液直至过量,生成不溶于乙酸的K3[Co(NO2)6],再经过滤、洗涤及干燥,称量沉淀的质量为bg。
①KNO2溶液氧化并沉淀Co2+的离子方程式为___________(已知KNO2被还原为NO)。
②粗产品中钴元素的质量分数为___________(Mr{K3[Co(NO2)6]}=452,列出计算式)。
【答案】
(1)
(2)ac
(3)2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+Fe3+对双氧水的分解有催化作用,造成原料利用率低
(4)pH
11
(5)①Co2++3K++7NO2-+2CH3COOH
K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO-②
100%
【解析】废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)加入硫酸酸浸反应后得到浸取液,主要含有Co2+、Al3+、Fe2+、H+和SO42-等离子,调节溶液的pH=3,再加入H2O2,Fe2+被氧化为Fe3+并产生Fe(OH)3沉淀。
过滤后,滤液中加入K2CO3调节pH,生成Co(OH)2沉淀和KAlO2溶液,经过滤分离。
Co(OH)2沉淀加硫酸溶解经后续处理得到粗产品CoSO4,滤液加硫酸酸化得到硫酸铝钾溶液,经结晶得到明矾,以此分析解答。
(1)H2O2为共价化合物,两个氧原子共用一对电子,电子式为:
,
因此,本题正确答案是:
;
(2)a.将废催化剂粉磨为细颗粒,增大反应物的接触面积,能提高浸取率,故a正确;
b.该反应为H+参加的离子反应,98%的浓硫酸中的氢离子浓度极小,不利于酸浸,故b错误;
c.升高温度化学反应速率加快,所以适当提高浸取时的温度,能提高浸取率,故c正确。
因此,本题正确答案是:
ac;
(3)Fe2+被氧化为Fe3+,pH=3时产生Fe(OH)3沉淀,离子方程式为:
2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+;Fe3+对双氧水的分解有催化作用,若“氧化”后再“调节pH=3”,会造成原料利用率低。
(4)由已知(i)可知,Co2+沉淀完全的pH为9.2,由已知(ⅱ)可知,Al(OH)3完全溶解时的pH为11,所以要分离出Al3+,应控制pH的范围为pH
11,
(5)①KNO2将Co2+氧化为Co3+,并生成K3[Co(NO2)6]沉淀,NO2-被还原为NO,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出离子方程式为Co2++3K++7NO2-+2CH3COOH
K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO-。
因此,本题正确答案是:
Co2++3K++7NO2-+2CH3COOH
K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO-;
②bgK3[Co(NO2)6]中含Co元素的质量为bg×
,
则粗产品中钴元素的质量分数为
×100%,
5.FePO4是一种难溶于水的白色固体,可作金属防腐剂,也可用于制备电动汽车电池的正极材料LiFePO4。
实验室利用FeSO4·7H2O和H3PO4(弱酸)制备FePO4、LiFePO4流程如下图:
回答下列问题:
(1)“溶解”时H3PO4不宜过量太多的原因是_________________________________。
(2)①洗涤FePO4沉淀的操作是__________________________________________________。
②若经多次洗涤后所得“FePO4”仍呈棕色,则“FePO4”最可能混有的杂质是___________。
(3)“反应1”时总反应的离子方程式是:
_________________________________。
(4)“反应2”时总反应的化学方程式是:
2LiOH+6H2C2O4+2FePO4=2LiFePO4+7CO2+5X+7H2O,其中X的化学式为___________;每生成1molLiFePO4,该反应转移___________mole-。
(5)LiFePO4电池稳定性高、安全、对环境友好,该电池的总反应式是:
LiFePO4+C6
Li1-xFePO4+LixC6,其放电时工作原理如图所示。
则:
充电时,a极的电极名称为___________;放电时,b极的电极反应式为:
_______________________。
【答案】
(1)防止后续反应中消耗NaOH,浪费原料
(2)①向漏斗中加入蒸馏水刚好浸没沉淀,待水流尽,重复操作2﹣3次②Fe(OH)3
(3)2Fe2++ClO-+2H3PO4+4OH-=2FePO4↓+Cl-+5H2O
(4)CO3.5
(5)阴极Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4
【解析】
(1)为了防止后续反应中消耗过多的NaOH,浪费原料,故“溶解”时H3PO4不宜过量太多;
(2)①洗涤FePO4沉淀的操作是向漏斗中加入蒸馏水刚好浸没沉淀,待水流尽,重复操作2﹣3次;
②Fe(OH)3是一种红褐色的固体,若经多次洗涤后所得“FePO4”仍呈棕色,则“FePO4”最可能混有的杂质是Fe(OH)3;
(3)“反应1”时亚铁离子被次氯酸钠氧化,碱性条件下铁离子与磷酸根离子反应产生磷酸铁沉淀,总反应的离子方程式是2Fe2++ClO﹣+2H3PO4+4OH﹣=2FePO4↓+Cl﹣+5H2O;
(4)根据质量守恒可知,反应2LiOH+6H2C2O4+2FePO4=2LiFePO4+7CO2+5X+7H2O右边还少了5个C、5个O,X的计量数为5,则X的化学式为CO;反应中碳元素由+3价降为+2价、铁元素由+3价降为+2价;碳元素由+3价升为+4价,根据氧化还原反应原理,每生成2molLiFePO4,则生成7molCO2,转移7mole-,故每生成1molLiFePO4,该反应转移3.5mole-;
(5)原电池中阳离子向正极移动,锂离子向电极b移动,则电极b为正极,充电时b电极为阳极、a为阴极;
放电时,正极b极上Li1﹣xFePO4得电子产生LiFePO4,电极反应式为Li1﹣xFePO4+xLi++xe﹣=LiFePO4。
6.某科研课题小组研究利用含H+、Na+、Zn+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、SO42-的工业废电解质溶液,制备高纯的ZnO、MnO2、Fe2O3,设计出如下实验流程:
回答下列问题:
(1)加入双氧水的目的是______________________。
(2)第一次调pH使Fe3+完全沉淀,写出反应的离子方程式______________________。
(3)第二次调pH前,科研小组成员分析此时的溶液,得到相关数据见下表(表中金属离子沉淀完全时,其浓度为1×10-5mol/L)。
为防止Mn2+也同时沉淀造成产品不纯,最终选择将溶液的pH控制为7,则此时溶液中Zn2+的沉淀率为___________,利用滤渣Ⅱ制备高纯的ZnO时,必然含有极其微量的___________(以物质的化学式表示)。
(4)已知常温下,Ksp(MnS)=3.0×10-14、Ksp(ZnS)=1.5×10-24。
在除锌时发生沉淀转化反应为:
MnS(s)+Zn2+(aq)
ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K=___________。
(5)沉锰反应在酸性条件下完成,写出该反应的离子方程式______________________。
【答案】
(1)将Fe2+氧化为Fe3+
(2)Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
(3)99%Fe2O3
(4)2×1010
(5)Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+2SO42-+4H+
【解析】本题考查了Fe3+和Fe2+相关性质、调节pH在物质分离提纯中的作用、以及平衡常数的计算方法。
(1)加入双氧水的目的是将Fe2+氧化为Fe3+
(2)第一次调pH使Fe3+完全沉淀,其反应的离子方程式Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
(3)pH控制为7,c(H+)=10-7;c(OH-)=10-7,c(Zn2+)=Ksp/c2(OH-)=1.2×10-3,(1.2×10-3)/1.2×100%=10%,Zn2+的沉淀率=1-10%=99%。
第一次调pH使Fe3+完全沉淀时,有及其少量的Fe3+存在,所以利用滤渣Ⅱ制备高纯的ZnO时,必然含有极其微量的Fe2O3。
(4)、MnS(s)=Mn2+(aq)+S2-(aq)Ksp(MnS)=3.0×10-14、ZnS(s)=Zn2+(aq)+S2-(aq)Ksp(ZnS)=1.5×10-24,在除锌时发生沉淀转化反应为:
MnS(s)+Zn2+(aq)
ZnS(s)+Mn2+(aq),其平衡常数K=3.0×10-14/1.5×1024=2×1010
(5)、沉锰反应在酸性条件下完成,由生成物为MnO2可知Mn化合价升高,则S化合价下降,根据得失电子守恒配平反应为Mn2++S2O82-+2H2O=MnO2↓+2SO42-+4H+。
7.氧化亚铜(Cu2O)是一种用途广泛的光电材料,某工厂以硫化铜矿石(含CuFeS2、Cu2S等)为原料制取Cu2O的工艺流程如下:
常温下几种物质开始形成沉淀与完全沉淀时的pH如下表
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
开始沉淀
7.5
2.7
4.8
完全沉淀
9.0
3.7
6.4
(1)炉气中的有害气体成分是_______
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