高考化学三轮复习 重要考点练习卷 无机化工流程问题.docx

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高考化学三轮复习重要考点练习卷无机化工流程问题

无机化工流程问题

1．金属钛（Ti）因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。

以钛铁矿（主要成分FeTiO3，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，同时获得副产品甲的工业生产流程如下：

回答下列问题：

（1）已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成。

则该反应属于

　　　　　　（填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”），写出该反应的化学方程式：

。

（2）写出上述反应②、③的化学方程式：

。

（3）反应④要在氩气氛围中进行的理由是，最终所得到的金属钛中会混有少量杂质，可加入　　　　　　　溶解后除去。

（4）用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　。

（5）如果取钛铁矿m吨，杂质的百分含量为w，最终生产出钛n吨（不考虑损耗），则m、n、w三者之间的数学关系是　　　　　　　（已知Ti的相对原子质量为48）。

【答案】

（1）非氧化还原反应　FeTiO3+2H2SO4

TiOSO4+FeSO4+2H2O

（2）H2TiO3

TiO2+H2O、TiO2+2Cl2+2C

TiCl4+2CO

（3）Ti在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合　稀盐酸

（4）TiO2（熔融）

Ti+O2↑

（5）6m=19n+6mw

2．用废铅蓄电池的铅泥（含PbSO4、PbO和Pb等）可制备精细化工产品3PbO·PbSO4·H2O（三盐），主要制备流程如下。

请回答下列问题：

（1）铅蓄电池在生活中有广泛应用，其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O。

铅蓄电池在充电时，阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。

若铅蓄电池放电前正、负极质量相等，放电时转移了1mol电子，则理论上两极质量之差为　　　　　。

（2）将滤液Ⅰ、滤液Ⅲ合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物（Mr=322），其化学式为　　　　　　　　。

（3）步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb（NO3）2及NO的离子方程式为　　　　　　　　　　　　；滤液Ⅱ中溶质的主要成分为　　　　　　　　（填化学式）。

（4）步骤⑥合成三盐的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。

（5）步骤⑦的洗涤操作中，检验沉淀是否洗涤完全的操作方法是　　　　　　　　　　　　。

（6）已知：

常温下，Ksp（PbSO4）≈2.0×10−8，Ksp（PbCO3）≈1.0×10−13。

在步骤①转化中，若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存，

=　　　　。

【答案】

（1）PbSO4+2H2O−2e−

PbO2+

+4H+　16g

（2）Na2SO4·10H2O

（3）3Pb+8H++2

3Pb2++2NO↑+4H2O　HNO3

（4）4PbSO4+6NaOH

3PbO·PbSO4·H2O↓+3Na2SO4+2H2O

（5）取少量最后一次洗涤后的滤液于试管中，滴加BaCl2溶液和盐酸，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤完全；若没有白色沉淀生成，则沉淀已洗涤完全

（6）2.0×105

3．钨是熔点最高的金属，广泛应用于生活和工业生产。

工业上，以白钨矿[主要成分是CaWO4（难溶于水），含少量的Fe2O3、SiO2]为原料冶炼钨的流程如图所示：

已知：

①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。

②钨在高温下可与C（碳）反应生成硬质合金碳化钨（WC）。

（1）CaWO4中W的化合价为　　　　　　　　。

（2）粉碎白钨矿的目的是　　　　　　　　　（写两条）。

加入碳酸钠并加热至1000℃发生的反应有　　　　　　　　　　　　　　、Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑。

（3）向滤液A中加入稀盐酸调节pH时，如果pH太低，钨的产率　　　　　（填“升高”“降低”或“不变”）。

（4）工业上，可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。

理论上，等物质的量的CO、H2、Al作还原剂，可得到W的质量之比为　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）已知：

含大量钨酸钙固体的溶液中存在CaWO4（s）

Ca2+（aq）+

（aq）　ΔH。

T1K时，pCa=−lgc（Ca2+）=5，当温度升高至T2K时，pCa=5.5，则ΔH　　　　0（填“>”“<”或“=”）。

T2K时，Ksp（CaWO4）=　　　　　　　。

（6）工业上，可用电解法从碳化钨废料中回收钨。

碳化钨作阳极，不锈钢作阴极，盐酸为电解质溶液，阳极析出滤渣D并放出CO2。

写出阳极的电极反应式：

　　　　　　　　　。

【答案】

（1）+6

（2）增大反应物之间的接触面积，加快反应速率CaWO4+Na2CO3+SiO2

Na2WO4+CaSiO3+CO2↑

（3）降低

（4）2∶2∶3

（5）<　1.0×10−11

（6）WC−10e−+6H2O

H2WO4+CO2↑+10H+

4．兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。

以红土镍矿为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示（部分反应条件和产物省略）：

已知：

红土镍矿（主要成分为NiS、FeS和SiO2等）在高温下灼烧会生成Ni2O3、Fe2O3，酸浸液的溶质是NiSO4、Fe2（SO4）3。

回答下列问题：

（1）滤渣A的主要成分是　　　（填化学式）。

上述流程中氩气的作用是　　　　　　　。

（2）Ni2O3与硫酸反应生成NiSO4的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。

（3）通入H2S发生还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。

（4）通入H2S生成NiS而不生成FeS，由此推知Ksp（NiS）　　　Ksp（FeS）（填“>”“<”或“=”）。

（5）NiS

Ni（CO）4

Ni过程中碳元素化合价没有变化。

写出NiS和CO在一定条件下反应的化学方程式　　　　　　　　　。

（6）参照上述流程图，从浸出液B中提取铝，循环利用。

设计流程：

　                                   。

【答案】

（1）SiO2　作保护气

（2）2Ni2O3+4H2SO4

4NiSO4+O2↑+4H2O

（3）2Fe3++H2S

2Fe2++S↓+2H+

（4）<

（5）NiS+4CO

Ni（CO）4+S

（6）浸出液B

Al（OH）3

Al2O3

Al

5．氟碳铈矿的主要化学成分为CeFCO3，它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。

氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到数十种，其中一种提取铈的工艺流程如下：

已知：

焙烧后烧渣中含+4价的铈及+3价的其他稀土氟氧化物;酸浸Ⅰ的浸出液中含少量的+3价的铈。

请回答下列问题：

（1）焙烧前将矿石粉碎成细颗粒的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）在生产过程中，酸浸Ⅰ中会产生黄绿色气体，污染环境、腐蚀设备，写出产生黄绿色气体的离子方程式：

　　　　　　　　　　　　　，提出一种解决的方案：

　　　　　　　　　　　　　　。

（3）实验室中进行操作Ⅰ所用玻璃仪器名称：

　　　　　　　;在操作Ⅰ后的溶液中加入NaOH溶液是为了调节溶液pH获得Ce（OH）3，测定该溶液pH的操作是　　　　　　　　　　，然后与标准比色卡对比。

（4）已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：

2Ce3+（水层）+6HT（有机层）

2CeT3（有机层）+6H+（水层）

从平衡角度解释：

萃取过程中向混合液中加入稀硫酸获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（5）常温下，含Ce3+溶液加碱调至pH=8时，c（Ce3+）=b mol·L−1，已知Ce（OH）3的溶度积=a，则a和b的关系是　　　　　　　　　　　　。

（6）取上述流程中得到的Ce（OH）4产品0.45g，加硫酸溶解后，用0.1000mol·L−1 FeSO4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+），消耗20.00mL标准溶液。

该产品中Ce（OH）4的质量分数为　　　　[Ce（OH）4的相对分子质量为208，结果保留两位有效数字]。

【答案】

（1）增大固体与空气的接触面积，增大反应速率;提高原料的转化率

（2）2Ce4++2Cl−

2Ce3++Cl2↑　用H2SO4酸浸

（3）漏斗、烧杯、玻璃棒取一小片pH试纸放在干燥洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取该溶液点在pH试纸的中央

（4）混合液中加入稀H2SO4使c（H+）增大，平衡向形成Ce3+的方向移动

（5）a=10−18b　（6）92%

6．工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：

已知：

①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4Cl

MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

（1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、

分别为　　　　　、　　　　　、　　　　　　　。

（2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+，再调节溶液pH的范围为　　　　　　　，将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。

（3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。

（4）上述流程中可循环使用的物质是　　　　　　　　。

（5）现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。

实验步骤：

称取1.000g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2++

+4

+2H+

2[Mn（PO4）2]3−+

+H2O充分进行；加入稍过量的硫酸铵，发生反应

+

N2↑+2H2O以除去

；加入稀硫酸酸化，用2.00mol·L−1 10.00mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn（PO4）2]3−+Fe2+

Mn2++Fe3++2

；用0.10mol·L−110.00mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。

①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　（还原产物是Cr3+）。

②试样中锰的质量分数为　　　　　　　。

【答案】

（1）500℃　60min　1.10

（2）4.7≤pH<8.1

（3）Mn2++2

MnCO3↓+CO2↑+H2O

（4）NH4Cl

（5）①6Fe2++

+14H+

6Fe3++2Cr3++7H2O　②77%

7．某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag（金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略）。

已知：

①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：

3NaClO

2NaCl+NaClO3

②AgCl可溶于氨水：

AgCl+2NH3·H2O

Ag（NH3）2++Cl−+2H2O

③常温时N2H4·H2O（水合肼）在碱性条件下能还原Ag（NH3）2+：

4Ag（NH3）2++N2H4·H2O

4Ag↓+N2↑+4

+4NH3↑+H2O

（1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为__________________。

（2）NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为________________。

HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是__________________________________________。

（3）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并_______________________。

（4）若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外（该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应），还因为_________________。

（5）请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：

________________________（实验中须使用的试剂有：

2mol·L−1水合肼溶液，1mol·L−1H2SO4）。

【答案】

（1）水浴加热

（2）4Ag+4NaClO+2H2O

4AgCl+4NaOH+O2↑会释放出氮氧化物（或NO、NO2），造成环境污染

（3）将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中

（4）未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl−，不利于AgCl与氨水反应

（5）向滤液中滴加2mol·L−1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1mol·L−1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥。

8．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2

+2H+

+H2O

（4）d复分解反应

（5）

×100%

9．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。

由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以

形式存在，写出相应反应的离子方程式__________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃

30

35

40

45

50

TiO2·xH2O转化率%

92

95

97

93

88

分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。

（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。

（5）若“滤液②”中

，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使

恰好沉淀完全即溶液中

，此时是否有Mg3（PO4）2沉淀生成？

（列式计算）。

FePO4、Mg3（PO4）2的Ksp分别为

。

（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式。

【答案】

（1）100℃、2h，90℃，5h

（2）FeTiO3+4H++4Cl−=Fe2++

+2H2O

（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降

（4）4

（5）Fe3+恰好沉淀完全时，c（

）=

mol·L−1=1.3×10–17mol·L−1，c3（Mg2+）×c2（

）＝（0.01）3×（1.3×10–17）2=1.7×10–40＜Ksp[Mg3（PO4）2]，因此不会生成Mg3（PO4）2沉淀。

（6）2FePO4+Li2CO3+H2C2O4

2LiFePO4+H2O↑+3CO2↑

10．TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：

资料：

TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物

SiCl4

TiCl4

AlCl3

FeCl3

MgCl2

沸点/℃

58

136

181（升华）

316

1412

熔点/℃

−69

−25

193

304

714

在TiCl4中的溶解性

互溶

——

微溶

难溶

（1）氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）ΔH1=+175.4kJ·mol−1

2C（s）+O2（g）=2CO（g）ΔH2=−220.9kJ·mol−1

①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4（g）和CO（g）的热化学方程式：

_______________________。

②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：

CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据：

_______________。

③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是__________________________。

④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________。

（2）精制过程：

粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。

示意图如下：

物质a是______________，T2应控制在_________。

【答案】

（1）①TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g）△H=−45.5kJ/mol

②>随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应

③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液

④MgCl2、AlCl3、FeCl3

（2）SiCl4高于136℃，低于181℃