高届高级高考化学二轮复习三维设计全国版学案题型检测十 工艺流程题.docx

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高届高级高考化学二轮复习三维设计全国版学案题型检测十工艺流程题

题型检测（十）工艺流程题

1．（2019·西安五校联考）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。

以钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁）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图所示。

请回答下列问题:

（1）钛酸亚铁（用R表示）与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋C

2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为______________________；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是__________________________。

此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示。

氢氧化物

Fe（OH）2

TiO（OH）2

Mg（OH）2

Ksp

8.0×10－16

1.0×10－29

1.8×10－11

①常温下，若所得溶液中Mg2＋的物质的量浓度为0.0018mol·L－1，当溶液的pH等于______时，Mg（OH）2开始沉淀。

②若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为____________________________。

Mg还原TiCl4过程必须在1070K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是______________，除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是________。

解析：

（1）由2R＋C

2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。

钛酸亚铁和浓H2SO4反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4（浓）===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。

（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。

①根据Ksp[Mg（OH）2]＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝1.8×10－11，c（OH－）＝

＝

mol·L－1＝10－4mol·L－1，则c（H＋）＝

＝

mol·L－1＝10－10mol·L－1，pH＝－lg10－10＝10。

②根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO（OH）2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO（OH）2，TiO2＋的水解方程式为TiO2＋＋2H2O===TiO（OH）2↓＋2H＋或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋。

（3）中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO；为防止空气中的氧气与反应物发生反应，应隔绝空气加热。

可用稀盐酸除去钛中混有的镁。

答案：

（1）FeTiO3　FeTiO3＋2H2SO4（浓）===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O

（2）防止Fe2＋被氧化　①10　②TiO2＋＋2H2O===TiO（OH）2↓＋2H＋（或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋）

（3）TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO　隔绝空气　稀盐酸

2．（2019·山西六校检测）某化工厂用含NiO的废料（杂质为Fe2O3、CaO、CuO等）制备羟基氧化镍（2NiOOH·H2O）的工艺流程如下：

已知：

相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下。

离子

Fe3＋

Fe2＋

Ni2＋

开始沉淀的pH

2.7

7.6

7.1

沉淀完全的pH

3.7

9.6

9.2

请回答下列问题：

（1）①滤渣1的主要成分是________。

②如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是________℃，若酸浸时将温度控制在80℃左右，则滤渣1中会含有一定量的Ni（OH）2，其原因可能是________________________________。

（2）操作A中生成S的反应的化学方程式为________________________________，试剂X是一种常见的绿色氧化剂，X参与的反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为________，试剂Y用于调节溶液的pH，则调控pH的范围是____________。

（3）写出氧化过程中反应的离子方程式______________________________________，沉钙时，当溶液中c（F－）＝3.0×10－3mol·L－1时，通过计算确定溶液中Ca2＋是否沉淀完全_______________________________________________________________________________[常温时，Ksp（CaF2）＝2.7×10－11]。

解析：

（1）①由流程知滤渣1的主要成分是CaSO4。

②由图知当温度在70℃左右时镍的浸出率较高，故酸浸时适宜的温度为70℃。

Ni2＋能水解生成Ni（OH）2，而升温能促进水解。

（2）酸浸后溶液中的金属离子有Fe3＋、Cu2＋、Ni2＋、Ca2＋等，将H2S氧化为S的是Fe2（SO4）3，由此可写出相应的化学方程式。

常见的绿色氧化剂X的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，则它是H2O2，反应中n（H2O2）∶n（FeSO4）＝1∶2。

由表中数据及此时溶液中金属离子成分（Fe3＋、Ni2＋、Ca2＋等）知，欲沉淀Fe3＋，而Ni2＋不受影响，则应调控pH的范围是3.7≤pH<7.1。

（3）该反应中Ni2＋被氧化为2NiOOH·H2O，ClO－被还原为Cl－，相应的离子方程式为ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－。

c（Ca2＋）＝

＝

mol·L－1＝3.0×10－6mol·L－1<1.0×10－5mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全。

答案：

（1）①CaSO4　②70　随着温度升高，Ni2＋的水解程度增大，从而形成一定量的Ni（OH）2沉淀

（2）Fe2（SO4）3＋H2S===2FeSO4＋H2SO4＋S↓　1∶2　3.7≤pH<7.1

（3）ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－　c（Ca2＋）＝

mol·L－1＝3.0×10－6mol·L－1<1.0×10－5mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全

3．（2019·深圳红岭中学测试）K2Cr2O7是一种重要的化工原料。

以铬铁矿（主要成分为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3等杂质）为原料制备K2Cr2O7的一种工艺流程如下：

已知：

（a）Cr2O

＋H2O2CrO

＋2H＋

（b）不同温度下各物质的溶解度：

物质

KCl

NaCl

K2Cr2O7

Na2Cr2O7

溶解度

（g/100g

H2O）

0℃

28

35.7

4.7

163

40℃

40.1

36.4

26.3

215

80℃

51.3

38

70

376

（c）步骤①的主要反应为2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO3

4Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2↑＋7NaNO2。

（1）“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分分别是________、________（填化学式）。

写出步骤③的离子反应方程式____________________________；步骤④中调pH，以下试剂可选用________（填标号）。

A．NH3　　　　　　　　B．KOH

C．CH3COOHD．HCl

（2）在步骤⑤中加入适量KCl，__________，过滤得到K2Cr2O7固体。

（3）某工厂用akg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制K2Cr2O7，最终得到产品bkg，产率为________×100%（列计算式）。

（4）化学还原法可除去废水中的Cr2O

，取含Cr2O

的模拟水样在不同pH条件下，分别向每个水样中加一定量的FeSO4、NaHSO3，搅拌，充分反应，然后滴加Ca（OH）2悬浊液，静置沉淀，测定＋6价Cr的去除率，实验结果如图所示。

①在酸性条件下，NaHSO3使Cr2O

还原为Cr3＋，请写出NaHSO3与Cr2O

反应的离子方程式：

________________________________。

②pH>8时，亚铁盐对＋6价Cr的去除效果反而下降，可能的原因是________________________________________________________________________

________________。

解析：

（1）步骤①发生的反应有2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO3

4Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2↑＋7NaNO2，Al2O3＋Na2CO3

2NaAlO2＋CO2↑，在步骤④中调节pH是增大溶液中H＋浓度，使较多的CrO

转化为Cr2O

而盐酸易被氧化，只能用CH3COOH；

（2）因K2Cr2O7的溶解度随温度降低而减小，则在步骤⑤中加入适量KCl后，应通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法得到K2Cr2O7固体；（3）根据铬元素的质量守恒可得关系式：

Cr2O3～K2Cr2O7，akg铬铁矿粉（含Cr2O340%）理论上可制得K2Cr2O7质量为

g，产率为

×100%＝

×100%；（4）①由氧化还原反应得失电子守恒可得NaHSO3与Cr2O

反应的离子方程式为3HSO

＋Cr2O

＋5H＋===2Cr3＋＋3SO

＋4H2O；②pH>8时，Fe2＋转化为Fe（OH）2后易被空气中的氧气氧化为Fe（OH）3，从而使＋6价Cr的去除率降低。

答案：

（1）Fe2O3　Al（OH）3　AlO

＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

　C

（2）蒸发浓缩，冷却结晶

（3）

（4）①3HSO

＋Cr2O

＋5H＋===2Cr3＋＋3SO

＋4H2O　②pH>8时，Fe2＋转化为Fe（OH）2，而Fe（OH）2易被空气中的O2氧化

4．（2019·哈尔滨模拟）硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。

Ⅰ.已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。

一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

（1）硼砂中B元素的化合价为________，将硼砂溶于热水后，用硫酸调节溶液的pH为2～3以制取H3BO3，该反应的离子方程式为______________________________。

X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为________________________________。

（2）由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，需要在HCl氛围中加热，其目的是________________________________________________________________________。

（3）镁H2O2酸性燃料电池的反应原理为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，常温下，若起始电解质溶液pH＝1，则pH＝2时，电解质溶液中所含Mg2＋的物质的量浓度为________mol·L－1。

已知常温下，Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12，当电解质溶液的pH＝6时，________（填“有”或“无”）Mg（OH）2沉淀析出。

（忽略反应过程中溶液的体积变化）

Ⅱ.工业上可用纳米MgH2和LiBH4组成的体系储放氢，如图所示。

（4）写出放氢过程中发生反应的化学方程式：

____________________________________。

Ⅲ.MgO浆液是一种高活性的脱硫剂，常用于脱除烟气中的SO2，发生的主要反应如下：

①Mg（OH）2＋SO2===MgSO3＋H2O

②MgSO3＋SO2＋H2O===Mg（HSO3）2

③Mg（HSO3）2＋Mg（OH）2===2MgSO3＋2H2O

④2MgSO3＋O2===2MgSO4

已知25℃时，Ksp（MgSO3）＝3.86×10－3，Ksp（CaSO3）＝3.1×10－7。

（5）其他条件相同时，镁基和钙基的脱硫效率与液、气摩尔流量比的变化情况如图所示。

镁基的脱硫效率总比钙基的大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，还因为

______________________________________________________________________________。

解析：

流程图中各步主要转换如下：

Ⅰ.

（1）硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O，钠元素的化合价为＋1，氧元素的化合价为－2，根据化合物中各元素化合价代数和为0，可知硼元素的化合价为＋3；用H2SO4调pH为2～3，Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反应的离子方程式为B4O

＋2H＋＋5H2O

4H3BO3。

加热H3BO3得到B2O3，Mg与B2O3发生置换反应得到粗硼：

3Mg＋B2O3

2B＋3MgO。

（2）加热MgCl2·6H2O时，MgCl2水解生成Mg（OH）2和HCl，在HCl氛围中加热可以抑制MgCl2的水解。

（3）若起始电解质溶液pH＝1，则pH＝2时，溶液中氢离子浓度减小0.1mol·L－1－0.01mol·L－1＝0.09mol·L－1，由反应Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O可知，c（Mg2＋）＝0.045mol·L－1；Ksp[Mg（OH）2]＝5.6×10－12，常温下当溶液pH＝6时，c（OH－）＝10－8mol·L－1，H＋浓度减小0.1mol·L－1－10－6mol·L－1≈0.1mol·L－1，溶液中Mg2＋的浓度约为0.05mol·L－1，则Qc＝c（Mg2＋）·c2（OH－）≈0.05×10－16＝5×10－18

Ⅱ.（4）由题图可知，放氢过程中MgH2和LiBH4反应生成MgB2、LiH、H2：

MgH2＋2LiBH4===MgB2＋2LiH＋4H2↑。

Ⅲ.（5）Ksp（MgSO3）>Ksp（CaSO3），说明MgSO3的溶解度比CaSO3大，且MgSO3比CaSO3更易被氧化，故镁基的脱硫效率比钙基的大。

答案：

Ⅰ.

（1）＋3　B4O

＋2H＋＋5H2O

4H3BO3　3Mg＋B2O3

2B＋3MgO

（2）防止MgCl2水解生成Mg（OH）2

（3）0.045　无　

Ⅱ.（4）MgH2＋2LiBH4===2LiH＋MgB2＋4H2↑

Ⅲ.（5）MgSO3的溶解度比CaSO3的大，MgSO3比CaSO3更易被氧化

5．（2019·全国卷Ⅱ）立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

回答下列问题：

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。

灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________（填标号）。

A．黄色B．红色

C．紫色D．绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为__________________________。

回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为____________________________________________。

（3）成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。

称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L－1的I2KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。

以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000mol·L－1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O

===2I－＋S4O

。

测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。

终点颜色变化为______________________，样品中S2－的含量为______________（写出表达式）。

解析：

（1）根据常见元素的焰色反应，可知钡元素的焰色为绿色。

（2）①由流程图中的原料为重晶石和焦炭粉经回转炉、浸出槽后得到净化的BaS溶液，可判断重晶石（BaSO4）与焦炭粉反应生成BaS和有毒气体CO，根据电子守恒法可配平氧化还原反应方程式BaSO4＋4C

BaS＋4CO↑；CO与水蒸气反应得到的清洁能源气体为H2，另一种产物为CO2，则CO与水蒸气反应的化学方程式为CO＋H2O（g）

CO2＋H2。

②潮湿空气中的CO2和水蒸气跟“还原料”中的硫化钡反应生成的臭鸡蛋气味的气体为H2S，水溶性变差是因为发生了反应BaS＋CO2＋H2O===H2S＋BaCO3↓，由此可知难溶于水的物质为BaCO3。

③硫化钡溶液与硫酸锌反应生成难溶于水的立德粉（ZnS·BaSO4），因此反应的离子方程式为S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO

===ZnS·BaSO4↓。

（3）淀粉溶液遇到I2溶液变蓝，当Na2S2O3将I2消耗完后，溶液由浅蓝色变至无色，即滴定终点时，溶液会由浅蓝色变至无色。

设Na2S2O3消耗的I2的物质的量为n1。

由离子方程式

I2　　　＋　　　2S2O

　　===　　2I－＋S4O

1mol　　　　　　2mol

n1　　0.1000mol·L－1×V×10－3L

可得：

n1＝

V×0.1000×10－3mol

设样品中S2－的含量为w，则由反应I2＋S2－===2I－＋S↓

I2　　　　　　　～　　　　　　　　　S2－

1mol　　32g

25．00×10－3L×0.1000mol·L－1

－

V×0.1000×10－3mol　mg×w

可得：

w＝

×100%

答案：

（1）D　

（2）①BaSO4＋4C

BaS＋4CO↑　CO＋H2O（g）

CO2＋H2　②BaCO3

③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO

===ZnS·BaSO4↓

（3）浅蓝色至无色

×100%

6．（2019·贵阳模拟）某含镍（Ni）废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。

现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O，其流程图如下：

部分金属化合物的Ksp近似值如表所示：

化学式

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Al（OH）3

Ni（OH）2

NiCO3

Ksp近似值

1.0×10－17

1.0×10－38

1.0×10－34

1.0×10－15

1.0×10－5

回答下列问题：

（1）“碱浸”时发生反应的离子方程式为______________________________，______________________________。

（2）“酸浸”所使用的酸为____________。

（3）“净化除杂”时需加入H2O2溶液，其作用是____________________，然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀（铁元素对应离子浓度为1.0×10－5mol·L－1），此时溶液的pH为________（填计算所得数值）。

（4）“操作A”为____________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。

（5）析出NiSO4·7H2O后的溶液中含有一定浓度的Ni2＋，为避免镍的损失及其对环境造成的影响，可向析出NiSO4·7H2O后的溶液中加入Na2CO3固体将Ni2＋转化为NiCO3沉淀。

若c（Ni2＋）＝1.0mol·L－1，欲使1L溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。

（忽略溶液体积变化）

（6）保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废催化剂进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。

酸浸的最佳温度和时间分别为________℃、________min。

解析：

流程图中各步主要转换如下：

（1）因含镍废催化剂中含有Ni、Al、Fe、Al2O3及其他不溶于酸、碱的杂质，故“碱浸”时，Al、Al2O3与OH－发生反应。

（2）因目标产物为硫酸盐，故“酸浸”时使用的酸是硫酸。

（3）过氧化氢具有氧化性，结合Fe（OH）2、Fe（OH）3、Ni（OH）2的Ksp近似值可知，加入H2O2溶液的目的是氧化溶液中的Fe2＋，使其转化成Fe3＋，便于后续除杂。

结合题表中数据可知，Fe3＋恰好沉淀完全，即c（Fe3＋）＝1.0×10－5mol·L－1时，c（OH－）＝1.0×10－11mol·L－1，则此时溶液的pH为3。

（4）由流程图可知，经“操作A”可获得硫酸镍晶体，故操作A为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

（5）1L该溶液中n（Ni2＋）＝1mol，生成NiCO3沉淀需1molNa2CO3，欲使溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需溶液中c（Ni2＋）≤10－5mol·L－1，故加入碳酸钠固体后溶液中的c（CO

）≥Ksp（NiCO3）/c（Ni2＋）＝1.0×10－5/10－5mol·L－1＝1mol·L－1，故1L溶液中的Ni2＋沉淀完全时，至少需要加入2molNa2CO3固体，其质量为212g。

（6）由题图可知，120min后，镍浸出率随时间变化不显著，故最佳时间为120min，120min时，70℃与90℃的镍浸出率几乎相同，故采用温度较低的70℃。

答案：

（1）Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑　

（2）硫酸（或H2SO4）

（3）将Fe2＋氧化为Fe3＋　3　

（4）冷却结晶　（5）212　（6）70　120