高考专题训练工艺流程题九.docx

高考专题训练工艺流程题九.docx

《高考专题训练工艺流程题九.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考专题训练工艺流程题九.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高考专题训练工艺流程题九

工艺流程题（九）

29．钴铁氧体（CoFe2O4）不仅是重要的磁性材料、磁致伸缩材料，还是重要的锂离子电池负极材料。

工业上，可以由废旧锂钴电池正极材料（主要含Fe、Al、硅等杂质）回收钴，再用电化学法制得CoFe2O4。

其流程如图所示（过程中所加试剂均足量）

Ⅰ．废旧电池中钴的回收

（1）写出过程②中LiCoO2与H2O2发生反应的化学方程式：

__________________________。

（2）过程③Na2CO3的主要作用为__________________。

Ⅱ．电解法制得钴铁合金

（3）配制0.050mol⋅L−1FeSO4和0.025mol⋅L−1CoSO4的混合溶液，用铜作阴极、石墨作阳极进行电解，获得CoFe2合金。

阴极的电极方程式为：

___________。

Ⅲ．阳极氧化法制得钴铁氧体

（4）以1.500mol⋅L−1NaOH溶液作电解液，纯净的钴铁合金（CoFe2）作阳极进行电解，在阳极上获得CoFe2O4薄膜。

该电解过程的化学方程式为__________________________。

（5）当电路上有0.4mol电子转移时，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为_______________。

（6）由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：

_____（写一条即可）。

【答案】2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+Li2SO4+4H2O调节pH，使Fe3+沉淀分离Co2++2Fe2++6e-=CoFe2CoFe2+4H2O

CoFe2O4+4H2↑电极上同时生成了Co和Fe的氢氧化物合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染

【解析】

【分析】

⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气。

⑵过程③中含有铁杂质，因此在③过程中主要通过调节溶液的pH值除去铁杂质。

⑶阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金。

⑷纯净的钴铁合金（CoFe2）和水在阳极进行电解得到CoFe2O4薄膜。

⑸当电路上有0.4mol电子转移时，应该有0.2mol氧，即质量为3.2g，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为铁和钴生成氢氧化物。

⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：

合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染。

【详解】

⑴过程②中LiCoO2与H2O2发生反应生成硫酸钴、硫酸锂和氧气，其化学方程式2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+Li2SO4+4H2O，故答案为：

2LiCoO2+H2O2+3H2SO4=2CoSO4+O2↑+Li2SO4+4H2O。

⑵过程③中含有铁杂质，因此在③过程中主要除去铁杂质，通过调节溶液的pH值，过程③Na2CO3的主要作用为调节pH，使Fe3+沉淀分离，故答案为：

调节pH，使Fe3+沉淀分离。

⑶配制0.050mol⋅L−1FeSO4和0.025mol⋅L−1CoSO4的混合溶液，用铜作阴极、石墨作阳极进行电解，获得CoFe2合金，阴极上铜离子和亚铁离子失去电子变为CoFe2合金，其电极方程式为：

Co2++2Fe2++6e-=CoFe2，故答案为：

Co2++2Fe2++6e-=CoFe2。

⑷以1.500mol⋅L−1NaOH溶液作电解液，纯净的钴铁合金（CoFe2）作阳极进行电解，在阳极上获得CoFe2O4薄膜。

该电解过程的化学方程式为CoFe2+4H2O

CoFe2O4+4H2↑，故答案为：

CoFe2+4H2O

CoFe2O4+4H2↑。

⑸当电路上有0.4mol电子转移时，应该有0.2mol氧，即质量为3.2g，阳极电极材料增重质量为3.4g，与理论值不符，其原因可能为铁和钴生成氢氧化物，故答案为：

电极上同时生成了Co和Fe的氢氧化物。

⑹由废旧锂钴电池制CoFe2O4的现实意义在于：

合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染，故答案为：

合理利用废弃物；变废为宝；减少重金属污染。

30．PbCl2是一种重要的化工材料，常用作助溶剂、制备铅黄等染料。

工业生产中利用方铅矿精矿（主要成分为PbS，含有FeS2等杂质）和软锰矿（主要成分为MnO2）制备PbCl2的工艺流程如下图所示。

已知：

i．PbCl2微溶于水

ii．PbCl2（s）+2Cl－（aq）

PbCl42－（aq）△H＞0

（1）浸取过程中MnO2与PbS发生如下反应，请将离子反应补充完整并配平：

_____

______+___Cl－+___PbS+___MnO2=___PbCl2+__SO42-+_____+_____

（2）由于PbCl2微溶于水，容易附着在方铅矿表面形成“钝化层”使反应速率大大降低，浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免这一现象，原因是__________。

（3）调pH的目的是____________。

（4）沉降池中获得PbCl2采取的措施有_________。

（5）通过电解酸性废液可重新获得MnO2，装置示意图如下：

①在_____极（填“a”或“b”）获得MnO2，电极反应为_______________。

②电解过程中发现有Cl2产生，原因可能是_____________（用化学用语表示）。

【答案】8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+SO42-+4Mn2++4H2OPbCl2（s）+2Cl-（aq）

PbCl42-（aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2（s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层”除去溶液中的Fe3+加水稀释、降温aMn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+2Cl--2e-=Cl2↑或（MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O）

【解析】

【分析】

方铅矿精矿（主要成分为PbS，含有FeS2等杂质）和软锰矿（主要成分为MnO2）中加入稀盐酸，根据酸性废液中含有硫酸根离子矿渣，PbS中S元素被氧化成硫酸根离子，则发生反应为4MnO2+PbS+8HCl=3MnCl2+PbCl2+MnSO4+4H2O，加入NaCl促进反应PbCl2 （s）+2Cl-（aq）⇌PbCl42-（aq），加入NaOH溶液调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，过滤得到氢氧化铁、矿渣和滤液；PbCl2微溶于水，将溶液沉降过滤得到PbCl2；电解酸性废液（Mn2+、SO42-、Cl-）可重新获得MnO2，连接电源正极为阳极，发生氧化反应，连接电源负极为阴极，发生还原反应，据此解答。

【详解】

（1）浸取过程中MnO2与PbS发生反应4MnO2+PbS+8HCl=3MnCl2+PbCl2+MnSO4+4H2O，离子反应为：

8H++2Cl-+PbS+4MnO2=PbCl2+4Mn2++SO42-+4H2O；

（2）浸取剂中加入饱和NaCl溶液可有效避免钝化层的原因为：

已知PbCl2 （s）+2Cl-（aq）⇌PbCl42-（aq），加入NaCl增大c（Cl-），有利于平衡正向移动，将PbCl2 （s）转化为溶液中的离子，消除“钝化层”；

（3）根据流程可知调节溶液pH，使铁离子转化成氢氧化铁沉淀，除去溶液中的Fe3+；

（4）已知：

PbCl2 （s）+2Cl-（aq）⇌PbCl42-（aq）△H＞0，可以通过加水稀释、降温促进反应逆向进行，获得PbCl2；

（5）①酸性废液（Mn2+、SO42-、Cl-），得到MnO2，故Mn2+失去电子发生氧化反应得到MnO2，电极反应为：

Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，为阳极，则连接a极；

②酸性废液中有氯离子，可能在阳极放电得到氯气，也可能被生成的二氧化锰氧化得到氯气，涉及的反应为：

2Cl--2e-=Cl2↑、MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O。

31．镁是一种重要金属，号称国防金属。

某设计小组利用硼镁矿制备镁和硼的流程如下：

已知：

硼镁矿的主要成分Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O，回答下列问题：

（1）Mg2B2O5·H2O中B的化合价为________。

在90℃的热水中，加入稀硫酸调节pH=2~3生成硼酸（H3BO3），反应的离子方程式为__________。

（2）硼的化合物种类繁多，NaBH4是有机合成中常见的还原剂，NaBH4的电子式为______。

（3）将MgCl2·6H2O置于HCl氛围中加热的目的是_____，Mg与X在高温下反应的化学方程式为________。

（4）若向硼镁矿中加入0.1mol/L盐酸溶液，充分反应后测得溶液的pH=2时，溶液中c（Mg2+）为__________________________________（忽略溶液体积的变化）。

（5）电解熔融的无水氯化镁所得的镁蒸汽在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以作镁蒸汽的冷却剂的是_________（填字母序号）

A氦气B氮气

C水蒸气D二氧化碳气体E氯气

（6）Mg-H2O2是一种以海水为电解质（加入一定量的酸）的新型电池。

该电池的负极材料为_____，正极的电极反应为________。

【答案】+3B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3

防止MgCl2水解生Mg（OH）2B2O3+3Mg

2B+3MgOc（Mg2+）=0.045mol/LAMgH2O2+2e-+2H+=2H2O

【解析】

【分析】

硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5•H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤得到氢氧化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3，B2O3与镁反应生成硼，据此分析解答。

【详解】

硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5•H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7•10H2O．利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程中硼镁矿加入氢氧化钠浓溶液，过滤得到氢氧化镁，加入浓盐酸溶解通过蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化镁结晶水合物，在氯化氢气流中加热得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到镁；滤液中主要是NaBO2，通入适量二氧化碳气体得到硼砂，溶于热水后，用H2SO4调pH2～3制取H3BO3，加热得到B2O3，B2O3与镁反应生成硼，

（1）Mg2B2O5·H2O中Mg元素化合价为+2价，氧元素化合价-2价，依据化合价代数和为零计算得到硼元素化合价为+3价；在90℃的热水中，加入稀硫酸调节pH=2~3生成硼酸（H3BO3），硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反应的离子方程式为：

B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；

故答案为：

+3；B4O72-+2H++5H2O=4H3BO3；

（2）NaBH4为离子化合物，由Na+、BH4-构成，则NaBH4的电子式为

；

故答案为：

；

（3）加热MgCl2·6H2O时MgCl2易水解生成氢氧化镁和氯化氢，氯化氢易挥发，则将MgCl2·6H2O置于HCl氛围中加热的目的是防止MgCl2水解生成Mg（OH）2；X为B2O3，则Mg与B2O3在高温下反应的化学方程式为B2O3+3Mg

2B+3MgO；

故答案为：

防止MgCl2水解生成Mg（OH）2；B2O3+3Mg

2B+3MgO；

（4）向硼镁矿中加入0.1mol/L盐酸溶液，发生反应Mg2B2O5•H2O+4HCl═2MgCl2+2H3BO3，充分反应后测得溶液的pH=2，即氢离子0.01mol/L，则参加反应的氢离子浓度为0.09mol/L，设Mg2+的浓度为xmol/L，可列比例

Mg2B2O5•H2O+4HCl═2MgCl2+2H3BO3

42

0.09mol/Lx则可列出比例式

，解得x=0.045；

则溶液中c（Mg2+）=0.045mol/L；

故答案为：

c（Mg2+）=0.045mol/L；

（5）镁不与氦气反应，可用作镁蒸汽的冷却剂；镁与氮气反应生成氮化镁；镁与水蒸气反应生成氢氧化镁和氢气；镁与二氧化碳反应生成碳和氧化镁；镁与氯气反应生成氯化镁；则只有氦气可用作镁蒸汽的冷却剂，A项正确；

故答案为：

A；

（6）Mg为活泼金属材料，可作电池的负极材料，过氧化氢在正极得电子生成水，电极反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O；

故答案为：

Mg；H2O2+2e-+2H+=2H2O。

32．元素铬（Cr）在自然界主要以+3价和+6价存在。

请回答下列问题：

（1）+6价的Cr能引起细胞的突变而对人体不利，可用Na2SO3将Cr2O72—还原为Cr3+。

该反应的离子反应方程式为___________。

（2）利用铬铁矿（FeO•Cr2O3）冶炼制取金属铬的工艺流程如图所示：

①为加快焙烧速率和提高原料的利用率，可采取的措施之一是__________________________。

②“水浸”要获得浸出液的操作是_________________________________。

浸出液的主要成分为Na2CrO4，向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成，则“还原”操作中发生反应的离子方程式为___。

③加热Cr（OH）3可得到Cr2O3，从工业成本角度考虑，用Cr2O3制取金属Cr的冶炼方法是_______。

（3）已知Cr3+完全沉淀时溶液pH为5，（Cr3+浓度降至10-5mol∙L-1可认为完全沉淀）则Cr（OH）3的溶度积常数Ksp＝_______________。

（4）用石墨电极电解铬酸钠（Na2CrO4）溶液，可制重铬酸钠（Na2Cr2O7），实验装置如图所示（已知：

2Cr

+2H+

Cr2

+H2O）。

①电极b连接电源的______极（填“正”或“负”）,b极发生的电极反应式为_________________。

②电解一段时间后，测得阳极区溶液中Na+物质的量由amol变为bmol，则理论上生成重铬酸钠的物质的量是_______________mol。

【答案】Cr2O72—+3SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O铬铁矿粉碎过滤8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr（OH）3↓+3SO42-+16OH-CO高温还原Cr2O3（热还原法）1×10-32正2H2O-4e-=O2↑+4H+

【解析】

【分析】

（1）分析元素化合价变化情况，依据得失电子守恒，原子个数守恒，得出离子反应方程式。

（2）①影响化学反应速率的因素：

物质的表面积大小，表面积越大，反应速率越快。

②依据原子守恒和得失电子守恒，得出离子方程式。

③用Cr2O3制取金属Cr，可以采取CO高温还原Cr2O3（热还原法）。

（3）根据Ksp＝c（Cr3+）c3（OH-）求算。

（4）①根据装置图和离子放电顺序得出阳极的电极反应式。

②电解一段时间后，测得阳极区溶液中Na+物质的量由amol变为bmol，则溶液中移动的电荷为（a-b）mol，所以外电路转移的电子为（a-b）mol，阳极的电极反应为2H2O-4e-=O2↑+4H+，则阳极生成的氢离子为（a-b）mol。

【详解】

（1）反应中铬元素化合价从+6价降为+3价，硫元素从+4价升高到+6价，依据得失电子守恒，原子个数守恒，离子反应方程式为Cr2O72—+3SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O，故答案为Cr2O72—+3SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O。

（2）①影响化学反应速率的因素：

物质的表面积大小，表面积越大，反应速率越快，为加快焙烧速率和提高原料的利用率，可采取的措施将铬铁矿粉碎，故答案为铬铁矿粉碎。

②“水浸”要获得浸出液，要过滤出浸渣，采取的操作是过滤；浸出液的主要成分为Na2CrO4，向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成，说明加入的Na2S被氧化成SO42-，Cr元素由+6价降为+3价，S元素由-2价升到+6价，依据原子守恒和得失电子守恒，得到反应为：

8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr（OH）3↓+3SO42-+16OH-，故答案为过滤；8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr（OH）3↓+3SO42-+16OH-。

③从工业成本角度考虑，用Cr2O3制取金属Cr，可以采取CO高温还原Cr2O3（热还原法），故答案为CO高温还原Cr2O3（热还原法）。

（3）pH为5，c（OH-）=10-9，Ksp＝c（Cr3+）c3（OH-）=10-5×（10-9）3=1×10-32，故答案为1×10-32。

（4）①根据图示，在b极所在电极室得到Na2Cr2O7，根据2CrO42-+2H+

Cr2O72—+H2O，电解过程中b极c（H+）增大，则b极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，a是阴极，b是阳极，电极b连接电源的正极，故答案为正；2H2O-4e-=O2↑+4H+。

②电解一段时间后，测得阳极区溶液中Na+物质的量由amol变为bmol，则溶液中移动的电荷为（a-b）mol，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则电路中通过电子物质的量为（a-b）mol；阳极的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，则阳极生成的氢离子为（a-b）mol，结合2CrO42-+2H+

Cr2O72—+H2O，所以阳极生成的Cr2O72—物质的量是

mol，故答案为

。

33．铁是应用最广泛的金属，铁的氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。

（1）工业上冶炼铁的主要方法是_________________（用化学方程式表示）。

（2）钢铁露置于空气中，主要发生的电化学腐蚀方式是____________，其中正极的电极反应式为______________________。

（3）高铁酸钾（K2FeO4）是水处理过程的一种新型净水剂，其氧化性强于高锰酸钾。

工业上制备高铁酸钾通常用以下流程：

①请将反应器中发生的离子方程式配平：

（若计量数为1，也需要写在横线上）

Fe3＋+____ClO-+____OH-=____FeO42-+____Cl-+____。

____________

②根据流程可以判断，相同温度下K2FeO4的溶解度________（填“大于”“小于”或“等于”）Na2FeO4；整个生产过程中，可直接循环利用的物质是________（写化学式）。

③若某厂污水中含有一定量的NO2-和悬浮性颗粒，下列关于污水处理的说法中正确的是________（填字母）。

A．加入K2FeO4可将氮元素转化为N2，从而降低污水中NO2-含量

B．等物质的量的高铁酸钾和高锰酸钾，前者可处理更多的NO2-

C．使用高铁酸钾，同时可以减少污水悬浮性颗粒的含量

D．使用高铁酸钾处理后的污水，如果直接排放到河流中，会导致水体富营养化

【答案】Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2吸氧腐蚀O2+4e-+2H2O=4OH-2　3　10　2　3　5H2O小于NaOHCD

【解析】

【分析】

（1）工业上冶炼铁的主要方法是用CO还原氧化铁；

（2）钢铁露置于空气中，主要发生吸氧腐蚀；正极上氧气得电子发生还原反应；

（3）根据流程：

Fe（NO3）3与NaClO在NaOH的作用下制得Na2FeO4溶液，加入KOH溶液，除去NaCl，Na2FeO4转化为K2FeO4，过滤结晶得到K2FeO4。

①根据化合价升降相等、电荷守恒、电子守恒配平即可；

②根据溶解度小的制备溶解度更小的物质可得；根据流程可知NaOH能够循环使用；

③A.加入K2FeO4可将氮元素转化为NO3-；

B.1mol高铁酸钾和高锰酸钾得到的电子为3mol、5mol，据此分析；

C.使用高铁酸钾，生成的Fe3+水解得到Fe（OH）3胶体，根据胶体性质分析；

D.使用高铁酸钾处理后的污水含有较高的氮，如果直接排放到河流中，会导致水体富营养化。

【详解】

（1）工业上冶炼铁的主要方法是用CO还原氧化铁，一氧化碳与氧化铁反应生成铁盒二氧化碳，反应的化学方程式为Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2，故答案为：

Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2；

（2）钢铁露置于空气中，主要发生吸氧腐蚀；正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：

O2+4e-+2H2O=4OH-；

（3）①反应中，铁元素化合价升高3价，氯元素化合价降低2价，化合价升降最小公倍数是6，所以Fe3+、FeO42-前的系数是2，ClO-、Cl-前边的系数是3，结合电荷守恒可知OH-的系数是10，最后根据原子守恒可知缺项物质是H2O，其系数是5，因此该反应方程式为：

2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O，故答案为：

2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O；

②加入KOH溶液，Na2FeO4能转化为K2FeO4，说明在相同温度下K2FeO4的溶解度小于Na2FeO4，反应方程式为：

Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH，可见流程中NaOH可循环使用，故答案为：

小于；NaOH；

③A.加入K2FeO4可将氮元素转化为NO3-，从而降低污水中NO2-含量，A错误；

B.1mol高铁酸钾和高锰酸钾得到的电子为3mol、5mol，后者可以处理更多的NO2-，B错误；

C.使用高铁酸钾，生成的Fe3+水解得到Fe（OH）3胶体，Fe（OH）3胶体具有吸附性，能够吸附水中悬浮的固体小颗粒，从而可以减少污水悬浮性颗粒的含量，C正确；

D.使用高铁酸钾处理后的污水中NO2-转化为NO3-，含有较高的氮元素，氮元素是农作物生成需要的营养元素，如果直接排放到河流中，会导致水体富营养化，D正确；

CD正确，故答案为：

CD。

【点睛】

使用高铁酸钾处理后的污水中NO2-转化为NO3-，含有较高的氮元素，如果直接排放到河流中，会导致水体富营养化是解题关键。

34．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