2018届高考化学大一轮复习检测:热点专题突破2a (带答案和解释)

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2018届高考化学大一轮复习检测:热点专题突破2a (带答案和解释)

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文 章来源 莲
山 课 件 w w w.
5Y k J. c oM 无机化工流程题的突破方法
专题训练
  对应学生用书P291
1.硝酸锌在工业上被广泛应用于电镀和纺织等领域。以硅锌矿(主要成分为Zn2SiO4,另含少量FeCO3、Fe2O3和CuO等)为原料制备Zn(NO3)2•6H2O的工艺流程如图所示:
 
已知:Zn(NO3)2•6H2O受热易分解,其水溶液呈酸性。
(1)“硝酸浸出”时产生的气体中含有N2O。写出FeCO3溶解的离子方程式:_____________________________________________________。
(2)为防止“浸渣”堵塞过滤装置,需经常用NaOH溶液进行清洗。清洗时反应的化学方程式是_____________________________________________________。
(3)“净化除杂”时,需先加入适量的碳酸锌,以调节溶液的pH约为4~5,并加热煮沸,其目的是________________________________,再加入过量锌粉,“滤渣”中的金属单质除锌外还有____________。
(4)“操作A”是________________________,此步骤另需加入2 mol•L-1 HNO3,以保持溶液的pH约为2,目的是____________________________________________。
(5)无水Zn(NO3)2受热分解,生成的气体呈红棕色。若将收集满该气体的试管倒扣在水中,最后水恰好完全充满试管。则Zn(NO3)2分解的化学方程式为______________________________________________;标准状况下,该试管中所得溶液的物质的量浓度为________________(假设试管中溶液不扩散;结果保留三位小数)。
答案 (1)8FeCO3+26H++2NO-3===8Fe3++8CO2↑+N2O↑+13H2O
(2)H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O
(3)尽可能使Fe3+水解沉淀完全[或尽可能使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀] 铜(或Cu)
(4)加热浓缩、冷却结晶 抑制Zn(NO3)2溶液中Zn2+水解
(5)2Zn(NO3)2=====△2ZnO+4NO2↑+O2↑
0.036 mol•L-1
解析 (1)FeCO3中Fe为+2价,具有还原性,与硝酸发生氧化还原反应。
(2)硅锌矿用硝酸浸出后,得到的浸渣为H2SiO3,用NaOH溶液清洗时,H2SiO3与NaOH发生中和反应。
(3)调节pH为4~5,并加热煮沸,是为了尽可能使Fe3+水解完全,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去,加入过量锌粉,可反应掉多余的硝酸,并能置换出Cu,故滤渣中含有Cu。
(4)操作A是从溶液中得到Zn(NO3)2•6H2O晶体,操作为加热浓缩,冷却结晶,加入硝酸可以抑制Zn(NO3)2溶液中Zn2+水解。
(5)生成的气体呈红棕色,则含有NO2,收集的气体倒扣在水中恰好完全被水吸收,则NO2和O2的体积之比为4∶1,故Zn(NO3)2分解的化学方程式为2Zn(NO3)2=====△2ZnO+4NO2↑+O2;设O2的体积为V L、则NO2的体积为4V L,根据4NO2+O2+2H2O===4HNO3,则反应后溶液体积为5V L,n(HNO3)=4V L22.4 L•mol-1=V5.6 mol,故c(HNO3)=V5.6 mol÷5V L=0.036 mol•L-1。
2.从工业废料中回收钴,某化学小组设计流程如下(废料中含有Fe2O3、Al2O3、Co2O3等物质)。
 
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表(金属离子浓度为0.01 mol/L):
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3
开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0
完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2
(1)步骤Ⅰ中得到含铝溶液的反应的化学方程式是________________________________________。
(2)写出盐酸与Co2O3反应生成氯气的离子方程式:____________________________________________。有同学认为步骤Ⅱ中将盐酸换成硫酸和H2O2溶液更好,请结合离子方程式说明理由:__________________________________________________。
(3)步骤Ⅲ中调节溶液的pH应不超过________。
(4)从步骤Ⅲ分离出的废渣中,还可以回收到的金属化合物为________(填化学式)。
(5)在空气中加热5.49 g草酸钴晶体(CoC2O4•2H2O)样品[M(CoC2O4•2H2O)=183 g/mol],受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质,其质量如下表:
温度范围/℃ 固体质量/g
150~210 4.41
290~320 2.41
890~920 2.25
经测定,210~290 ℃过程中产生的气体只有CO2,生成的固体物质是________。
答案 (1)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
(2)Co2O3+6H++2Cl-===2Co2++Cl2↑+3H2O Co2O3+4H++H2O2===2Co2++O2↑+3H2O,可防止空气污染(答案合理即可)
(3)7.6 (4)Fe(OH)3 (5)Co3O4(答案合理即可)
解析 (1)废料碱溶,只有Al2O3与NaOH溶液反应。
(2)盐酸与Co2O3反应生成氯气,则发生氧化还原反应:Co2O3+6H++2Cl-===2Co2++Cl2↑+3H2O,将盐酸换为硫酸和H2O2溶液,不产生氯气,可防止空气污染,反应的离子方程式为Co2O3+4H++H2O2===2Co2++O2↑+3H2O。
(3)步骤Ⅲ为沉淀Fe3+,但不能沉淀Co2+,因此控制3.7≤pH<7.6。
(4)从步骤Ⅲ得到的废渣为Fe(OH)3。
(5)n(CoC2O4•2H2O)=5.49 g183 g/mol=0.03 mol,失去0.06 mol结晶水时固体质量减少0.06 mol×18 g/mol=1.08 g,由表中数据可知,150~210 ℃过程中固体质量变化为5.49 g-4.41 g=1.08 g,说明在210 ℃时失去结晶水得到CoC2O4,210~290 ℃过程中是CoC2O4发生的反应,产生的气体只有CO2,根据元素守恒生成0.06 mol CO2,其质量为0.06 mol×44 g/mol=2.64 g,而固体质量减少4.41 g-2.41 g=2 g,说明有氧气参与反应,其质量为2.64 g-2 g=0.64 g,O2的物质的量为0.64 g32 g/mol=0.02 mol,故n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)=0.03∶0.02∶0.06=3∶2∶6,根据原子守恒配平化学方程式为3CoC2O4+2O2=====210~290 ℃Co3O4+6CO2,故生成的固体为Co3O4。
3.在印染工业中,连二亚硫酸钠(Na2S2O4)能使染好的布褪色,从而使布能重新染色,故而俗称保险粉,其可溶于水,但不溶于甲醇。工业制备流程如下:
 
请回答下列问题:
(1)流程中步骤①需在耐高温的坩埚中进行,常用来制作耐高温坩埚的金属氧化物的化学式为______________。
(2)向锌液中鼓入M气体,使液态锌雾化,冷却得到粒度约为180 μm的锌粉(粒度表示晶体或固体颗粒平均大小程度的数值)。若气体M为常见的化合物,则M的电子式为________。分散系A为________(填“溶液”“胶体”或“悬浊液”)。
(3)流程中步骤②的化学方程式为________________________________________________。
(4)流程中步骤③加入NaCl固体的作用为______________________________________________。过滤后用________洗涤、干燥后可以得到纯净的保险粉。
(5)将等体积0.04 mol•L-1 AgNO3溶液和0.02 mol•L-1碱性Na2S2O4溶液混合,两者恰好完全反应,反应后溶液中有纳米级的银粉生成,写出反应的离子方程式:
________________________________________________________________________。
答案 (1)Al2O3(或MgO等)
(2)••O••••••C••••O•••• 悬浊液
(3)Zn+2SO2===ZnS2O4,H2O+SO2===H2SO3(可以不写)
(4)使Na+浓度增大,便于Na2S2O4结晶析出 甲醇
(5)2Ag++S2O2-4+4OH-===2Ag+2SO2-3+2H2O
解析 (1)用来制作耐高温坩埚的金属氧化物应为Al2O3或MgO。
(2)连二亚硫酸钠的工艺制备中向锌液中通入常见气态化合物M,可使液态锌雾化,同时该气体在高温下不能与锌粉发生反应,故M可能为CO2,电子式为••O••••••C••••O••••,由于锌粉的粒子直径为1.8×105 nm,大于100 nm,故形成的分散系为悬浊液。
(3)步骤②发生的主要反应为Zn+2SO2===ZnS2O4
(4)Na+浓度增大,便于Na2S2O4结晶析出;Na2S2O4在甲醇中的溶解度较小,为防止Na2S2O4的流失,应用甲醇洗涤。
(5)由题意知,AgNO3和Na2S2O4的物质的量之比为2∶1时恰好反应,离子方程式为2Ag++S2O2-4+4OH-===2Ag+2SO2-3+2H2O。
4.氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)中制备氯化亚铜。
 
请回答下列问题:
(1)写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式:
_____________________________________________________。
(2)步骤②的操作名称是________。
(3)步骤④中所加物质X为________。
(4)步骤⑤的操作是____________________________________。
(5)步骤⑥应调节溶液pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体,目的是____________________________________。
(6)在CuCl的生成过程中,可以循环利用的物质是________,理论上________(填“是”或“否”)需要补充(不考虑调节等消耗);理由是_____________________________________________________。
(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。写出电解CuCl2溶液中的阴极上发生的电极反应:__________________________________________________________。
答案 (1)Cu2++Fe===Cu+Fe2+、Fe+2Fe3+===3Fe2+、Fe+2H+===Fe2++H2↑(任写两个)
(2)过滤、洗涤(不答洗涤也可)
(3)CuO[或Cu(OH)2或CuCO3等]
(4)在HCl气流中蒸发结晶
(5)减少CuCl的损失(答案合理即可)
(6)硫酸(或H2SO4) 否 Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和SO2的物质的量之比为1∶1,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量之比也为1∶1,所以理论上不需要补充H2SO4
(7)Cu2++Cl-+e-===CuCl↓
解析 (1)步骤①中加入铁粉,Cu2+、Fe3+、H+均能与Fe发生反应:Cu2++Fe===Cu+Fe2+、Fe+2Fe3+===3Fe2+、Fe+2H+===Fe2++H2↑。
(2)步骤②中加入盐酸后得到固体,该操作为过滤。
(3)步骤④中加物质X调节pH,除去杂质离子,同时得到CuCl2,则X为CuO、Cu(OH)2或CuCO3等。
(4)步骤⑤,由CuCl2溶液得到CuCl2晶体,为防止Cu2+水解,操作为在HCl气流中蒸发结晶。
(5)CuCl不溶于乙醇,故用乙醇洗涤CuCl晶体是为了减少CuCl的损失。
(6)可以循环利用的物质为H2SO4。
(7)电解CuCl2溶液制备CuCl时,阴极上Cu2+得电子发生还原反应:Cu2++Cl-+e-===CuCl↓。
5.粉煤灰是燃煤电厂的废渣,主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等。实验室模拟工业从粉煤灰中提取活性Al2O3,其流程如图所示:
 
已知烧结过程的产物主要是NaAlO2、CaSiO3、NaFeO2和Na2SiO3等。
(1)写出烧结过程中铝元素转化的化学方程式:__________________________________________________________。
(2)操作a为冷却、研磨,其中研磨的目的是__________________________________________________________。
(3)浸出过程中,NaFeO2可完全水解,水解反应的离子方程式为__________________________________________________________。
(4)操作b的名称是_______,所用的玻璃仪器有_______、________和烧杯。
(5)“脱硅”时生成沉淀,沉淀的化学式为__________________________________________________________。
(6)写出沉淀过程的化学方程式:____________________________________________________。
答案 (1)Al2O3+Na2CO3=====高温2NaAlO2+CO2↑
(2)增大固体接触面积,提高烧结产物浸出的速率和产率
(3)FeO-2+2H2O===Fe(OH)3↓+OH-
(4)过滤 漏斗 玻璃棒 (5)CaSiO3
(6)AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3
解析 (1)烧结过程中Al2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2和CO2气体:Na2CO3+Al2O3=====高温2NaAlO2+CO2↑。
(2)研磨是将大颗粒变成小颗粒,一方面增大接触面积加快反应速率,另一方面可以使反应更充分。
(3)FeO-2水解得到Fe(OH)3沉淀。
(4)操作b是分离可溶物与不溶物,所以采用过滤操作。
(5)粉煤灰中的SiO2在高温下能与CaCO3、Na2CO3反应生成CaSiO3和Na2SiO3,CaSiO3在第一步过滤中除去,Na2SiO3溶液中加入CaO产生的CaSiO3在第二步过滤中被除去;沉淀过程即为向NaAlO2溶液中通入过量的CO2产生Al(OH)3沉淀:AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3。
6.[2016•全国卷Ⅲ]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:
物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3
质量分数/% 2.2~2.9 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
 
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO+2,反应的离子方程式为______________,同时V2O4转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO+2,则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O4-12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+V4O4-12离子交换洗脱R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_______________________________________。
答案 (1)V2O5+2H+===2VO+2+H2O SiO2
(2)0.5
(3)Fe(OH)3和Al(OH)3
(4)碱
(5)K+
(6)2NH4VO3=====△V2O5+2NH3↑+H2O↑
解析 (1)V2O5及VO+2中的V均为+5价,“酸浸”时,发生非氧化还原反应,根据原子守恒及电荷守恒不难写出离子方程式;“酸浸”时,V2O5转化成VO+2,V2O4转化成VO2+,K2SO4可溶于水,Fe2O3及Al2O3分别转化成Fe3+和Al3+,所以“废渣1”的主要成分是SiO2。
(2)欲使3 mol VO2+变为VO+2需转移3 mol e-,1 mol KClO3作氧化剂生成Cl-转移6 mol e-,所以需KClO3至少0.5 mol。
(3)“中和”时加入KOH溶液,钒以V4O4-12形式存在于溶液中,K2SO4可溶,Fe3+和Al3+分别转化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀进入“废渣2”。
(4)该反应的逆反应为洗脱过程,增大c(OH-),有利于平衡向左移动,所以淋洗液应呈碱性。
(5)由流程图可以看出,H+在酸浸时损耗,钒转化为V4O4-12(阴离子),Fe3+及Al3+转化为沉淀,所以“流出液”中阳离子最多的是K+。
(6)“煅烧”时肯定得到V2O5,其他物质自然写出。 文 章来源 莲
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