1、第17课时无机化工流程图问题A组基础题组1.(2015江西九江模拟)氢溴酸在医药和石化工业上有广泛用途。下图是模拟工业制备氢溴酸粗品并精制的流程。根据上述流程回答下列问题:(1)混合液中发生反应的化学方程式为 。(2)溴与氯能以共价键结合形成BrCl,BrCl的性质与卤素单质相似。则BrCl与水发生反应的化学方程式为 。(3)操作的名称是。操作一般适用于分离混合物。(选填编号)a.固体和液体 b.固体和固体c.互不相溶的液体d.互溶的液体(4)混合液中加入Na2SO3的目的是 。(5)纯净的氢溴酸应为无色液体,但实际工业生产中制得的氢溴酸(工业氢溴酸)常带有淡淡的黄色。于是甲、乙两同学设计了简
2、单实验加以探究:甲同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为含有F,则用于证明该假设所用的试剂为。2.(2016山西阳泉段考)铁的发现和大规模使用,是人类发展史上的一个光辉里程碑,它把人类带到了铁器时代,推动了人类文明的发展。(1)高铁酸钠(Na2FeO4)是水处理过程中的一种新型净水剂,它的氧化性比高锰酸钾更强,本身在反应中被还原成Fe3+达到净水的目的。高铁酸钠主要通过如下反应制取:2Fe(OH)3+3NaClO+4NaOH 2Na2FeO4+3X+5H2O,则X的化学式为,反应中被氧化的物质是(写化学式)。(2)铁红颜料跟某些油料混合,可以制成防锈油漆。以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe2O
3、3、SiO2、Al2O3、MgO等,用硫酸渣制备铁红(Fe2O3)的过程如下:酸溶过程中Fe2O3与稀硫酸反应的化学方程式为;“滤渣A”主要成分的化学式为。还原过程中加入FeS2的目的是将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,而本身被氧化为H2SO4,请完成该反应的离子方程式:FeS2+Fe3+H2O Fe2+S+H+。氧化过程中,O2、NaOH与Fe2+反应的离子方程式为。为了确保铁红的质量和纯度,氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.23.8。沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.87.69.4完全沉淀pH3.25.29.712.4如果pH过大,可能
4、引起的后果是(部分pH数据见表);滤液B中可以回收的物质有(写化学式)。3.(2015课标,27,14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:回答下列问题:(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有(写出两条)。(2)利用的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是。(写化学式)(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是。然后再调节溶液的pH约为5,目的是。(
5、4)“粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程。4.(2015河北石家庄月考)以铬铁矿(主要成分是FeOCr2O3,含少量MgCO3、Al2O3、SiO2等)为原料制取铬酸钠(Na2CrO4)晶体的工艺流程如下:已知:+3价Cr在酸性溶液中性质稳定,当pH9时以Cr形式存在且易被氧化;常温下,部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下:阳离子Fe3+Fe2+Mg2+Al3+Cr3+开始沉淀时的pH2.77.
6、69.03.7沉淀完全时的pH3.79.611.04.79(9溶解)(1)流程中两次使用了H2O2溶液,分别写出反应的离子方程式:、。(2)加入NaOH溶液调节溶液的pH=8时,被除去的离子是;调节溶液的pH11时,被除去的离子是。(3)“调pH=8”和“调pH11”中间的“过滤”步骤能否省略,为什么? 。(4)流程图中“”内的操作是 。B组提升题组5.(2016河北南宫一中模拟)用辉铜矿(主要成分为Cu2S,含少量Fe2O3、SiO2等杂质)制备难溶于水的碱式碳酸铜的流程如下:(1)下列措施是为了加快浸取速率,无法达到目的的是 。A.延长浸取时间 B.将辉铜矿粉碎C.充分搅拌 D.适当增大硫
7、酸浓度(2)浸取反应中氧化剂的化学式为 ;滤渣的成分为MnO2、S和 (写化学式)。(3)研究发现,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,可能的原因是。(4)“除铁”的方法是通过调节溶液pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3,加入的试剂A可以是(填化学式);“赶氨”时,最适宜的操作方法是 。(5)“沉锰”(除Mn2+)过程中发生反应的离子方程式为 。(6)滤液经蒸发结晶得到的盐主要是 (写化学式)。6.(2015课标,28,15分)二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题:(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂
8、物质的量之比为 。(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2:电解时发生反应的化学方程式为。溶液X中大量存在的阴离子有。除去ClO2中的NH3可选用的试剂是(填标号)。a.水b.碱石灰c.浓硫酸d.饱和食盐水(3)用如图装置可以测定混合气中ClO2的含量:.在锥形瓶中加入足量的碘化钾,用50 mL水溶解后,再加入3 mL稀硫酸;.在玻璃液封装置中加入水,使液面没过玻璃液封管的管口;.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收;.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中;.用0.100 0 molL-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2+2S2 2I-+S4
9、),指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中:锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为。玻璃液封装置的作用是 。中加入的指示剂通常为,滴定至终点的现象是。测得混合气中ClO2的质量为g。(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐,下列物质最适宜的是(填标号)。a.明矾b.碘化钾c.盐酸d.硫酸亚铁7.(2015山东理综,29,15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为溶液(填化
10、学式),阳极电极反应式为,电解过程中Li+向电极迁移(填“A”或“B”)。(2)利用钴渣含Co(OH)3、Fe(OH)3等制备钴氧化物的工艺流程如下:Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为。铁渣中铁元素的化合价为。在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2体积为1.344 L(标准状况),则钴氧化物的化学式为。8.(2015山东青岛二模)高纯度镍是许多有机反应的催化剂。某化学课题组拟以电镀废液(含有NiSO4、CuSO4和FeSO4)为原料,设计提取高纯镍的简单工艺如下(阴离子省略):难溶电解质NiSCuSCu(OH)2Ni(OH)2Fe(OH
11、)3Ksp或沉淀完全的pH1.110-211.310-36pH=9pH=9.5pH=3.7注:Ni(OH)2开始沉淀时的pH=7。(1)加入新制氯水所发生反应的离子方程式为。(2)加入NiCO3的目的是。(3)在实验室中灼烧所使用的仪器有。(4)由氧化镍制备高纯度镍,有两种方案:方案1:氧化镍溶于稀硫酸,加入足量锌粉,过滤、洗涤、干燥。方案2:锌与稀硫酸反应产生氢气,氢气还原氧化镍。制备等质量的镍粉,从消耗原料量、产品纯度、实验安全等角度评价两种方案的优点。方案1:。方案2:。(5)方案2所用的氢气可以选用下列装置中的来制取(填写字母,下同),收集氢气可选用装置。(6)若将D装置和E装置相连制
12、取并收集干燥纯净的X气体,则X气体可以是下列气体中的。装置D中导管a的作用是。a.NH3b.Cl2c.NOd.SO29.(2015山东临沂二模).碱性锌锰干电池的总反应为Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn (OH)2。该电池中,负极材料是,正极反应式为 。.以废旧锌锰干电池处理得到的混合物为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如图所示。请回答下列问题:(1)MnxZn1-xFe2O4中铁元素化合价为+3,则锰元素的化合价为。(2)活性铁粉除汞时,铁粉的作用是(填“氧化剂”或“还原剂”)。(3)除汞是以氮气为载气吹入滤液中,带出汞蒸气经KMnO4溶液进行吸收而实现的。在恒温下不同pH时,KM
13、nO4溶液对Hg的单位时间去除率及主要产物如图所示。写出pH=2时KMnO4溶液吸收汞蒸气的离子方程式:。在强酸性环境中汞的单位时间去除率高,其原因除氢离子浓度增大使KMnO4溶液的氧化性增强外,还可能是。(4)用惰性电极电解K2MnO4溶液制备KMnO4的装置如图所示。a应接直流电源的(填“正”或“负”)极。已知25 ,两室溶液的体积均为100 mL,电解一段时间后,右室溶液的pH由10变为14,则理论上可制得mol KMnO4 (忽略溶液的体积和温度变化)。10.(2015广东理综,32,16分)七铝十二钙(12CaO7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料。用白云石(主要含CaCO3和M
14、gCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:(1)煅粉主要含MgO和。用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若滤液中c(Mg2+)小于510-6 molL-1,则溶液pH大于Mg(OH)2的Ksp=510-12;该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3,原因是。(2)滤液中的阴离子有(忽略杂质成分的影响);若滤液中仅通入CO2,会生成,从而导致CaCO3产率降低。(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应的离子方程式为 。(4)电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应方程式为 。(5)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlC和Al2C两种
15、离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应。放电时负极Al的电极反应式为。答案全解全析A组基础题组1.答案(1)SO2+Br2+2H2O H2SO4+2HBr(2)BrCl+H2O HCl+HBrO(3)过滤d(4)除去粗产品中未反应完的溴(5)KSCN溶液解析(1)SO2、Br2、H2O反应生成H2SO4和HBr。(3)操作是分离沉淀和溶液,用过滤的方法;操作是加热使沸点较低的氢溴酸挥发出去,再收集(冷凝)得到精制的氢溴酸,分离方法为蒸馏。(4)加入Na2SO3可以除去少量未反应的Br2。(5)检验Fe3+通常选用KSCN溶液,若含有Fe3+,则溶液变成红色。2.答案(1)NaClFe
16、(OH)3(2)Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2OSiO21148152164Fe2+O2+2H2O+8OH- 4Fe(OH)3Al3+、Mg2+形成沉淀,使制得的铁红不纯Na2SO4、Al2(SO4)3、MgSO4解析(1)根据原子守恒可知X的化学式为NaCl;反应中Fe元素化合价升高,Fe(OH)3被氧化。(2)氧化铁与稀硫酸反应生成硫酸铁和水,化学方程式为Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O;因二氧化硅不与稀硫酸反应,故“滤渣A”主要成分的化学式为SiO2。根据得失电子守恒配平。根据题表中pH数据可知,如果pH过大,Al3+、Mg2+形成沉淀,使制得
17、的铁红不纯;未沉淀的离子为Na+、Mg2+、Al3+、S等,故滤液B中可以回收的物质有Na2SO4、Al2(SO4)3、MgSO4。3.答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4(2分)提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2分)(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(1分,2分,共3分)(3)将Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去(每空1分,共2分)(4)(七水)硫酸镁(1分)(6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO(2分)解析(1)硫酸可与硼酸盐反应制取酸性较弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学
18、方程式为:Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径等措施。(2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性将其从“浸渣”中分离;“浸渣”中还剩余的物质是SiO2和CaSO4。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化为Fe3+,然后调节溶液的pH约为5,使Al3+和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉降而除去。(4)“粗硼酸”中所含杂质主要是没有除去的易溶性镁盐,故为(七水)硫酸镁。(5)硼氢化钠的电子式为。 (6)利用Mg的还原性制取硼的化学方程式为2H3BO3 B2O3+3H
19、2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO。4.答案(1)2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O2Cr+3H2O2+2OH- 2Cr+4H2O(2)Fe3+、Al3+Mg2+(3)不能,当pH=8时Al3+已经完全转化为Al(OH)3,若不经过滤除去,当继续加入NaOH时Al(OH)3会溶解,引入杂质离子Al(4)蒸发浓缩、冷却结晶解析(1)第一次加入H2O2是为了将Fe2+氧化为Fe3+,当pH=8时Fe3+已完全沉淀。第二次加入H2O2是为了将Cr氧化为Cr。(2)pH11时,Mg2+完全被除去且Cr元素以Cr的形式存在。(3)“调pH=8”时沉淀成分是Al(OH)3和Fe(OH)3,
20、如果不经过滤除去,当继续加入NaOH至pH=11时,Al(OH)3会溶解,引入杂质离子Al。(4)由Na2CrO4溶液得到Na2CrO4晶体,可以采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。B组提升题组5.答案(1)A(2)MnO2SiO2(3)Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化(4)CuO或Cu(OH)2等其他合理答案将溶液加热(5)Mn2+ +HC+NH3 MnCO3+ N(6)(NH4)2SO4解析(1)酸浸时,通过粉碎矿石或适当增大硫酸浓度或进行搅拌都可以提高浸取速率,延长浸取时间并不能提高速率,故选A。(2)二氧化硅与硫酸不反应,故滤渣中还有SiO2。(4)加入的试剂A用于调节溶液pH,但不能引
21、入杂质,因最后要制备碱式碳酸铜,故可加入氧化铜、氢氧化铜等。(5)“沉锰”过程中,加入碳酸氢铵和氨气,生成碳酸锰沉淀,反应的离子方程式为Mn2+HC+NH3 MnCO3+N。(6)滤液中的溶质主要是硫酸铵。6.答案(1)21(1分)(2)NH4Cl+2HCl3H2+NCl3(2分)Cl-、OH-(2分)c(1分)(3)2ClO2+10I-+8H+ 5I2+4H2O+2Cl-(2分)吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出)(2分)淀粉溶液溶液由蓝色变为无色,且半分钟内溶液颜色不再改变(每空1分,共2分)0.027 00(2分)(4)d(1分)解析(1)该反应的氧化剂为KClO3,发生变化:O2;还
22、原剂为Na2SO3,发生变化:Na2O3 Na2O4,根据得失电子守恒可知n(KClO3)n(Na2SO3)=21。(2)由题中信息可知,电解NH4Cl溶液和盐酸的混合物得到NCl3溶液和H2,据此可写出电解时的总反应方程式。由NaClO2溶液与NCl3溶液反应的生成物可以看出,反应物中除NaClO2和NCl3外,还应有H2O,则该反应的离子方程式为:NCl3+6Cl+3H2O 6ClO2+NH3+3Cl-+3OH-,故溶液X中大量存在的阴离子有Cl-和OH-。由于ClO2易溶于水,因此不能用水或饱和食盐水除去ClO2中的NH3;碱石灰不与NH3反应,无法将NH3除去;浓硫酸不与ClO2反应但
23、能与NH3反应,故可用浓硫酸除去ClO2中的NH3。(3)ClO2具有强氧化性,在酸性条件下可将I-氧化为I2,自身被还原为Cl-,据此可写出有关的离子方程式。向锥形瓶中通入混合气时,会有少量ClO2从溶液中逸出,生成的碘也会逸出,通过玻璃液封装置可将逸出的ClO2和碘吸收,再将吸收液倒入锥形瓶中,保证了测定结果的准确性,减小了实验误差。滴定含I2的溶液时一般使用淀粉溶液作指示剂。由2ClO25I210S2可知,n(ClO2)=0.2n(S2)=0.20.100 0 molL-10.020 00 L=4.00010-4 mol,m(ClO2)=4.00010-4mol67.5 gmol-1=0
24、.027 00 g。(4)要除去亚氯酸盐,需加入具有还原性的物质,明矾显然不适宜;由于饮用水已处理过,再加入KI或盐酸,会产生对人体健康不利的I2或Cl2,故最适宜的物质是硫酸亚铁。7.答案(1)LiOH2Cl-2e-Cl2B(2)2Co(OH)3+S+4H+2Co2+S+5H2O或Co(OH)3+3H+Co3+3H2O,2Co3+S+H2O2Co2+S+2H+3Co3O4解析(1)B极区产生H2,则B极区发生还原反应,为阴极;A极电极反应式为2Cl-2e-Cl2,为阳极。A极区电解液为LiCl溶液,B极区电解液为LiOH溶液;Li+(阳离子)向阴极(B电极)移动。(2)向浸液中加入了具有氧化
25、性的NaClO3和O2,所以铁渣中的铁元素为+3价。设钴氧化物的化学式为CoxOy,由xCoC2O4+O2CoxOy+2xCO2(59x+16y) g2x22.4 L 2.41 g 1.344 L则=,解得xy=34,则钴氧化物的化学式为Co3O4。8.答案(1)Cl2+2Fe2+ 2Fe3+2Cl-(2)调节溶液的pH,使溶液中的 Fe3+完全变成Fe(OH)3沉淀而除去(3)酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚、坩埚钳(4)操作简便、节省原料、实验安全产品纯度较高(5)BDFH(6)d平衡分液漏斗和烧瓶中的气压,便于分液漏斗中液体顺利流下解析(1)加入新制氯水的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。(2
26、)根据流程知加入NiCO3的目的是调节溶液的pH,使Fe3+沉淀完全。(3)灼烧用到坩埚,同时还需酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚钳。(4)方案1由于加入了足量锌粉,使得产品混入锌,而方案2制得的产品纯度高些;方案1操作简便、节省原料、实验安全,而方案2需先通入氢气,使得用去的锌多些,同时使用氢气不安全。(5)制备氢气用固液不加热装置,选B、D;用排水法或向下排空气法收集氢气,选F、H。(6)氨气应用向下排空气法收集,制取氯气缺少除HCl的装置,不能用排空气法收集NO,故选d。导管a的作用是平衡分液漏斗和烧瓶中的气压,便于分液漏斗中液体顺利流下。9.答案.ZnMnO2+H2O+e- MnOOH+O
27、H-.(1)+2(2)还原剂(3)5Hg+2Mn+16H+ 5Hg2+2Mn2+8H2OMn2+具有催化作用(4)正0.1解析.根据总反应方程式知Zn发生氧化反应,应该作负极,正极是MnO2发生还原反应生成MnOOH:MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-。.(1)根据正、负化合价代数和为0知Mn元素的化合价是+2。(2)活性铁粉除汞时,铁粉的作用是将Hg2+还原为Hg,即是还原剂。(3)分析图知pH=2时溶液中存在Mn2+、Hg2+,即离子方程式为5Hg+2Mn+16H+ 5Hg2+2Mn2+8H2O。单位时间去除率高说明反应速率快,可能是生成的Mn2+有催化作用。(4)K2MnO4KM
28、nO4,Mn元素的化合价升高,则发生氧化反应,故a接正极。右室的电极反应式为2H2O+2e- H2+2OH-, pH由10变为14,即生成n(OH-)1 mol/L0.1 L=0.1 mol,转移电子0.1 mol,则阳极生成0.1 mol KMnO4。10.答案(1)CaO11CaSO4微溶,会使CaCO3产率降低(2)N、OH-Ca(HCO3)2(3)Al2O3+2OH-2Al+H2O(4)2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2(5)Al-3e-+7AlC 4Al2C解析(1)CaCO3、MgCO3高温煅烧产生CaO、MgO和CO2。用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,
29、若滤液中c(Mg2+)molL-1=10-3 molL-1,即pH11 。若使用(NH4)2SO4代替NH4NO3,会形成CaSO4导致CaCO3产率降低。(2)滤液中含Ca(NO3)2及少量NH3H2O,则阴离子有N、OH-;若滤液中仅通入CO2,会使Ca2+部分生成Ca(HCO3)2,导致CaCO3产率降低。(3)Al2O3为两性氧化物,可溶于NaOH溶液。(4)阳极反应式为2Al-6e-2Al3+,阴极反应式为6H2O+6e-3H2+6OH-,则总反应式为2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2。(5)放电时负极Al失电子发生氧化反应,AlC为反应物,对应电极反应式为Al-3e-+7AlC 4Al2C。