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2020年高考化学重点知识练习题 无机化工流程分析(含解析).doc

上传人:高**** 文档编号:219331 上传时间:2024-05-26 格式:DOC 页数:9 大小:467KB
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资源描述

1、无机化工流程分析1. POCl3是重要的基础化工原料,广泛用于制药、染料、表面活性剂等行业。一种制备POCl3的原理为:PCl3+Cl2+SO2=POCl3+SOCl2。某化学学习小组拟利用如下装置在实验室模拟制备POCl3。有关物质的部分性质如下:物质熔点/沸点/密度/gmL-1其它PCl3-93.676.11574遇水强烈水解,易与氧气反应POCl31.25105.81.645遇水强烈水解,能溶于PCl3SOCl2-10578.81.638遇水强烈水解,加热易分解(1)仪器甲的名称为_,与自来水进水管连接的接口编号是_。(填“a”或“b”)。(2)装置C的作用是_,乙中试剂的名称为_。(3

2、)该装置有一处缺陷,解决的方法是在现有装置中再添加一个装置,该装置中应装入的试剂为_(写名称)。若无该装置,则可能会有什么后果?请用化学方程式进行说明_。(4)D中反应温度控制在60-65,其原因是_。(5)测定POCl3含量。准确称取30.70gPOCl3产品,置于盛有60.00mL蒸馏水的水解瓶中摇动至完全水解;将水解液配成100.00mL溶液,取10.00mL溶液于锥形瓶中;加入10.00mL3.200mol/LAgNO3标准溶液,并加入少许硝基苯用力摇动,使沉淀表面被有机物覆盖;以Fe3+为指示剂,用0.2000mol/LKSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液,达到滴定终点时共用去10.

3、00mLKSCN溶液。滴定终点的现象为_,用硝基苯覆盖沉淀的目的是_。反应中POCl3的百分含量为_。【答案】(1)球形冷凝管 a (2)干燥Cl2,同时作安全瓶,防止堵塞 五氧化二磷(或硅胶) (3)碱石灰 POCl3+3H2O=H3PO4+3HCl, SOCl2+H2O=SO2+2HCl (4)一是温度过高,PCl3会大量挥发,从而导致产量降低;二是温度过低,反应速率会变慢 (5)当最后一滴标准KSCN溶液滴入时,溶液变为红色,且半分钟不褪去 使生成的沉淀与溶液隔离,避免滴定过程中SCN-与AgCl反应 50%【分析】本题以POCl3的制备为载体,考查Cl2、SO2的实验室制备、实验条件的

4、控制、返滴定法测定POCl3的含量。由于PCl3、POCl3、SOCl2遇水强烈水解,所以用干燥的Cl2、SO2与PCl3反应制备POCl3,则装置A、B、C、D、E、F的主要作用依次是:制备Cl2、除Cl2中的HCl(g)、干燥Cl2、制备POCl3、干燥SO2、制备SO2;为防止POCl3、SOCl2水解和吸收尾气,D装置后连接盛碱石灰的干燥管。返滴定法测定POCl3含量的原理:POCl3+3H2O=H3PO4+3HCl、AgNO3+HCl=AgCl+HNO3,用KSCN滴定过量的AgNO3,发生的反应为KSCN+AgNO3=AgSCN+KNO3,由消耗的KSCN计算过量的AgNO3,加入

5、的总AgNO3减去过量的AgNO3得到与Cl-反应的AgNO3,根据Ag+Cl-=AgCl和Cl守恒计算POCl3的含量。【详解】(1)根据仪器甲构造特点,仪器甲的名称为球形冷凝管。为了更充分的冷凝蒸气,冷凝管中的水应下进上出,与自来水进水管连接的接口的编号为a。(2)由于PCl3、POCl3、SOCl2遇水强烈水解,所以制备POCl3的Cl2和SO2都必须是干燥的。根据装置图和制备POCl3的原理,装置A用于制备Cl2,装置B用于除去Cl2中HCl(g),装置C用于干燥Cl2,装置F用于制备SO2,装置E用于干燥SO2,装置D制备POCl3;装置C的作用是干燥Cl2,装置C中有长直玻璃管,装

6、置C的作用还有作安全瓶,防止堵塞。乙中试剂用于干燥SO2,SO2属于酸性氧化物,乙中试剂为五氧化二磷(或硅胶)。(3)由于SO2、Cl2有毒,污染大气,最后要有尾气吸收装置;POCl3、SOCl2遇水强烈水解,在制备POCl3的装置后要连接干燥装置(防外界空气中H2O(g)进入装置D中),该装置缺陷的解决方法是在装置D的球形冷凝管后连接一个既能吸收SO2、Cl2又能吸收H2O(g)的装置,该装置中应装入的试剂是碱石灰。若没有该装置,POCl3、SOCl2发生强烈水解,反应的化学方程式为POCl3+3H2O=H3PO4+3HCl、SOCl2+H2O=SO2+2HCl。(4)D中反应温度控制在60

7、65,其原因是:温度太低,反应速率太慢;温度太高,PCl3会大量挥发(PCl3的沸点为76.1),从而导致产量降低。(5)以Fe3+为指示剂,当KSCN将过量的Ag+完全沉淀时,再滴入一滴KSCN溶液与Fe3+作用,溶液变红色,滴定终点的现象为:当最后一滴标准KSCN溶液滴入时,溶液变为红色,且半分钟不褪去。硝基苯是难溶于水且密度大于水的液体,用硝基苯覆盖沉淀的目的是:使生成的沉淀与溶液隔离,避免滴定过程中SCN-与AgCl反应。n(AgNO3)过量=n(KSCN)=0.2000mol/L0.01L=0.002mol,沉淀10.00mL溶液中Cl-消耗的AgNO3物质的量为3.200mol/L

8、0.01L-0.002mol=0.03mol,根据Ag+Cl-=AgCl和Cl守恒,样品中n(POCl3)=0.1mol,m(POCl3)=0.1mol153.5g/mol=15.35g,POCl3的百分含量为100%=50%。2.黄钾铁矾渣经如下流程可将其转化为锰锌铁氧体:已知:黄钾铁矾渣中铁主要以形式存在,锌主要以硫酸锌()、氧化锌(ZnO)、硅酸锌()形式存在,黄钾铁矾渣的某些元素成分如下表所示:元素FeZnCuCdCaMgSi质量分数%28.98.770.370.180.370.844.63溶液用于沉淀和 Fe和Cd的金属活动性相近(1)“酸浸”后,滤渣1的主要成分为_(写化学式);为

9、了提高浸出率,可采取的措施有_(写出一种即可)。(2)“还原除杂”工序中,加入铁粉是为了除去溶液中_、_等金属杂质离子。(3)加入沉淀时应避免过量,原因是_;若此过程中溶液搅拌时间过长,则会导致去除率偏低,原因是_。(已知:CdS的溶度积Ksp=810-27,FeS的溶度积Ksp=810-19,ZnS的溶度积Ksp=810-24)(4)写出“共沉淀工序中生成的离子反应方程式为:_。(5)锰锌铁氧体是种重要的磁性材料。测定铁氧体中ZnO的实验步骤如下:写出除锰()步骤中的离子方程式:_。准确量取25.00mL溶液A,掩蔽铁后,用二甲酚橙作指示剂,用0.0100的EDTA()标准溶液滴定其中的(反

10、应原理为Zn2+H2Y2-=ZnY2-+2H+);至消定终点时消耗EDTA标准溶液20.00mL。通过计算确定该铁氧体中ZnO的质量分数为_。【答案】(1) 适当提高硫酸浓度、提高温度、搅拌、粉碎原料(合理即可) (2) (3)过量、会转化为FeS、ZnS沉淀,造成、损失 当搅拌时间过长时,部分Fe2+被氧化变成Fe3+,会与发生反应,使浓度下降,从而导致去除率降低;(也可是将氧化,造成浓度下降) (4)Fe2+2HCO3-=FeCO3+CO2+H2O (5) 16.20%【解析】(1)黄钾铁矾渣加入硫酸酸浸,硅酸锌与硫酸反应生成硅酸,则滤渣1为H2SiO3,为了提高浸出率,可采取的措施有适当

11、提高硫酸浓度、提高温度、搅拌、粉碎原料;(2)根据金属活动顺序及离子氧化性强弱,离子氧化性Fe3+Cu2+ Fe2+;“还原除杂”工序中,加入铁粉是为了除去溶液中Fe3+、Cu2+等金属杂质离子,反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+Cu2+=Fe2+Cu;(3)加入沉淀时应避免过量,原因是过量、会转化为FeS、ZnS沉淀,造成、损失;若此过程中溶液搅拌时间过长,则会导致去除率偏低,原因是当搅拌时间过长时,部分Fe2+被氧化变成Fe3+,会与发生反应,使浓度下降,从而导致去除率降低;(也可是将氧化,造成浓度下降);(4)“共沉淀工序中硫酸亚铁与碳酸氢铵反应生成、硫酸铵、二氧化碳

12、和水,反应的离子反应方程式为:Fe2+2HCO3-=FeCO3+CO2+H2O;(5)除锰()步骤中(NH4)2S2O8将锰离子氧化生成二氧化锰而除去,反应的离子方程式:;根据反应Zn2+H2Y2-=ZnY2-+2H+可知,n(ZnO)=n(Zn2+)=n(EDTA)= 0.010020.00mL L/mL=2.0mol;该铁氧体中ZnO的质量分数为。3.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:菱锰矿的主要成分是MnCO3,其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。Al3、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。焙烧过程中主要反

13、应为MnCO32NH4ClMnCl22NH3CO2H2O。(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含量。实验步骤:称取1.000 g试样,向其中加入稍过量的磷酸和硝酸,加热使反应2Mn2NO3-4PO43-2H2Mn(PO4)23NO2-H2O充分进

14、行并除去多余的硝酸;加入稍过量的硫酸铵,发生反应NO2-NH4+=N22H2O以除去NO2-;加入稀硫酸酸化,用2.00 molL110.00 mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定,发生的反应为Mn(PO4)23Fe2=Mn2Fe32PO43-;用0.10 molL110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2。酸性K2Cr2O7溶液与Fe2反应(还原产物是Cr3)的离子方程式为_。试样中锰的质量分数为_。【答案】(1)500 60 min 1.10 (2)4.7pH8.1 (3)Mn22HCO3-=MnCO3CO2H2O (4)NH4Cl (5)6Fe2Cr2O72-14H=6Fe3

15、2Cr37H2O 77%【详解】(1)根据图像分析,焙烧温度在500 以上、焙烧时间在60 min以上、在1.1以上,锰浸出率超过90% ,所以焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为500 、60 min、 1.10;(2)净化除杂的目的是将Fe3和Al3变为沉淀除去,并且保证Mn2不能沉淀,所以调节溶液pH的范围为4.7pH8.1;(3)“碳化结晶”步骤中,碳酸氢铵与锰离子反应生成碳酸锰沉淀和二氧化碳气体,反应离子方程式是Mn22HCO3-=MnCO3CO2H2O;(4)根据流程图,可循环使用的物质是NH4Cl;(5)根据得失电子守恒,酸性K2Cr2O7溶液与Fe2反应的离子方程式是6F

16、e2Cr2O72-14H=6Fe32Cr37H2O;Cr2O72-的物质的量是0.10 molL10.01L=0.001mol,反应6Fe2Cr2O72-14H=6Fe32Cr37H2O消耗Fe2的物质的量是0.006mol, Mn(PO4)23Fe2=Mn2Fe32PO43-消耗Fe2的物质的量是2.00 molL10.01L0.006mol=0.014mol,根据Mn2Mn(PO4)23Fe2,可知Mn2的物质的量是0.014mol,锰的质量分数为 。4.某种电镀污泥主要含有碲化亚铜(Cu2Te)、三氧化二铬(Cr2O3)以及少量的金(Au),可以用于制取Na2Cr2O7溶液、金属铜和粗碲

17、等,以实现有害废料的资源化利用,工艺流程如下:已知:煅烧时,Cu2Te发生的反应为Cu2Te+2O22CuO+TeO2。(1)煅烧时,Cr2O3发生反应化学方程式为_。(2)浸出液中除了含有TeOSO4(在电解过程中不反应)外,还可能含有_(填化学式)。(3)工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)母液生产重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程如图所示:通过冷却结晶能析出大量K2Cr2O7的原因是_。(4)测定产品中K2Cr2O7含量的方法如下:称取产品试样2.50 g配成250 mL溶液,用移液管取出25.00 mL于锥形瓶中,加入足量稀硫酸酸化后,再加入几滴指示剂,用0.1000 molL-1硫

18、酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2标准液进行滴定,重复进行二次实验。(已知Cr2被还原为Cr3+)氧化还原滴定过程中的离子方程式为_。若三次实验消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准液的平均体积为25.00 mL,则所得产品中K2Cr2O7的纯度为_%。已知M(K2Cr2O7)=294 gmol-1,计算结果保留三位有效数字。(5)上述流程中K2Cr2O7发生氧化还原反应后所得溶液中除含有Cr3+外,还含有一定浓度的Fe3+杂质,可通过加碱调pH的方法使两者转化为沉淀。已知c(Cr3+)=310-5 molL-1,则当溶液中开始析出Cr(OH)3沉淀时Fe3+是否沉淀完全?_(填“是”或“否”

19、)。已知:KspFe(OH)3=4.010-38, KspCr(OH)3=6.010-31【答案】(1)2Cr2O3+3O2+4Na2CO34Na2CrO4+4CO2 (2)CuSO4(或CuSO4和H2SO4) (3)低温条件下,K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小,且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小 (4)Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O 49.0 (5)是【解析】(1)根据流程中“水浸”,Cr元素以Na2CrO4形式存在,Na2CrO4中Cr的化合价为6价, Cr2O3中Cr的化合价为+3价,Cr2O3作还原剂,被氧气氧化,根据化合价升降法进行配平,“

20、煅烧”时Cr2O3参加的反应是2Cr2O33O24Na2CO34Na2CrO44CO2;(2)“煅烧”除(1)中反应外,还有Cu2Te2O22CuOTeO2,沉渣应含有CuO、TeO2以及少量的Au,加入稀硫酸,CuO与稀硫酸反应生成CuSO4,根据题干,Te以TiOsO4形式存在,Au不与稀硫酸反应,即浸出液中含有TeOsO4、CuSO4、H2SO4;(3)Na2Cr2O7溶液加入KCl(s),得到K2Cr2O7,说明低温下,K2Cr2O7的溶解度在整个体系中最小,且K2Cr2O7的溶解度随温度的降低而显著减小;(4)Cr2O42作氧化剂,把Fe2氧化成Fe3,+6价Cr被还原成Cr3,根据

21、得失电子数目守恒,得出Cr2O726Fe214H=2Cr36Fe37H2O;根据的离子反应方程式得出:K2Cr2O7的纯度=49.0%;(5)Cr(OH)3开始出现沉淀时,溶液中c3(OH)=21026,Fe3沉淀完全,c(Fe3)应小于105molL1,Fe(OH)3沉淀完全时,溶液中c3(OH)=4103321026,说明Fe3沉淀完全。5.某工厂用软锰矿(主要成分是MnO2,含少量Al2O3和SiO2)和闪锌矿(主要成分是ZnS,含少量FeS、CuS等杂质)为原料制备MnO2和Zn(干电池原料),其简化流程如下:已知:反应中所有金属元素均以离子形式存在。回答下列问题:(1)滤渣1中除了S

22、iO2以外,还有一种淡黄色物质,该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的,请写出该反应还原产物的化学式_。(2)反应中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属,请写出该反应的离子方程式_。(3)反应中X可以是_。(填字母代号)它的作用是_。aMgO bZn(OH)2 cCu2(OH)2CO3 dMnCO3(4)反应中电极均是惰性电极,写出阴极电极反应式_。(5)已知:H2S的电离常数K1=1.0107,K2=7.01015。0.1 mol/L NaHS的pH_7(填“”“”或“”),理由是_。(6)在废水处理领域中常用H2S将Mn2+转化为MnS除去,向含有0.020 molL1 Mn2+废

23、水中通入一定量的H2S气体,调节溶液的pH=a,当HS浓度为1.0104 molL1时,Mn2+开始沉淀,则a=_。已知:Ksp(MnS)=1.41015【答案】(1) MnSO4 (2)Cu2ZnCu+ Zn2 (3)bd 增大溶液的pH,使 Fe3+ 和Al3+生成沉淀 (4)Zn2+2eZn (5) HS-的水解常数=1014 /107=10-7,10-77.01015,水解程度大于电离程度,溶液显碱性,pH7 (6)5【解析】(1)MnO2、CuS与硫酸共热发生氧化还原反应生成MnSO4、CuSO4、S、H2O,CuS中硫元素化合价升高,氧化产物是S单质,锰元素由+4价降低为+2,所以

24、还原产物是MnSO4;(2)根据流程图,反应中加入适量金属锌置换出了金属铜,反应的离子方程式是Cu2ZnCu+ Zn2;(3)根据流程图,反应中加入X的目的是增大溶液的pH使Fe3+和Al3+生成沉淀;a若加入MgO,引入杂质Mg2+,故不选A;b若加入Zn(OH)2,能调节pH且不引入杂质,故选b;c若加入Cu2(OH)2CO3,引入杂质Cu2+,故不选c;d若加入MnCO3,能调节pH且不引入杂质,故选d。(4)反应中,阴极发生还原反应生成金属锌,阴极电极反应式是Zn2+2eZn;(5)NaHS溶液中HS-既能水解又能电离,HS-的电离常数是7.01015,HS-的水解常数是,水解大于电离,溶液呈碱性pH7;(6)含有0.020 molL1 Mn2+废水,Mn2+开始沉淀时S2-的浓度是71014,此时HS浓度为1.0104 molL1,根据,所以a=5。

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