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文档介绍
2020届高考化学二轮复习工艺流程题作业(1)
题型八 工艺流程题 高考命题规律 2020年高考必备 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 Ⅰ卷 Ⅱ卷 Ⅲ卷 命题角度1 废弃物中提取物质工艺流程 28 27 命题角度2 物质制备工艺流程 27 28 27 26 27 27 26 27 26 26 26 命题角度1废弃物中提取物质工艺流程 高考真题体验·对方向 1.(2019全国Ⅰ,27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下: 回答下列问题: (1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是 。 (2)步骤②需要加热的目的是 ,温度保持80~95 ℃,采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为 (填标号)。 (3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是 。分批加入H2O2,同时为了 ,溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有 ,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。 答案 (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C (3)将Fe2+全部氧化为Fe3+;不引入杂质 抑制Fe3+水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤) (5)NH4Fe(SO4)2·12H2O 解析 (1)油污在碱性溶液中发生水解反应生成可溶于水的物质,因此可使用碱煮水洗的方法去除废铁屑表面的油污。 (2)加热可以增大溶解速率;温度低于100 ℃,因此可用水浴加热;硫化氢可与碱反应,因此可用碱溶液来吸收,为了防止倒吸,应选用的装置为C。 (3)为了将Fe2+全部转化为Fe3+,应选用足量的H2O2;生成的Fe3+能发生水解反应,H2O2与Fe2+反应消耗H+,为了抑制Fe3+发生水解反应,应保持溶液的pH小于0.5。 (4)由溶液得到晶体的操作为加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)。 (5)设硫酸铁铵晶体的物质的量为1 mol,则失去水的物质的量为1.5 mol,质量为27 g,由此可知,硫酸铁铵晶体的相对分子质量为270.056≈482,NH4Fe(SO4)2的相对分子质量为266,则所含水分子的个数为482-26618=12,所以硫酸铁铵晶体的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。 2.(2019江苏,19)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下: (1)室温下,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡,则溶液中c(SO42-)c(CO32-)= [Ksp(CaSO4)=4.8×10-5,Ksp(CaCO3)=3×10-9]。 (2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为 ;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是 。 (3)废渣浸取在下图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是 ;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有 。 (4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案: [已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂:盐酸和Ca(OH)2]。 答案 (1)1.6×104 (2)HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O (或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O) 增加溶液中CO32-的浓度,促进CaSO4的转化 (3)温度过高,(NH4)2CO3分解 加快搅拌速率 (4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤 解析 (1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡,则溶液中c(SO42-)c(CO32-)=c(Ca2+)·c(SO42-)c(Ca2+)·c(CO32-)=Ksp(CaSO4)Ksp(CaCO3)=4.8×10-53×10-9=1.6×104。 (2)此过程类似酸式盐转化为正盐,其离子方程式为HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O或HCO3-+NH3·H2ONH4++CO32-+H2O;从流程看,浸取废渣时,加入适量浓氨水可抑制(NH4)2CO3水解,增大c(CO32-),促进CaSO4的转化。 (3)温度超过70 ℃时,(NH4)2CO3发生分解,CO32-浓度降低,导致CaSO4转化率下降;在其他条件不变时,加快搅拌速率、增大反应物接触面积等,均可大大加快反应速率,提高CaSO4的转化率。 (4)根据题给条件,设计实验流程为 稀盐酸(足量)无气泡产生滤液不溶物过滤。 3.(2016全国Ⅲ,28)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VO2+,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VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为 mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4O124-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+V4O124-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+2VO2++H2O SiO2 (2)0.5 (3)Fe(OH)3、Al(OH)3 (4)碱 (5)K+ (6)2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑ 解析 (1)V2O5、VO2+中V均为+5价,因此“酸浸”时的反应为非氧化还原反应,由电荷守恒和原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5+2H+2VO2++H2O。SiO2不与H2SO4反应,“废渣1”的主要成分是SiO2。 (2)VO2+→VO2+,V由+4价升高到+5价,由ClO3-→Cl-可知,Cl由+5价降低到-1价,根据化合价升降总数相等,则n(VO2+)∶n(ClO3-)=6∶1,n(VO2+)=3 mol,则n(KClO3)=0.5 mol。 (3)加入KOH进行中和时,溶液中的Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去,则滤渣2中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)为提高洗脱效率,使钒以V4O124-形式存在于溶液中,须使反应逆向进行,因此淋洗液呈碱性。 (5)前面依次加入了KClO3、KOH,则“流出液”中阳离子最多的是K+。 (6)由题意可知反应物为NH4VO3,产物之一为目标产品V2O5,由原子守恒可知反应方程式为2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O↑。 典题演练提能·刷高分 1.(2019湘赣十四校第一次联考)银铜合金广泛应用于航空工业,从银铜合金的切割废料中回收银并制备铜产品的工艺如下: 已知:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 ℃和80 ℃。 (1)电解精炼银时,粗银作 极,另一电极上的电极反应式为 。 (2)加快渣料(含少量银)溶于稀硫酸的措施有 、 (写出两种)。 (3)滤渣A与稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,滤渣A与稀硝酸反应的离子方程式为 。 (4)煮沸CuSO4混合溶液的过程中,得到固体B,则固体B的组成为 ;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量,若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为 。 (5)硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素,浸取时发生复杂的氧化还原反应。反应体系中除CuSO4和FeS2外,还有H2SO4、Cu2S、FeSO4和H2O,下列对该反应的分析正确的是 (填字母代号)。 A.氧化剂为CuSO4和FeS2 B.反应后溶液的pH降低 C.被氧化的FeS2占总量的30% D.每转移2 mol电子消耗3 mol CuSO4 答案 (1)阳 Ag++e-Ag (2)适当增大硫酸浓度 升高温度(或粉碎渣料或搅拌等合理即可) (3)3Ag+4H++NO3-3Ag++NO↑+2H2O (4)Al(OH)3和CuO Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O (5)ABC 解析 由工艺流程图可知,废料在空气中熔炼时,Cu被氧化,滤渣中含有CuO及少量Ag,向滤渣中加入硫酸进行酸浸,CuO与硫酸反应,过滤得到硫酸铜溶液(含有硫酸),滤渣A为Ag;向滤液中加入硫酸铝、氢氧化钠,煮沸后过滤得到的固体B为氢氧化铝、氧化铜,煅烧中二者反应得到CuAlO2。 (1)电镀法精炼银时,粗银作阳极,纯银作阴极,阳极上银失电子变成银离子进入溶液:Ag-e-Ag+,阴极上银离子得到电子形成单质银:Ag++e-Ag。 (2)增大渣料(含少量银)溶于稀硫酸的速率,可采用适当增大硫酸浓度、升高反应温度、粉碎渣料增大固体表面积或搅拌等措施。 (3)滤渣A的主要成分是Ag,稀硝酸是氧化性酸,能与银反应生成硝酸银、一氧化氮气体和水,反应的化学方程式为3Ag+4HNO3(稀)3AgNO3+NO↑+2H2O,据此可进一步写出离子方程式。 (4)CuSO4溶液中加入硫酸铝溶液和氢氧化钠溶液得到Cu(OH)2沉淀和Al(OH)3沉淀,由Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度可知,煮沸后Cu(OH)2分解产生氧化铜,则固体B的组成为Al(OH)3和CuO;氢氧化铝是两性氢氧化物,如果NaOH过量,Al(OH)3会与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的化学方程式为:Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O。 (5)由反应体系中元素化合价的变化可知,反应物为CuSO4、FeS2和H2O,生成物为Cu2S、FeSO4和H2SO4,反应的化学方程式为14CuSO4+5FeS2+12H2O7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4。反应中,Cu元素的化合价由+2降低为+1,一部分S元素的化合价由-1降低到-2,另一部分S元素的化合价由-1升高到+6价,则CuSO4是氧化剂,FeS2既是氧化剂,又是还原剂,A正确;由反应的化学方程式为14CuSO4+5FeS2+12H2O7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4可知,反应中有硫酸生成,反应后溶液的pH降低,B正确;由反应的化学方程式可知,10个S原子中,有3个S原子失去电子,7个S原子得到电子,则被氧化的FeS2占总量的30%,C正确;由反应的化学方程式可知,14 mol硫酸铜参加反应,转移21 mol电子,则转移2 mol电子消耗43 mol CuSO4,D错误。 2.(2019山东德州二模)金属Co、Ni性质相似,在电子工业以及金属材料方面应用广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(所含主要成分为CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下: (1)酸浸时SO2的作用是 。 (2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子反应方程式是 。 (3)从有机层提取出的Ni2+可用于制备氢镍电池,该电池工作原理为:NiOOH+MHNi(OH)2+M,电池放电时正极反应式为 。 (4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得使H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1-x)Fe2O4在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化的曲线: ①H2O2的电子式为 ; ②由图中信息可知: 法制取的催化剂活性更高; ③Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是 。 (5)已知煅烧CoCO3时,温度不同,产物不同。在400 ℃条件下充分煅烧CoCO3,得到固体氧化物2.41 g,CO2的体积为0.672 L(标准状况下),则此时所得固体氧化物的化学式为 。 答案 (1)将Co3+还原为Co2+ (2)2Al3++3CO32-+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑ (3)NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH- (4)①H··O······O······H ②微波水热 ③Co2+ (5)Co3O4 解析 (1)废渣中含有CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3等,酸浸时固体溶解,可得到含Co2+、Co3+、Al3+、Ni2+的溶液,通入SO2的作用是将Co3+还原为Co2+。 (2)除铝时控制溶液的pH,发生水解反应使Al3+转化为Al(OH)3沉淀,加入碳酸钠除铝的离子方程式为:2Al3++3CO32-+3H2O2Al(OH)3↓+3CO2↑。 (3)从电池反应可判断,放电时在正极上Ni从+3价降低到+2价,电极反应式为:NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-。 (4)①H2O2的电子式为H··O······O······H。 ②由图中信息可知,微波水热法制得的催化剂使H2O2分解的初始反应速率相对较大,故微波水热法制取的催化剂活性更高。 ③由图像可以看出,x值越大,H2O2分解反应初始速率越大,说明Co2+的催化效果比Ni2+好。 (5)反应生成的CO2为0.03 mol,根据C原子守恒,n(Co)=n(CoCO3)=n(CO2)=0.03 mol,2.41 g氧化物中含氧2.41 g-0.03mol×59 g·mol-116 g·mol-1=0.04 mol,即该氧化物为Co3O4。 3.(2019河南洛阳第四次模拟)精炼铜工业中阳极泥的综合利用具有重要意义。一种从铜阳极泥(主要含有铜、银、金、少量的镍)中分离提取多种金属元素的工艺流程如下: 已知:ⅰ.分金液中含金离子主要为[AuCl4]-;分金渣的主要成分为AgCl; ⅱ.分银液中含银离子主要成分为[Ag(SO3)2]3-,且存在如下平衡:[Ag(SO3)2]3-Ag++2SO32-; ⅲ.“分铜”时各元素的浸出率如下表所示。 Cu Au Ag Ni 浸出率/% 85.7 0 4.5 93.5 (1)由表中数据可知,Ni的金属性比Cu 。分铜渣中银元素的存在形式为(用化学用语表示) 。“分铜”时,如果温度过高,会有明显的放出气体现象,原因是 。 (2)“分金”时,单质金发生反应的离子方程式为 。 (3)Na2SO3溶液中含硫微粒物质的量分数与pH的关系如图所示: “沉银”时,需加入硫酸调节溶液的pH=4,分析能够析出AgCl的原因为 。 调节溶液的pH不能过低,理由为 (用离子方程式表示)。 (4)已知Ksp(Ag2SO4)=1.4×10-5,沉银时为了保证不析出Ag2SO4,应控制溶液中SO42-浓度(假定溶液中Ag+浓度为0.1 mol·L-1) 。 (5)工业上,用镍为阳极,电解0.1 mol·L-1 NiCl2溶液与一定量NH4Cl组成的混合溶液,可得高纯度的球形超细镍粉。当其他条件一定时,NH4Cl的浓度对阴极电流效率及镍的成粉率的影响如图所示: 为获得髙纯度的球形超细镍粉,NH4Cl溶液的浓度最好控制为 g·L-1,当NH4Cl溶液的浓度大于15 g·L-1时,阴极有无色无味气体生成,导致阴极电流效率降低,该气体为 。 答案 (1)强 Ag、AgCl H2O2分解放出氧气 (2)2Au+ClO3-+7Cl-+6H+2[AuCl4]-+3H2O (3)分银液中存在平衡[Ag(SO3)2]3-Ag++2SO32-,加H2SO4至pH=4,SO32-转化为HSO3-,c(SO32-)减小,平衡正向移动,c(Ag+)增大,Ag+与分银液中Cl-反应生成AgCl SO32-+2H+SO2↑+H2O (4)低于1.4×10-3 mol·L-1 (5)10 H2 解析 (1)由表中数据可知,镍的浸出率比铜高,说明镍更容易被氧化,故金属性Ni比Cu强。根据流程图分析,“分铜”时加入足量的NaCl可以使溶解出的Ag+形成AgCl进入分铜渣,分铜渣中银元素的存在形式为Ag、AgCl。“分铜”时,如果温度过高,H2O2发生分解,会有明显的气体放出现象。 (2)分金液中含金离子主要为[AuCl4]-,“分金”时,单质金发生的反应是和加入的氯酸钠、盐酸发生氧化还原反应生成[AuCl4]-,反应的离子方程式为:2Au+ClO3-+7Cl-+6H+2[AuCl4]-+3H2O。 (3)分银液中含银离子主要成分为[Ag(SO3)2]3-,且存在平衡[Ag(SO3)2]3-Ag++2SO32-,H2SO4电离出的H+降低了SO32-的浓度,促使平衡[Ag(SO3)2]3-Ag++2SO32-正向移动,Ag+浓度增大导致Ag+与分银液中的Cl-反应生成AgCl沉淀。溶液的pH如果过低,会产生污染性气体SO2,反应的离子方程式为SO32-+2H+SO2↑+H2O。 (4)c(SO42-)=Ksp(Ag2SO4)c2(Ag+)=1.4×10-50.12 mol·L-1=1.4×10-3 mol·L-1,故沉银时为了保证不析出Ag2SO4,应控制溶液中SO42-浓度低于1.4×10-3 mol·L-1; (5)根据图像可知,NH4Cl的浓度为10 g·L-1时,镍的成粉率最高,所以NH4Cl的浓度最好控制为10 g·L-1;阴极发生还原反应,当NH4Cl浓度大于15 g·L-1时,阴极生成的无色无味气体为氢气;由于铵根离子水解使溶液呈酸性,故阴极电极反应式为:2H++2e-H2↑或2NH4++2H2O+2e-2NH3·H2O+H2↑,即产生的气体为氢气。 4.(2019四川攀枝花三模)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁,利用电解法回收WC和制备Co2O3的工艺流程如下: 已知:在上述流程中,各种金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下: 金属离子 Fe3+ Fe2+ Co2+ 开始沉淀的pH 1.9 7.0 6.5 沉淀完全的pH 3.2 9.0 9.4 回答下列问题: (1)以废旧刀具作阳极,不锈钢作阴极,盐酸为电解质溶液。电解时阳极的电极反应有:Co-2e-Co2+和 。 (2)通入氨气的目的是调节溶液的pH,除去铁元素。由表中的数据可知,理论上可选择的pH范围是 。 (3)生成CoCO3的离子方程式是 。 (4)实验测得NH4HCO3溶液显碱性。制备CoCO3时,不能将滤液加入NH4HCO3溶液中,原因是 。 (5)已知:Ksp(CoCO3)=1.6×10-13,Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8。若仅从沉淀转化角度考虑,在0.01 mol·L-1 Na2C2O4溶液中加入CoCO3固体能否转化为CoC2O4沉淀?通过计算说明: 。 (6)洗涤CoCO3不充分对最终产品纯度并无影响,但在焙烧时会造成环境污染,主要原因是 。 (7)CoCO3生成Co2O3的化学方程式是 。 答案 (1)Fe-2e-Fe2+ (2)3.2≤pH<6.5 (3)Co2++2HCO3-CoCO3↓+CO2↑+H2O (4)将滤液加入显碱性的NH4HCO3溶液中会产生Co(OH)2杂质 (5)c(Co2+)=Ksp(CoCO3)=1.6×10-13 mol·L-1=4.0×10-7 mol·L-1,c(Co2+)·c(C2O42-)=4.0×10-7×0.01=4.0×10-9查看更多
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