山东专用2020届高考化学二轮复习题组31化工流程中重要物质的确定专练含解析

山东专用2020届高考化学二轮复习题组31化工流程中重要物质的确定专练含解析

题组31　化工流程中重要物质的确定专练 ‎1.用铬铁矿(FeO·Cr2O3,含Al2O3杂质)为原料制备重铬酸钾的工艺如下:‎ 已知:ⅰ.2CrO‎4‎‎2-‎+2H+ Cr2O‎7‎‎2-‎+H2O;‎ ⅱ.Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33。‎ ‎(1)上述工艺流程图中的操作Ⅰ的主要反应为2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+‎ Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2,另外一个反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)滤渣2的成分是　　　　(写化学式),常温时,其滤液中,c(Al3+)=　　　　mol·L-1 ‎ 答案　(1)Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑‎ ‎(2)Al(OH)3　1.3×10-12‎ 解析　(1)由铬铁矿中含杂质Al2O3可知,在高温条件下,Al2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2,故操作Ⅰ另外一个反应为Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑。(2)向反应Ⅰ所得固体中加水,Fe2O3不溶于水,滤渣1为Fe2O3;向滤液中加入酸调节溶液的pH为7,使偏铝酸盐完全转化为Al(OH)3沉淀,滤渣2为Al(OH)3;常温时,pH为7的溶液中c(OH-)=1×10-7 mol·L-1,由Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33可得,c(Al3+)=‎1.3×1‎‎0‎‎-33‎‎(1×1‎‎0‎‎-7‎‎)‎‎3‎ mol·L-1=1.3×10-12 mol·L-1。‎ ‎2.硫酸锰是一种重要的化工中间体,是锰行业研究的热点。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下:‎ 已知:①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO,“氟化除杂”时可除去Mg元素。‎ ‎②金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示(25 ℃)。‎ - 6 -‎ ‎③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54;离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。‎ ‎“中和除杂”时,生成沉淀的主要成分为　　　　　　　(填化学式)。 ‎ 答案　Fe(OH)3、Al(OH)3‎ 解析　“中和除杂”时,铁离子、铝离子分别与加入的碳酸根离子之间发生互相促进的水解反应得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。‎ ‎3.三氧化二镍(Ni2O3)是一种重要的化学材料。工业上利用含镍废料(镍、铁、钙、镁合金为主)制取草酸镍(NiC2O4),再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。(已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。)工艺流程如图所示:‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)操作Ⅰ为　　　　　　　　。加入H2O2发生的主要反应的离子方程式为　　　 　　‎ ‎　　　　　　　;加入碳酸钠溶液调节pH至4.0~5.0,其目的是　　　　　　 　　　　‎ ‎　　　　　　。 ‎ ‎(2)若加入NH4F时滤液中c(Mg2+)=0.02 mol/L,设溶液体积不变,使滤液中Ca2+恰好沉淀完全,即溶液中c(Ca2+)=1×10-5mol/L,判断此时是否有MgF2沉淀生成并加以解释:　　　　　　‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(已知CaF2、MgF2的Ksp分别为2.5×10-12、7.4×10-11) ‎ ‎(3)草酸镍高温煅烧,可制得Ni2O3,同时获得混合气体,该混合气体的主要成分为　　 　‎ ‎　　　。 ‎ 答案　(1)加酸溶解,过滤　2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O　促进铁离子水解,使其沉淀完全　(2)有沉淀生成;溶液中Ca2+恰好完全沉淀,由Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)可得c(F-)=Ksp‎(CaF‎2‎)‎c(Ca‎2+‎)‎=‎ ‎2.5×1‎‎0‎‎-12‎‎1×1‎‎0‎‎-5‎‎ mol/L=5×10-4 mol/L;Qc(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=0.02 mol/L×(5×10-4 mol/L)2=‎ ‎5×10-9>Ksp(MgF2)　(3)CO、CO2‎ - 6 -‎ 解析　(1)分析工艺流程图可知,含镍废料(镍、铁、钙、镁合金为主)要变成离子,应该加酸溶解金属,再除去不溶物,所以操作Ⅰ为加酸溶解,过滤;加H2O2的目的是氧化Fe2+生成Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O;加入碳酸钠溶液的作用是调节pH,促进铁离子水解,使其沉淀完全。(3)草酸镍高温煅烧制备Ni2O3发生氧化还原反应,Ni由+2价升高到+3价,则C由+3价降低到+2价,因为生成了混合气体,则另一种气体为CO2,故该混合气体的主要成分为CO、CO2。‎ ‎4.以生产硼砂晶体的废渣为原料制取七水合硫酸镁的工艺流程如下:‎ 资料:①生产硼砂晶体的废渣主要成分是MgO,还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。‎ ‎②滤渣C的成分为CaSO4·2H2O 回答下列问题:‎ ‎(1)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于热的浓盐酸的黑色固体,写出生成该黑色固体的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)流程中加入的物质A是　 。 ‎ 答案　(1)ClO-+Mn2++H2O MnO2↓+Cl-+2H+‎ ‎(2)MgO[或Ca(OH)2、CaCO3等合理答案均可]‎ 解析　(1)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于浓盐酸的黑色固体,根据流程分析,应为MnO2,则生成黑色固体的离子方程式为:ClO-+Mn2++H2O MnO2↓+Cl-+2H+。‎ ‎(2)流程中加入物质A的目的是消耗溶液中的H+,促进溶液中的Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀,结合不引入新的杂质的前提下,物质A可选择MgO[或Ca(OH)2、CaCO3等]。‎ ‎5.某厂的酸性工业废水中含有一定量的Fe3+、Cu2+、Au3+等离子。有人设计了如图所示的工艺流程,利用常用的酸、碱和工业生产中的废铁屑,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。‎ - 6 -‎ 分别写出图中标号处需加入的相应物质:‎ ‎①　　　　　　　,②　　　　　　,③　　　　　　,④　　　　　　　,⑤　　　　　。 ‎ 答案　①铁屑　②稀硫酸(或盐酸)　③稀硝酸　④氢氧化钠　⑤氢氧化钠 解析　本实验的目的是用废铁屑、常用的酸和碱,从废水中回收金,并生产一定量的铁红和氧化铜。而废水中含有Fe3+、Cu2+、Au3+,因此首先加入废铁屑将Cu和Au都置换出来。Cu与稀硝酸能反应而Au不能,利用此性质可将二者分离,Cu2+和Fe2+分别加入碱使其转化为氢氧化物沉淀,再灼烧分别生成它们的氧化物。‎ ‎6.难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”,在水中存在如下平衡:‎ K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s) 2Ca2++2K++Mg2++4SO‎4‎‎2-‎+2H2O。为能充分利用钾资源,用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾,工艺流程如下:‎ ‎(1)滤渣主要成分有　　　　和　　　　以及未溶杂卤石。 ‎ ‎(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因:　 。 ‎ ‎(3)“除杂”环节中,先加入　　　　溶液,经搅拌等操作后,过滤,再加入　　　　溶液调节滤液pH至中性。 ‎ 答案　(1)Mg(OH)2　CaSO4　(2)加入Ca(OH)2溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀,Mg2+浓度减小,平衡正向移动,K+增多　(3)K2CO3　H2SO4‎ 解析　解题时,要依据制备K2SO4的工艺流程,结合物质的分离与提纯的原则进行分析。(1)杂卤石中加入Ca(OH)2溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀,CaSO4微溶于水,过滤后,滤渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的杂卤石。(2)加入Ca(OH)2溶液,Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2沉淀,使c(Mg2+)减小,杂卤石的溶解平衡正向移动,同时c(Ca2+)与c(SO‎4‎‎2-‎)均增大,从而析出CaSO4沉淀,K+留在滤液中。(3)滤液中含有Ca2+、OH-,可先加入过量K2CO3溶液,除去Ca2+,过滤后,再加入稀硫酸调节溶液的pH至中性。‎ ‎7.烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH‎)‎‎6-2‎x]溶液,并用于烟气脱硫研究。‎ - 6 -‎ ‎(1)酸浸时反应的化学方程式为　 ; 滤渣Ⅰ的主要成分为　　　　(填化学式)。 ‎ ‎(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6-2x。滤渣Ⅱ的主要成分为　　　　　　(填化学式);若溶液的pH偏高,将会导致溶液中铝元素的含量降低,其原因是　  　(用离子方程式表示)。 ‎ 答案　(1)Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2O　SiO2‎ ‎(2)CaSO4　3CaCO3+2Al3++3SO‎4‎‎2-‎+3H2O 2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑‎ 解析　(1)酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3,H2SO4与Al2O3反应生成盐和水,SiO2不和H2SO4反应,成为滤渣。(2)CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成微溶物CaSO4,最终析出;如果pH偏高,一部分Al3+会转化为Al(OH)3沉淀,离子方程式为3CaCO3+2Al3++3SO‎4‎‎2-‎+3H2O 2Al(OH)3+‎ ‎3CaSO4+3CO2↑。‎ ‎8.二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收铈,设计实验流程如图:‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)洗涤滤渣A的目的是除去　　　　(填离子符号),检验离子是否洗净的方法是　    ‎ ‎　 。 ‎ ‎(2)第②步反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　,滤渣B的主要成分是　　　　。 ‎ 答案　(1)Fe3+、Cl-　取最后一次洗涤液,加入KSCN溶液,若不出现红色,则已洗干净,反之,未洗干净;加入AgNO3溶液,若无白色沉淀生成,则已洗干净,否则,未洗干净 ‎(2)2CeO2+H2O2+6H+ 2Ce3++O2↑+4H2O　SiO2‎ 解析　(1)由流程图可知,利用滤渣A最终可回收铈,故可推知滤渣A中含有CeO2和不溶于盐酸的SiO2,滤液A中溶质主要为Fe2O3与盐酸反应生成的FeCl3,滤渣A是从FeCl3溶液中过滤得到的,故洗涤滤渣A的目的是除去Fe3+、Cl-。(2)第②步是在酸性条件下,CeO2与H2O2‎ - 6 -‎ 发生氧化还原反应,CeO2被还原为Ce3+,则H2O2被氧化为O2,故可写出反应的离子方程式;结合(1)中分析可知滤渣B的主要成分是SiO2。‎ - 6 -‎