2020届高考化学二轮复习工艺流程作业

2020届高考化学二轮复习工艺流程作业

‎1．化学工艺流程题中原料的预处理。‎ ‎2．化学工艺流程题中反应条件的控制。‎ ‎3．化学工艺流程题中方程式的书写。‎ ‎4．化学工艺流程题中物质的分离与提纯。‎ ‎5．化学工艺流程题中的化学计算。‎ 测试时间45分钟 ‎1．元素铬及其化合物工业用途广泛，但含＋6价铬的污水会损害环境，必须进行处理。下图为某工厂处理含铬废水工艺流程：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)请写出N2H4的电子式：________。‎ ‎(2)下列溶液中可以代替上述流程中N2H4的是_______(填序号)。‎ A．FeSO4溶液　　　 B．浓HNO3溶液 C．酸性KMnO4溶液 D．Na2SO3溶液 ‎(3)已知加入N2H4的工序中，N2H4转化为无污染的物质，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______________________。‎ ‎(4)Cr(OH)3的化学性质与Al(OH)3相似。在上述生产过程中加入NaOH溶液时要控制溶液的pH不能过高，否则会导致_________(用离子方程式表示)。‎ ‎(5)实际工业生产中，有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉淀后溶液中Cr3＋的含量，其原理是Mn＋＋nNaR===nNa＋＋MRn，其中NaR为阳离子交换树脂，Mn＋为要测定的离子。常温下，将沉淀后的溶液(此时溶液pH＝5)经过阳离子交换树脂后，测得溶液中Na＋比交换前增加了0.046 g·L－1，则该条件下Cr(OH)3的Ksp的值为______________________。‎ ‎(6)在含铬废水实际处理中，还可采用直接沉淀的方法，处理成本较低。已知在含铬废水中存在Cr2O和CrO相互转化平衡，请用离子方程式表示它们之间的转化反应：______________________。‎ 解析：(1)N2H4的电子式为。(2)可以代替题给流程中N2H4溶液，需要具有还原性，能还原重铬酸根离子。FeSO4溶液中亚铁离子具有还原性，可以还原Cr2O离子，A符合；浓HNO3溶液具有强氧化性，不能表现还原性，不能还原Cr2O，B不符合；酸性KMnO4是强氧化剂不能还原Cr2O，C不符合；Na2SO3溶液中亚硫酸根离子具有还原性，可以还原Cr2O，D符合。(3)加入N2H4的流程中，N2H4转化为无污染的物质，即生成氮气和水，反应中N元素由－2价变成0价，失去电子数为4，Cr元素化合价由＋6价变成＋3价，得到电子数为6，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为4∶6＝2∶3。(4)Cr(OH)3的化学性质与Al(OH)3相似。如果加入NaOH溶液时溶液的pH过高，Cr(OH)3‎ 将被氢氧化钠溶解，离子方程式为Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O。(5)阳离子交换树脂法来测定沉淀后溶液中Cr3＋的含量，其原理是Cr3＋＋3NaR===3Na＋＋CrR3，其中NaR为阳离子交换树脂，Cr3＋为要测定的离子，Na＋比交换前增加了4.6×10－2 g·L－1，物质的量浓度＝×10－2 mol·L－1＝2×10－3 mol·L－1，计算被交换的离子Cr3＋浓度＝×2×10－3 mol·L－1，Cr(OH)3(s)3OH－(aq)＋Cr3＋(aq)，将pH＝5的废水经过阳离子交换树脂后，溶液中c(OH－)＝10－9 mol·L－1，Ksp＝c3(OH－)·c(Cr3＋)＝[10－9]3××2×10－3≈6.7×10－31。(6)Cr2O和CrO在溶液中相互转化，离子方程式为Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋。 ‎ 答案：(1) ‎ ‎(2)AD ‎(3)2∶3‎ ‎(4)Cr(OH)3＋OH－===CrO＋2H2O ‎(5)6.7×10－31‎ ‎(6)Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋‎ ‎2．(2019·宝鸡质检)下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图：‎ 已知：①浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等杂质金属离子；‎ ‎②生成氢氧化物的pH见下表：‎ 物质 Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ Ni(OH)2‎ Co(OH)2‎ Mn(OH)2‎ 开始沉淀的pH ‎7.5‎ ‎2.7‎ ‎7.7‎ ‎7.6‎ ‎8.3‎ 完全沉淀的pH ‎9.7‎ ‎3.7‎ ‎8.4‎ ‎8.2‎ ‎9.8‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是_____________________。 ‎ ‎(2)流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时自身被还原为Mn2＋。该反应的离子方程式是____________________________________，其中的MnO2可以用试剂__________(填化学式)代替。 ‎ ‎(3)流程图中“②调节pH”可以除去某种金属离子，应将溶液pH调节控制的范围是________________‎ ‎。下列可用于流程中调节pH的试剂是__________________(填序号)。 ‎ a．MnCO3　　　　　 b．Na2CO3‎ c．NaOH d．氨水 ‎(4)向滤液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2＋、Ni2＋等离子，发生反应为MnS＋Ni2＋===NiS＋Mn2＋等。当该反应完全后，滤液2中的Mn2＋与Ni2＋的物质的量浓度之比是________________[已知Ksp(MnS)＝2.8×10－10，Ksp(NiS)＝2.0×10－21]。 ‎ ‎(5)上述流程中，能循环使用的一种物质是________________(填化学式)。 ‎ ‎(6)上述流程中在电解前需对电解液中Mn2＋的含量进行测定。方法是：取出一定体积的电解液，加入一定质量的NaBiO3(不溶于水)，使二者发生反应，反应的氧化产物和还原产物分别是MnO、Bi3＋。该反应的离子方程式是____________________________________。 ‎ ‎(7)在适当条件下，在MnSO4、H2SO4和H2O为体系的电解液中电解也可获得MnO2，其阳极电极反应式为_________________。 ‎ 解析：将软锰矿和废铁屑加入过量硫酸浸出，过滤，浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等金属离子，加入MnO2的作用是将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时自身被还原为Mn2＋，加入MnCO3调节溶液的pH以除去铁离子，过滤后的滤液中加入MnS净化除去Co2＋、Ni2＋等离子，过滤得到滤液再进行电解可得到金属锰和阳极液，阳极液可循环使用，滤渣2为MnS、CoS、NiS。‎ ‎(1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是增大反应物的接触面积，增大反应速率。(2)流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，同时自身被还原为Mn2＋。该反应的离子方程式是MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，其中的MnO2作氧化剂，可以用试剂H2O2代替。(3)流程图中“②调节pH”可以除去铁离子，应将溶液pH调节控制的范围是3.7～7.6，促进铁离子水解。MnCO3能与H＋反应，不引入杂质，故可用MnCO3调节pH。(4)根据沉淀转化的方程式：MnS＋Ni2＋===NiS＋Mn2＋，Mn2＋与Ni2＋的物质的量浓度之比为c(Mn2＋)∶c(Ni2＋)＝Ksp(MnS)∶Ksp(NiS)＝(2.8×‎ ‎10－10)∶(2.0×10－21)＝1.4×1011。(5)在题给工艺中，能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含有的硫酸。(6)电解液中Mn2＋具有还原性，加入一定质量的NaBiO3(不溶于水)，使二者发生反应，反应的氧化产物和还原产物分别是MnO、Bi3＋。反应的离子方程式是5NaBiO3＋2Mn2＋＋14H＋===5Bi3＋＋2MnO＋5Na＋＋7H2O。(7)在适当条件下，电解MnSO4时MnSO4在阳极失去电子得到MnO2，其阳极电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。‎ 答案：(1)增大反应物的接触面积，增大反应速率 ‎(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　H2O2‎ ‎(3)3.7～7.6　a ‎ ‎(4)1.4×1011‎ ‎(5)H2SO4‎ ‎(6)2Mn2＋＋5NaBiO3＋14H＋===2MnO＋5Bi3＋＋5Na＋＋7H2O ‎(7)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋‎ ‎3．(2019·韶关调研)‎ 锌锰干电池是很古老的一次性电池，它的生产原料主要有软锰矿和闪锌矿。已知闪锌矿中含ZnS约80%，FeS、CuS、SiO2共约7%，其余为水分；软锰矿中含MnO2约a%，SiO2约20%，Al2O3约4%，其余为水分。科研人员开发了综合利用软锰矿和闪锌矿的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)反应Ⅰ需不断搅拌，目的是____________________________。‎ ‎(2)检验反应Ⅰ的滤液中含有Fe3＋的试剂为________；写出反应Ⅰ中由FeS生成Fe3＋的离子方程式_____________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)反应Ⅱ加入适量锌的作用是__________________________；‎ 反应Ⅲ中MnO2的作用是_______________________________。‎ ‎(4)已知ZnCO3、MnCO3的Ksp分别为1.4×10－10、2.2×10－11；要使反应Ⅳ之后的溶液中Zn2＋、Mn2＋浓度均降到1.0×10－6 mol·L－1，则溶液中残留的CO浓度至少为__________ mol·L－1。‎ ‎(5)如图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是：将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液________→________→ 用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是__________________________________________。‎ 解析：(1)反应Ⅰ是闪锌矿、软锰矿在硫酸中的溶解过程，搅拌是为了增大反应速率，提高原料利用率。(2)Fe3＋遇KSCN溶液变成红色，遇苯酚溶液显紫色，故欲检验Ⅰ的滤液中含有Fe3＋的试剂为：KSCN(或苯酚)；反应Ⅰ中由FeS和MnO2在酸性溶液中反应生成 Fe3＋、H2O、S、Mn2＋，反应的离子方程式为2FeS＋3MnO2＋12H＋===2Fe3＋＋2S＋3Mn2＋＋6H2O。(3)由图可知，反应Ⅱ加入适量锌有铜析出，故反应Ⅱ是将溶液中的Cu2＋还原为Cu；反应Ⅲ中加入MnO2，将Fe2＋氧化成Fe3＋，最终生成Fe(OH)3沉淀。(4)欲使Zn2＋、Mn2＋浓度均降到1.0×10－6mol·L－1，根据ZnCO3的Ksp＝1.4×10－10，即c(Zn2＋)·c(CO)＝1.4×10－10，求得：c(CO)＝1.4×10－10÷(1.0×10－6)＝1.4×10－4 mol·L－1，同理可求使Mn2＋沉淀，当Mn2＋浓度均降到1.0×10－6mol·L－1时，c(CO)＝2.2×10－4 mol·L－1，所以溶液中残留的CO浓度至少为1.4×10－4 mol·L－1。(5)由图象溶解度曲线变化可知，Na2SO4‎ 的溶解度在温度较高时，随温度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度随温度升高而增大，欲得到Na2SO4晶体，应采取加热蒸发溶剂使Na2SO4结晶析出，并趁热过滤；因Na2SO4在乙醇中难于溶解，所以用乙醇洗涤既防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而损耗。‎ 答案：(1)增大反应速率，提高原料利用率 ‎(2)KSCN(或苯酚)　2FeS＋3MnO2＋12H＋===2Fe3＋＋2S＋‎ ‎3Mn2＋＋6H2O ‎(3)将溶液中的Cu2＋还原成Cu　将Fe2＋氧化成Fe3＋‎ ‎(4)1.4×10－4‎ ‎(5)蒸发结晶　趁热过滤　防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗 ‎4．工业上采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取绿矾(FeSO4·7H2O)，其制备工艺流程如下：‎ 结合所学知识回答：‎ ‎(1)溶解烧渣选用的酸应为____________(填化学式)，选用的试剂X为____________(填试剂名称)。‎ ‎(2)加入NaOH控制pH的目的是__________________________。‎ ‎(3)从溶液2得到FeSO4·7H2O的实验操作主要步骤是______________________。‎ ‎(4)为了测定获得的绿矾产品的纯度，进行了如下实验操作：‎ Ⅰ.称取2.850 g绿矾产品，溶解，用250 mL容量瓶配制成待测液；‎ Ⅱ.量取25.00 mL待测溶液置于锥形瓶中；‎ Ⅲ.用硫酸酸化的0.010 00 mol·L－1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。‎ ‎①判断此滴定实验达到终点的方法是______________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎②该滴定反应的离子方程式为___________________________。‎ ‎③上述样品中FeSO4·7H2O的纯度为______________________。‎ ‎(5)古代炼丹家以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料，放在炼丹炉中煅烧可制得绿矾油。下图是2.780 g绿矾隔绝空气受热分解时，所得固体产物的质量随温度变化的曲线。将加热产生的所有气体通入足量的BaCl2溶液，得到白色沉淀1.165 g。则t1～t2段发生反应的化学方程式为__________________________________。 ‎ 解析：硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)中加入足量稀硫酸，发生的反应有Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O，SiO2不溶于稀硫酸，然后过滤，得到的固体1成分为SiO2，滤液1中含有Fe2(SO4)3、H2O、Al2(SO4)3；在滤液1中加入X，然后加入NaOH溶液并调节溶液的pH，得到固体Al(OH)3和溶液2，从溶液2中能得到FeSO4·7H2O晶体，说明溶液2中溶质为FeSO4，则X具有还原性，能将Fe3＋还原为Fe2＋，且不能引进新的杂质，则X为Fe，加入Fe发生的离子反应有2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，将溶液2蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO4·7H2O晶体。 ‎ ‎(1)制取FeSO4·7H2O，为不引入杂质，故酸应选择硫酸；试剂X的作用是将Fe3＋还原为Fe2＋，且不引入新杂质，则X为铁单质。(2)加入NaOH控制溶液pH是为了使Al3＋转化为Al(OH)3 沉淀，而不使Fe2＋沉淀。(3)将FeSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干燥可得到FeSO4·7H2O晶体。‎ 答案：(1)H2SO4　铁粉 ‎(2)使Al3＋转化为Al(OH)3沉淀，而不使Fe2＋沉淀 ‎(3)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干燥 ‎(4)①滴加最后一滴KMnO4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色　②MnO ＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O　③97.5%‎ ‎(5)2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑‎