高考化学一轮复习“无机化工流程题”的解题策略热点专题专练（一

热点专题专练(一) “无机化工流程题”的解题策略

1.(2013·安徽高考)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，设计实验流程如下：

(1)洗涤滤渣A的目的是除去________(填离子符号)，检验该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_______________________________________。 (3)萃取是分离稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP________(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有________、烧杯、玻璃棒、量筒等。

(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0mol·L－1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3＋)，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为________。

2．实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，主要工艺流程如下。

(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________。 A．品红溶液 B．紫色石蕊试液 C．酸性KMnO4溶液 D．溴水

(2)过程①中，FeS、O2和H2SO4反应的化学方程式为_____________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)过程③中需加入的物质是_________________________________________________。 (4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要_________________ _______________________________________________________。 (5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的________(填序号)。 A．稀硫酸 B．CaCO3 C．NaOH溶液

(6)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是____________________________。

(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.700 0 g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的BaCl2溶液；③过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为3.495 0 g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)(SO4)]n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________(假设杂质中不含铁元素和硫元素)。

3．四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意图如下：

教学课件

回答下列问题：

(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生： 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋===2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2O Ti3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋

加入铁屑的作用是________________________________________________________

___________________________________________________________________________。 (2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在________范围。

(3)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是________(只要求写出一项)。

(4)依据表格信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用________方法。

熔点/℃ 沸点/℃ TiCl4 －25.0 136.4 SiCl4 －68.8 57.6

4.由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：

(注：NaCl熔点为801 ℃；AlCl3在181 ℃升华)

(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①____________________________________________ 和②________________________________________________________________________。 (2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。 (3)在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为______________________。 (4)镀铝电解池中，金属铝为________极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl－4和Al2Cl－7形式存在，铝电极的主要电极反应式为_______________________________________。

教学课件

(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_______________。 5．(2014·北京西城二模)钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO·TiO2)，含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4)的工艺流程如下图所示：

已知：FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl24－＋2H2O。

(1)化合物FeTiO3中铁元素的化合价是________。 (2)滤渣A的成分是________。 (3)滤液B中TiOCl24－转化生成TiO2的离子方程式为_____________________________ _____________________________________________________________________________。 (4)反应②中固体TiO2转化成(NH4)2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是____________________________。

(5)反应③的化学方程式为__________________________________________________。 (6)由滤液D制备LiFePO4的过程中，所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是________。 6．二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。海底蕴藏着丰富的锰结核矿，其主要成分是MnO2。1991年由Allen等人研究，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2，其制备过程如下图所示：

(1)步骤Ⅰ中，试剂甲必须具有的性质是________(填序号)。 A．碱性 B．稳定性 C．氧化性 D．还原性

(2)用惰性材料作电极，电解硫酸锰溶液制二氧化锰，写出阳极反应式：_____________ ______________________________________________________________________________。 步骤Ⅲ中，以KClO3为氧化剂，当生成0.050 mol MnO2时，消耗0.10 mol·L－1的NaClO3

教学课件

溶液200 mL，该反应的离子方程式为____________________________________________。 (3)用100 mL 12.0 mol·L－1的浓盐酸与足量MnO2混合后，加热，反应产生的氯气在标准状况下体积范围为________________。工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气，获得Mn2O3，Mn2O3广泛应用于电子工业、印染工业等领域。请写出该化学反应的离子方程式：____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 (4)二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案；

实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 20.0 mL双氧水溶液浓度 5% 5% 10% ω 粉状MnO2 2.0 g 1.0 g 1.0 g 2.0 g 温度 20℃ 20℃ 20℃ 30℃ 待测数据

①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是____________________________________________________。

②利用实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响，w＝________。本实验待测数据是________________________________________________________________________。

答 案

1．解析：(1)洗涤滤渣A是为了除去Fe3＋，取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液检验Fe3＋是否除净。(2)第②步发生的反应为：2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O，滤渣B的主要成分为SiO2。(3)TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，则TBP不能与水互溶。进行萃取操作时需要用到分液漏斗。(4)根据Ce4＋―→Ce3＋、Fe2＋―→Fe3＋，由得失电子守恒，可得关系式Ce(OH)4～Ce4＋～Fe2＋，则Ce(OH)4的质量分数为0.100 0×0.025×208

×100%＝97.0%。

0.536

答案：(1)Fe3＋ 取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净；反之，未洗净 (2)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O SiO2 (3)不能 分液漏斗 (4)97.0%

2．解析：SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，SO2有还原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化而使它们褪色。溶液X为Fe2(SO4)3，需加入还原剂将Fe3＋还原为Fe2＋，又不带入杂质离子，故需加入铁粉。过程⑤中需将酸消耗而调高pH，而CaCO3跟硫酸反应会生成微溶于水的CaSO4而阻止反应的继续进行。由聚铁的化学式可知：n(Fe3＋)＝n(SO24－)＝n(BaSO4)＝

3.495 0 g

＝0.015 mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分数＝

233 g·mol－1

0.015 mol×56 g·mol－1

×100%＝31.1%。

2.700 0 g

答案：(1)ACD

(2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S

(3)铁粉 (4)蒸发皿、玻璃棒 (5)C (6)促进Fe3＋的水解 (7)31.1%

3．解析：(1)从图中可以看出，对①进行处理的目的是得到富含TiO2＋的溶液和绿矾(FeSO4·7H2O)，所以加入铁粉的目的是将Fe3＋还原为Fe2＋，同时将部分TiO2＋还原成Ti3＋，以防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。

教学课件

(2)胶体的分散质微粒直径大小在1～100 nm之间。

(3)该反应产生废渣、废液和废气，不符合绿色化学的零排放要求。 (4)TiCl4和SiCl4的沸点相差较大，可以用蒸馏的方法将二者分离。 答案：(1)使Fe3＋还原为Fe2＋；生成Ti3＋保护Fe2＋不被氧化 (2)1～100 nm (3)产生三废 (4)蒸馏或精馏

高温

4．解析：(1)铝能置换氧化铁中的铁和石英砂中的硅，发生的反应分别为：2Al＋Fe2O3=====高温

2Fe＋Al2O3,4Al＋3SiO2=====3Si＋2Al2O3。

(2)因为粗铝中存在氢气，高温下通入氯气会发生反应生成氯化氢，同时部分铝单质与氯气反应生成AlCl3气体，所以气泡中还存在HCl和AlCl3气体；氯气与钠反应生成NaCl，NaCl熔点为801 ℃，精炼温度只有700℃，所以浮渣中肯定存在NaCl。

(3)气体冷凝以后只剩余氯气和氯化氢，所以用碱液吸收时发生反应的离子方程式为：H＋＋OH－===H2O；Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。

(4)电镀时，镀层金属为阳极，所以金属铝为阳极；其电极反应式为Al＋4Cl－－3e－===AlCl4－；2Al＋7Cl－－6e－===Al2Cl7－。

(5)钢材表面的致密氧化铝膜能阻止内部钢材接触空气，从而防止钢材被腐蚀。 高温高温

答案：(1)2Al＋Fe2O3=====2Fe＋Al2O3 4Al＋3SiO2===== 3Si＋2Al2O3

(2)HCl、AlCl3 NaCl

(3)H＋＋OH－===H2O；Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (4)阳 Al＋4Cl－－3e－===AlCl－4；2Al＋7Cl－－6e－===Al2Cl－7

(5)钢铁表面的致密氧化铝膜能阻止内部钢材接触空气，从而防止钢材被腐蚀 5．解析：(1)FeTiO3可表示为FeO·TiO2，由此可知铁元素的化合价是＋2。 (2)FeTiO3、MgO、CaO均可以溶于盐酸，故滤渣中只有SiO2。

(6)滤液D中含有Fe2＋，由滤液D制备LiFePO4的过程中，Fe2＋先被H2O2氧化，后被H2C2O4还原。H2O2作氧化剂时，1 mol H2O2得到2 mol电子；H2C2O4作还原剂时，1 mol H2C2O4转化为CO2失去2 mol电子，由于两个过程转移的电子数相同，所以H2O2与34

H2C2O4的物质的量之比为1∶1，则所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是∶90＝20∶

17%9。

答案：(1)＋2 (2)SiO2

△

(3)TiOCl24－＋H2O===== TiO2↓＋2H＋＋4Cl－

(4)温度过高时，反应物氨水(或双氧水)会受热分解 (5)(NH4)2Ti5O15＋2LiOH===Li2Ti5O15↓＋2NH3·H2O(或2NH3＋2H2O) (6)20/9

6．解析：(1)锰结核矿与还原剂反应生成＋2价锰离子。(2)电解硫酸锰溶液时，阳极发生氧化反应，水参与反应。生成0.050 mol二氧化锰时，失去电子的物质的量：0.050 mol×2＝0.100 mol；设还原产物中氯元素化合价为＋x，n(NaClO3)＝0.2 L×0.1 mol·L－1＝0.02 mol。由电子守恒知，0.02 mol×(5－x)＝0.100 mol，x＝0，氯酸钾被还原后产物为氯气。(3)由于浓盐酸的挥发、浓盐酸变成稀盐酸时不能与二氧化锰发生反应，生成的氯气体积小于理论值。(4)根据表格信息和控制变量要求分析实验目的、改变条件等，对于产生气体实验，测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。

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答案：(1)D(2)Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋ 2ClO－3＋5Mn2＋＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H＋

(3)V(Cl2)<6 720 mL 2Mn2＋＋Cl2＋3H2O===Mn2O3＋6H＋＋2Cl－ (4)①其他条件不同，反应物浓度越大，反应速率越快 ②5% 收集等体积氧气所需要的时间

教学课件

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