2019届高考化学一轮复习第4章材料家族中的元素突破全国卷专题讲座（四）突破训练鲁科版

第4章 材料家族中的元素

[突破训练]

1．(2018·湖南六校联考)重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，杂质为SiO2、Al2O3)为原料生产，实验室模拟工业制法用铬铁△

矿制K2Cr2O7的主要工艺如图所示。涉及的主要反应是6FeO·Cr2O3＋24NaOH＋7KClO3=====12Na2CrO4＋3Fe2O3＋7KCl＋12H2O。

(1)碱浸前将铬铁矿粉碎的作用是_________________________________________。 (2)反应器①中除发生题中所给反应外，还会发生其他反应，请任写出一个反应的化学方程式：___________________。③中调节pH为7～8所得滤渣为____________________。

(3)从平衡角度分析④中酸化的原因是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)称取重铬酸钾试样2．500 0 g配成250 mL溶液，取出25．00 mL于碘量瓶中，向其中加入10 mL 2 mol·L H2SO4溶液和足量碘化钾(铬元素转化为Cr)，置于暗处5 min。然后加入100 mL水和适量淀粉溶液作指示剂，用0．120 0 mol·L Na2S2O3标准溶液滴定(I2＋2S2O3===2I＋S4O6)。若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40．00 mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为(设整个过程中其他杂质不参加反应)________。(保留两位有效数字)

解析：(1)碱浸前将铬铁矿粉碎，可以增大接触面积，从而加快反应速率，使反应更充分。(2)除题给反应外，还能发生的反应有SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Al2O3＋2NaOH＋高温

3H2O===2Na[Al(OH)4]，SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑，Al2O3＋Na2CO3＋4H2O===2Na[Al(OH)4]＋CO2↑。充分反应后过滤，由于滤液中含有Na2SiO3和Na[Al(OH)4]，调节pH为7～8，使SiO3和[Al(OH)4]分别生成H2SiO3沉淀和Al(OH)3沉淀而除去。(3)CrO4在酸性条件下可转化成Cr2O7：2CrO4＋2H

2－

4

2－27

2－

2－

＋

2－

－

2－

2－

－

2－

－1

－1

3＋

Cr2O7＋H2O，酸化时，增大了H浓度，平衡向右移动，促使

－

－

2－27

2－＋

得6e3＋－失2e

CrO转化为CrO。(4)根据题意知：CrO――→2Cr，2I――→I2，根据得失电子守恒，1250 mL12－2－

存在K2Cr2O7～3I2～6S2O3，故试样中n(K2Cr2O7)＝×n(S2O3)×＝×0．120 0

625.00 mL6250 mL－1－3－3－3

mol·L×40．00×10 L×＝8×10 mol，m(K2Cr2O7)＝8×10 mol×294 g·mol

25.00 mL

－1

2.352 g

＝2．352 g，故K2Cr2O7的纯度为×100%＝94%。

2.500 0 g

1

答案：(1)增大接触面积，加快反应速率(或增大接触面积，加快反应速率，使反应进行更充分)

高温

(2)SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑{或Al2O3＋Na2CO3＋4H2O===2Na[Al(OH)4]＋CO2↑或SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O或Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]} Al(OH)3、H2SiO3[或Al(OH)3、H4SiO4]

(3)2CrO4＋2H

2－

＋

Cr2O7＋H2O，酸化时，增大了H浓度，平衡向右移动

2－＋

(4)94%(或0．94)

2．(2016·高考全国卷Ⅲ，28，14分)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 质量分数/% V2O5 2．2～2．9 V2O4 2．8～3．1 K2SO4 22～28 SiO2 60～65 Fe2O3 1～2 Al2O3 <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VO。“废渣1”的主要成分是__________。

(2)“氧化”中欲使3 mol的VO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V4O12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＋V4O12

4－

4－

2＋

＋

2＋

＋

离子交换－

R4V4O12＋4OH(ROH为强洗脱

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：________________________________________________________________________。

解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO

＋

＋

－

－

2

变为VO2，共失去3 mol电子，而1 mol ClO3变为Cl得到6 mol电子，所以需要0．5 mol

3＋

3＋

氯酸钾。(3)中和时，Fe、Al分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越

2

有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。

答案：(1)V2O5＋2H===2VO2＋H2O SiO2 (2)0．5

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K

△

(6)2NH4VO3=====V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

3．以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：

＋

＋

＋

(1)过程Ⅰ中，在Fe

2＋

催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是

________________________________________________________________________。

(2)过程Ⅰ中，Fe催化过程可表示为

ⅰ．2Fe＋PbO2＋4H＋SO4===2Fe＋PbSO4＋2H2O ⅱ．……

①写出ⅱ的离子方程式：________________________________________________。 ②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。

a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。 b．________________________________________________________________________。 (3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq)曲线如图所示。

NaHPbO2(aq)，其溶解度

2＋

＋

2－

3＋

2＋

①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选

3

填序号)。

A．减少PbO的损失，提高产品的产率 B．重复利用NaOH，提高原料的利用率 C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率

②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：________________________________________________________________________。

解析：(1)根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应Fe

生成PbSO4和水，化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=====2PbSO4＋2H2O。(2)①催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。根据题给信息知，反应ⅰ中Fe被PbO2氧化为Fe，则反应ⅱ中Fe

2＋

3＋

2－

2＋

2＋

3＋

3＋

2＋

2＋

被Pb还原为Fe，离子方程式为2Fe＋Pb＋SO4===PbSO4＋2Fe。②a实验证明发生了反应ⅰ，则b实验须证明发生了反应ⅱ，实验方案为取a中红色溶液少量，加入过量铅粉，充分反应后，红色退去。(3)①过程Ⅱ的目的是脱硫，操作过程中会加入过量的NaOH，通过题给条件可知，部分PbO溶解在NaOH溶液中，故滤液1中会有过量的NaOH和PbO溶解在NaOH溶液中产生的NaHPbO2，重复使用滤液1，可减少PbO的损失，提高产率，且NaOH也得到了重复利用，提高了原料的利用率。②过程Ⅲ是从粗产品中得到纯产品，结合溶解度曲线，可选用重结晶操作。根据条件可知，粗品中含有炭黑，需要趁热过滤，然后冷却结晶，过滤得到纯产品。

Fe

答案：(1)Pb＋PbO2＋2H2SO4=====2PbSO4＋2H2O (2)①2Fe＋Pb＋SO4===2Fe＋PbSO4

②取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色退去

(3)①AB ②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110 ℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体

4．(2018·厦门模拟)新型高效絮凝剂Fe(OH)SO4(碱式硫酸铁)常用于污水处理。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图所示：

3＋

2－

2＋2＋

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：

沉淀物 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH 请回答下列问题：

4

Fe(OH)3 2．3 3．2 Fe(OH)2 7．5 9．7 Al(OH)3 3．4 4．4 (1)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，使溶液中的________沉淀，该工艺中“搅拌”的作用是____________________________。

(2)在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11．2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。

(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe(OH)]可部分水解生成[Fe2(OH)4]聚合离子。该水解反应的离子方程式为______________________________________________。

(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国该药物的相关质量标准，产品中不得含有Fe和NO3。为检验所得产品中是否含有Fe，应使用的试剂为________(填序号)。

A．氯水 C．NaOH溶液

2＋

2＋

－

2＋

2＋

2＋

B．KSCN溶液 D．酸性KMnO4溶液

3＋

解析：(1)稀硫酸浸取废铁屑后所得的溶液中含Fe和少量Al，根据工艺流程可知该步操作是保留Fe，除去Al，故加入少量NaHCO3调节溶液pH可以使Al沉淀，“搅拌”可以加快化学反应速率。

(2)反应Ⅱ中有NO生成，这说明反应中亚硝酸钠是氧化剂，将亚铁离子氧化生成了铁离子，反应的离子方程式为Fe＋NO2＋2H===Fe＋NO↑＋H2O；由于要将亚铁离子氧化为铁离子，所以O2与NaNO2在反应中均作为氧化剂；标准状况下11．2 L氧气的物质的量是11．2 L÷22．4 L/mol＝0．5 mol，0．5 mol氧气可以得到2 mol电子。亚硝酸钠中氮元素的化合价是＋3价，其还原产物中氮元素的化合价是＋2价，得到1个电子，所以根据电子守恒可知，相当于是节约了2 mol亚硝酸钠。

(3)[Fe(OH)]离子可部分水解生成[Fe2(OH)4]聚合离子，则根据电荷守恒可知一定还有氢离子生成，所以该水解反应的离子方程式为2[Fe(OH)]＋2H2O

3＋

2＋

2＋

2＋

2＋

2＋

－

＋

3＋

2＋

3＋

3＋

[Fe2(OH)4]＋2H。

2＋＋

(4)因产品中含Fe，检验Fe时不能采用加氯水和KSCN溶液的方法，也不能加NaOH溶液，Fe(OH)3会对检验Fe产生干扰；可以用酸性KMnO4溶液检验Fe的存在，如含Fe，则滴入几滴酸性KMnO4溶液后，溶液紫红色会退去。

答案：(1)Al 加快化学反应速率 (2)氧化剂 2 mol (3)2[Fe(OH)]2＋2H2O

＋

2＋2＋2＋

3＋

[Fe2(OH)4]2＋2H (4)D

＋

＋

5

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