化学二轮专题冲刺 非选择题规范增分专练 - 化学工艺流程题

化学工艺流程题

1．(2013·成都模拟)工业上用粉碎的煤矸石(主要含Al2O3、SiO2及铁的氧化物)制备净水剂BAC[Al2(OH)nCl6－n]的流程如下：

(1)粉碎煤矸石的目的是__________________________________________________； 滤渣Ⅰ的主要成分是________(填化学式)。

(2)步骤①在煮沸的过程中，溶液逐渐由无色变为绿色，此时溶液中的有色离子为_____ ________(填化学式)；随后溶液又变为棕黄色，相关反应的离子方程式为_________；步骤①的煮沸装置上方需安装一长导管，长导管的作用是__________________________。 (3)步骤②中加入适量的Ca(OH)2并控制pH，其目的：一是生成BAC；二是________ _______________________；已知BAC的分散质粒子大小在1～100 nm之间，由此区别滤液Ⅰ与BAC两种液体的物理方法是________________________；若Ca(OH)2溶液过量，则步骤③得到的BAC产率偏低，写出该反应的离子方程式： _______________ ________________________________________________________________________。 (4)若0.1 mol AlCl3在某温度下溶于蒸馏水，当有5%水解生成Al(OH)3溶液时，吸收热量a kJ。写出该过程的热化学方程式：____________________________________。 解析：(1)粉碎煤矸石能增大反应物的接触面积，加快反应速率；SiO2不溶于盐酸和硫酸，滤渣Ⅰ的主要成分是SiO2。(2)溶液中的Fe2＋为绿色；Fe2＋很容易被空气中的O2氧化成棕黄色的Fe3＋，离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；煮沸装置上方的长导管有冷凝、回流的作用。(3)步骤②中加入适量的Ca(OH)2并控制pH，使Fe3

＋生成

Fe(OH)3，从而除去Fe3＋；BAC的分散质粒子大小在1～100 nm之间，属于胶体，

可以用丁达尔效应区别滤液Ⅰ与BAC两种液体；若Ca(OH)2溶液过量，部分Al3＋生成

3＋－－AlO－2，离子方程式为Al＋4OH===AlO2＋2H2O。

(4)根据题意：AlCl3 ～ ΔH 1 mol ΔH

0．1 mol×5% ＋a kJ·mol－1

1

1 mol×?＋a kJ·mol－1?

0.1 mol×5%

某温度

则ΔH＝3H2O(l)

＝＋200a kJ·smol－1，其热化学方程式为AlCl3(aq)＋

Al(OH)3(aq)＋3HCl(aq) ΔH＝＋200a kJ·mol－1。

＋

答案：(1)增大反应物接触面积，加快溶解速率(提高Al3的浸出率) SiO2

(2)Fe2 4Fe2＋O2＋4H===4Fe3＋2H2O 冷凝、回流 (3)除去Fe3 用一束光照射

＋

＋

＋

＋

＋

液体，观察是否有丁达尔效应 Al3＋4OH===AlO2＋2H2O

＋

－

－

(4)AlCl3(aq)＋3H2O(l)ΔH＝＋200a kJ·mol1

－

某温度

Al(OH)3(aq)＋3HCl(aq)

2．(2013·淮安模拟)近年来，高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费需求增长较快。实验室可用二氧化锰为主要原料制备高锰酸钾。其部分流程如下：

(1)第①步中采用铁坩埚而不用瓷坩埚的原因是(用化学方程式表示)_________________ _____________________________________________。

(2)KOH、KClO3和MnO2共熔反应生成墨绿色K2MnO4的化学方程式为___________ _____________________________________________________________。

(3)第④步通入CO2可以使MnO2生成MnO4和MnO2。则K2MnO4完全反应4发生反应，

－

－

时，转化为KMnO4的百分率约为________(精确到0.1%)。

(4)第⑤步趁热过滤的目的是______________________________________。

(5)第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时，停止加热，冷却结晶、________、洗涤、干燥。干燥过程中，温度不宜过高，因为____________________________________。 解析：流程中先将MnO2转化为K2MnO4，K2MnO4发生自身氧化还原反应生成KMnO4。(1)第①步中采用铁坩埚而不用瓷坩埚是由于后者含有的SiO2在高温下会与KOH发生反应：SiO2＋2KOH===K2SiO3＋H2O。(2)KOH、KClO3和MnO2共熔时，MnO2被氧化为K2MnO4，KClO3被还原为KCl，化学方程式为6KOH＋KClO3＋3MnO2=====KCl＋

2－

3K2MnO4＋3H2O。(3)第④步通入CO2可以使MnO4发生反应，根据得失电子守恒可知

高温

生成MnO－4和MnO2的物质的量之比为2∶1，则K2MnO4完全反应时，转化为KMnO4的百分率约为66.7 %。(4)第⑤步趁热过滤的目的是防止降温过程中KMnO4析出而损耗。

2

(5)干燥过程中，温度不宜过高，否则KMnO4会分解。 答案：(1)SiO2＋2KOH===K2SiO3＋H2O

(2)6KOH＋KClO3＋3MnO2=====KCl＋3K2MnO4＋3H2O (3)66.7 %

(4)减少过滤时的损耗(或防止降温过程中KMnO4析出而损耗) (5)过滤 温度过高KMnO4会分解

3．(2013·济南期末)化工生产中常利用硫酸厂煅烧黄铁矿石的烧渣(主要成分为铁的氧化物

及少量FeS、SiO2等)来制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，流程如 下：

高温

(1)将

过程②中产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________(填选项序号)。 a．品红溶液

b．紫色石蕊溶液 d．溴水

c．酸性KMnO4溶液

(2)过程①中，FeS和O2、H2SO4反应的离子方程式为______________________ _____________________________________________________________________。 (3)过程③中，需加入的物质是____________；反应的化学方程式为_____________ ________________________________________________________________________。 用溶液Y制绿矾时，可取少量Y溶液于试管中，向试管内加入少量的________________溶液，观察溶液是否变为________色，以验证其中是否含有Fe3。

＋

(4)在实验室里，完成过程④中的____________(填操作名称)，需要使用酒精灯、三脚架、坩埚钳等，还需要的玻璃仪器有___________________________________________。 (5)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是______________________________ ________________________________________________________________________。 (6)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 g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥、称量，得固体质量为3.495 g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)SO4]n，则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)

解析：由题中信息可知，过程①向烧渣中加稀硫酸并同时通入氧气，铁的氧化物、硫化

3

亚铁均会溶解，生成硫酸铁、单质硫和水，所以溶液X是硫酸铁溶液，过程②灼烧固体，其中的硫被氧化成二氧化硫。(1)二氧化硫能分别使品红溶液、酸性KMnO4溶液和溴水褪色。(2)过程①中，FeS和O2、H2SO4反应的离子方程式为4FeS＋3O2＋12H＋===4Fe3＋＋6H2O＋4S。(3)由产物绿矾逆推可知过程③是将硫酸铁转化为硫酸亚铁的过程，应加入铁粉还原硫酸铁，有关反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4。验证硫酸亚铁溶液中是否含有Fe3＋，可用含SCN－的溶液检验，若溶液变为红色，证明溶液中含有Fe3＋，若溶液不变色，证明溶液中不含Fe3＋。(4)由硫酸亚铁溶液制绿矾，应使用蒸发结晶的方法，需要使用酒精灯、三脚架、蒸发皿、玻璃棒等。(5)过程⑥中，将硫酸铁溶液加热到70～80℃，目的是促进Fe3＋的水解。(6)3.495 g的BaSO4为0.015 mol，铁元素的质量为56 g·mol－1×0.015 mol＝0.840 g，所以该聚铁样品中铁元素的质0.840 g量分数为×100%＝31.1 %。

2.700 g

答案：(1)acd (2)4FeS＋3O2＋12H===4Fe3＋6H2O＋4S (3)Fe(或铁) Fe2(SO4)3＋

＋

＋

Fe===3FeSO4

硫氰化钾(或其他合理答案) 红 (4)蒸发结晶 蒸发皿、玻璃棒 (5)促进Fe3的水解

＋

(6)31.1 %

4．工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2、Mg2、Fe3、Cl和SO24等杂质，提纯工

＋

＋

＋

－

－

艺流程如下：

Ⅰ.碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示：

Ⅱ.有关物质的溶度积如下： 物质 Ksp CaCO3 4.96×109 －MgCO3 6.82×106 －Ca(OH)2 －Mg(OH)2 －12Fe(OH)3 2.64×10－394.68×106 5.61×10 回答下列问题： (1)加入NaOH溶液后过滤得到的滤渣中主要含有________(填写化学式)。25℃时，向含有Mg2、Fe3的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH＝8 时，c(Mg2

＋

＋

＋

)∶c(Fe3)＝________。

＋

4

(2)操作X为________，其温度应控制在_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用。请你分析实际工业生产中是否可行________，并说明理由______________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)碳酸钠与Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋可直接反应生成CaCO3、MgCO4、Fe(OH)3沉淀，加入NaOH溶液后，MgCO3进一步转化成Mg(OH)2沉淀。混合溶液的pH＝8 时，c(OH

－)＝10－6mol·L－1，c(Mg2＋)∶c(Fe3＋)＝

Ksp[Mg?OH?2]c?OH－?

2

∶

Ksp[Fe?OH?3]c?OH－?

3

＝2.125×1021。(2)

操作X是将Na2CO3·H2O过滤出来，结合题图中碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质不同可知，需在高于36 ℃温度下趁热过滤。(3)若“母液”循环使用，则溶液中

2－c(Cl－)和c(SO4)增大，最后所得产物Na2CO3中混有杂质，该操作不可行。

答案：(1)Fe(OH)3、Mg(OH)2、CaCO3(前两个必填) 2.125×1021 (2)趁热过滤 36℃以上

(3)不可行 若“母液”循环使用，则溶液中c(Cl)和c(SO24)增大，最后所得产物

－

－

Na2CO3中混有杂质

5．(2013·临沂模拟)工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取铜的操作流程如下：

已知：Cu2O＋2H===Cu＋Cu2＋H2O

＋

＋

(1)实验操作Ⅰ的名称为________；在空气中灼烧固体混合物D时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有________(填仪器名称)。

(2)滤液A中铁元素的存在形式为________(填离子符号)，生成该离子的离子方程式为__________________，检验滤液A中存在该离子的试剂为________(填试剂名称)。 (3)金属单质E与固体混合物F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。 (4)常温下，等pH的NaAlO2和NaOH两份溶液中，由水电离出的c(OH)前者为后者的108倍。则两种溶液的pH＝________。

(5)①利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是________(填代号)。 a．电能全部转化为化学能

5

－

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu2浓度减小

＋

d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系

②从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗 铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤：称取一定质量的样品→________________→过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量。(填缺少的操作步骤，不必描述操作过程的细节)

解析：由流程图可以看出，加入足量稀盐酸时，得到的固体混合物B为二氧化硅和单质铜，则滤液A中一定不含Fe3＋，原因是2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，验证Fe2＋可先加入KSCN溶液，没有明显现象，再加入氯水(或其他氧化剂)出现血红色。滤液A中含有Fe 2＋、Al3＋、Cu2＋，加入足量NaOH溶液后得到的固体混合物D为Fe(OH)3和Cu(OH)2，在空气中灼烧后得到的固体混合物F为Fe2O3和CuO，滤液C中含AlO－2，则金属单质E为Al，利用铝热反应可焊接钢轨。

(4)NaAlO2溶液中水的电离受到促进，而NaOH溶液中水的电离受到抑制。设两种溶液的pH＝a，NaAlO2溶液中水电离出的c(OH－)为10a－14 mol·L－1，NaOH溶液中水电离出的c(OH－)为10－amol·L－1,10a－14＝108×10－a，得a＝11。(5)电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜溶液作电解液，粗铜中比铜活泼的金属进入电解质溶液。分析选项知，b、c正确。 答案：(1)过滤 坩埚

(2)Fe2 2Fe3＋Cu===2Fe2＋Cu2 硫氰化钾溶液和新制氯水(合理的氧化剂均可)

＋

＋

＋

＋

(3)2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe (4)11

(5)①bc ②将浓硫酸用蒸馏水稀释，将称得的样品与足量稀硫酸充分反应

6．(2013·青岛质检)工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)为原料制备

高档颜料铁红(Fe2O3)，具体生产流程如下：

高温

试回答下列问题：

6

(1)滤液X中含有的金属阳离子是______________(填离子符号)。 (2)步骤Ⅲ中可选用________调节溶液的pH(填字母)。 A．稀硫酸

B．氨水

D．高锰酸钾溶液

＋

＋

C．氢氧化钠溶液

(3)步骤Ⅳ中，FeCO3沉淀完全后，溶液中含有少量Fe2，检验Fe2的方法是_____ ________________________________________________________________________。 (4)步骤Ⅳ的反应温度一般需控制在35℃以下，其目的是

________________________________________________________________________。 (5)在空气中煅烧FeCO3生成产品氧化铁的化学方程式为

________________________________________________________________________。 解析：(1)硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等)酸浸后过滤，SiO2为滤渣，滤液中含有的金属阳离子是Fe2＋、Fe3＋。(2)步骤Ⅲ要把pH调高，步骤Ⅳ还要加NH4HCO3，故使用氨水。若使用氢氧化钠溶液，产品中容易混入Na＋，所以选B。(4)NH4HCO3受热易分解，高温会促进Fe2＋水解。 答案：(1)Fe2、Fe3 (2)B

＋

＋

(3)取少量溶液，加入硫氰化钾溶液，不显红色，然后滴加氯水，溶液变为红色 (4)防止NH4HCO3分解，减少Fe2水解

＋

(5)4FeCO3＋O2=====2Fe2O3＋4CO2

7．(2013·海滨模拟)工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿的

主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，其中一部分铁元素在风化过程中会转化为＋3价。

高温

已知：TiOSO4遇水会水解。

(1)步骤②中，用铁粉将Fe3转化为Fe2的离子方程式为_______________________

＋

＋

________________________________________________________________________。 (2)步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的________(填字母序号)。

7

a．熔、沸点差异 b．溶解性差异 c．氧化性、还原性差异 (3)步骤②、③、④中，均需要进行的操作是________(填操作名称)。

(4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO2转化为H2TiO3的原理：

＋

________________________________________________________________________。 (5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO2)反应可生产硫酸锰(MnSO4，易溶于水)，该反应的离子方程式为_______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)研究发现，用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2－CaO作电解质，利用如图所示装置可获得金属钙，并可以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。

① 写出阳极的电极反应式：_________________________ _________________________________________。

② 在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是_________________________ ___________________________________________________ (请结合化学用语解释)。

解析：(1)步骤②中，用铁粉将Fe3＋转化为Fe2＋的反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2

＋。(2)步骤③中，冷却结晶是利用物质在不同温度下的溶解性差异来实现混合物的分离的。

(3)分析流程图可知，步骤②、③、④中均需进行的操作是过滤。(4)步骤③所得溶液中存在平衡：TiO2＋＋2H2O

H2TiO3＋2H＋，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成

H2TiO3。(5)废液中主要含有硫酸和硫酸亚铁，与软锰矿反应的离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。(6)①电解槽的阳极发生氧化反应：2O2－－4e－===O2↑(或C＋2O2－－4e－===CO2↑)。②制备金属钛时，发生反应：2CaO=====2Ca＋O2↑，2Ca＋ TiO2―――→Ti＋2CaO由此可见，CaO的总量不变。

答案：(1)2Fe3＋Fe===3Fe2 (2)b (3)过滤

＋

＋

电解

一定条件

(4)溶液中存在平衡：TiO2＋2H2O

＋

H2TiO3＋2H，当加入热水稀释、升温后，平衡

＋

＋

＋

＋

－

＋

正向移动，生成H2TiO3 (5)MnO2＋2Fe2＋4H===Mn2＋2Fe3＋2H2O (6)①2O2－4e===O2↑(或C＋2O2－4e===CO2↑) ②制备Ti时，发生反应：2CaO=====2Ca＋

－

－

－

电解

O2↑，2Ca＋TiO2―――→Ti＋2CaO，由此可见，CaO的总量不变(或制备Ti时，阴极发生反应；2Ca2＋4e===2Ca，阳极发生反应：2O2－4e===O2↑，2Ca＋TiO2――→Ti

＋

－

－

－

一定条件

一定条件

＋2CaO，由此可见，CaO的总量不变)

8．随着能源问题的进一步突出，利用热化学循环制氢的研究受到许多发达国家的青睐。最

8

近的研究发现，复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)也可以用于热化学循环分解水制氢，MnFe2O4的制备流程如下：

(1)原料Fe(NO3)n中n＝________，投入原料Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的物质的量之比应为________。

(2)步骤二中“连续搅拌”的目的是__________________________________________ ________________________________________________________________________； 步骤三中洗涤干净的标准是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)利用MnFe2O4热化学循环制氢的反应可表示为： MnFe2O4――→MnFe2O4－x＋O2↑； MnFe2O4－x＋xH2O―→MnFe2O4＋xH2↑ 请认真分析上述两个反应并回答下列问题：

①若MnFe2O4－x中x＝0.8，则MnFe2O4－x中Fe2占全部铁元素的百分率为________。

＋

1 000 K

②该热化学循环制氢法的优点有___________________________________________ ____________________________________________________ (答两点即可)。 ③ 该热化学循环法制氢尚有不足之处，进一步改进的研究方向是______________ ________________________________________________________________________。驾驶员之家 科目一考试 安全文明驾驶2016科目四

解析：(1)分析MnFe2O4中各元素的化合价，Mn为＋2价，Fe为＋3价，则Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的反应不是氧化还原反应，因此Fe(NO3)n中n＝3。根据元素守恒，原料Fe(NO3)n和Mn(NO3)2的物质的量之比应为2∶1。

(2)步骤二中“连续搅拌”可使Fe(NO3)3和Mn(NO3)2的混合溶液在碱性条件下充分反应，沉淀完全。

步骤三中沉淀是否洗涤干净可通过检验洗涤液的酸碱性，当洗涤液呈中性时，说明沉淀已经洗涤干净。

(3)①MnFe2O4－x中x＝0.8，则化学式为MnFe2O3.2，Fe的平均化合价为＋2.2。

9

设在该化合物中含有1 mol Fe时，其中Fe2＋的物质的量为a mol，则Fe3＋的物质的量为(1－a)mol。因此×100%＝80%。

③分析该热化学循环过程，MnFe2O4的分解温度较高，在加热过程中需消耗较多能量，因此可寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物进行探究。

答案：(1)3 2∶1

(2)充分反应、沉淀完全 洗涤至洗涤液呈中性

(3)①80% ②具有过程简单、无污染、原料廉价并可循环使用及氧气和氢气在不同步骤生成，因此不存在高温气体的分离等优点。

③寻找合适的催化剂，使MnFe2O4分解温度降低或找分解温度更低的氧化物

2a＋3?1－a?0.8

＝2.2，解得a＝0.8。Fe2＋占全部铁元素的百分率为11

10

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tewx.html