2021届高考化学二轮复习-题型检测工艺流程题.doc

2021届高考化学二轮复习 题型检测工艺流程题

2021届高考化学二轮复习 题型检测工艺流程题

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题型检测（十） 工艺流程题
1．(2019·西安五校联考)金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料。以钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如图所示。

请回答下列问题：
(1)钛酸亚铁(用R表示)与碳在高温下反应的化学方程式为2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，钛酸亚铁的化学式为______________________；钛酸亚铁和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是__________________________。此时溶液Ⅰ中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子，常温下，其对应氢氧化物的Ksp如表所示。
氢氧化物
Fe(OH)2
TiO(OH)2
Mg(OH)2
Ksp
8.0×10－16
1.0×10－29
1.8×10－11
①常温下，若所得溶液中Mg2＋的物质的量浓度为0.001 8 mol·L－1，当溶液的pH等于______时，Mg(OH)2开始沉淀。
②若将含有Fe2＋、TiO2＋和Mg2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为____________________________。Mg还原TiCl4过程必须在1 070 K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是______________，除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是________。
解析：(1)由2R＋C2Fe＋2TiO2＋CO2↑，根据原子守恒，可推知钛酸亚铁的化学式为FeTiO3。钛酸亚铁和浓H2SO4反应，生成TiOSO4，无气体生成，元素Ti的化合价不变，说明发生非氧化还原反应，则产物中还有FeSO4，故该反应的化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。(2)钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是FeSO4，加入铁屑，可防止Fe2＋被氧化。①根据Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1.8×10－11，c(OH－)＝＝ mol·L－1＝10－4mol·L－1，则c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－10 mol·L－1，pH＝－lg10－10＝10。②根据题表提供的Ksp数据知，三种物质组成类型相同且TiO(OH)2的溶度积常数最小，则加水稀释，立即析出的白色沉淀为TiO(OH)2，TiO2＋的水解方程式为TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋。(3)中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl4的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO；为防止空气中的氧气与反应物发生反应，应隔绝空气加热。可用稀盐酸除去钛中混有的镁。
答案：(1)FeTiO3　FeTiO3＋2H2SO4(浓)===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
(2)防止Fe2＋被氧化　①10　②TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(或TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋)
(3)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO　隔绝空气　稀盐酸
2．(2019·山西六校检测)某化工厂用含NiO的废料(杂质为Fe2O3、CaO、CuO等)制备羟基氧化镍(2NiOOH·H2O)的工艺流程如下：

已知：相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下。
离子
Fe3＋
Fe2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
2.7
7.6
7.1
沉淀完全的pH
3.7
9.6
9.2
请回答下列问题：
(1)①滤渣1的主要成分是________。
②如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是________℃，若酸浸时将温度控制在80 ℃左右，则滤渣1中会含有一定量的Ni(OH)2，其原因可能是________________________________。
(2)操作A中生成S的反应的化学方程式为________________________________，试剂X是一种常见的绿色氧化剂，X参与的反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为________，试剂Y用于调节溶液的pH，则调控pH的范围是____________。
(3)写出氧化过程中反应的离子方程式______________________________________，沉钙时，当溶液中c(F－)＝3.0×10－3 mol·L－1时，通过计算确定溶液中Ca2＋是否沉淀完全_______________________________________________________________________________[常温时，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]。
解析：(1)①由流程知滤渣1的主要成分是CaSO4。②由图知当温度在70 ℃左右时镍的浸出率较高，故酸浸时适宜的温度为70 ℃。Ni2＋能水解生成Ni(OH)2，而升温能促进水解。(2)酸浸后溶液中的金属离子有Fe3＋、Cu2＋、Ni2＋、Ca2＋等，将H2S氧化为S的是Fe2(SO4)3，由此可写出相应的化学方程式。常见的绿色氧化剂X的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，则它是H2O2，反应中n(H2O2)∶n(FeSO4)＝1∶2。由表中数据及此时溶液中金属离子成分(Fe3＋、Ni2＋、Ca2＋等)知，欲沉淀Fe3＋，而Ni2＋不受影响，则应调控pH的范围是3.7≤pH<7.1。(3)该反应中Ni2＋被氧化为2NiOOH·H2O，ClO－被还原为Cl－，相应的离子方程式为ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－。c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全。
答案：(1)①CaSO4　②70　随着温度升高，Ni2＋的水解程度增大，从而形成一定量的Ni(OH)2沉淀
(2)Fe2(SO4)3＋H2S===2FeSO4＋H2SO4＋S↓　1∶2　3.7≤pH<7.1
(3)ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－　c(Ca2＋)＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全
3．(2019·深圳红岭中学测试)K2Cr2O7是一种重要的化工原料。以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3等杂质)为原料制备K2Cr2O7的一种工艺流程如下：

已知：(a)Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋
(b)不同温度下各物质的溶解度：
物质
KCl
NaCl
K2Cr2O7
Na2Cr2O7
溶解度
(g/100g
H2O)
0 ℃
28
35.7
4.7
163
40 ℃
40.1
36.4
26.3
215
80 ℃
51.3
38
70
376
(c)步骤①的主要反应为2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO34Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2↑＋7NaNO2。
(1)“滤渣1”和“滤渣2”的主要成分分别是________、________(填化学式)。写出步骤③的离子反应方程式____________________________；步骤④中调pH，以下试剂可选用________(填标号)。
A．NH3　　　　　　　　 B．KOH
C．CH3COOH D．HCl
(2)在步骤⑤中加入适量KCl，__________，过滤得到K2Cr2O7固体。
(3)某工厂用a kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制K2Cr2O7，最终得到产品b kg，产率为________×100%(列计算式)。
(4)化学还原法可除去废水中的Cr2O，取含Cr2O的模拟水样在不同pH条件下，分别向每个水样中加一定量的FeSO4、NaHSO3，搅拌，充分反应，然后滴加Ca(OH)2悬浊液，静置沉淀，测定＋6价Cr的去除率，实验结果如图所示。

①在酸性条件下，NaHSO3使Cr2O还原为Cr3＋，请写出NaHSO3与Cr2O反应的离子方程式：________________________________。
②pH>8时，亚铁盐对＋6价Cr的去除效果反而下降，可能的原因是________________________________________________________________________
________________。
解析：(1)步骤①发生的反应有2FeO·Cr2O3＋4Na2CO3＋7NaNO34Na2CrO4＋Fe2O3＋4CO2↑＋7NaNO2，Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑，在步骤④中调节pH是增大溶液中H＋浓度，使较多的CrO转化为Cr2O而盐酸易被氧化，只能用CH3COOH；(2)因K2Cr2O7的溶解度随温度降低而减小，则在步骤⑤中加入适量KCl后，应通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法得到K2Cr2O7固体；(3)根据铬元素的质量守恒可得关系式：Cr2O3～K2Cr2O7，a kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)理论上可制得K2Cr2O7质量为 g，产率为×100%＝×100%；(4)①由氧化还原反应得失电子守恒可得NaHSO3与Cr2O反应的离子方程式为3HSO＋Cr2O＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O；②pH>8时，Fe2＋转化为Fe(OH)2后易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3，从而使＋6价Cr的去除率降低。
答案：(1)Fe2O3　Al(OH)3　AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO　C
(2)蒸发浓缩，冷却结晶
(3)　
(4)①3HSO＋Cr2O＋5H＋===2Cr3＋＋3SO＋4H2O　②pH>8时，Fe2＋转化为Fe(OH)2，而Fe(OH)2易被空气中的O2氧化
4．(2019·哈尔滨模拟)硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。
Ⅰ.已知硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5·H2O，硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O。一种利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如图所示：

(1)硼砂中B元素的化合价为________，将硼砂溶于热水后，用硫酸调节溶液的pH为2～3以制取H3BO3，该反应的离子方程式为______________________________。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为________________________________。
(2)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，需要在HCl氛围中加热，其目的是________________________________________________________________________。
(3)镁­H2O2酸性燃料电池的反应原理为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，常温下，若起始电解质溶液pH＝1，则pH＝2时，电解质溶液中所含Mg2＋的物质的量浓度为________ mol·L－1。已知常温下，Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，当电解质溶液的pH＝6时，________(填“有”或“无”)Mg(OH)2沉淀析出。(忽略反应过程中溶液的体积变化)
Ⅱ.工业上可用纳米MgH2和LiBH4组成的体系储放氢，如图所示。
(4)写出放氢过程中发生反应的化学方程式：____________________________________。
Ⅲ.MgO浆液是一种高活性的脱硫剂，常用于脱除烟气中的SO2，发生的主要反应如下：
①Mg(OH)2＋SO2===MgSO3＋H2O
②MgSO3＋SO2＋H2O===Mg(HSO3)2
③Mg(HSO3)2＋Mg(OH)2===2MgSO3＋2H2O
④2MgSO3＋O2===2MgSO4
已知25 ℃时，Ksp(MgSO3)＝3.86×10－3，Ksp(CaSO3)＝3.1×10－7。
(5)其他条件相同时，镁基和钙基的脱硫效率与液、气摩尔流量比的变化情况如图所示。镁基的脱硫效率总比钙基的大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，还因为
______________________________________________________________________________。

解析：流程图中各步主要转换如下：

Ⅰ.(1)硼砂的化学式为Na2B4O7·10H2O，钠元素的化合价为＋1，氧元素的化合价为－2，根据化合物中各元素化合价代数和为0，可知硼元素的化合价为＋3；用H2SO4调pH为2～3，Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反应的离子方程式为B4O＋2H＋＋5H2O4H3BO3。加热H3BO3得到B2O3，Mg与B2O3发生置换反应得到粗硼：3Mg＋B2O32B＋3MgO。(2)加热MgCl2·6H2O时，MgCl2水解生成Mg(OH)2和HCl，在HCl氛围中加热可以抑制MgCl2的水解。(3)若起始电解质溶液pH＝1，则pH＝2时，溶液中氢离子浓度减小0.1 mol·L－1－0.01 mol·L－1＝0.09 mol·L－1，由反应Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O可知，c(Mg2＋)＝0.045 mol·L－1；Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，常温下当溶液pH＝6时，c(OH－)＝10－8 mol·L－1，H＋浓度减小0.1 mol·L－1－10－6 mol·L－1≈0.1 mol·L－1，溶液中Mg2＋的浓度约为0.05 mol·L－1，则Qc＝c(Mg2＋)·c2(OH－)≈0.05×10－16＝5×10－18<Ksp[Mg(OH)2]，故无氢氧化镁沉淀生成。
Ⅱ.(4)由题图可知，放氢过程中MgH2和LiBH4反应生成MgB2、LiH、H2：MgH2＋2LiBH4===MgB2＋2LiH＋4H2↑。
Ⅲ.(5)Ksp(MgSO3)>Ksp(CaSO3)，说明MgSO3的溶解度比CaSO3大，且MgSO3比CaSO3更易被氧化，故镁基的脱硫效率比钙基的大。
答案：Ⅰ.(1)＋3　B4O ＋2H＋＋5H2O4H3BO3　3Mg＋B2O32B＋3MgO
(2)防止MgCl2水解生成Mg(OH)2
(3)0.045　无　
Ⅱ.(4)MgH2＋2LiBH4===2LiH＋MgB2＋4H2↑
Ⅲ.(5)MgSO3的溶解度比CaSO3的大，MgSO3比CaSO3更易被氧化
5．(2019·全国卷Ⅱ)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________(填标号)。
A．黄色 B．红色
C．紫色 D．绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为__________________________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.100 0 mol·L－1的I2­KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.100 0 mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O===2I－＋S4O。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为______________________，样品中S2－的含量为______________(写出表达式)。
解析：(1)根据常见元素的焰色反应，可知钡元素的焰色为绿色。
(2)①由流程图中的原料为重晶石和焦炭粉经回转炉、浸出槽后得到净化的BaS溶液，可判断重晶石(BaSO4)与焦炭粉反应生成BaS和有毒气体CO，根据电子守恒法可配平氧化还原反应方程式BaSO4＋4CBaS＋4CO↑；CO与水蒸气反应得到的清洁能源气体为H2，另一种产物为CO2，则CO与水蒸气反应的化学方程式为CO＋H2O(g)CO2＋H2。
②潮湿空气中的CO2和水蒸气跟“还原料”中的硫化钡反应生成的臭鸡蛋气味的气体为H2S，水溶性变差是因为发生了反应BaS＋CO2＋H2O===H2S＋BaCO3↓，由此可知难溶于水的物质为BaCO3 。
③硫化钡溶液与硫酸锌反应生成难溶于水的立德粉(ZnS·BaSO4)，因此反应的离子方程式为S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO=== ZnS·BaSO4↓。
(3)淀粉溶液遇到I2溶液变蓝，当Na2S2O3将I2消耗完后，溶液由浅蓝色变至无色，即滴定终点时，溶液会由浅蓝色变至无色。设Na2S2O3消耗的I2的物质的量为n1。
由离子方程式
I2　　　＋　　　 2S2O　　===　　2I－＋S4O
1 mol　　　　　　2 mol
n1　 　0.100 0 mol·L－1×V×10－3 L
可得：n1＝V× 0.100 0×10－3 mol
设样品中S2－的含量为w，则由反应I2＋S2－===2I－＋S↓
I2　　　　　　　～　　　　　　　　　S2－
1 mol　　 32 g
25．00×10－3 L×0.100 0 mol·L－1
－V×0.100 0×10－3 mol　 m g×w
可得：w＝×100%
答案：(1)D　(2)①BaSO4＋4CBaS＋4CO↑　CO＋H2O(g)CO2＋H2　②BaCO3
③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO===ZnS·BaSO4↓
(3)浅蓝色至无色
×100%
6．(2019·贵阳模拟)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O，其流程图如下：

部分金属化合物的Ksp近似值如表所示：
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Ni(OH)2
NiCO3
Ksp近似值
1.0×10－17
1.0×10－38
1.0×10－34
1.0×10－15
1.0×10－5
回答下列问题：
(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为______________________________，______________________________。
(2)“酸浸”所使用的酸为____________。
(3)“净化除杂”时需加入H2O2溶液，其作用是____________________，然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀(铁元素对应离子浓度为1.0×10－5 mol·L－1)，此时溶液的pH为________(填计算所得数值)。
(4)“操作A”为____________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。
(5)析出NiSO4·7H2O后的溶液中含有一定浓度的Ni2＋，为避免镍的损失及其对环境造成的影响，可向析出NiSO4·7H2O后的溶液中加入Na2CO3固体将Ni2＋转化为NiCO3沉淀。若c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1，欲使1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(忽略溶液体积变化)
(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废催化剂进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度和时间分别为________℃、________min。

解析：流程图中各步主要转换如下：

(1)因含镍废催化剂中含有Ni、Al、Fe、Al2O3及其他不溶于酸、碱的杂质，故“碱浸”时，Al、Al2O3与OH－发生反应。(2)因目标产物为硫酸盐，故“酸浸”时使用的酸是硫酸。(3)过氧化氢具有氧化性，结合Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ni(OH)2的Ksp近似值可知，加入H2O2溶液的目的是氧化溶液中的Fe2＋，使其转化成Fe3＋，便于后续除杂。结合题表中数据可知，Fe3＋恰好沉淀完全，即c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，则此时溶液的pH为3。(4)由流程图可知，经“操作A”可获得硫酸镍晶体，故操作A为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)1 L该溶液中n(Ni2＋)＝1 mol，生成NiCO3沉淀需1 mol Na2CO3，欲使溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需溶液中c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1，故加入碳酸钠固体后溶液中的c(CO)≥Ksp(NiCO3)/c(Ni2＋)＝1.0×10－5/10－5 mol·L－1＝1 mol·L－1，故1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全时，至少需要加入2 mol Na2 CO3固体，其质量为212 g。(6)由题图可知，120 min后，镍浸出率随时间变化不显著，故最佳时间为120 min，120 min时，70 ℃与90 ℃的镍浸出率几乎相同，故采用温度较低的70 ℃。
答案：(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　
(2)硫酸(或H2SO4)
(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋　3　
(4)冷却结晶　(5)212　(6)70　120