新編高考化學(xué)備考資料第十七題化工流程與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)題組一化工流程與化學(xué)反應(yīng)原理1 輝銅礦主要成分Cu2S，軟錳礦主要成分MnO2，它們都含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)。工業(yè)上綜合利用這兩種礦物質(zhì)制備硫酸錳和堿式碳酸銅的主要工藝流程如下：已知：MnO2能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫；Cu(NH3)4SO4常溫穩(wěn)定，在熱水中會分解生成NH3；部分金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH范圍如下表所示(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L1計算)：開始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Mn28.39.8Cu24.46.4(1)酸浸時，為了提高浸取率可采取的措施有_(任寫一點(diǎn))。(2)酸浸時，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_。(3)調(diào)節(jié)浸出液pH的范圍為_，其目的是_。(4)本工藝中可循環(huán)使用的物質(zhì)是_(寫化學(xué)式)。(5)在該工藝的“加熱驅(qū)氨”環(huán)節(jié)，若加熱的溫度過低或過高，都將造成的結(jié)果是_。(6)用標(biāo)準(zhǔn)BaCl2溶液測定樣品中MnSO4·H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因是_(任寫一種)。答案(1)粉碎礦石或適當(dāng)升高溫度或攪拌(其他合理答案也可)(2)Cu2S2MnO24H2SO4=2CuSO42MnSO4S4H2O(3)3.2pH4.4使Fe3轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去(4)NH3(多寫CO2也可)(5)堿式碳酸銅產(chǎn)量減少(6)混有硫酸鹽雜質(zhì)或部分晶體失去結(jié)晶水2 (2013·新課標(biāo)全國卷，27)鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6CxLixe=LixC6?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)：回答下列問題：(1)LiCoO2中，Co元素的化合價為_。(2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_。(3)“酸浸”一般在80下進(jìn)行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式_；可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點(diǎn)是_。(4)寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_。(5)充放電過程中，發(fā)生LiCoO2與Li1xCoO2之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時電池反應(yīng)方程式_。(6)上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是_。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有_(填化學(xué)式)。答案(1)3(2)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O、2H2O22H2OO2有氯氣生成，污染較大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li從負(fù)極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進(jìn)入正極材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4解析(1)依據(jù)化合價代數(shù)和等于零可計算Co的化合價為3價。(2)由正極“堿浸”后的物質(zhì)變化流程可知，濾液中獲取Al(OH)3，濾渣再經(jīng)一系列變化得Li2SO4、CoSO4，可推知正極“堿浸”時只有鋁被NaOH溶解。(3)“堿浸”后所得濾渣LiCoO2中Co的化合價為3價，而“酸浸”后生成CoSO4中Co的化合價為2價，顯然H2O2是還原劑，氧化產(chǎn)物只能是O2；又H2O2具有不穩(wěn)定性，受熱易分解，也屬于氧化還原反應(yīng)。(4)“沉鈷”這一步，反應(yīng)物為CoSO4、NH4HCO3，生成物中有CoCO3，必然產(chǎn)生大量H，而HCO與H又不能大量共存，繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生CO2。此題容易忽視HCO與H的繼續(xù)反應(yīng)，澄清了這些問題，再利用質(zhì)量守恒定律，就能順利寫出化學(xué)方程式。(5)依據(jù)充電時正極的物質(zhì)變化，可寫出放電時的電極反應(yīng)：Li1xCoO2xexLi=LiCoO2依據(jù)負(fù)極充電的電極反應(yīng)，寫出放電時電極反應(yīng)：LixC6xe=6CxLi，以上兩個電極反應(yīng)相加，即得總方程式。(6)“放電處理”的一個重要目的是回收鋰，Li要沉積在正極。解答這一問題的關(guān)鍵是Li怎樣沉積在正極上。放電時，離子運(yùn)動的方向是“正向正，負(fù)向負(fù)”。從流程的最終產(chǎn)物上很容易找到回收的金屬化合物：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。3 軟錳礦的主要成分是二氧化錳，用軟錳礦漿吸收工業(yè)廢氣中的二氧化硫，可以制備高純度的硫酸錳晶體，其流程如下所示：已知：浸出液中的金屬陽離子主要是Mn2，還含有少量的Fe2、Al3等，且pH<2。幾種離子開始沉淀和完全沉淀時的pH如表所示：離子開始沉淀時的pH完全沉淀時的pHFe27.69.7Fe32.73.7Al33.84.7Mn28.39.8根據(jù)上述流程，回答下列問題：(1)寫出二氧化錳與二氧化硫反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(2)浸出液的pH<2，從上述流程看，可能的原因?yàn)開(用化學(xué)用語和必要的文字說明)。(3)用離子方程式表示加入二氧化錳的作用：_。從表中數(shù)據(jù)來看，能不能取消“加入二氧化錳”的步驟？原因是_。下列試劑能替代二氧化錳的是_(填序號)。A雙氧水 B氯水C高錳酸鉀溶液 D次氯酸鈉(4)有同學(xué)認(rèn)為可以用碳酸錳(MnCO3)或氫氧化錳Mn(OH)2替代石灰乳，你是否同意此觀點(diǎn)？簡述理由：_。(5)從含硫酸錳的濾液中提取硫酸錳晶體的操作是_。利用濾渣能提取高純度的鐵紅，簡述其操作過程：_。答案(1)SO2MnO2=MnSO4(2)二氧化硫溶于水生成H2SO3，H2SO3部分電離：SO2H2OH2SO3HHSO(3)MnO22Fe24H=Mn22Fe32H2O不能，pH9.7時Fe2才完全沉淀，而pH8.3時Mn2已經(jīng)開始沉淀A(4)同意，F(xiàn)e3、Al3的水解程度比Mn2的大，F(xiàn)e33H2OFe(OH)33H，Al33H2OAl(OH)33H，加入的碳酸錳或氫氧化錳能與H反應(yīng)，促進(jìn)鐵離子、鋁離子水解，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為沉淀，通過過濾除去雜質(zhì)(5)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾將濾渣溶于足量氫氧化鈉溶液中，過濾、洗滌、烘干、灼燒解析(1)從最終產(chǎn)物為硫酸錳晶體來看，二氧化硫與二氧化錳反應(yīng)生成硫酸錳。(2)二氧化硫溶于水生成亞硫酸，亞硫酸屬于中強(qiáng)酸，部分電離。(3)從表中數(shù)據(jù)看，二價鐵離子完全沉淀時，錳離子已部分沉淀，必須用氧化劑將二價鐵離子氧化成三價鐵離子。選擇使用的氧化劑不能引入新雜質(zhì)。(4)利用鹽類水解，促進(jìn)三價鐵離子和鋁離子完全水解。(5)濾渣的主要成分是氫氧化鐵、氫氧化鋁，用足量氫氧化鈉溶液溶解氫氧化鋁，過濾后得到氫氧化鐵，灼燒后得到鐵紅(氧化鐵)。4 從鋁土礦(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等雜質(zhì))中提取氧化鋁的兩種流程如下：請回答下列問題：(1)給濾液E中通入過量的NH3，其反應(yīng)的離子方程式是_。(2)流程中加入燒堿溶液后，生成SiO的離子方程式是_。(3)驗(yàn)證濾液A中含F(xiàn)e3，可取少量濾液并加入_(填寫試劑名稱)。(4)濾液C中溶質(zhì)的主要成分是_(填化學(xué)式)，寫出該溶質(zhì)的一種用途_。(5)濾液F中離子電荷守恒的關(guān)系式為_。(6)濾液C和濾液F共同的溶質(zhì)為G，用惰性電極電解500 mL 0.1 mol·L1的G溶液，若陽極得到56 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則所得溶液在常溫下的pH為_(忽略電解前后溶液體積的變化)。(7)已知25 時Mg(OH)2的溶度積常數(shù)Ksp1.8×1011。取適量的濾液A，加入一定量的燒堿溶液至達(dá)到沉淀溶解平衡，測得該溶液的pH13.00，則25 時殘留在溶液中的c(Mg2)_ mol·L1。答案(1)HNH3·H2O=NHH2O、Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH(2)SiO22OH=SiOH2O(3)硫氰化鉀(或硫氰酸鉀、苯酚等)(4)NaHCO3、NaCl制純堿(或作發(fā)酵粉、食用鹽等)(5)c(NH)c(Na)c(H)c(Cl)c(OH)(6)12(7)1.8×109解析(1)濾液E為NaCl、AlCl3和HCl的混合溶液，通入過量NH3，離子反應(yīng)有：HNH3·H2O=NHH2O、Al33NH3·H2O=Al(OH)33NH。(2)生成SiO的離子反應(yīng)為SiO22OH=SiOH2O。(3)濾液A為FeCl3、MgCl2、AlCl3和HCl的混合溶液，可以利用KSCN溶液或苯酚溶液檢驗(yàn)Fe3的存在。(5)濾液F為NaCl、NH4Cl和NH3·H2O的混合溶液，其中電荷守恒關(guān)系式為c(Na)c(NH)c(H)c(Cl)c(OH)。(6)G為NaCl，根據(jù)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，陽極得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的56 mL Cl2時，電解質(zhì)溶液中n(OH)×20.005 mol，c(OH)0.01 mol·L1，常溫下溶液的pH12。(7)pH13，則c(OH)0.1 mol·L1，c(Mg2)1.8×109 mol·L1。5 利用化學(xué)原理可以對工廠排放的廢水、廢渣等進(jìn)行有效檢測與合理處理。某工廠對制革工業(yè)污泥中Cr()的處理工藝如下：其中硫酸浸取液中的金屬離子主要是Cr3，其次是Fe3、Al3、Ca2和Mg2。(1)H2O2的作用是將濾液中的Cr3轉(zhuǎn)化為Cr2O，寫出此反應(yīng)的離子方程式：_。(2)常溫下，部分陽離子以氫氧化物形式開始沉淀和完全沉淀時溶液的pH如下：陽離子Fe3Mg2Al3Cr3開始沉淀時的pH2.7完全沉淀時的pH3.711.18(>9溶解)9加入NaOH溶液使溶液呈堿性，Cr2O轉(zhuǎn)化為CrO。濾液中陽離子主要有_；但溶液的pH不能超過8，其理由是_。(3)鈉離子交換樹脂的反應(yīng)原理為MnnNaRMRnnNa，利用鈉離子交換樹脂除去的濾液中的金屬陽離子是_。(4)寫出上述流程中用SO2作還原劑進(jìn)行還原的化學(xué)方程式_。答案(1)2Cr33H2O2H2O=Cr2O8H(2)Na、Mg2、Ca2pH超過8會使部分Al(OH)3溶解生成AlO，最終影響Cr()的回收與再利用(3)Ca2、Mg2(4)3SO22Na2CrO412H2O=2CrOH(H2O)5SO4Na2SO42NaOH題組二化工生產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)基本操作6 鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動力汽車系統(tǒng)，電極材料由Ni(OH)2、碳粉和氧化鐵等涂在鋁箔上制成。由于電池使用后電極材料對環(huán)境有危害，某興趣小組對該電池電極材料進(jìn)行回收研究，設(shè)計實(shí)驗(yàn)流程如下：已知：a.NiCl2易溶于水，F(xiàn)e3不能氧化Ni2。b某溫度下一些金屬氫氧化物的Ksp及開始沉淀和完全沉淀時的理論pH如表所示：M(OH)nKsppH開始沉淀沉淀完全Al(OH)31.9×10233.434.19Fe(OH)33.9×10282.532.94Ni(OH)21.6×10147.609.75回答下列問題：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷步驟依次析出沉淀_和沉淀_(填化學(xué)式)，則pH1_pH2(填“>”、“”或“<”)，控制兩種沉淀析出可利用_(填序號)。ApH試紙B石蕊指示劑CpH計(2)已知溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，則步驟的化學(xué)方程式是_。步驟后，過濾沉淀所需的玻璃儀器有_。若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實(shí)驗(yàn)操作的角度給出兩種可能的原因：_。(3)中陽極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體E為_，驗(yàn)證該氣體的試劑為_。(4)試寫出步驟的離子方程式：_。答案(1)Fe(OH)3Al(OH)3<C(2)NiCl2Na2C2O42H2O=NiC2O4·2H2O2NaCl漏斗、玻璃棒和燒杯玻璃棒劃破濾紙、濾液超過濾紙邊緣(3)Cl2濕潤的淀粉­KI試紙(4)2Ni(OH)22OHCl2=2Ni(OH)32Cl7 鉬是一種過渡金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，這種元素可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫及耐腐蝕性能。下圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的實(shí)驗(yàn)流程圖：(1)鉬酸銨溶液中陽離子的檢驗(yàn)方法：_。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(3)反應(yīng)的尾氣可以用NH3·H2O溶液吸收用于合成肥料，寫出反應(yīng)的離子方程式_。(4)操作1中使用的主要玻璃儀器有_。(5)某同學(xué)利用下面裝置來制備氫氣，利用氫氣還原三氧化鉬，根據(jù)要求回答問題。請設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證H2的還原性并檢驗(yàn)其氧化產(chǎn)物，其裝置連接順序是_。在燒瓶A中加入少量的硫酸銅目的是_。兩次使用D裝置，其中所盛的藥品依次是_、_。答案(1)取少量鉬酸銨溶液于試管中，加入NaOH溶液加熱，在試管口放一張潤濕的紅色石蕊試紙，若試紙變藍(lán)，則證明鉬酸銨溶液中含有銨根離子(2)2MoS27O22MoO34SO2(3)2NH3·H2OSO2=2NHSOH2O(4)燒杯、漏斗、玻璃棒(5)ACBDD加快化學(xué)反應(yīng)速率無水硫酸銅堿石灰解析(1)考查NH的檢驗(yàn)方法。(2)可使用奇數(shù)配偶法配平化學(xué)方程式。(4)操作是過濾，注意是讓填寫玻璃儀器。(5)檢驗(yàn)H2的氧化產(chǎn)物H2O，要用無水CuSO4，顯然要用D裝置，應(yīng)特別注意排除A中水蒸氣以及空氣中的水蒸氣對檢驗(yàn)結(jié)果的干擾。形成銅、鋅原電池加快化學(xué)反應(yīng)速率。8 1­乙氧基萘是一種無色液體，密度比水大，不溶于水，易溶于醇、醚，熔點(diǎn)5.5 ，沸點(diǎn)267.4 。1­乙氧基萘常用作香料，也可作為合成其他香料的原料。實(shí)驗(yàn)室制備1­乙氧基萘的過程如下：按要求回答下列問題：(1)將72 g 1­萘酚溶于100 mL無水乙醇中，加入5 mL濃硫酸混合，將混合液置于如圖所示的容器中加熱使其充分反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中使用過量乙醇的原因是_。(2)燒瓶上連接長直玻璃管的主要作用是_。(3)反應(yīng)結(jié)束，將燒瓶中的液體倒入冷水中，經(jīng)處理得到有機(jī)層。為提純產(chǎn)物有以下四步操作：蒸餾；水洗并分液；用10%的NaOH溶液堿洗并分液；用無水氯化鈣干燥并過濾。正確的順序是_(填字母代號)。(資料表明1­萘酚呈酸性，能與NaOH溶液反應(yīng)生成可溶性的)A B C(4)蒸餾時所用的玻璃儀器除了酒精燈、冷凝管、接收器、錐形瓶外還有_。(5)用金屬鈉可檢驗(yàn)1­乙氧基萘是否純凈，簡述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論：_。答案(1)提高1­萘酚的轉(zhuǎn)化率(2)冷凝回流，提高原料的利用率(3)A(4)溫度計、蒸餾燒瓶(5)加入金屬鈉有氣泡生成則產(chǎn)物不純，無氣泡生成則產(chǎn)物純凈解析(1)有機(jī)反應(yīng)一般為可逆反應(yīng)，加入過量乙醇使生成1­乙氧基萘的平衡向正反應(yīng)方向移動，提高1­萘酚的轉(zhuǎn)化率。(3)用10%的NaOH溶液堿洗除去1­萘酚和硫酸，水洗洗去NaOH及生成的可溶性鹽，再用無水氯化鈣吸水，最后1­乙氧基萘中還溶解有乙醇，只能用蒸餾的方法獲取純凈的1­乙氧基萘。(4)蒸餾時要用蒸餾燒瓶，測餾分的溫度必須用到溫度計。(5)1­乙氧基萘中可能含有的雜質(zhì)是水、乙醇和1­萘酚，都能與Na反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，而1­乙氧基萘沒有羥基，不能與Na反應(yīng)。9 鐵及其化合物在日常生活中應(yīng)用廣泛。已知Fe(NO3)3·9H2O易溶于水，微溶于硝酸，主要用作催化劑和媒染劑。工業(yè)上用細(xì)鐵屑與稀硝酸反應(yīng)制備，主要流程如下：請回答下列問題：(1)Na2CO3溶液可以除油污，原因是(用離子方程式表示)_。(2)耐酸反應(yīng)器中可以觀察到的現(xiàn)象是_；制備過程中需控制加入鐵屑的量，當(dāng)觀察到_的現(xiàn)象時應(yīng)停止加入鐵屑。(3)制得的Fe(NO3)3·9H2O用20% HNO3洗滌，其原因是_。(4)若在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶的操作，則所需的儀器有鐵架臺(帶鐵圈)(或三腳架)、酒精燈、蒸發(fā)皿、_。答案(1)COH2OHCOOH(2)鐵屑溶解，溶液變?yōu)闇\黃色，有無色氣體產(chǎn)生，在液面上氣體變?yōu)榧t棕色(后又變?yōu)闊o色)反應(yīng)器中產(chǎn)生氣泡的速率明顯變慢(其他合理答案也可以)(3)洗去晶體表面附著的雜質(zhì)且降低洗滌過程中晶體的損耗(4)玻璃棒、坩堝鉗解析鐵屑經(jīng)Na2CO3溶液除去表面油污后進(jìn)入耐酸反應(yīng)器中與HNO3反應(yīng)生成Fe(NO3)3，經(jīng)過濾、蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、吸濾、洗滌，得到Fe(NO3)3·9H2O晶體；由于Fe能與Fe3反應(yīng)，所以要控制鐵屑的量；由于晶體易溶于水而微溶于硝酸，所以不能用水洗滌而用硝酸洗滌。10乙酰苯胺為無色晶體，具有退熱鎮(zhèn)痛作用，實(shí)驗(yàn)室可用苯胺和冰醋酸制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式及裝置圖(部分裝置省略)如下：制備原理：相關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)：物質(zhì)相對分子質(zhì)量狀態(tài)熔點(diǎn)沸點(diǎn)溶解度(g)水乙醇苯胺93無色液體61843.42(20 )任意比混溶冰醋酸60無色液體17118任意比混溶任意比混溶乙酰苯胺135白色片狀固體1143040.56(20 ) 3.45(50 ) 5.20(100 )36.9(20 )制備方法：已知：苯胺易被氧化，加入少量鋅可防止氧化；韋氏分餾柱作用與原理類似于冷凝管。請回答下列問題：(1)寫出圖中玻璃儀器a的名稱：_。(2)步驟1中保持柱頂溫度為105 ，則錐形瓶中收集到的餾分主要是_，選擇此溫度的主要理由是_。(3)步驟2中將反應(yīng)液倒入水中的目的是_。(4)步驟3中洗滌劑最好選擇_。A冷水 B熱水C15%的乙醇溶液 DNaOH溶液(5)步驟4重結(jié)晶的過程：粗產(chǎn)品溶于沸水中配制成飽和溶液再加入少量蒸餾水加入活性炭脫色加熱煮沸_冷卻結(jié)晶抽濾洗滌干燥。下列裝置在步驟4中肯定用不到的是_。(6)本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)品的產(chǎn)率為_。若制得的晶體顆粒較小，分析可能的原因_。答案(1)圓底燒瓶(2)水溫度過低不能將水蒸餾出來，降低了產(chǎn)率，溫度過高冰醋酸也被蒸出，降低了原料的利用率(3)洗去未反應(yīng)的乙酸和苯胺，同時降低乙酰苯胺的溶解度，促使其析出(4)A(5)趁熱過濾(6)35.3%溶液溫度過高，冷卻結(jié)晶時速度過快，產(chǎn)物溶解度較小