2019高考化學(xué) 難點剖析 專題53 水凈化劑的制備講解.doc

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專題53 水凈化劑的制備 一、高考題再現(xiàn) 1．（2017天津）下列有關(guān)水處理方法不正確的是 A．用石灰、碳酸鈉等堿性物質(zhì)處理廢水中的酸 B．用可溶性的鋁鹽和鐵鹽處理水中的懸浮物 C．用氯氣處理水中的Cu2+、Hg+等重金屬離子 D．用燒堿處理含高濃度NH4+的廢水并回收利用氨 【答案】C 2．（2017江蘇）下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與用途具有對應(yīng)關(guān)系的是 A．Na2O2吸收CO2產(chǎn)生O2 ，可用作呼吸面具供氧劑 B．ClO2具有還原性，可用于自來水的殺菌消毒 C．SiO2硬度大，可用于制造光導(dǎo)纖維 D．NH3易溶于水，可用作制冷劑 【答案】A 【解析】A．過氧化鈉可以和二氧化碳反應(yīng)生成氧氣，A正確；B．因二氧化氯具有氧化性才用于自來水的殺菌消毒，B錯誤；C．二氧化硅透光性好，用于制造光導(dǎo)纖維，C錯誤；D．液氨氣化時吸收大量熱，所以氨可用作制冷劑，D錯誤。答案選A。 二、考點突破 1、鋁凈水劑的制備 典例1（2018屆江西省上高縣第二中學(xué)高三第七次月考）聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度（用c表示）包括三類：主要為Al3+中的單體形態(tài)鋁（用Ala表示）總濃度，主要為 [AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的中等聚合形態(tài)鋁總濃度（用Alb表示）和Al(OH)3膠體形態(tài)鋁（用Alc表示）總濃度。 （1）真空碳熱還原一氧化法可實現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： ①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=akJmol-1 ②6AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) ΔH2=bkJmol-1 則反應(yīng)Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 說明ΔH=_______kJmol-1（用含a、b的代數(shù)式表示）。 _0( 填“>”或“<”)。 反應(yīng)①在常壓、1900℃的高溫下才能進行，說明ΔH_______0（填“＞”、“＜”或“=”） （2）用膜蒸餾（簡稱MD）濃縮技術(shù)將聚合氯化鋁溶液進行濃縮，實驗過程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態(tài)分布（百分數(shù)）如右表： AlT/（molL-1） Ala/% Alb/% A1c/% 0.208 1.4 86.6 12.0 0.489 2.3 86.2 11.5 0.884 2.3 88.1 9.6 1.613 3.1 87.0 9.9 2.520 4.5 88.2 7.3 ①在一定溫度下，AlT越大，Al(OH)3膠體的百分含量________（填“越大”“越小”或“不變”）。 ②若將c=2.520mol/L的聚合氧化鋁溶液加水稀釋，則稀釋過程中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為 _________________________________。 （3）一定條件下，向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量約為86% 的聚合氯化鋁溶液。寫出生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+的離子方程式：_________________________。 （4）已知Al3++4X2，X表示顯色劑，表示有色物質(zhì)，通過比色分析得 到25 ℃時Al3+濃度隨時間的變化關(guān)系如圖所示（初始時X的濃度為0.194 molL-1）。 ①1min時， 的濃度為___________。 ②0～3min內(nèi)該反應(yīng)的速率vx＝________。 ③第9min時，反應(yīng)達到平衡，K=__________（用代數(shù)式表示）。 【答案】 a+0.5b ＞ 越小 Al3++3H2O=Al(OH)3（膠體）+3H+ 13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+ 0.04mol/L 0.053mol/（Lmin） K=(9.610-2)2/(210-3)5 （3）Al3+和OH-在水溶液中生成[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+，根據(jù)原子守恒和電荷守恒可寫出對應(yīng)的離子方程式為：13Al3++32OH-+8H2O=[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+。 （4）①1分鐘內(nèi)Al3+的濃度減少0.02mol/L，根據(jù)方程式可知1min時的濃度為 0.02mol/L2=0.04mol/L。 ②0～3min內(nèi)Al3+的反應(yīng)速率v=（0.05-0.01）3=mol/（Lmin），所以v(X)= mol/（Lmin）4=0.053mol/（Lmin）。 ③反應(yīng)達平衡時，Al3+的濃度減少0.048mol/L，則X的濃度減少0.192mol/L，的濃度增大0.096mol/L，所以平衡時Al3+的濃度為0.002mol/L，X的濃度為0.002mol/L，的濃度為0.096mol/L，故K=(9.610-2)2/(210-3)5。 2、鐵凈水劑的制備 典例2（2018屆云南師大附中高三年級適應(yīng)性月考卷八）高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑，具有強氧化性。制備高鐵酸鉀方法很多。 （1）干法制備高鐵酸鉀。將Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產(chǎn)物。此制備反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_____________________。 （2）濕法制備高鐵酸鉀。工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，原理如下： a.3NaClO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O b.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH 主要的生產(chǎn)流程如圖： ①流程圖中“轉(zhuǎn)化”是在某低溫下進行的，說明此溫度下的溶解度S(K2FeO4)_____S(Na2FeO4)（填“>”“<”或“=”）。 ②濕法制備中，反應(yīng)的溫度、原料的濃度和配比對高鐵酸鉀的產(chǎn)率都有影響。如圖，圖甲為不同的溫度下，不同質(zhì)量濃度的Fe(NO3)3對K2FeO4生成率的影響；圖乙為一定溫度下，F(xiàn)e(NO3)3質(zhì)量濃度最佳時，NaClO濃度對K2FeO4生成率的影響。工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為_________℃，此時Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為______________。 ③若NaClO加入過量，氧化過程中會生成Fe(OH)3，寫出該反應(yīng)的離子方程式：_____________________。若Fe( NO3)3加入過量，在堿性介質(zhì)中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K3FeO4，此反應(yīng)的離子方程式為__________________________________。 （3）K2FeO4在水溶液中易水解：4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。 ①在“提純”K2FeO4中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用__________溶液(填序號)。 A．H2O B．CH3COOK、異丙醇 C．NH4Cl、異丙醇 D．Fe(NO3)3、異丙醇 ②K2FeO4在處理水的過程中所起的作用有_______________________。 （4）室溫下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(O H)3沉淀，從而除去Fe3+。該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____________________。(已知常溫下的溶度積常數(shù)：Ksp[Cu(OH)2]=2.010-20， Ksp[Fe(OH)3]=4.010-38)。 【答案】 3︰1 ＜ 26 6∶5或1.2 3ClO?+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO +Fe3++8OH?=+4H2O B K2FeO4具有強氧化性，能夠消毒殺菌；同時被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì) 5.01015 mol/L 由圖甲和圖乙可知，在26℃、NaClO和Fe(NO3)3的質(zhì)量濃度分別為330g/L和275g/L時，K2FeO4生成率最高，所以工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26℃，此時Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為6∶5（或1.2 ）。 ③若NaClO加入過量，次氯酸根離子和鐵離子發(fā)生雙水解反應(yīng)，故氧化過程中會生成Fe(OH)3，該反應(yīng)的離子方程式為3ClO?+Fe3++3H2O=Fe(OH)3↓+3HClO。若Fe( NO3)3加入過量，在堿性介質(zhì)中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K3FeO4，此反應(yīng)的離子方程式為+Fe3++8OH?=+4H2O。 （3）①在“提純”K2FeO4中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，因為K2FeO4在水溶液中易水解，所以洗滌劑最好選用有機溶劑，根據(jù)平衡移動原理，為減少晶體的溶解損失，應(yīng)選用CH3COOK、異丙醇溶液，填B。②K2FeO4在處理水的過程中所起的作用有：K2FeO4具有強氧化性，能夠消毒殺菌；同時被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)。 （4）室溫下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(O H)3沉淀，從而除去Fe3+，該反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++3Cu(OH)23Cu2++2Fe(OH)3。該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 5.01015 mol/L。 3、其他凈水劑的制備 典例3（湖南H11教育聯(lián)盟2018年1月高三聯(lián)考）鉬酸鈉（Na2MoO4)可作新型水處理劑，Al(OH)3是胃舒平藥品的有效成分。從某廢鉬催化劑(主要成分為MoO3、A12O3、Fe2O3等）中回收Na2MoO4和A1(OH)3，其工藝流程如下： 回答下列問題: （1）Na2MoO4中鉬的化合價為______________________。 （2）MoO3、Al2O3和SiO2性質(zhì)相似，都能與碳酸鈉在高溫下反應(yīng)。寫出三氧化鉬與碳酸鈉在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________；步驟II濾渣的主要成分是________________ (填化學(xué)式)。 （3）步驟III中加入“稀硫酸”使鋁元素轉(zhuǎn)化的離子方程式為_________________________，控制溶液的pH約為5，其目的是使AlO2-完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，并防止其溶解，在滴加稀硫酸的過程中還可能觀察到的現(xiàn)象是_____________________________。有同學(xué)認為步驟III中可用CO2替代硫酸，你是否同意?簡述理由:____________________________________________。 （4）取廢鉬催化劑mg，若加入agNa2CO3恰好完全反應(yīng)，經(jīng)上述實驗操作后，最終得到bg Al(OH)3和cgNa2SO4固體，則廢鉬催化劑中鉬元素的質(zhì)量分數(shù)為__________。(用代數(shù)式表示) 【答案】 +6 MoO3+Na2CO3Na2MoO4+CO2↑ Fe2O3 AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓ 產(chǎn)生氣泡 否，稀硫酸的作用之一是除去過量的Na2CO3 100%。 濾渣為Al(OH)3，濾液中含有Na2SO4和Na2MoO4，由Al2O3＋Na2CO3=2NaAlO2＋CO2,2NaAlO2＋H2SO4＋3H2O=Na2SO4＋2Al(OH)3↓，得1Na2CO3～～2Al(OH)3，得Al2O3消耗的 n（Na2CO3）= ，已知：碳酸鈉總物質(zhì)的量為：n（Na2CO3）=ag/106gmol－1，則由Na守恒可知n（Na2MoO4）=ag/106gmol－1-bg/156gmol－1， m（Mo）=（ag/106gmol－1-bg/156gmol－1）96gmol－1= g， ω（Mo）= 100%。