2018年高考化學大二輪復習 專題四 化學實驗 第17講 化學工藝流程練習.doc

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第17講　化學工藝流程 1．(2018三輪沖刺考前特訓)高純氧化鐵是現(xiàn)代電子工業(yè)的重要材料。以下是用硫酸廠產(chǎn)生的燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)為原料制備高純氧化鐵的生產(chǎn)流程示意圖： (1)酸浸時，常需將燒渣粉碎、并加入過量H2SO4，其目的是_提高鐵元素的浸出率，同時抑制鐵離子的水解__；濾渣的主要成分為_SiO2__(填化學式)。 (2)加入FeS2時，發(fā)生反應②的離子方程式為 FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋　。 (3)加入NH4HCO3目的是_中和溶液中的酸，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe2＋全部轉(zhuǎn)化為FeCO3__?！俺恋怼睍r，pH不宜過高，否則制備的FeCO3中可能混有的雜質(zhì)是_Fe(OH)2__。檢驗FeCO3是否洗滌干凈的方法是_取最后一次洗滌液少量放入試管，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無沉淀生成，說明洗滌干凈__。 (4)煅燒時，發(fā)生反應④的化學方程式為 4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2　。 [解析]　(1)酸浸時，常需將燒渣粉碎、增大燒渣與酸的接觸面積，并加入過量H2SO4，除了使燒渣中的部分氧化物溶解外，還能抑制鐵離子的水解。酸性氧化物SiO2不與酸反應。 (2)加入FeS2時，把鐵離子還原為Fe2＋：FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋。 (3)加入NH4HCO3目的是中和溶液中的酸，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe2＋全部轉(zhuǎn)化為FeCO3；亞鐵離子的水解能力較強，易發(fā)生水解，“沉淀”時，pH不宜過高，否則制備的FeCO3中可能混有的雜質(zhì)是Fe(OH)2 ；檢驗FeCO3固體中附著有硫酸根離子，可以用鹽酸和氯化鋇溶液進行檢驗，取最后一次洗滌液少量放入試管，滴加鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若無沉淀生成，說明洗滌干凈。 (4)在空氣中煅燒FeCO3，二價鐵被氧化為三價鐵，進一步得到Fe2O3。4FeCO3＋O2===2Fe2O3＋4CO2。 2．(2018濰坊二模)以粉煤灰(主要成分為Al2O3和SiO2，還含有少量的FeO、Fe2O3等)為原料制備Al2O3的流程如下： (1)“酸浸”時需加入過量的稀硫酸，目的是提高浸取率和_抑制Al3＋水解(或為后續(xù)反應提供H＋)__；濾渣的主要成分是_SiO2__。 (2)“氧化”過程中，加入H2O2發(fā)生反應的離子方程式為 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　。 (3)“提純”過程中，當加入NaOH溶液達到沉淀量最大時，溶液中c(SO)∶c(Na＋)＝_1∶2__。 (4)已知Ksp＝110－39?！疤峒儭边^程中，當c(Fe3＋)<10－6 molL－1時，溶液中c(OH－)>_110－11__mol L－1。 (5)“沉淀”過程中，通入過量CO2時發(fā)生反應的化學方程式為 NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3　。 [解析]　(1)根據(jù)含有成分，加入硫酸發(fā)生的反應是Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，F(xiàn)eO＋2H＋===Fe2＋＋H2O，F(xiàn)e2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，加入硫酸的目的可以提高浸取率和抑制Al3＋的水解，SiO2是不溶于水，不溶于酸，因此濾渣是SiO2。 (2)過氧化氫具有強氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，離子反應方程式為H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。 (3)加入NaOH溶液，達到沉淀量最大，發(fā)生Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，F(xiàn)e3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，此時溶液中溶質(zhì)為Na2SO4，即c(SO)∶c(Na2＋)＝1∶2。 (4)根據(jù)Ksp＝c(Fe3＋)c3(OH－)，因為c(Fe3＋)<10－6 molL－1，c(OH－)>10－11 molL－1。 (5)利用碳酸的酸性強于偏鋁酸，因此有：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。 3．(2018衡水二診)氯化亞銅(CuCl)常用作有機合成工業(yè)中的催化劑，是一種白色粉末；微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。下圖是工業(yè)上用印刷電路的蝕刻液的廢液(含F(xiàn)e3＋、Cu2＋、Fe2＋、Cl－)生產(chǎn)CuCl的流程： 按要求回答下列問題： (1)廢液①的主要含有的金屬陽離子是_Fe2＋__(填化學符號，下同)；廢渣①的成分是_Fe、Cu__，Y為_HCl__。 (2)廢液①與Z反應的離子方程式為： 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－或2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O　。 (3)寫出廢渣②生成二氧化硫的化學方程式 Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋ SO2↑＋2H2O　。 (4)為得到純凈的CuCl晶體，可用下列_b__(填序號)進行洗滌。 a．純凈水　　　　　　 b．乙醇 c．稀硫酸 d．氯化銅溶液 (5)生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)溶液的pH不能過大的原因是_防止生成氫氧化銅沉淀或防止CuCl水解__。 (6)寫出產(chǎn)生CuCl的離子方程式 SO2＋2Cu2＋＋2Cl－＋2H2O===2CuCl↓＋SO＋4H＋　。 (7)氯化亞銅的定量分析： ①稱取樣品0.25 g加入10 mL過量的FeCl3溶液250 mL錐形瓶中，不斷搖動； ②待樣品溶解后，加水50 mL和2滴指示劑； ③立即用0.10 molL－1硫酸鈰標準溶液滴至綠色出現(xiàn)為終點； ④重復三次，消耗硫酸鈰溶液平均體積為25.00 mL。 已知：CuCl的分子式量為99；CuCl＋FeCl3===CuCl2＋FeCl2；Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋。則CuCl的純度為_99%__。 [解析]　向工業(yè)上以制作印刷電路的廢液(含F(xiàn)e3＋、Cu2＋、Fe2＋、Cl－)加入過量的鐵粉，三價鐵離子與鐵粉反應轉(zhuǎn)化為二價鐵離子，銅離子與鐵反應生成銅，然后過濾，濾渣為過量的鐵和生成的銅，依據(jù)銅與鐵的活潑性，將濾渣溶于鹽酸，銅與鹽酸不反應，過濾得到濾渣即為銅，廢液①中加入Z為氯水或雙氧水，氧化亞鐵離子為鐵離子，得到蝕刻液，然后銅與濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫，銅與氯氣反應生成氯化銅，硫酸銅、二氧化硫、氯化銅反應生成氯化亞銅。 (1)印刷電路的廢液(含F(xiàn)e3＋、Cu2＋、Fe2＋、Cl－)加入鐵，三價鐵離子能夠與鐵反應生成二價鐵離子，銅離子能夠與鐵反應生成銅，過濾后濾渣中含有銅和鐵，加入鹽酸，鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵，銅與鹽酸不反應，將銅分離出來。 (2)根據(jù)以上分析可知廢液①與Z反應的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－或2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O。 (3)廢渣②生成二氧化硫的反應是銅和濃硫酸在加熱條件下反應生成，反應的化學方程式為Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 (4)為減少CuCl的損失，析出的CuCl晶體不用水而用無水乙醇洗滌，答案選b。 (5)生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)溶液的pH不能過大的原因是防止生成氫氧化銅沉淀或防止CuCl水解。 (6)依據(jù)圖示可知：CuCl2、CuSO4、SO2、H2O反應生成H2SO4、CuCl，產(chǎn)生CuCl的化學方程式依據(jù)得失電子守恒得到：CuCl2＋CuSO4＋SO2＋2H2O===2CuCl↓＋2H2SO4，反應的離子方程式為：SO2＋2Cu2＋＋2Cl－＋2H2O===2CuCl↓＋SO＋4H＋。 (7)滴定0.25 g樣品消耗硫酸鈰標準溶液的平均體積是25.00 mL，結(jié)合方程式可知：CuCl＋FeCl3===CuCl2＋FeCl2，CuCl的純度為(25.0010－3 L0.1 mol/L99 g/mol)/0.25 g100%＝99%。 4．(2018河南洛陽是五月模擬)鉬酸鈉(Na2MoO4)具有廣泛的用途?？勺鲂滦退幚韯?yōu)良的金屬緩蝕劑及可用于局部過熱的循環(huán)水系統(tǒng)；Al(OH)3工業(yè)和醫(yī)藥上都具有重要用途，現(xiàn)從某廢鉬催化劑(主要成分MoO3、Al2O3、Fe2O3等)中回收Na2MoO4和Al(OH)3，其工藝如圖： 回答下列問題： (1)已知MoO3、Al2O3與SiO2相似，均能在高溫下跟Na2CO3發(fā)生類似反應，試寫出MoO3與Na2CO3反應的化學方程式： MoO3＋Na2CO3Na2MoO4＋CO2↑　。 (2)第②步操作所得的濾液中，溶質(zhì)有Na2MoO4、_NaAlO2__和過量的Na2CO3；檢驗第②步操作所得濾渣中含有三價鐵的方法是_取少量濾渣洗滌液于試管中滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變紅，則證明含＋3價鐵__。 (3)第③步操作H2SO4需要適量，通常是通過_測溶液的pH值__來調(diào)控H2SO4的用量；與Na2SO4相比，Na2MoO4的溶解度受溫度的影響變化_較小__(填“較大”或“較小”)。 (4)利用鋁熱反應可回收金屬鉬。將所得鉬酸鈉溶液用酸處理得到沉淀，再加熱可得MoO3。寫出MoO3發(fā)生鋁熱反應的化學方程式： 4Al＋2MoO32Mo＋2Al2O3　。 (5)取廢鉬催化劑5.00 g，加入5.30 g Na2CO3(足量)，經(jīng)上述實驗操作后，最終得到2.34 g Al(OH)3和6.39 g Na2SO4晶體，則廢鉬催化劑中Al2O3、MoO3的物質(zhì)的量的比值為_3∶1__。 [解析]　(1)MoO3、Al2O3與Na2CO3的反應和SiO2與Na2CO3的反應相似，加入碳酸鈉焙燒時可生成Na2MoO4和NaAlO2，MoO3與Na2CO3反應的化學方程式為MoO3＋Na2CO3Na2MoO4＋CO2↑。 (2)高溫條件下，氧化鋁和碳酸鈉反應生成NaAlO2，濾液中含有焙燒后生成Na2MoO4、NaAlO2以及過量的Na2CO3，檢驗第②步操作所得濾渣中含有三價鐵，取少量濾渣洗滌液于試管中滴加幾滴KSCN溶液，若溶液變紅，則證明含三價鐵。 (3)第③步操作H2SO4需要適量，避免氫氧化鋁溶解，通常是通過測溶液的pH來調(diào)控H2SO4的用量，轉(zhuǎn)化關(guān)系中④蒸發(fā)結(jié)晶溶液得到硫酸鈉晶體和Na2MoO4溶液，與Na2SO4相比，Na2MoO4的溶解度受溫度的影響變化較小，硫酸鈉溶解度收溫度影響大，先析出晶體。 (4)MoO3發(fā)生鋁熱反應，高溫下和鋁反應生成鉬和氧化鋁，反應的化學方程式為：4Al＋2MoO32Mo＋2Al2O3。 (5)加入稀硫酸后，濾渣為Al(OH)3，濾液中含有Na2SO4和Na2MoO4，已知：n(Na2CO3)＝＝0.05 mol，n(Na2SO4)＝＝0.045 mol，則由Na守恒可知n(Na2MoO4)＝0.005 mol,2.34 g Al(OH)3的物質(zhì)的量為＝0.03 mol，根據(jù)Al元素守恒，Al2O3的物質(zhì)的量為0.015 mol，因此，Al2O3、MoO3的物質(zhì)的量之比為0.015 mol∶0.005 mol＝3∶1。 5．以含有Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì)的鉻鐵礦為主要原料生產(chǎn)重鉻酸鈉晶體(Na2Cr2O72H2O)的主要工藝流程如下： 己知：鉻鐵礦在空氣中與純堿煅燒生成Na2CrO4和一種紅棕色固體，同時釋放出CO2氣體，且Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑。請回答： (1)在鉻鐵礦Fe(CrO2)2中，Cr的化合價為_＋3__。 (2)濾渣2的成分為_Al(OH)3__。 (3)將濾渣1放入稀硫酸溶解后得溶液W，檢驗該溶液中金屬離子的方法是_取少量溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅，證明有Fe3＋(其他合理答案也可)__。 (4)根據(jù)有關(guān)國家標準，含CrO的廢水要經(jīng)化學處理，使其濃度降至5.010－7 mol/L以下才能排放。含CrO的廢水處理通常有以下兩種方法。 ①沉淀法： 加入可溶性鋇鹽生成BaCrO4沉淀，再加入可溶性硫酸鹽處理多余的Ba2＋。加入可溶性鋇鹽后的廢水中Ba2＋的濃度應不小于_2.410－4__mol/L，后續(xù)廢水處理方能達到國家排放標準。 ②還原法：CrOCr3＋Cr(OH)3。寫出酸性條件下CrO與綠鞏在溶液中反應的離子方程式： CrO＋3Fe2＋＋8H＋===Cr3＋＋3Fe3＋＋4H2O　。 (5)某高效凈水劑是由K2FeO4得到的，工業(yè)上以溶液W、次氯酸鉀和氫氧化鉀為原料制備K2FeO4，該反應的離子方程式是 2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O　。 [解析]　(1)在鉻鐵礦Fe(CrO2)2中，F(xiàn)e的化合價為＋2，所以Cr的化合價為＋3。 (2)含雜質(zhì)的鉻鐵礦經(jīng)煅燒、溶于水后，只有氧化鐵不溶于水，作為濾渣除去，所以濾渣1的成分是Fe2O3，此時溶液為Na2CrO4和 NaAlO2的混合液，通入CO2氣體會和NaAlO2反應產(chǎn)生Al(OH)3，所以濾渣2的成分是Al(OH)3。 (3)將濾渣Ⅰ放入稀硫酸溶解后得溶液W為Fe2(SO4)3，檢驗Fe3＋的方法是取少量溶液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，溶液變紅，證明有Fe3＋。 (4)①Ksp(BaCrO4)＝1.210－10，c(CrO)＜5.010－7 mol/L，所以c(Ba2＋)＞1.210－10/5.010－7＝2.410－4 mol/L。 ②酸性條件下CrO與綠礬FeSO47H2O反應，CrO作氧化劑，綠礬作還原劑，其離子方程式為CrO＋3Fe2＋＋8H＋===Cr3＋＋3Fe3＋＋4H2O。 (5)W為Fe2(SO4)3，以溶液Fe2(SO4)3、次氯酸鉀和氫氧化鉀為原料制備K2FeO4，該反應的離子方程式是2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。 6．(2018四川重慶二模)從某廢液(含有Fe2＋、Cu2＋、Cl－)中回收銅并制得純凈的FeCl3溶液?，F(xiàn)以制得純凈的FeCl3溶液為原料制取優(yōu)良的水處理劑高鐵酸鉀(K2FeO4)，其流程如下： 已知：高鐵酸鉀(K2FeO4)為暗紫色固體，可溶于水。在中性或酸性溶液中逐漸分解，在堿性溶液中穩(wěn)定。高鐵酸鉀具有強氧化性。高鐵酸鉀(K2FeO4)與水作用產(chǎn)生Fe(OH)3。 (1)檢驗廢液中含有Fe2＋選用的試劑是_KMnO4__(填化學式)；從廢液中制得純凈的FeCl3溶液加入的試劑除鐵粉外，還需要一種試劑是_Cl2__(填化學式)，加入時發(fā)生反應的離子方程式為 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　。 (2)高鐵酸鉀(K2FeO4)在處理水過程中的作用是_強氧化性__和_殺菌消毒__。 (3)“氧化”過程反應的離子方程式為 2Fe3＋＋10OH－＋3ClO－===2FeO＋3Cl－＋5H2O　。 (4)過濾時需用的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯和_漏斗__，上述工藝得到的高錳酸鉀常含有雜質(zhì)，可用重結(jié)晶法提純，操作是：將粗產(chǎn)品用_稀KOH溶液__溶解，然后_加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶__。 (5)用回收的銅為原料可制得粗制CuSO45H2O晶體(含有少量的FeSO47H2O)，除去CuSO45H2O晶體中雜質(zhì)的方法是：向溶液中加入H2O2，再調(diào)解溶液pH，過濾即可制得純凈的CuSO4溶液，進而制得純凈CuSO45H2O的晶體。 已知：室溫時一些物質(zhì)的Ksp如下表： 化學式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2 Ksp 8.010－16 8.010－38 3.010－20 已知溶液中的離子濃度小于110－5 molL－1時就認為沉淀完全。加雙氧水的目的是_使Fe2＋氧化為Fe3＋__；若溶液中CuSO4的濃度為3.0 molL－1，通過計算說明此方法可除去粗制CuSO45H2O晶體中FeSO47H2O的理由_溶液中CuSO4的濃度為3.0_molL－1，則Cu(OH)2開始沉淀時溶液的pH為4，F(xiàn)e3＋完全沉淀時溶液的pH為3.3，通過計算確定上述方案可行。__。