2020届高考化学二轮专题复习与测试：第二部分 题型1 工艺流程综合题 Word版含解析

天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 题型 1　工艺流程综合题 1．化学工艺流程题中原料的预处理。 2．化学工艺流程题中反应条件的控制。 3．化学工艺流程题中方程式的书写。 4．化学工艺流程题中物质的分离与提纯。 5．化学工艺流程题中的化学计算。 测试时间 45 分钟 1．元素铬及其化合物工业用途广泛，但含＋6 价铬的污水会损害 环境，必须进行处理。下图为某工厂处理含铬废水工艺流程： 回答下列问题： (1)请写出 N2H4 的电子式：________。 (2)下列溶液中可以代替上述流程中 N2H4 的是_______(填序号)。 A．FeSO4 溶液　　　 B．浓 HNO3 溶液 C．酸性 KMnO4 溶液 D．Na2SO3 溶液 (3)已知加入 N2H4 的工序中，N2H4 转化为无污染的物质，则该反 应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为______________________。 (4)Cr(OH)3 的化学性质与 Al(OH)3 相似。在上述生产过程中加入 NaOH 溶液时要控制溶液的 pH 不能过高，否则会导致_________(用离 子方程式表示)。 (5)实际工业生产中，有时还采用阳离子交换树脂法来测定沉淀后 溶液中 Cr3＋的含量，其原理是 Mn＋＋nNaR===nNa＋＋MRn，其中 NaR 为阳离子交换树脂，Mn＋为要测定的离子。常温下，将沉淀后的天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 溶液(此时溶液 pH＝5)经过阳离子交换树脂后，测得溶液中 Na ＋比交 换 前 增 加 了 0.046 g·L － 1 ， 则 该 条 件 下 Cr(OH)3 的 Ksp 的 值 为 ______________________。 (6)在含铬废水实际处理中，还可采用直接沉淀的方法，处理成本 较低。已知在含铬废水中存在 Cr2O 2－7 和 CrO 2－4 相互转化平衡，请用 离子方程式表示它们之间的转化反应：______________________。 解析：(1)N2H4 的电子式为 。(2)可以代替题给流程 中 N2H4 溶液，需要具有还原性，能还原重铬酸根离子。FeSO4 溶液中 亚铁离子具有还原性，可以还原 Cr2O 2－7 离子，A 符合；浓 HNO3 溶液 具有强氧化性，不能表现还原性，不能还原 Cr2O2－7 ，B 不符合；酸性 KMnO4 是强氧化剂不能还原 Cr2O2－7 ，C 不符合；Na2SO3 溶液中亚硫 酸根离子具有还原性，可以还原 Cr2O2－7 ，D 符合。(3)加入 N2H4 的流 程中，N2H4 转化为无污染的物质，即生成氮气和水，反应中 N 元素由 －2 价变成 0 价，失去电子数为 4，Cr 元素化合价由＋6 价变成＋3 价， 得到电子数为 6，则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 4∶6 ＝2∶3。(4)Cr(OH)3 的化学性质与 Al(OH)3 相似。如果加入 NaOH 溶 液时溶液的 pH 过高，Cr(OH)3 将被氢氧化钠溶解，离子方程式为 Cr(OH)3＋OH－===CrO－2 ＋2H2O。(5)阳离子交换树脂法来测定沉淀后 溶液中 Cr3＋的含量，其原理是 Cr3＋＋3NaR===3Na＋＋CrR3，其中 NaR 为阳离子交换树脂，Cr3＋为要测定的离子，Na＋比交换前增加了 4.6×10－2 g·L－1，物质的量浓度＝4.6 23 ×10－2 mol·L－1＝2×10－3 mol·L －1，计算被交换的离子 Cr3＋浓度＝1 3 ×2×10－3 mol·L －1，Cr(OH)3(s) 3OH－(aq)＋Cr3＋(aq)，将 pH＝5 的废水经过阳离子交换树脂后，天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 溶液中 c(OH－)＝10－9 mol·L－1，Ksp＝c3(OH－)·c(Cr3＋)＝[10－9]3×1 3 ×2 ×10－3≈6.7×10－31。(6)Cr2O 2－7 和 CrO 2－4 在溶液中相互转化，离子方 程式为 Cr2O2－7 ＋H2O 2CrO2－4 ＋2H＋。 答案：(1) (2)AD (3)2∶3 (4)Cr(OH)3＋OH－===CrO－2 ＋2H2O (5)6.7×10－31 (6)Cr2O2－7 ＋H2O 2CrO2－4 ＋2H＋ 2．(2019·宝鸡质检)下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿 (主要成分为 MnO2)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图： 已知：①浸出液中主要含有 Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等杂质金属 离子； ②生成氢氧化物的 pH 见下表： 物质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ni(OH)2 Co(OH)2 Mn(OH)2 开始沉淀 的 pH 7.5 2.7 7.7 7.6 8.3 完全沉淀 的 pH 9.7 3.7 8.4 8.2 9.8 请回答下列问题： (1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是_____________________。 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ (2)流程图中“①加入 MnO2”的作用是将浸出液中的 Fe2＋氧化为 Fe3 ＋ ， 同 时 自 身 被 还 原 为 Mn2 ＋ 。 该 反 应 的 离 子 方 程 式 是 ____________________________________，其中的 MnO2 可以用试剂 __________(填化学式)代替。 (3)流程图中“②调节 pH”可以除去某种金属离子，应将溶液 pH 调节控制的范围是________________。下列可用于流程中调节 pH 的 试剂是__________________(填序号)。 a．MnCO3　　　　　 b．Na2CO3 c．NaOH d．氨水 (4)向滤液Ⅰ中加入 MnS 的作用是除去 Co2＋、Ni2＋等离子，发生 反应为 MnS＋Ni2＋===NiS＋Mn2＋等。当该反应完全后，滤液 2 中的 Mn2＋与 Ni2＋的物质的量浓度之比是________________[已知 Ksp(MnS) ＝2.8×10－10，Ksp(NiS)＝2.0×10－21]。 (5)上述流程中，能循环使用的一种物质是________________(填化 学式)。 (6)上述流程中在电解前需对电解液中 Mn2＋的含量进行测定。方 法是：取出一定体积的电解液，加入一定质量的 NaBiO3(不溶于水)， 使二者发生反应，反应的氧化产物和还原产物分别是 MnO－4 、Bi3＋。 该反应的离子方程式是____________________________________。 (7)在适当条件下，在 MnSO4、H2SO4 和 H2O 为体系的电解液中 电解也可获得 MnO2，其阳极电极反应式为_________________。 解析：将软锰矿和废铁屑加入过量硫酸浸出，过滤，浸出液中主 要含有 Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等金属离子，加入 MnO2 的作用是将 浸出液中的 Fe2＋氧化为 Fe3＋，同时自身被还原为 Mn2＋，加入 MnCO3 调节溶液的 pH 以除去铁离子，过滤后的滤液中加入 MnS 净化除去天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ Co2＋、Ni2＋等离子，过滤得到滤液再进行电解可得到金属锰和阳极液， 阳极液可循环使用，滤渣 2 为 MnS、CoS、NiS。 (1)“酸浸”前将原料粉碎的目的是增大反应物的接触面积，增大 反应速率。(2)流程图中“①加入 MnO2”的作用是将浸出液中的 Fe2＋ 氧化为 Fe3＋，同时自身被还原为 Mn2＋。该反应的离子方程式是 MnO2 ＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，其中的 MnO2 作氧化剂，可 以用试剂 H2O2 代替。(3)流程图中“②调节 pH”可以除去铁离子，应 将溶液 pH 调节控制的范围是 3.7～7.6，促进铁离子水解。MnCO3 能 与 H＋反应，不引入杂质，故可用 MnCO3 调节 pH。(4)根据沉淀转化 的方程式：MnS＋Ni2＋===NiS＋Mn2＋，Mn2＋与 Ni2＋的物质的量浓度 之比为 c(Mn2＋)∶c(Ni2＋)＝Ksp(MnS)∶Ksp(NiS)＝(2.8× 10－10)∶(2.0×10－21)＝1.4×1011。(5)在题给工艺中，能循环使用的一 种物质是电解过程中阳极液含有的硫酸。(6)电解液中 Mn2＋具有还原 性，加入一定质量的 NaBiO3(不溶于水)，使二者发生反应，反应的氧 化产物和还原产物分别是 MnO－4 、Bi3＋。反应的离子方程式是 5NaBiO3 ＋2Mn2＋＋14H＋===5Bi3＋＋2MnO－4 ＋5Na＋＋7H2O。(7)在适当条件下， 电解 MnSO4 时 MnSO4 在阳极失去电子得到 MnO2，其阳极电极反应 式为 Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。 答案：(1)增大反应物的接触面积，增大反应速率 (2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O　H2O2 (3)3.7～7.6　a (4)1.4×1011 (5)H2SO4 (6)2Mn2＋＋5NaBiO3＋14H＋===2MnO－4 ＋5Bi3＋＋5Na＋＋7H2O (7)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋ 3．(2019·韶关调研)锌锰干电池是很古老的一次性电池，它的生产天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 原料主要有软锰矿和闪锌矿。已知闪锌矿中含 ZnS 约 80%，FeS、CuS、 SiO2 共约 7%，其余为水分；软锰矿中含 MnO2 约 a%，SiO2 约 20%， Al2O3 约 4%，其余为水分。科研人员开发了综合利用软锰矿和闪锌矿 的同槽酸浸工艺，工艺流程如下图所示。 请回答下列问题： (1)反应Ⅰ需不断搅拌，目的是____________________________。 (2)检验反应Ⅰ的滤液中含有 Fe3＋的试剂为________；写出反应Ⅰ 中由 FeS 生成 Fe3＋的离子方程式_____________________________ _____________________________________________________。 (3)反应Ⅱ加入适量锌的作用是__________________________； 反应Ⅲ中 MnO2 的作用是_______________________________。 (4)已知 ZnCO3、MnCO3 的 Ksp 分别为 1.4×10－10、2.2×10－11； 要使反应Ⅳ之后的溶液中 Zn2＋、Mn2＋浓度均降到 1.0×10－6 mol·L－1， 则溶液中残留的 CO 2－3 浓度至少为__________ mol·L－1。 (5)如图是 Na2SO4 和 Na2SO4·10H2O 的溶解度曲线，则Ⅳ中得到 Na2SO4 固体的操作是：将分离出 MnCO3 和 ZnCO3 后的滤液________ →________→ 用乙醇洗涤→干燥。用乙醇洗涤而不用水洗的原因是 __________________________________________。天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 解析：(1)反应Ⅰ是闪锌矿、软锰矿在硫酸中的溶解过程，搅拌是 为了增大反应速率，提高原料利用率。(2)Fe3＋遇 KSCN 溶液变成红色， 遇苯酚溶液显紫色，故欲检验Ⅰ的滤液中含有 Fe3 ＋ 的试剂为： KSCN(或苯酚)；反应Ⅰ中由 FeS 和 MnO2 在酸性溶液中反应生成 Fe3＋、H2O、S、Mn2＋，反应的离子方程式为 2FeS＋3MnO2＋12H＋ ===2Fe3＋＋2S＋3Mn2＋＋6H2O。(3)由图可知，反应Ⅱ加入适量锌有铜 析出，故反应Ⅱ是将溶液中的 Cu2＋还原为 Cu；反应Ⅲ中加入 MnO2， 将 Fe2＋氧化成 Fe3＋，最终生成 Fe(OH)3 沉淀。(4)欲使 Zn2＋、Mn2＋浓 度均降到 1.0×10－6mol·L－1，根据 ZnCO3 的 Ksp＝1.4×10－10，即 c(Zn2 ＋)·c(CO2－3 )＝1.4×10－10，求得：c(CO2－3 )＝1.4×10－10÷(1.0×10－6)＝ 1.4×10－4 mol·L－1，同理可求使 Mn2＋沉淀，当 Mn2＋浓度均降到 1.0× 10－6mol·L－1 时，c(CO2－3 )＝2.2×10－4 mol·L－1，所以溶液中残留的 CO 2－3 浓度至少为 1.4×10 －4 mol·L －1。(5)由图象溶解度曲线变化可知， Na2SO4 的溶解度在温度较高时，随温度升高而降低，而 Na2SO4·10H2O 的溶解度随温度升高而增大，欲得到 Na2SO4 晶体，应采取加热蒸发溶 剂使 Na2SO4 结晶析出，并趁热过滤；因 Na2SO4 在乙醇中难于溶解， 所以用乙醇洗涤既防止 Na2SO4 和水作用生成 Na2SO4·10H2O，又能防 止 Na2SO4 因溶于水而损耗。 答案：(1)增大反应速率，提高原料利用率 (2)KSCN(或苯酚)　2FeS＋3MnO2＋12H＋===2Fe3＋＋2S＋天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 3Mn2＋＋6H2O (3)将溶液中的 Cu2＋还原成 Cu　将 Fe2＋氧化成 Fe3＋ (4)1.4×10－4 (5) 蒸 发 结 晶 　 趁 热 过 滤 　 防 止 Na2SO4 固 体 转 化 为 Na2SO4·10H2O，并防止 Na2SO4 因溶于水而损耗 4．工业上采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为 Fe 2O3、 SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取绿矾(FeSO4·7H2O)，其制备工艺流 程如下： 结合所学知识回答： (1)溶解烧渣选用的酸应为____________(填化学式)，选用的试剂 X 为____________(填试剂名称)。 (2)加入 NaOH 控制 pH 的目的是__________________________。 (3) 从 溶 液 2 得 到 FeSO4·7H2O 的 实 验 操 作 主 要 步 骤 是 ______________________。 (4)为了测定获得的绿矾产品的纯度，进行了如下实验操作： Ⅰ.称取 2.850 g 绿矾产品，溶解，用 250 mL 容量瓶配制成待测液； Ⅱ.量取 25.00 mL 待测溶液置于锥形瓶中； Ⅲ.用硫酸酸化的 0.010 00 mol·L－1 KMnO4 溶液滴定至终点，消耗 KMnO4 溶液体积的平均值为 20.00 mL。 ①判断此滴定实验达到终点的方法是______________________ _____________________________________________________。 ②该滴定反应的离子方程式为___________________________。 ③上述样品中 FeSO4·7H2O 的纯度为______________________。天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ (5)古代炼丹家以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料，放在炼丹炉中煅烧可 制得绿矾油。下图是 2.780 g 绿矾隔绝空气受热分解时，所得固体产物 的质量随温度变化的曲线。将加热产生的所有气体通入足量的 BaCl2 溶液，得到白色沉淀 1.165 g。则 t1～t2 段发生反应的化学方程式为 __________________________________。 解析：硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为 Fe 2O3 、SiO 2 、 Al2O3，不考虑其他杂质)中加入足量稀硫酸，发生的反应有 Fe2O3＋ 3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、Al 2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O， SiO2 不溶于稀硫酸，然后过滤，得到的固体 1 成分为 SiO2，滤液 1 中 含有 Fe2(SO4)3、H2O、Al2(SO4)3；在滤液 1 中加入 X，然后加入 NaOH 溶液并调节溶液的 pH，得到固体 Al(OH)3 和溶液 2，从溶液 2 中能得 到 FeSO4·7H2O 晶体，说明溶液 2 中溶质为 FeSO4，则 X 具有还原性， 能将 Fe3＋还原为 Fe2＋，且不能引进新的杂质，则 X 为 Fe，加入 Fe 发 生的离子反应有 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，将溶 液 2 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到 FeSO4·7H2O 晶体。 (1)制取 FeSO4·7H2O，为不引入杂质，故酸应选择硫酸；试剂 X 的作用是将 Fe3＋还原为 Fe2＋，且不引入新杂质，则 X 为铁单质。(2) 加入 NaOH 控制溶液 pH 是为了使 Al3＋转化为 Al(OH)3 沉淀，而不使 Fe2＋沉淀。(3)将 FeSO4 溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干 燥可得到 FeSO4·7H2O 晶体。 答案：(1)H2SO4　铁粉 (2)使 Al3＋转化为 Al(OH)3 沉淀，而不使 Fe2＋沉淀天添资源网 http://www.ttzyw.com/ 天添资源网 http://www.ttzyw.com/ (3)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、自然干燥 (4)①滴加最后一滴 KMnO4 溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内 不褪色　②MnO －4 ＋5Fe 2 ＋ ＋8H ＋ ===Mn2 ＋ ＋5Fe 3 ＋ ＋4H 2O　③ 97.5% (5)2FeSO4 ===== 高温 Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑