2022年高考化學(xué)一輪綜合復(fù)習(xí) 第八章 水溶液中的離子平衡 水溶液中的離子平衡 專題講座五 化工流程題的解題指導(dǎo)練習(xí)

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1、2022年高考化學(xué)一輪綜合復(fù)習(xí) 第八章 水溶液中的離子平衡 水溶液中的離子平衡 專題講座五 化工流程題的解題指導(dǎo)練習(xí)考綱研讀1.從試題提供的新信息中,準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容,并經(jīng)與已有知識(shí)塊整合,重組為新知識(shí)塊的能力。2.將實(shí)際問題分解,通過運(yùn)用相關(guān)知識(shí),采用分析、綜合的方法,解決簡單化學(xué)問題的能力。3.將分析和解決問題的過程及成果,用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá),并做出解釋的能力。一、工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)二、工業(yè)流程題分類突破題型一物質(zhì)制備類化工流程題1核心反應(yīng)陌生方程式的書寫關(guān)注箭頭的指向:箭頭指入反應(yīng)物,箭頭指出生成物。(1)氧化還原反應(yīng):熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律,判斷產(chǎn)物,配平。

2、(2)非氧化還原反應(yīng):結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實(shí)際判斷產(chǎn)物。2原料的預(yù)處理(1)溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。水浸與水接觸反應(yīng)或溶解浸出固體加水(酸)溶解得到離子酸浸在酸溶液中反應(yīng),使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過過濾除去的溶解過程浸出率固體溶解后,離子在溶液中的含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)(2)灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。3常用的控制反應(yīng)條件的方法(1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn):能與H反應(yīng),使溶液pH增大;不引入新雜質(zhì)。例如:若要除去Cu2中混有的Fe3,可加入CuO、CuCO

3、3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng)。(3)趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時(shí)會(huì)析出。(4)冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。例1(2016全國卷,28)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如下:回答下列問題:(1)NaClO2中Cl的化合價(jià)為_。(2)寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式_。(3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時(shí),為除去Mg2和Ca2,要加入的試劑分別為_、_?!半娊狻敝?/p>

4、陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是_。(4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是_。(5)“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為_。(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))解題流程第一步:讀題目,明確目的制備NaClO2第二步:審流程,分塊破題拆分工藝流程第三步:看設(shè)問,結(jié)合題中的問題,回到流程圖中找答案。得分秘籍(1)設(shè)問一般相對(duì)獨(dú)立,無連帶效應(yīng),一個(gè)問題解決不了不會(huì)影響下一個(gè)問題的解決。(2)題中基本上都有與流程無關(guān)的問題,可直接作答;對(duì)于超綱

5、知識(shí),題目中要么有信息提示,要么與解答題目無關(guān)。答案(1)3(2)2NaClO3H2SO4SO2=2NaHSO42ClO2(3)NaOH溶液Na2CO3溶液ClO(或NaClO2)(4)21O2(5)1.57題型二提純類化工流程題1明確常用的提純方法(1)水溶法:除去可溶性雜質(zhì)。(2)酸溶法:除去堿性雜質(zhì)。(3)堿溶法:除去酸性雜質(zhì)。(4)氧化劑或還原劑法:除去還原性或氧化性雜質(zhì)。(5)加熱灼燒法:除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。(6)調(diào)節(jié)溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3等。2明確常用的分離方法(1)過濾:分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。(2)萃取和分液:利用溶

6、質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸發(fā)結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì),如NaCl。(4)冷卻結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸餾或分餾:分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物,如分離乙醇或甘油。(6)冷卻法:利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。例2(2017合肥模擬)高純活性氧化鋅可用于光催化、光電極、彩色顯影等領(lǐng)域。以工業(yè)級(jí)氧化鋅(含F(xiàn)e2、Mn2、Cu2、Ni2、Cd2等)為原料,用硫酸浸

7、出法生產(chǎn)高純活性氧化鋅的工藝流程如下:已知KspFe(OH)34.01038?;卮鹣铝袉栴}:(1)浸出時(shí),為了提高浸出效率可采用的措施有(寫兩種):_。(2)氧化時(shí),加入KMnO4溶液是為了除去浸出液中的Fe2和Mn2(溶液中Mn全部轉(zhuǎn)化為MnO2),請(qǐng)配平下列除去Fe2的離子方程式:MnOFe2_=MnO2Fe(OH)3H(3)加入鋅粉的目的是_。(4)已知H2SO4浸出液中,c(Fe2)5.04mgL1、c(Mn2)1.65mgL1。加入KMnO4溶液反應(yīng)一段時(shí)間后,溶液中c(Fe3)0.56mgL1,若溶液pH3,則此時(shí)Fe3_(填“能”或“不能”)生成沉淀。若要除盡1m3上述浸出液中的

8、Fe2和Mn2,需加入_gKMnO4。解析(1)為了提高浸出效率,可以適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌、將固體粉碎、提高浸出溫度等。(2)錳元素由7價(jià)降低到4價(jià),而鐵元素由2價(jià)升高到3價(jià),根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平方程式。(3)加入鋅粉的目的是消耗溶液中的H,調(diào)節(jié)溶液pH,促進(jìn)溶液中的Cu2、Ni2、Cd2等形成沉淀而除去。(4)c(Fe3)1.0105molL1,此時(shí)溶液中c(OH)1.01011molL1,c(Fe3)c3(OH)1.01038KspFe(OH)3,故不能生成Fe(OH)3沉淀。加入KMnO4將Fe2和Mn2分別氧化為Fe3和MnO2,而KMnO4被還原為MnO2,根據(jù)

9、得失電子守恒可知,加入KMnO4的質(zhì)量為158 gmol17.9 g。答案(1)將工業(yè)級(jí)氧化鋅粉碎、攪拌,增大硫酸濃度(其他合理答案也可)(2)137H2O135(3)調(diào)節(jié)溶液pH,除去溶液中的Cu2、Ni2、Cd2等(4)不能7.91(2015全國卷,27)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示:回答下列問題:(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_。為提高浸出速率,除適當(dāng)增加硫酸濃度外,還可采取的措施有_(寫出兩條)。(2)

10、利用_的磁性,可將其從“浸渣”中分離?!敖敝羞€剩余的物質(zhì)是_(寫化學(xué)式)。(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是_。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5,目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是_(填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機(jī)合成中的重要還原劑,其電子式為_。(6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼,用化學(xué)方程式表示制備過程:_。答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)將Fe2氧化為Fe3使Al3和Fe3形成氫氧化物沉淀

11、而除去(4)(七水)硫酸鎂(5)(6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg2B3MgO解析(1)Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)生成H3BO3、MgSO4,配平即可。為提高浸出速率,可以從溫度(升高溫度)、濃度、增大接觸面積(將礦石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4具有磁性,可以利用鐵塊將其從“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4,CaO與H2SO4生成CaSO4微溶于水,所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。此時(shí)溶液中除H3BO3外還有MgSO4由(1)中反應(yīng)生成、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“凈化除雜”先加H2O2的目的是將Fe2氧化為Fe3,然后再

12、通過調(diào)節(jié)pH促進(jìn)Fe3、Al3水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是沒有除去的MgSO4。(5)NaBH4由Na和BH組成。其中的氫顯1價(jià),1價(jià)的H具有較強(qiáng)的還原性。(6)以硼酸和金屬鎂為原料制備單質(zhì)硼的過程:H3BO3分解生成B2O3,B2O3與金屬鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)B。2軟錳礦的主要成分為MnO2,還含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等雜質(zhì),工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO4H2O的流程如下:已知:部分金屬陽離子完全沉淀時(shí)的pH如下表金屬陽離子Fe3Al3Mn2Mg2完全沉淀時(shí)的pH3.25.210.412.4溫度高于27時(shí),MnS

13、O4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低。(1)“浸出”過程中MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2的離子方程式為_。(2)第1步除雜中加入H2O2的目的是_。(3)第1步除雜中形成濾渣1的主要成分為_(填化學(xué)式),調(diào)pH至56所加的試劑,可選擇_(填以下試劑的序號(hào)字母)。aCaObMgOcAl2O3d氨水(4)第2步除雜,主要是將Ca2、Mg2轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去,寫出MnF2除去Mg2的離子反應(yīng)方程式:_,該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為_。(已知:MnF2的Ksp5.3103;CaF2的Ksp1.51010;MgF2的Ksp7.41011)(5)采用“趁熱過濾”操作的原因是_。(6)取少量MnSO4H2O溶于水,

14、配成溶液,測(cè)其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性,原因是_(用離子方程式表示)。答案(1)MnO2SO2=SOMn2(2)將Fe2氧化為Fe3(3)Al(OH)3、Fe(OH)3ab(4)MnF2Mg2?Mn2MgF27.2107(5)減少M(fèi)nSO4H2O在水中的溶解,得到更多產(chǎn)品(6)Mn22H2O?Mn(OH)22H解析(1)“浸出”過程中MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng),離子方程式為MnO2SO2=SOMn2。(2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2氧化為Fe3,以便于形成Fe(OH)3沉淀,過濾將沉淀除去。(3)第1步除雜時(shí)調(diào)整溶液的pH在56,可以使溶液中的Al3、Fe3分別形成Al

15、(OH)3、Fe(OH)3沉淀,所以形成濾渣1的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3;在調(diào)pH至56時(shí),為了不引入新的雜質(zhì)離子,所加的試劑應(yīng)該可以與酸發(fā)生反應(yīng),可選擇含有Ca2、Mg2的化合物CaO、MgO,a、b正確。(4)第2步除雜,主要是將Ca2、Mg2轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去,MnF2除去Mg2的離子反應(yīng)方程式是MnF2Mg2?Mn2MgF2;該反應(yīng)的平衡常數(shù)K7.2107。(5)由已知溫度高于27 時(shí),MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低,故采用“趁熱過濾”操作可以減少M(fèi)nSO4H2O在水中的溶解,得到更多產(chǎn)品。(6)MnSO4是強(qiáng)酸弱堿鹽,Mn2發(fā)生水解反應(yīng)。3(201

16、6全國卷,28)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2.22.92.83.122286065121以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線:回答下列問題:(1)“酸浸”時(shí)V2O5轉(zhuǎn)化為VO,反應(yīng)的離子方程式為_,同時(shí)V2O4轉(zhuǎn)化成VO2?!皬U渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3mol的VO2變?yōu)閂O,則需要氧化劑KClO3至少為_mol。(3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有_。(4

17、)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為4ROHV4OR4V4O124OH(ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應(yīng)該呈_性(填“酸”“堿”或“中”)。(5)“流出液”中陽離子最多的是_。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_。答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)堿(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3解析(1)“酸浸”時(shí)V2O5轉(zhuǎn)化為VO,前后V元素化合價(jià)不變,說明沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng),則反應(yīng)的離子方程式為V2O52H=2VOH2O。由于SiO2與H2SO4不

18、反應(yīng),故“廢渣1”的主要成分為SiO2。(2)VO2變?yōu)閂O,V的化合價(jià)由4價(jià)升高到5價(jià),轉(zhuǎn)移1e,而氧化劑KClO3則被還原為KCl,化合價(jià)由5價(jià)降低為1價(jià),轉(zhuǎn)移6e,故欲使3 mol VO2變?yōu)閂O,需氧化劑KClO3的物質(zhì)的量至少為3 mol160.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3、Al3,在“中和”時(shí)生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,所以“廢渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由題意知逆反應(yīng)是“洗脫”,在堿性環(huán)境中有利于向“洗脫”方向進(jìn)行,故淋洗液應(yīng)呈堿性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH,所以“流出液”中陽離子最多的是K。(6)根據(jù)原子守恒可知偏釩酸銨“煅燒”生成五氧化二釩、氨氣和水蒸氣,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4VO3V2O5H2O2NH3。

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