專題專項訓(xùn)練(二)無機化工流程

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1、第 8 頁 共 8 頁專題專項訓(xùn)練(二) 無機化工流程1(2016南通模擬)ZrO2常用作陶瓷材料,可由鋯英砂(主要成分為ZrSiO4,也可表示為ZrO2SiO2,還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))通過如下方法制取。已知:ZrO2能與燒堿反應(yīng)生成可溶于水的Na2ZrO3,Na2ZrO3與酸反應(yīng)生成ZrO2。部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。金屬離子Fe3Al3ZrO2開始沉淀時pH1.93.36.2沉淀完全時pH3.25.28.0(1)熔融時ZrSiO4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_,濾渣的化學(xué)式為_。(2)為使濾液的雜質(zhì)離子沉淀完全,需用氨水調(diào)pHa,則a的范圍

2、是_;繼續(xù)加氨水至pHb時,所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。(3)向過濾所得濾液中加入CaCO3粉末并加熱,得到兩種氣體。該反應(yīng)的離子方程式為_。(4)為得到純凈的ZrO2,Zr(OH)4需要洗滌,檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是_。解析:(1)鋯英砂在NaOH熔融下,生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2,F(xiàn)e2O3不溶,再加入HCl酸浸時,F(xiàn)e2O3溶解生成Fe3,Na2ZrO3轉(zhuǎn)化成ZrO2,Na2SiO3轉(zhuǎn)化成H2SiO3沉淀,NaAlO2轉(zhuǎn)化成Al3,ZrSiO4與NaOH反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng),根據(jù)元素守恒可配平反應(yīng)。(2)加入氨水,使Fe3、Al3雜質(zhì)除去,但不可使Zr

3、O2沉淀,所以pH的范圍為5.26.2。繼續(xù)加入氨水,使ZrO2轉(zhuǎn)化為Zr(OH)4沉淀,根據(jù)電荷守恒知,產(chǎn)物有2 mol NH生成,根據(jù)N守恒知,反應(yīng)物有2 mol NH3H2O參加反應(yīng),根據(jù)H、O元素守恒知,反應(yīng)物需要補充1 mol H2O。(3)NH水解顯酸性,加入CaCO3可生成CO2,同時促進(jìn)了NH水解,生成NH3。(4)過濾處的濾液為NH4Cl,Zr(OH)4沉淀是否洗滌干凈,只要檢驗濾液中是否含有Cl即可。答案:(1)ZrSiO44NaOH高溫,Na2SiO3Na2ZrO32H2OH2SiO3(或H4SiO4)(2)5.26.2ZrO22NH3H2OH2O=Zr(OH)42NH(

4、3)2NHCaCO3Ca22NH3CO2H2O(4)取最后一次洗滌液,向其中滴加稀硝酸,再滴加硝酸銀溶液,若無沉淀生成,則Zr(OH)4洗滌干凈2(2015安徽高考)硼氫化鈉(NaBH4)在化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,某研究小組采用偏硼酸鈉(NaBO2)為主要原料制備NaBH4,其流程如下:已知:NaBH4常溫下能與水反應(yīng),可溶于異丙胺(沸點:33 )。(1)在第步反應(yīng)加料之前,需要將反應(yīng)器加熱至100 以上并通入氬氣,該操作的目的是_,原料中的金屬鈉通常保存在_中,實驗室取用少量金屬鈉需要用到的實驗用品有_、_、玻璃片和小刀等。(2)請配平第步反應(yīng)的化學(xué)方程式:NaBO2SiO2NaH2N

5、aBH4Na2SiO3(3)第步分離采用的方法是_;第步分出NaBH4并回收溶劑,采用的方法是_。(4)NaBH4(s)與水(l)反應(yīng)生成NaBO2(s)和氫氣(g),在25 、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4 (s)放熱21.6 kJ,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_。解析:(1)通入氬氣后排凈反應(yīng)器中的水蒸氣和空氣,防止Na、NaBH4與水和空氣中的O2反應(yīng);金屬鈉通常保存在煤油中;在取用鈉時,應(yīng)用鑷子將鈉從煤油中取出,并用濾紙吸干表面的煤油。(2)在該反應(yīng)中,金屬Na由0價升高到1價,而H2中的H由0價降低到1價,其余元素的化合價都未改變,可設(shè)NaBH4的系數(shù)為1,根據(jù)H守恒可

6、知H2的系數(shù)為2,根據(jù)電子守恒可知,Na的系數(shù)為4,根據(jù)B守恒可知NaBO2的系數(shù)為1,根據(jù)Na守恒可知Na2SiO3的系數(shù)為2,根據(jù)Si守恒可知SiO2的系數(shù)為2。(3)經(jīng)過第步后得到溶液和固體,故該操作為過濾;由于異丙胺的沸點較低,故第步可以采用蒸餾的方法分離出NaBH4并回收溶劑。(4)NaBH4與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaBH42H2O=NaBO24H2,3.8 g NaBH4的物質(zhì)的量為0.1 mol,故1 mol NaBH4與水反應(yīng)時放出216.0 kJ熱量,由此可寫出熱化學(xué)方程式。答案:(1)除去反應(yīng)器中的水蒸氣和空氣煤油鑷子濾紙(2)124212(3)過濾蒸餾(4)NaBH4(s

7、)2H2O(l)=NaBO2(s)4H2(g)H216.0 kJmol13(2016文登市二模)MnO2是重要化學(xué)物質(zhì),某學(xué)習(xí)小組設(shè)計了將粗MnO2(含有較多的MnO、MnCO3和Fe2O3)樣品轉(zhuǎn)化為純MnO2實驗,其流程如下:按要求回答下列問題(1)第步操作中,氧化性強弱順序:ClO_MnO2(填“”或“”),當(dāng)NaClO3轉(zhuǎn)移2 mol電子時,生成的氧化產(chǎn)物的物質(zhì)的量為_mol。NaClO3在常溫下能夠與鹽酸反應(yīng)生成氯氣,該反應(yīng)的離子方程式為_。(2)第步操作中,最終得到的固體除NaClO3外,還一定含有下列物質(zhì)中的_。aNaClbNaClO cNaClO4 dNaOH(3)MnO2是堿

8、性鋅錳電池的正極材料,則堿性鋅錳電池放電時,正極的電極反應(yīng)式是_。(4)為得到純凈的MnO2,須將過濾后的MnO2合并后進(jìn)行洗滌,判斷是否洗滌干凈可選用的試劑是_(填寫一組即可)。工業(yè)上可以以石墨為電極電解酸化的硫酸錳制取二氧化錳,該反應(yīng)的陽極反應(yīng)式為_。解析:粗MnO2(含有較多的MnO、MnCO3和Fe2O3)樣品中加入過量的稀硫酸,由于MnO2不溶于硫酸,則樣品中的MnO和MnCO3分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO4,過濾得濾液為硫酸錳溶液,加入NaClO3發(fā)生反應(yīng)為5Mn22ClO4H2O=5MnO2Cl28H,再過濾得到濾液和二氧化錳固體,而氯氣與熱的氫氧化鈉反應(yīng)生成氯酸鈉方程式為

9、3Cl26NaOH=NaClO35NaCl3H2O。(1)已知5Mn22ClO4H2O=5MnO2Cl28H,ClO作氧化劑,MnO2作氧化產(chǎn)物,則氧化性:ClOMnO2;當(dāng)NaClO3轉(zhuǎn)移2 mol電子時,消耗NaClO3為0.4 mol,則生成MnO2為1 mol;NaClO3在常溫下與鹽酸反應(yīng)生成氯氣,其反應(yīng)的離子方程式為ClO5Cl6H=3Cl23H2O。(2)第步操作中NaOH過量,發(fā)生的反應(yīng)為3Cl26NaOH=NaClO35NaCl3H2O,則最終得到的固體除NaClO3外,還有NaOH和NaCl。(3)原電池中負(fù)極失去電子,正極得到電子,因此堿性鋅錳電池放電時,正極是二氧化錳得

10、到電子,則電極反應(yīng)式為MnO2H2Oe=MnOOHOH。(4)若沉淀沒有洗滌干凈,則濾液中含有硫酸根離子,檢驗硫酸根離子選用氯化鋇溶液;電解時,Mn2在陽極失電子生成MnO2,其電極方程式為Mn22e2H2O=MnO24H。答案:(1)1ClO5Cl6H=3Cl23H2O(2)ad(3)MnO2H2Oe=MnOOHOH(4)氯化鋇溶液Mn22e2H2O=MnO24H4(2015山東高考)毒重石的主要成分為BaCO3(含Ca2、Mg2、Fe3等雜質(zhì)),實驗室利用毒重石制備BaCl22H2O的流程如下:(1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨,目的是_。實驗室用37%的鹽酸配制15%的鹽酸,除量筒外還需

11、使用下列儀器中的_。a燒杯b容量瓶c玻璃棒d滴定管(2)加入NH3H2O調(diào)pH8可除去_(填離子符號),濾渣中含_(填化學(xué)式)。加入H2C2O4時應(yīng)避免過量,原因是_。Ca2Mg2Fe3開始沉淀時的pH11.99.11.9完全沉淀時的pH13.911.13.2已知:Ksp(BaC2O4)1.6107,Ksp(CaC2O4)2.3109(3)利用間接酸堿滴定法可測定Ba2的含量,實驗分兩步進(jìn)行。已知:2CrO2H=Cr2OH2OBa2CrO=BaCrO4步驟:移取x mL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中,加入酸堿指示劑,用b molL1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點,測得滴加鹽酸的體積為V0 mL。

12、步驟:移取y mL BaCl2溶液于錐形瓶中,加入x mL與步驟相同濃度的Na2CrO4溶液,待Ba2完全沉淀后,再加入酸堿指示劑,用b molL1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點,測得滴加鹽酸的體積為V1 mL。滴加鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液時應(yīng)使用酸式滴定管,“0”刻度位于滴定管的_(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的濃度為_molL1。若步驟中滴加鹽酸時有少量待測液濺出,Ba2濃度測量值將_(填“偏大”或“偏小”)。解析:(1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨,目的是增大與鹽酸的接觸面積,加快反應(yīng)速率。實驗室配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液時,需用到的儀器是量筒、燒杯和玻璃棒。(2)由流程圖和表中數(shù)據(jù)可知,pH8時,可除去

13、Fe3;調(diào)節(jié)pH12.5時,Mg2完全沉淀,Ca2部分沉淀,故濾渣中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2;加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2,使Ca2(aq)C2O(aq)=CaC2O4(s),當(dāng)H2C2O4過量時,也可能使c(Ba2)c(C2O)Ksp(BaC2O4),而生成BaC2O4沉淀,導(dǎo)致產(chǎn)品BaCl22H2O的量減少。(3)由方程式2CrO2H=Cr2OH2O知,步驟中加入的CrO的總物質(zhì)的量為b molL1 L mol。步驟中,加入BaCl2充分反應(yīng)后,剩余的CrO的物質(zhì)的量為b molL1 L mol,與Ba2反應(yīng)的CrO的物質(zhì)的量為 mol mol mol,由方程式

14、Ba2CrO=BaCrO4得,n(Ba2)n(CrO),所以BaCl2的濃度:c(BaCl2) molL1。若步驟中滴加鹽酸時,有少量待測液濺出,造成V1的用量減小,所以的測量值將偏大。答案:(1)增大接觸面積從而使反應(yīng)速率加快a、c(2)Fe3Mg(OH)2、Ca(OH)2H2C2O4過量會導(dǎo)致生成BaC2O4沉淀,產(chǎn)品產(chǎn)量減少(3)上方偏大5氧化鋅為白色粉末,可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅含有Fe()、Mn()、Ni()等雜質(zhì)的流程如下:工業(yè)ZnO浸出液 濾液 濾液 濾餅ZnO提示:在本實驗條件下,Ni()不能被氧化;高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2。回答下列問題:(1)反應(yīng)中

15、除掉的雜質(zhì)離子是_,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_;在加高錳酸鉀溶液前,若pH較低,對除雜的影響是_。(2)反應(yīng)的反應(yīng)類型為_,過濾得到的濾渣中,除了過量的鋅外還有_。(3)反應(yīng)形成的沉淀要用水洗,檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是_。(4)反應(yīng)中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的濾餅11.2 g,煅燒后可得到產(chǎn)品8.1 g,則x等于_。解析:(1)經(jīng)反應(yīng)所得浸出液中含有Zn2、Fe2、Mn2、Ni2。經(jīng)反應(yīng),F(xiàn)e2被氧化為Fe3,進(jìn)而形成Fe(OH)3沉淀,Mn2被氧化為MnO2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式分別為:MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H,2MnO3Mn22H2

16、O=5MnO24H。在加高錳酸鉀溶液前,若溶液的pH較低,鐵離子和錳離子不能生成沉淀,從而無法除去鐵和錳雜質(zhì)。(2)反應(yīng)為ZnNi2=Zn2Ni,過濾得到的濾渣中,除了過量的鋅外還有被置換出來的鎳。(3)若該沉淀沒有洗滌干凈,則沉淀上一定附著有SO。具體的檢驗方法是取少量最后濾出的水洗液于試管中,滴入12滴稀硝酸,再滴入硝酸鋇溶液,若無白色沉淀生成,則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈。(4)ZnCO3xZn(OH)2(1x)ZnOCO2xH2Om81(1x)4418x4418x81 g11.2 g8.1 g3.1 g 則,解得x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25

17、H、2MnO3Mn22H2O=5MnO24H鐵離子和錳離子不能生成沉淀,從而無法除去鐵和錳雜質(zhì)(2)置換反應(yīng)鎳(3)取少量水洗液于試管中,滴入12滴稀硝酸,再滴入硝酸鋇溶液,若無白色沉淀生成,則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈(4)16草酸鈷用途廣泛,可用于指示劑和催化劑制備。一種利用水鈷礦主要成分為Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等制取CoC2O42H2O工藝流程如下:已知:浸出液含有的陽離子主要有H、Co2、Fe2、Mn2、Ca2、Mg2、Al3等;部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)

18、2完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8(1)浸出過程中加入Na2SO3的目的是將_還原(填離子符號)。(2)NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2氧化成Fe3,產(chǎn)物中氯元素處于最低化合價。該反應(yīng)的離子方程式為_。(3)請用平衡移動原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe3、Al3轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀的原因:_。(4)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。濾液中加入萃取劑的作用是_;使用萃取劑適宜的pH是_。A接近2.0B接近3.0C接近4.0(5)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2與Mg2轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)7.351011、Ksp(CaF2)1.0510

19、10。當(dāng)加入過量NaF后,所得濾液c(Mg2)/c(Ca2)_。解析:(1)亞硫酸鈉溶液具有還原性,在浸出過程中加入Na2SO3的目的是將Fe3、Co3還原。(2)NaClO3的作用是將浸出液中的Fe2氧化成Fe3,產(chǎn)物中氯元素處于最低化合價1價,則根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒,該反應(yīng)的離子方程式為ClO6Fe26H=6Fe3Cl3H2O。(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3、Al3轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀的原因是:Fe33H2OFe(OH)33H、Al33H2OAl(OH)33H,加入碳酸鈉后,H與CO反應(yīng),使水解平衡右移,從而產(chǎn)生沉淀。(4)根據(jù)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系。濾液中加入萃取劑的作用是除掉錳離子;使用萃取劑適宜的pH是接近3.0。(5)“除鈣、鎂”是將溶液中Ca2與Mg2轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。當(dāng)加入過量NaF后,得到的是MgF2、CaF2的過飽和溶液,根據(jù)溶液中氟離子的濃度相等,則所得濾液c(Mg2)/c(Ca2)Ksp(MgF2)/Ksp(CaF2)7.351011/1.0510100.7。答案:(1)Fe3、Co3(2)ClO6Fe26H=6Fe3Cl3H2O(3)溶液中存在平衡Fe33H2OFe(OH)33H、Al33H2OAl(OH)33H,加入碳酸鈉后,H與CO反應(yīng),使水解平衡右移,從而產(chǎn)生沉淀(4)除去Mn2B(5)0.7

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