(新高考)高考化学一轮复习课时练习第3章热点强化练4工艺流程中的热点金属(含解析)

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热点强化练4　工艺流程中的热点金属1．(2020·湖北武汉市高三模拟)三氯化钌是一种重要的贵金属化合物，广泛应用于氯碱工业中金属阳极钌涂层及加氢催化剂。Ⅰ.三氯化钌的制备将金属钌粉与氯化钠混合后，加入微量还原性淀粉，将温度升高到800～1 000 ℃，再往熔融的熔体中通入氯气，大部分钌粉转化为氯钌酸钠(Na2RuCl6)，再经过一系列化学工艺制备出三氯化钌。(1)生成氯钌酸钠的化学方程式为_______________________________________________________________________________________________________。(2)升温阶段加入还原性淀粉的作用是___________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.三氯化钌的回收从废弃催化剂回收三氯化钌的一种工艺流程如下图所示：回答下列问题：(3)“氧化”时加H2SO4的目的__________________________________________________________________________________________________________。(4)“吸收”过程中加入乙醇的作用是___________________________________________________________________________________________________。(5)可用氢还原重量法测定产品的纯度，其原理为2RuCl3＋3H2===2Ru＋6HCl。某同学对产品纯度进行测定，所得数据记录如下：实验序号产品质量/g固体Ru质量/g①1.250 00.490 0②1.250 00.510 0③1.250 00.500 0则产品的纯度为________(用百分数表示，保留两位有效数字)。(6)钌及其化合物在合成工业上有广泛用途，下图是用钌(Ru)基催化剂催化合成甲酸的过程。每生成92 g液态HCOOH放出62.4 kJ的热量。①根据图示写出该反应的热化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________。②下列说法正确的是________。a．图示中物质Ⅰ为该反应的催化剂b．图示中参与循环的物质只有CO2和H2c．反应的活化能为62.4 kJ·mol －1答案　(1)Ru＋2Cl2＋2NaClNa2RuCl6(2)保持还原性反应环境，防止金属钌被空气中氧气氧化(3)NaClO在酸性环境下氧化性增强(4)增加RuO4在溶液中的溶解性　(5)82%(6)①H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1　②a解析　(1)根据题意反应物有Ru、NaCl以及氯气，产物有Na2RuCl6，该过程中Ru元素被氧化成＋4价，Cl元素被还原成－1价，根据电子守恒和原子守恒可得化学方程式为Ru＋2Cl2＋2NaClNa2RuCl6；(2)空气中的氧气具有氧化性，升温阶段加入还原性淀粉可以保持还原性反应环境，防止金属钌被空气中氧气氧化；(3)酸性环境下可以增强NaClO的氧化性；(4)加入乙醇可以增大RuO4在溶液中的溶解度；(5)根据三组实验数据得到的Ru单质的平均质量为＝0.500 g，根据方程式可知样品中RuCl3的质量为×207.5 g/mol＝1.027 2 g，则样品的纯度为×100%＝82%；(6)①根据整个流程可知，CO2和H2为反应物，产物为HCOOH,92 g HCOOH的物质的量为＝2 mol，所以生成1 mol液体HCOOH放出31.2 kJ能量，热化学方程式为H2(g)＋CO2(g)===HCOOH(l)　ΔH＝－31.2 kJ·mol－1；②据图可知物质Ⅰ虽然参与整个过程，但整个反应前后没有变化，且反应从物质Ⅰ和氢气的反应开始，所以为该反应的催化剂，故a正确；据图可知催化剂虽然整个过程前后质量和化学性质没有变化，但也参与了整个循环，故b错误；每生成2 mol HCOOH放出62.4 kJ的能量，据此可知反应物和生成物的能量之差，不能确定反应的活化能，故c错误；综上所述选a。2．(2020·湖北黄冈高三测试)氧化铬绿(Cr2O3)的性质独特，在冶金、颜料等领域有着不可替代的地位。一种利用淀粉水热还原铬酸钠制备氧化铬绿的工艺流程如下：已知：①向含少量Na2CO3的铬酸钠碱性溶液中通入CO2可制得不同碳化率的铬酸钠碳化母液；②“还原”反应剧烈放热，可制得Cr(OH)3浆料。(1)该工艺中“还原”反应最初使用的是蔗糖或甲醛，后来改用价格低廉的淀粉。请写出甲醛(HCHO)与铬酸钠(Na2CrO4)溶液反应的离子方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)将混合均匀的料液加入反应釜，密闭搅拌，恒温发生“还原”反应，下列有关说法错误的是________(填字母)。A．该反应无需加热即可进行B．必要时可使用冷却水进行温度控制C．铬酸钠可适当过量，使淀粉充分反应D．应建造废水回收池，回收含铬废水(3)测得反应完成后在不同恒温温度、不同碳化率下Cr(Ⅵ)还原率如下图。实际生产过程中Cr(Ⅵ)还原率可高达99.5%以上，“还原”阶段采用的最佳反应条件为__________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)滤液中所含溶质为____________________________________________。该水热法制备氧化铬绿工艺的优点有___________________________________________________________________、______________________________________________________(请写出两条)。(5)由水热法制备的氢氧化铬为无定型氢氧化铬[Cr(OH)3·nH2O]。将洗涤并干燥后的氢氧化铬滤饼充分煅烧，质量损失与固体残留质量比为9∶19，经计算得出n＝________。(6)重铬酸钠(Na2Cr2O7·H2O)与硫酸铵热分解法也是一种生产氧化铬绿的方法，生产过程中产生的气体对环境无害，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)4CrO＋3HCHO＋4H2O===4Cr(OH)3↓＋2OH－＋3CO(2)AC　(3)碳化率40%、恒温240 ℃(4)Na2CO3(或NaHCO3或Na2CO3、NaHCO3)　工艺清洁、原料价格低廉、设备要求低、副产物碳酸盐可用于铬酸钠碳化母液的制备　无废气废渣排放、废水可回收利用、流程短等　(5)0.5(6)Na2Cr2O7·H2O＋(NH4)2SO4Cr2O3＋Na2SO4＋5H2O＋N2↑解析　(1)HCHO中碳元素化合价为0价，该反应在碱性环境下进行，最终生成为有碳酸钠、Cr(OH)3等，根据化合价升降守恒、电荷守恒以及原子守恒可知其反应的离子方程式为：4CrO＋3HCHO＋4H2O===4Cr(OH)3↓＋2OH－＋3CO；(2)该反应虽然为放热反应，但不一定全过程都不需要加热，如燃烧反应为放热反应，反应开始需要加热，故A说法错误；因该反应放热剧烈，若温度过高，Cr(OH)3可能会发生分解，会影响最终产品质量，因此可在必要时可使用冷却水进行温度控制，故B说法正确；为保证原料的充分利用，淀粉应适当过量，使铬酸钠充分反应，故C说法错误；铬为重金属元素，直接排放至环境中会污染水资源，因此应建造废水回收池，回收含铬废水，故D说法正确；(3)由图可知，在碳化率为40%时，还原率较高，在温度为240 ℃时，还原率达到接近100%，再升高温度对于还原率的影响不大，故最佳反应条件为：碳化率40%、恒温240 ℃；(4)HCHO的氧化产物为＋4价碳的化合物，因在碱性条件下，则溶质为：Na2CO3(或NaHCO3或Na2CO3、NaHCO3)；水热法制备工艺的优点有：工艺清洁、原料价格低廉、设备要求低、副产物碳酸盐可用于铬酸钠碳化母液的制备、无废气废渣排放、废水可回收利用、流程短等；(5)加热过程中相关物质的转化关系式为：2Cr(OH)3·nH2O～Cr2O3～(3＋2n)H2O152   18×(3＋2n)19     9＝，解得n＝0.5；(6)重铬酸钠具有强氧化性，硫酸铵具有还原性，生产过程中产生的气体对环境无害，故N元素转化为N2，二者发生氧化还原反应生成Cr2O3、N2、Na2SO4、H2O，根据氧化还原反应得失电子守恒和原子守恒可知该反应方程式为：Na2Cr2O7·H2O＋(NH4)2SO4Cr2O3＋Na2SO4＋5H2O＋N2↑。3．(2020·河北保定市高三二模)金属铋在自然界中的量极少，用途非常广泛，通常以辉铋矿为原料提取金属铋，工艺流程如图所示：已知：①辉铋矿主要成分是Bi2S3，还含少量Bi2O3、SiO2、铁的氧化物和硫化物等。②Bi2O3能溶于酸，NaBiO3不溶于水。③常温下，Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38，Ksp[Bi(OH)3]＝4×10－30；Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16；回答下列问题：(1)写出酸浸氧化时Bi2S3被氧化成硫单质的化学方程式_______________________________________________________________。(2)滤渣1的成分为________。(3)除杂剂的作用a.调节溶液pH，b________，写出一种能提高产物产量的除杂剂________。(4)滤液2还可用来制备NaBiO3，可向滤液2中加入NaOH和NaClO溶液制取NaBiO3，写出该反应的离子方程式___________________________________________________________________。答案　(1)Bi2S3＋6HCl＋NaClO3===2BiCl3＋NaCl＋3S↓＋3H2O(2)S和SiO2　(3)除去杂质Fe3＋　Bi2O3或Bi(OH)3(4)Na＋＋Bi3＋＋ClO－＋4OH－===NaBiO3↓＋Cl－＋2H2O解析　辉铋矿酸浸氧化后过滤，得到滤渣1为不溶于酸的二氧化硅和Bi2S3被氧化后生成的硫单质，滤液1中含有BiCl3、NaCl，FeCl3等，为了避免引入新杂质，则加入的除杂试剂可以是Bi2O3或Bi(OH)3，目的是调节pH使铁离子转化成氢氧化铁除去，滤液2中的主要成分为氯化钠和BiCl3，经电解得到铋单质。(1)酸浸氧化时Bi2S3被氧化成硫单质的化学方程式为Bi2S3＋6HCl＋NaClO3===2BiCl3＋NaCl＋3S↓＋3H2O；(2)滤渣1的成分为S和SiO2；(3)可用Bi2O3或Bi(OH)3调节pH使铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去；(4)滤液2中的主要成分为氯化钠和BiCl3，加入NaOH和NaClO溶液制取NaBiO3时发生反应的离子方程式为Na＋＋Bi3＋＋ClO－＋4OH－===NaBiO3↓＋Cl－＋2H2O。4.(2021·1月重庆市学业水平选择考适应性测试，15)碳酸锶(SrCO3)是一种重要的工业原料，广泛用于生产锶铁氧体磁性材料。一种以菱锶矿(含80～90% SrCO3，少量MgCO3、CaCO3、BaCO3等)制备高纯碳酸锶的工艺流程如下： 温度/℃10203040608090100溶解度/(g/100 g)1.251.772.643.958.4220.244.591.2(1)元素Sr位于元素周期表第________周期第________族。(2)菱锶矿、焦炭混合粉碎的目的是____________________________。(3)“立窑煅烧”中SrCO3与焦炭反应的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________。进行煅烧反应的立窑衬里应选择________(填“石英砂砖”或“碱性耐火砖”)。(4)“浸取”中用热水浸取而不用冷水的原因是__________________________________________________________________________________；滤渣1含有焦炭、Ca(OH)2和________。(5)“沉锶”中反应的化学方程式为______________________________________________________________________________________。(6)锶铁氧体是由锶和铁的氧化物组成的复合磁性材料。某种锶铁氧体(xSrO·yFe2O3)中Sr与Fe的质量比为0.13，则为________(取整数)。答案　(1)五　ⅡA　(2)增大反应物接触面积，加快反应速率，提高原料利用率　(3)SrCO3＋CSrO＋2CO↑　碱性耐火砖(4)Sr(OH)2的溶解度随温度升高而增大，提高SrO的浸出率　MgO(5)Sr(OH)2＋NH4HCO3===SrCO3↓＋NH3·H2O＋H2O(6) 6解析　(1)Sr位于周期表第五周期第ⅡA族。(2)粉碎是为了增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。(3)SrCO3与C反应，相当于SrCO3分解生成SrO和CO2，C与CO2反应，有利于SrCO3的分解。煅烧应选择碱性耐火砖，因为石英砂砖中含有SiO2，在高温下能与SrO反应生成SrSiO3。(4)煅烧后得到MgO、CaO、SrO、BaO，用热水溶解，由Sr(OH)2溶解度可知，热水浸取有利于Sr(OH)2的溶解，提高浸出率，同时减小了Ca(OH)2的溶解度，所以滤渣1中有Ca(OH)2，MgO不溶于水，滤渣1中还有MgO。(5)Sr(OH)2和NH4HCO3反应生成SrCO3，相当于HCO与OH－反应，Sr(OH)2中另一个OH－正好与NH反应。(6)n(Fe2O3)∶n(SrO) ＝∶≈6。5．(2020·河南等省五岳4月联考)金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，含少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是________(填操作名称)。(2)滤液1中钛元素以TiO2＋形式存在，步骤①中生成TiO2＋的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________，硫酸质量分数对钛、铁浸出率的影响如图所示，据此判断，酸浸时所加硫酸的质量分数应为________(填范围)。(3)请结合离子方程式解释步骤④中加热水的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)电解法制备Ti的装置是以石墨为阳极，TiO2为阴极，熔融CaO为电解质。Ti在________(填“阳极”或“阴极”)生成，________(填“能”或“不能”)将熔融CaO换成石灰乳。答案　(1)过滤　(2)FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O　80%～85%　(3)TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动　(4)阴极　不能解析　(1)步骤②、③、④中，均需进行的操作是过滤；(2)反应物为钛铁矿，生成物为FeSO4、TiOSO4及H2O，化学方程式为FeTiO3＋2H2SO4FeSO4＋TiOSO4＋2H2O；根据图像可知硫酸质量分数在80%～85%之间时浸出率最大；(3)TiO2＋在水溶液中发生水解TiO2＋＋2H2OH2TiO3＋2H＋，水解反应是吸热反应，用热水促进平衡向正反应方向移动，生成H2TiO3; (4)由TiO2生成Ti，Ti元素化合价降低发生还原反应，电解池中阴极得电子发生还原反应；若换成石灰乳，石灰乳中有水，阴极将产生氢气，无法得到金属钛，所以不能将熔融CaO换成石灰乳。