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突破08 备战2020年高考化学之突破物质结构性质与工艺流程题-工艺流程综合题(题型精练)
展开突破08 突破工艺流程综合题(3)(条件控制)限时:40分钟1.六氟铝酸钠俗称冰晶石,广泛应用于冶铝工业。以磷肥副产物氟硅酸铵为原料制备六氟铝酸钠的简易流程如下:请回答下列问题:(1)写出反应①的化学方程式:____________________________________________,适当加热可以提高反应①的化学反应速率,但是温度不宜过高,其原因有两点:其一是避免氨水挥发,降低反应物浓度,其二是__________________________________。(2)反应③得到Na3AlF6和废液,废液用于反应_________________________________(填“①”或“②”)循环利用。NH4F溶液不能用玻璃容器盛装,其原因是______________________。(3)通过实验得出Na3AlF6的产率与外界条件关系如图所示(提示:温度、时间针对反应③)。根据上述实验结果,最佳条件:反应温度、反应时间、氢氧化钠与氢氧化铝的物质的量之比依次是______________________。【答案】 (1)(NH4)2SiF6+4NH3·H2O===6NH4F+H2SiO3↓+H2O 避免NH4F水解程度增大而损失(2)① NH4F水解生成HF,HF腐蚀玻璃(3)60 ℃、60 min、2.0[解析] (1)氟硅酸铵与氨水反应,可以看成是氟硅酸铵先水解生成氟化氢、硅酸和氨水,然后氨水和氟化氢反应生成氟化铵。温度高,氨水挥发加快、NH4F水解程度增大,因此选择合适温度。(2)反应③为NaAlO2+2H2O+6NH4F+2NaOH===Na3AlF6↓+6NH3·H2O,废液中氨水可以用作反应①的反应物。NH4F发生水解生成HF,HF能与玻璃中二氧化硅反应生成四氟化硅和水。(3)从图像看出,应选择产率最高的条件。2.(2019·合肥一模)以软锰矿粉(主要含有MnO2,还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质)为原料制备高纯MnO2的流程如图所示:已知常温下,氢氧化物沉淀的条件:Al3+、Fe3+完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8;Mn2+开始沉淀的pH为7.7。(1)“酸浸”时加入一定量的硫酸,硫酸的量不能过多或过少。硫酸过多造成氨的损失;硫酸过少时,“酸浸”时会有红褐色渣出现,原因是______________________________________________。(2)加入氨水应调节pH的范围为__________________________________________。(3)“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3,滤液中溶质的主要成分是____________(填化学式),写出其阳离子的电子式:__________________________________。(4)加入碳酸氢铵产生沉淀的过程为“沉锰”。①“沉锰”过程中放出CO2,反应的离子方程式为____________________________。②“沉锰”过程中沉锰速率与温度变化的关系如图所示。当温度高于60 ℃时,沉锰速率随着温度升高而减慢的原因可能是______________________________________________。[答案] (1)生成的Fe3+水解得到Fe(OH)3沉淀(2)5.0~7.7(3)(NH4)2SO4 (4)①Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O ②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快,沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢[解析] (1)硫酸过少时,“酸浸”时会有红褐色渣出现,原因是生成的Fe3+水解得到Fe(OH)3沉淀。(2)由题中信息可知,Al3+、Fe3+完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8,Mn2+开始沉淀的pH为7.7。所以,加入氨水应调节pH的范围为5.0~7.7。(3)“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3,滤液中溶质的主要成分是(NH4)2SO4,其阳离子的电子式为。(4)①“沉锰”过程中放出CO2,反应的离子方程式为Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O。②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快,沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢。3.利用钛矿的酸性废液(含TiO2+、Fe2+、Fe3+、SO等),可回收获得FeS2纳米材料、Fe2O3和TiO2·nH2O等产品,流程如下:(1)TiO2+中钛元素的化合价为________价。TiO2+只能存在于强酸性溶液中,因为TiO2+易水解生成TiO2·nH2O,写出水解的离子方程式:____________________________________________。 (2)向富含TiO2+的酸性溶液中加入Na2CO3粉末能得到固体TiO2·nH2O。请用化学反应原理解释:______________________________________________________________________。(3)NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式为__________________________,该反应需温度在308 K以下,其目的是____________________________________________________。[答案] (1)+4 TiO2++(n+1)H2OTiO2·nH2O+2H+(2)Na2CO3消耗H+,c(H+)减少,使TiO2+水解平衡向生成TiO2·nH2O方向移动(3)Fe2++2HCO===FeCO3↓+CO2↑+H2O防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2+的水解[解析] (2)由于原溶液显酸性,CO直接与H+反应,不能解释成CO水解促进TiO2+的水解。(3)要充分考虑H+与HCO不共存,HCO与Fe2+产生FeCO3和H+,会继续与HCO反应产生CO2气体。另外NH4HCO3不稳定受热易分解,因而要控制在较低温度下进行。4.铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某度旧铍铜元件(含25% BeO、71% CuS、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:已知:Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似;Ⅱ.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表:难溶物Cu(OH)2Fe(OH)3Mn(OH)2溶度积常数(Ksp)2.2×10-204.0×10-382.1×10-13(1)滤液A的主要成分除NaOH外,还有________(填化学式),写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式:______________________________。(2)①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl,为提纯BeCl2,最合理的实验步骤顺序为________(填字母)。a.加入过量的氨水 b.通入过量的CO2c.加入过量的NaOH d.加入适量的HCle.洗涤 f.过滤②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________。(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式:___________________________。②若用浓HNO3溶解金属硫化物,缺点是________(任写一条)。(4)滤液D中c(Cu2+)=2.2 mol·L-1、c(Fe3+)=0.008 mol·L-1、c(Mn2+)=0.01 mol·L-1,逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离,首先沉淀的是________(填离子符号),为使铜离子开始沉淀,常温下应调节溶液的pH大于________。(5)电解NaCl-BeCl2混合熔盐可制备金属铍,下图是电解装置图。①电解过程中,加入氯化钠的目的是________。②石墨电极上的电极反应式为________。③电解得到的Be蒸气中约含1%的Na蒸气除去Be中少量Na的方法为________。已知部分物质的熔、沸点如下表:物质熔点(K)沸点(K)Be1 5513 243Na3701 156[答案] (1)Na2BeO2、Na2SiO3 BeO+4H+===Be2++2H2O(2)①afed ②要在HCl气流中蒸发结晶(3)①MnO2+CuS+2H2SO4===MnSO4+S+CuSO4+2H2O ②会产生污染环境的气体(4)Fe3+ 4(5)①降低电解质的熔融温度,降低能耗 ②Be2++2e-===Be ③可以控制温度1 156~3 243 K之间冷却[解析] (1)由题中信息可知,Be、SiO2与氢氧化钠反应生成Na2BeO2、Na2SiO3,Na2BeO2与HCl反应生成BeCl2,离子方程式为:BeO+4H+===Be2++2H2O;(2)①由于Be的性质与Al相似,所以Be具有两性,用氨水使Be2+全部沉淀,再过滤,将Be(OH)2洗涤后,加入盐酸最终转化成BeCl2;②由于Be2+易水解,所以从氯化铍溶液中得到纯净的BeCl2,需要在HCl气流中蒸发结晶;(3)①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质,所以化学反应方程式为:MnO2+CuS+2H2SO4===MnSO4+S+CuSO4+2H2O;②由于HNO3的氧化性很强,在反应中会产生氮的氧化物,对空气造成污染,所以我们不选用浓硝酸;(4)根据Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20=c(Cu2+)·c2(OH-),当溶液中c(Cu2+)=2.2 mol·L-1时,计算可得c(OH-)=10-10 mol/L,即当c(OH-)=10-10 mol/L时,即pH=4时,Cu2+开始沉淀;根据Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38=c(Fe3+)·c3(OH-),c(Fe3+)=0.008 mol/L,可得到c(OH-)=3.68×10-13 mol/L,即当c(OH-)=3.68×10-13 mol/L时,Fe3+开始沉淀;根据Ksp[Mn(OH)2]=2.1×10-13=c(Mn2+)·c2(OH-),c(Mn2+)=0.01 mol/L,可得到c(OH-)=4.83×10-7 mol/L,即当c(OH-)=4.83×10-7 mol/L时,Mn2+开始沉淀;由计算可知,Fe3+先沉淀,其次是Cu2+,最后是Mn2+;(5)①电解过程中,加入氯化钠是为了增大导电性即降低电解质熔融状态的温度,节约能耗;②石墨电极生成金属Be,电极反应方程式为:Be2++2e-===Be;③图表信息可知Na和Be的熔、沸点差距很大,分离Na蒸气和Be蒸气可以控制温度1 156~3 243 K之间冷却。5.(2019·江苏化学,16)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为_________________________________________。(2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收,主要反应为NO+NO2+2OH-===2NO+H2O2NO2+2OH-===NO+NO+H2O①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有________(填字母)。A.加快通入尾气的速率B.采用气、液逆流的方式吸收尾气C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤,得到NaNO2晶体,该晶体中的主要杂质是_______________(填化学式);吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是_______________(填化学式)。(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转化为NO的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl-和NO,其离子方程式为______________________________。②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是______________________________。[答案] (1)2NH3+2O2N2O+3H2O(2)①BC ②NaNO3 NO(3)①3HClO+2NO+H2O===3Cl-+2NO+5H+②溶液pH越小,溶液中HClO的浓度越大,氧化NO的能力越强[解析] (1)NH3被O2氧化生成N2O,N元素从-3价升至+1价,1 mol NH3失去4 mol e-,O元素从0价降至-2价,1 mol O2得到4 mol e-,根据N和O元素得失电子守恒及原子守恒配平方程式。(2)①A项,通入尾气速率过快时,尾气吸收不充分,错误;B项,采用气、液逆流方式吸收尾气时,尾气吸收会更充分,正确;C项,补充NaOH溶液,c(OH-)增大,能更充分吸收尾气,正确。②NO2与NaOH反应可生成NaNO2、NaNO3和水,所以NaNO2晶体中会混有NaNO3杂质。由吸收尾气的主要反应可知,NO2吸收更充分,故吸收后排放的尾气中NO的含量较高。(3)①HClO氧化NO生成NO,自身被还原为Cl-,根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平方程式。②氧化NO的是HClO,NaClO在酸性条件下会生成HClO,所以pH越小,溶液中HClO的浓度越大,NO转化率越高。
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