高考化学一轮复习讲练 第2章 专项提能特训3　从氧化还原反应的视角分析“化工生产”中的物质变化 (含解析)

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专项提能特训3　从氧化还原反应的视角分析“化工生产”中的物质变化
1．分解水制氢的一种原理如图，下列关于该原理的说法正确的是(　　)

A．反应过程中化合价改变的元素共有H、O、S
B．涉及的反应类型只有分解反应和化合反应
C．理论上，每生成16 g O2，就能得到标准状况下22.4 L H2
D．理论上，每分解18 g H2O，就需向体系内再补充32 g SO2
答案　C
解析　反应Ⅰ：SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI；
反应Ⅱ：2HIH2↑＋I2；
反应Ⅲ：2H2SO42SO2↑＋2H2O＋O2↑。
2．碱式硫酸铁[Fex(OH)y(SO4)z](其中Fe元素为＋3价)是一种新型高效絮凝剂。一种利用废铁屑(含Fe和少量Al2O3、Fe2O3)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下 ：

下列说法正确的是(　　)
A．x、y、z一定符合关系式：x＝y＝z
B．“过滤”所得滤液中只含溶质FeSO4
C．“反应Ⅰ”中包含的反应类型有置换反应、化合反应和复分解反应
D．在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，若有11.2 L(标准状况)的O2参与反应，则相当于节约4 mol NaNO2
答案　C
解析　[Fex(OH)y(SO4)z](其中Fe元素为＋3价)，化合价代数和为0，x、y、z一定符合关系式：3x＝y＋2z，故A错误；“过滤”所得滤液中除含溶质FeSO4外还有Na2SO4，故B错误；由分析可知，“反应Ⅰ”中包含的反应类型有置换反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，化合反应Fe2(SO4)3＋Fe===3FeSO4和复分解反应Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O，故C正确；在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，若参与反应的O2有11.2 L(标准状况)，反应过程中提供电子相等，则相当于节约NaNO2的物质的量＝＝2 mol。
3.用还原法可以将硝酸厂烟气中的大量氮氧化物(NOx)转化为无害物质。常温下，将NO与H2的混合气体通入Ce(SO4)2与Ce2(SO4)3的混合溶液中，其转化过程如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．反应Ⅰ的离子反应方程式为：2Ce4＋＋H2===2Ce3＋＋2H＋
B．反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
C．反应前溶液中c(Ce4＋)一定等于反应后溶液中的c(Ce4＋)
D．反应过程中混合溶液内Ce3＋和Ce4＋的总数一定保持不变
答案　C
解析　根据图示可知反应Ⅰ为2Ce4＋＋H2===2Ce3＋＋2H＋，A项正确；反应Ⅱ的反应物为Ce3＋、H＋、NO，生成物为Ce4＋、N2、H2O，根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应方程式为4Ce3＋＋4H＋＋2NO===4Ce4＋＋N2＋2H2O，在该反应中NO是氧化剂，Ce3＋是还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶4＝1∶2，B项正确；反应前后溶液中Ce4＋的物质的量不变，但由于反应后溶液中水的物质的量增多，所以反应后溶液中c(Ce4＋)减小，C项错误、D项正确。
4．(2019·山东淄博、滨州一模)以二氧化锰为原料制取高锰酸钾晶体的实验流程如下：

下列说法正确的是(　　)
A．“灼烧”可在石英坩埚中进行
B．母液中的溶质是K2CO3、KHCO3、KCl
C．“结晶”环节采用加热蒸发结晶的方法
D．“转化”反应中，生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1
答案　D
解析　“灼烧”时，KOH会与石英坩埚中的二氧化硅反应，A项错误；结晶后的母液中有KMnO4、KCl、KHCO3，B项错误；“结晶”环节采用加热蒸发浓缩、冷却结晶的方法，C项错误；由2H2O＋3K2MnO4＋4CO2===2KMnO4＋MnO2↓＋4KHCO3可知，氧化产物为KMnO4，还原产物为MnO2，氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1，D项正确。
5．五氧化二钒(V2O5)是一种两性氧化物，具有强氧化性，其制备方法如下图所示。下列关于五氧化二钒的说法中错误的是(　　)

A．五氧化二钒的结构式为
B．V2O5溶于碱生成VO
C．“沉钒”涉及反应的化学方程式为6NaVO3＋2H2SO4＋2NH4Cl===(NH4)2V6O16＋2Na2SO4＋2H2O＋2NaCl
D．V2O5＋6HCl(浓)===2VOCl2＋Cl2↑＋3H2O，生成1 mol Cl2转移电子数为2NA
答案　B
解析　根据五氧化二钒的化学式(V2O5)及氧元素的化合价可以推出钒元素的化合价为＋5价，因此A中所示的结构式正确；根据题干信息知V2O5是一种两性氧化物，既可与酸反应，也可与碱反应，其与碱的反应属于复分解反应，各元素化合价不变，故B错误；根据题目所给流程图可知，“沉钒”是使钒元素以沉淀形式析出，发生的是复分解反应，各元素化合价不发生改变，故C正确；V2O5具有强氧化性，其与盐酸反应时可将Cl－氧化成氯气，生成1 mol Cl2失去2 mol e－，D正确。
6．(2019·山东日照一模)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用，从钛白水解工业废酸(含Sc3＋、TiO2＋、Mn2＋、H＋、SO等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：

请回答下列问题：
(1)在钛白水解工业废酸中，加入H2O2是为了使TiO2＋转化为难萃取的[Ti(O2)(OH)(H2O)4]＋，
[Ti(O2)(OH)(H2O)4]＋中Ti的化合价为________。
(2)钪的萃取率(E%)与O/A值[萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比]的关系如下图，应选择的合适O/A值为________。

温度对钪、钛的萃取率影响情况见下表，合适的萃取温度为10～15 ℃，其理由是
________________________________________________________________________。
T/℃
5
10
15
25
30
钪的萃取率/%
91.3
96
97.1
97.3
98.0
钛的萃取率/%
0.94
0.95
2.10
3.01
4.20

(3)已知钪与铝类似，其氢氧化物具有两性。反萃取步骤中，加入NaOH使溶液呈碱性，碱性条件下双氧水可以氧化锰离子生成滤渣Ⅰ，写出该反应的离子方程式__________________。
(4)草酸钪“灼烧”的化学方程式为________________________________________________。
(5)若该钛白水解废酸中含Sc3＋的浓度为16 mg·L－1，从1 m3该废酸中提取得到21.6 g Sc2O3，则钪的提取率为________(保留两位有效数字)。
答案　(1)＋4　(2)1∶4　温度为10～15 ℃时，钪的萃取率较高，且钛的萃取率较低(合理即得分)　(3)Mn2＋＋H2O2＋2OH－===MnO2↓＋2H2O
(4)2Sc2(C2O4)3＋3O22Sc2O3＋12CO2　(5)88%
解析　(1)[Ti(O2)(OH)(H2O)4]＋中存在过氧根离子(O)和OH－，故化合物中Ti为＋4价。
(2)在10～15 ℃钪萃取率较大，而钛的萃取率较低，钪的相对纯度较高。
(4)草酸根中碳的化合价是＋3价，在灼烧草酸钪时会被氧化为CO2，则化学方程式为2Sc2(C2O4)3＋3O22Sc2O3＋12CO2。
(5)1 m3废酸中Sc3＋的质量为16 g,21.6 g Sc2O3中钪的质量为21.6 g×≈14 g，故钪的提取率为×100%≈88%。