优等生高考化学专题2氧化还原反应综合应用.docx
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优等生高考化学专题2氧化还原反应综合应用
优等生�高考化学专题2:
氧化还原反应综合应用
学校:
___________姓名:
___________班级:
___________考号:
___________
评卷人
得分
一、综合题
1.高锰酸钾常用作消毒杀菌、水质净化剂等。
某小组用软锰矿(主要含MnO2,还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。
试回答下列问题。
(1)配平焙烧时化学反应:
□MnO2+□_____+□O2
□K2MnO4+□H2O;工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率,试用碰撞理论解释其原因__________。
(2)滤渣II的成分有_______(化学式);第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_________。
(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为_________。
(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。
由下图可知,从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过_____、______、洗涤等操作。
(5)工业上按上述流程连续生产。
含MnO2a%的软锰矿1吨,理论上最多可制KMnO4___吨。
(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。
用惰性电极电解滤液II。
①电解槽阳极反应式为____________;
②阳极还可能有气体产生,该气体是__________。
2.连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,是一种强还原剂,工业上可通过吸收大气污染物(含有SO2、NO等制取),同时还可得到NH4NO3产品,工艺流程图如下(Ce为铈元素):
请回答下列问题:
(1)装置I中可生成NaHSO3。
常温下NaHSO3溶液呈酸性的原因是____________。
(2)装置II中酸性条件下,NO被Ce4+氧化为NO3-时,氧化产物与还原产物的物质的量之比为______。
(3)装置III中阴极上的电极反应式为__________。
若装置IV中NO2-的浓度为11.5g·L-1要使1dm3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3,至少向装置IV中通入标准状况下的O2__________L。
(4)Na2S2O4在空气中容易被氧化,其反应方程式可能为:
①2Na2S2O4+O2+2H2O=4NaHSO3;
②Na2S2O4+O2+H2O=NaHSO3+NaHSO4。
÷
请设计实验证明氧化时一定有反应②发生______________。
(5)SO2一空气质子交换膜燃料电池原理示意图如下:
质子的流动方向为____________(“从A到B”或“从B到A”),负极的电极反应式为____________________。
3.废水废气对自然环境有严重的破坏作用,大气和水污染治理刻不容缓。
(1)某化工厂产生的废水中含有Fe2+、Mn2+等金属离子,可用过硫酸铵[(NH4)2S2O8]氧化除去。
①过硫酸铵与Mn2+反应生成MnO2的离子方程式为_____。
②温度与Fe2+、Mn2+氧化程度之间的关系如图所示:
实验过程中应将温度控制在_____。
Fe2+与Mn2+被氧化后形成胶体絮状粒子,常加入活性炭处理,加入活性炭的目的为_____。
③H2O2也有较强氧化性,在实际生产中不用H2O2氧化Mn2+的原因是_____。
(2)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除废气中NO、NO2,其反应机理如图所示。
A包含物质的化学式为N2和_____。
(3)工业上废气中SO2可用Na2CO3溶液吸收,反应过程中溶液组成变化如图所示。
①吸收初期(图中A点以前)反应的化学方程式为_____。
②C点高于B点的原因是_______
4.水是生命之源,它与我们的生活密切相关。
自来水厂常用高铁酸钠(Na2FeO4)改善水质。
高铁酸钠具有很强的氧化性,是一种新型的绿色净水消毒剂,在工业上制备高铁酸钠的方法有多种。
(1)简述高铁酸钠用于杀菌消毒同时又起到净水作用的原理_________________________________________________________________________。
(2)干法制备高铁酸钠的反应原理如下:
2FeSO4+6Na2O2==aNa2FeO4+bM↑+2Na2O+2Na2SO4
①高铁酸钠中铁元素的化合价为________________。
②上述方程式中b=____。
每生成1molM,该反应转移电子的物质的量为_____________mol。
(3)工业上可以通过次氯酸钠氧化法制备高铁酸钠,生产过程如下:
①步骤③中除生成Na2FeO4外,还有副产品Na2SO4、NaCl,则步骤③中反应的离子方程式为____________________________________。
②己知Na2FeO4在强碱性溶液中的溶解度较小。
可向Na2FeO4溶液中继续加入氢氧化钠固体得到悬浊液。
从Na2FeO4悬浊液得到固体的操作名称为_____________________。
(4)计算Na2FeO4的消毒效率(以单位质量得到的电子数表示)约是氯气的_______倍(结果保留两位小数。
)
5.金属钛被用于航空航天工业、化工、医疗等领域。
用钛铁矿(主要成份为FeTiO3) 制取钛并获得副产品绿矾的工艺流程如下:
(1)TiOSO4中钛的化合价为_________,操作I的名称是为_________。
(2)TiOSO4经水解得H2TiO3的化学方程式为_________。
(3)TIO2与焦炭和Cl2在高温下反应得TiCl4井产生还原性气体,相应的化学方程式为_________。
(4)加热Mg与TiCl4得到钛时,Ar的作用是_________。
(5)某厂用3.8吨纯度为40%的钛铁矿制取钛,理论上至少需要氯气______L(标准状况下)。
(6)已知K3[Fe(CN)6](铁氰化钾》和K4[Fe(CN)6]( 亚铁氰化钾)能发生如下反应:
3Fe2++ 2[Fe(CN)6]3-= Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色沉淀),4Fe3++ 3(Fe(CN)6]4-= Fe4[Fe(CN)6]3↓(蓝色沉淀)
①确定绿矾部分被氧化的方法是___________________________。
(可供选择的试剂:
铁氰化钾溶液、亚铁氧化钾溶液。
铁粉、KSCN溶液)
②室温下,将绿矾配成0.1mol·L-1FeSO4溶液,测得溶液的pH=3,请用离子方程式解释原因_____________________,该溶液中c(SO42- )-c(Fe2+)≈_________________mol·L-1。
6.磁性纳米四氧化三铁在催化剂、DNA检测、疾病的诊断和治疗等领域应用广泛,其制备方法有多种,“共沉淀法”制备纳米Fe3O4的流程如下:
(1)Ⅱ中的反应温度需控制在50℃~60℃之间,实验室控制该温度的最佳方法是____。
(2)Ⅱ中生成Fe3O4的离子方程式是__________。
(3)操作Ⅲ包含的方法有______。
(4)检验Fe3O4中含有+2价铁元素的方法是______。
(5)某同学依据上述“共沉淀法”的思路在实验室模拟制备纳米Fe3O4,当混合溶液中n(Fe3+)∶n(Fe2+)=1∶1时,容易得到理想的纳米Fe3O4。
①实际制备时选择n(Fe3+)∶n(Fe2+)小于2∶1,原因是_____。
②该实验室无FeCl2溶液,现用5mLFeCl3溶液制备Fe3O4,配制n(Fe3+)∶n(Fe2+)=1∶1混合溶液的方法是____________(其它试剂自选)。
参考答案
1.24 KOH122加压增大了氧气浓度,使单位体积内的活化分子数增加,有效碰撞次数增多,反应速率加快,使MnO2反应更充分Al(OH)3、H2SiO3稀盐酸可溶解Al(OH)3,不易控制稀盐酸的用量3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-蒸发结晶趁热过滤0.018aMnO42--e-= MnO4-O2
【解析】
(1)MnO2中Mn的化合价为+4价,K2MnO4中Mn的化合价为+6价,O2中O的化合价为0价,生成物中都变成了-2价,根据得失电子守恒(化合价升降总数相等)得:
MnO2前面系数为2,O2前面系数为1,K2MnO4前面系数为2;结合流程中焙烧时有KOH参与,所以未知的反应物应为KOH,根据原子守恒,KOH前面系数为4,水前面系数为2,故答案为:
24KOH122。
根据有效碰撞理论,加压可增大氧气浓度,使单位体积内的活化分子数增加,有效碰撞次数增多,反应速率加快,使MnO2反应更充分,所以工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率。
(2)根据流程滤液I主要是K2MnO4溶液,还含有SiO32-和AlO2-等杂质离子,通入CO2发生反应:
CO2+H2O+SiO32-=H2SiO3↓+CO32-、CO2+H2O+AlO2-=Al(OH)3↓+CO32-,所以滤渣II的成分有Al(OH)3和H2SiO3;因为第一次通入CO2目之一是生成Al(OH)3,而稀盐酸可溶解Al(OH)3,不易控制稀盐酸的用量,所以第一次通CO2不能用稀盐酸代替。
(3)第二次通入过量CO2生成MnO2,则MnO42-发生自身氧化还原反应,生成MnO2和MnO4-,因为CO2过量,所以还会生成HCO3-,故离子方程式为:
3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-。
(4)滤液Ⅲ溶质主要是KMnO4与KHCO3,由图可看出,KMnO4溶解度受温度影响变化不大,而KHCO3溶解度,受温度影响变化较大,所以从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥等操作。
(5)根据Mn元素守恒,含MnO2a%的软锰矿1吨,理论上最多可制KMnO4:
1×a%×
≈0.018a(吨)。
(6)①滤液II主要为K2MnO4溶液,用惰性电极电解得到KMnO4,MnO42-在阳极上失电子发生氧化反应,生成MnO4-,故阳极电极反应式为:
MnO42--e-=MnO4-;②溶液中的OH-也可能失电子发生氧化反应,生成氧气,故阳极还可能有O2产生。
2.HSO3-在溶液中存在电离平衡和水解平衡:
HSO3-
SO32-+H+,HSO3-+H2O
H2SO3+OH-,由于HSO3-的电离程度大于水解程度,故溶液中的c(H+)>c(OH-),溶液呈酸性1:
32HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O2.8取少量固体溶于水中,加入BaCl2溶液,有白色沉淀产生,则证明是②(或取少量固体溶于水中,若闻到刺激性气味,则证明是②)从A到BSO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+
【解析】
(1)在NaHSO3溶液中HSO3-即电离又水解:
HSO3-
SO32-+H+,H2O
H2SO3+OH-,由于HSO3-的电离程度大于水解程度,故溶液中的C(H+)>c(OH-),溶液呈酸性
(2)NO被氧化为硝酸根,Ce4+被还原为Ce3+,酸性环境,缺氧补水,缺氢补氢离子,反应的离子方程式为NO+2H2O+3Ce4+=3Ce3++NO3-+4H+,氧化产物NO3-与还原产物Ce3+的物质的量之比为1:
3;
(3)电解槽阴极发生还原反应,SO32-被还原为S2O42-,电极反应式为:
2SO32-+2H2O-2e-═S2O42-+4OH-;NO2-的浓度为11.5g•L-1,要使1dm3该溶液中的NO2-完全转化为NH4NO3,则失去电子数目是:
×2,设消耗标况下氧气的体积是V,则得到电子数目是:
×4,根据电子守恒:
×2=
×4,解得V=2.8L;
(4)取少量固体溶于水中,加人BaCl2溶液,有白色沉淀产生,此沉淀为BaSO4,说明溶液中含有SO42-,即可证明氧化时一定有反应②发生;
(5)二氧化硫发生氧化反应,氧气发生还原反应,所以二氧化硫所在电极为负极,氧气所在电极为正极,原电池中阳离子移向正极,所以质子移动方向为:
从A到B;负极上SO2被氧化为SO42-时发生的电极反应为SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+。
3.S2O82-+2H2O+Mn2+=4H++2SO42-+MnO2↓80℃(80℃~90℃区间均可)吸附胶体粒子形成沉淀锰的化合物可催化H2O2的分解,使消耗的H2O2增多H2O2Na2CO3+SO2+H2O=2NaHCO3+Na2SO3根据钠元素守恒,NaHSO3的物质的量是Na2CO3的2倍,所以NaHSO3的质量大,质量分数就大
【解析】
(1)①过硫酸铵与Mn2+反应生成MnO2,而本身被还原为SO42-,反应的离子方程式为S2O82-+2H2O+Mn2+=4H++2SO42-+MnO2↓;②根据图1可知:
80℃时Fe2+、Mn2+氧化程度接近1.0,故实验过程中应将温度控制在80℃;Fe2+与Mn2+被氧化后形成胶体絮状粒子,常加入活性炭处理,加入活性炭的目的为吸附胶体粒子形成沉淀;③H2O2也有较强氧化性,在实际生产中不用H2O2氧化Mn2+的原因是锰的化合物可催化H2O2的分解,使消耗的H2O2增多;
(2)根据图示反应可产生A的反应为:
[(NH4)(HNO2)]+=N2+A+H+,结合反应可推导出A为H2O;反应为[(NH4)(HNO2)]+=N2+2H2O+H+;(3)①吸收初期(图中A点以前)工业上废气中SO2可用Na2CO3溶液吸收,由图中信息可知,NaHCO3和Na2SO3的量明显增加,则发生反应的化学方程式为:
2Na2CO3+SO2+H2O=2NaHCO3+Na2SO3;②C点高于B点的原因是根据钠元素守恒,NaHSO3的物质的量是Na2CO3的2倍,所以NaHSO3的质量大,质量分数就大。
4.高铁酸钠具有很强的氧化性,能杀菌消毒,本身被还原为Fe3+、Fe2+水解生成氢氧化铁胶体能吸附水中的杂质,起到净水作用+61102Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O过滤0.64
【解析】
(1)高铁酸钠具有强氧化性,可用于杀菌消毒,还原生成Fe3+,Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质,可用来除去水中的悬浮物,达到净水的目的,故答案为:
FeO42-有强的氧化性,能杀菌消毒,本身被还原为Fe3+,Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质,达到净水的目的;
(2)①钠元素显+1价,氧元素显-2价,设铁元素的化合价是x,根据在化合物中正负化合价代数和为零,可得:
(+1)×2+x+(-2)×4=0,则x=+6价,故答案为:
+6;
②2FeSO4+6Na2O2==aNa2FeO4+bM↑+2Na2O+2Na2SO4,根据质量守恒,a=2,M为O2,b=1,方程式配平得2FeSO4+6Na2O2═2Na2FeO4+O2↑+2Na2O+2Na2SO4,反应中铁元素化合价升高(6-2)×2=8,过氧化钠中的氧元素化合价升高(1-0)×2=2,化合价降低(2-1)×10=10,即每生成1molO2,转移电子10mol,故答案为:
1;10;
(3)①步骤③是碱溶液中次氯酸根离子氧化铁离子为高铁酸根离子,反应的离子方程式为:
2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;故答案为:
2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;
②从Na2FeO4悬浊液得到固体可以通过过滤实现,故答案为:
过滤;
(4)FeO42-+3e-+4H2O⇌Fe(OH)3+5OH-,单位质量得到电子
=0.018;Cl2+2e-=2Cl-,单位质量得到电子
=0.028,
=0.64,故答案为:
0.64。
5.+4过滤TiOSO4 + 2H2O= H2TiO3↓+ H2SO4TiO2 + 2Cl2 + 2C
TiCl4+2CO作保护气4.48×105取少许绿矾溶于水分装于两支试管中,分别滴加几滴铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液,若均有蓝色沉淀生成,则绿矾部分被氧化(合理即可)Fe2++ 2H2O=Fe(OH)2+2H+5×10-4
【解析】
(1)TiOSO4中SO4为-2价,O为-2价,故Ti为+4价;TiOSO4经过水解生成H2TiO3固体沉淀,所以I操作为过滤;
(2)TiOSO4 + 2H2O= H2TiO3↓+ H2SO4,此水解反应生成大量H2TiO3固体,且比较容易进行,所以要写沉淀符号,以及使用等号;
(3)还原性气体为CO,所以方程式为:
TiO2 + 2Cl2 + 2C
TiCl4+2CO;
(4)由于Mg是极为活泼的金属,需要隔绝空气进行反应,而惰性气体Ar的作用是作为保护气体;
(5)原材料中FeTiO3的物质的量为10000mol,每molTi需要与2molCl2结合,则共需要20000molCl2,标准状况下体积为4.48×105L。
(6)①绿矾部分被氧化,溶液中同时存在Fe2+和Fe3+离子,则应取少量绿矾溶液,先加入几滴铁氰化钾溶液、再加入几滴亚铁氰化钾溶液,若均有蓝色沉淀生成,则绿矾部分被氧化。
②FeSO4水解会生成Fe(OH)2从而消耗水电解生成的OH-,使溶液中H离子浓度增加,溶液呈酸性,离子方程式为:
Fe2++ 2H2O=Fe(OH)2+2H+,Fe(OH)2为胶体不写沉淀符号。
溶液的pH=3则c(H+)=1×10-3mol/L,相应降低溶液中消耗
c(Fe2+)=0.5c(H+)=c(SO42- )-c(Fe2+)≈5×10-4mol·L-1。
点睛:
TiOSO4的水解,由于反应比较容易进行,会生成大量H2TiO3固体,所以方程式使用等号连接,并写沉淀符号。
对于同时存在Fe2+和Fe3+离子的溶液,要先检测Fe2+离子,再检测Fe3+离子;pH值的意义为H+离子在溶液中的浓度,pH=3则c(H+)=1×10-3mol/L。
6.水浴加热Fe2++2Fe3++8OH-
Fe3O4+4H2O过滤、洗涤取少量样品于烧杯中,加入稀盐酸,加热溶解,过滤,取少量滤液于试管中,滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则说明样品中含+2铁。
制备过程中少量Fe2+被氧化,最终n(Fe3+)∶n(Fe2+)接近理论值2:
1取2mLFeCl3溶液于试管中,加入足量铁粉,振荡使其充分反应,过滤,在滤液中加入剩余的3mLFeCl3溶液,即为n(Fe3+)∶n(Fe2+)=1:
1混合溶液
【解析】
(1)Ⅱ中的反应温度需控制在50℃~60℃之间,水的沸点是100℃,实验室控制该温度的最佳方法是水浴加热;
(2)Ⅱ中氯化铁和氯化亚铁与氢氧化钠反应生成Fe3O4沉淀,反应的离子方程式为:
Fe2++2Fe3++8OH-
Fe3O4+4H2O;(3)操作Ⅲ是将沉淀进行过滤和洗涤;(4)检验Fe3O4中含有+2价铁元素的方法是取少量样品于烧杯中,加入稀盐酸,加热溶解,过滤,取少量滤液于试管中,滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若有蓝色沉淀生成,则说明样品中含+2铁;(5)①实际制备时选择n(Fe3+)∶n(Fe2+)小于2∶1,原因是制备过程中少量Fe2+被氧化,最终n(Fe3+)∶n(Fe2+)接近理论值2:
1;②该实验室无FeCl2溶液,现用5mLFeCl3溶液制备Fe3O4,配制n(Fe3+)∶n(Fe2+)=1∶1混合溶液的方法是取2mLFeCl3溶液于试管中,加入足量铁粉,振荡使其充分反应,过滤,在滤液中加入剩余的3mLFeCl3溶液,即为n(Fe3+)∶n(Fe2+)=1:
1混合溶液。
点睛:
本题考查了制备实验的设计,流程分析判断,反应条件的应用,实验基本操作的迁移应用能力,解答此类题的关键是一定要注意题中所给的信息,依据流程图分析制备反应过程,是氯化铁、氯化亚铁在氢氧化钠溶液中生成四氧化三铁、水、氯化钠;要检验Fe3O4中不同价态的铁元素,则先溶于硫酸转变成二价铁离子和三价铁离子,检验三价铁用KSCN溶液,检验含有三价铁离子时的二价铁离子只能用酸性高锰酸钾。
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- 优等生 高考 化学 专题 氧化 还原 反应 综合 应用