专题09 高考化工流程强化演练五解析版.docx
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专题09高考化工流程强化演练五解析版
09.高考化工流程强化演练(五)
一、选择题(本题包括6小题,每小题仅有一个选项符合题意,共24分)
1.(2019年浙江省稽阳高三联考)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备,工艺流程如下:
下列说法不正确的是()
4
A.“酸浸”后,若钛主要以TiOCl2-形式存在,则相应反应的离子方程式可表示为:
FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O
B.若Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,则其中过氧键的数目为3个
C.“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式可表示为:
高温
_
2FePO4+Li2CO3+H2C2O4_2LiFePO4+H2O↑+3CO2↑
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
可知,40oC前,未达到平衡状态,随着温度升高,转化率变大;40oC后,H2O2分解加剧,转化率降
低
【答案】B
【解析】A项,“酸浸”后,若钛主要以TiOCl42-形式存在,根据反应物和生成物及电荷守恒进行配平得
2.工业上用铝土矿(主要成分Al2O3,含SiO2、Fe2O3等杂质)冶炼铝的主要流程如下:
(注:
SiO2碱溶时转变为铝硅酸钠沉淀)下列叙述错误的是()
A.操作I增大NaOH溶液用量可提高Al2O3的浸取率
B.操作Ⅱ、Ⅲ为过滤,操作Ⅳ为灼烧
23
C.通入过量CO2的离子方程式为2AlO-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO2-
D.加入的冰晶石目的是降低Al2O3的熔融温度
【答案】C
3
【解析】A项,操作I增大NaOH溶液用量可以使铝土矿中的氧化铝充分溶解,从而提高Al2O3的浸取率,A正确;B项,操作Ⅱ、Ⅲ为过滤,分别过滤出铝硅酸钠和氢氧化铝,操作Ⅳ为灼烧,目的是使氢氧化铝分解为氧化铝,B正确;C项,向偏铝酸钠溶液中通入过量CO2后生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,离子方程式为AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO-,C不正确;D项,加入的冰晶石目的是降低Al2O3的熔融温度,D正确。
故选C。
3.(2019年北京海淀区质检)以氯酸钠(NaClO3)等为原料制备亚氯酸钠(NaClO2)的工艺流程如下。
下列说法不正确的是()
A.反应1中,每生成1molClO2有0.5molSO2被氧化B.从母液中可以提取Na2SO4C.反应2中,H2O2作氧化剂D.采用减压蒸发可能是为了防止NaClO2受热分解
4.NiSO4是制备磁性材料和催化剂的重要中间体。
用含镍废料(主要成分为NiO,含有少量CuO、FeO
和SiO2)制备NiSO4并回收金属资源的流程如图:
下列说法错误的是()
A.“酸溶”时应选用硫酸
B.滤渣2的成分为CuS和FeS
C.“操作1”为蒸发结晶D.合理处理废弃物有利于保护环境和资源再利用
【答案】B
FeS可转化为溶解度更小的CuS,由于亚铁离子易被氧化,则滤液中可含有Fe3+,Fe3+氧化S2-生成S单质,则滤渣2的成分为CuS、FeS和S,B错误;C项,由溶液得到晶体,可用蒸发结晶的方法,C正确;D项,合理处理废弃物,可减少污染,有利于保护环境和资源再利用,D正确;故选B。
5.(2019年安徽省江淮十校高三第三次联考理科综合能力测试)冰晶石(Na3AlF6)微溶于水,工业上用萤石(CaF2含量为96%)、二氧化硅为原料,采用氟硅酸钠法制备冰晶石,其工艺流程如下:
据此分析,下列观点不正确的是()
A.滤渣A的主要成分是CaSO4B.上述流程中,所涉反应没有复分解反应
C.“操作i”不可用硅酸盐质设备进行分离D.流程中可循环使用的物质除H2SO4、SiO2外,滤液B经浓缩后也能循环使用
【答案】B
【解析】A项,根据图示,反应①的反应物是CaF2、SiO2、H2SO4,,生成物为H2SiF6和滤渣A,,故滤渣A的主要成分是硫酸钙,故A正确;B项,H2SiF6与Na2SO4的反应属于复分解反应,故B错误;C项,操作i所得滤液中F-水解生成的HF腐蚀硅酸盐质设备,所以“操作i"不能用硅酸盐质设备进行分离,故C正确;D项,根据题意,反应③的离子方程式为3Na++4NH++6F-+AlO2-+2H2O=Na3AlF6↓+4NH3∙H2O,滤液B的上要成分是氨水,经浓缩后可以循环使用;故D正确;故选B。
6.由菱镁矿(主要成分为MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制备高纯Mg(OH)2的一种工艺如下:
下列说法不正确的是()
A.“煅烧”时FeCO3发生反应为
2Fe2O3+4CO2
B.“浸取”产生的气体X为NH3
C.“滤渣1”“滤渣2”分别为SiO2、CaSO4D.“沉镁”所得的固体是否洗涤干净可用BaCl2溶液检验
【答案】C
【解析】菱镁矿通入空气中煅烧,得到MgO、CaO、Fe2O3,SiO2不反应,加入水和氯化铵,得到氨气、氯化镁、氯化钙,过滤,除去不溶解的SiO2、Fe2O3,所以“滤渣1”主要成分为SiO2、Fe2O3,向滤液中加入硫酸镁,氯化钙与硫酸镁反应生成硫酸钙的沉淀和氯化镁溶液,“滤渣2”为CaSO4,然后向滤液中加入氨气,得到氢氧化镁沉淀。
过滤,得到高纯度的氢氧化镁。
A项,煅烧碳酸亚铁,得到二氧化碳气体和氧化铁固体,反应方程式为:
4FeCO3+O2
2Fe2O3+4CO2,A正确;B项,MgCO3经过煅烧得到MgO,加入水和氯化铵浸取,得到氯化镁、氨气和水,故“浸取”产生的气体X为NH3,B正确;C项,由分析可知,“滤渣1”为SiO2和Fe2O3、“滤渣2”为CaSO4,C错误;D项,“沉镁”步骤所得的固体进行洗涤,如果没有洗净,固体表面有残留的SO42-,加入BaCl2溶液,若产生白色沉淀,就证明未洗涤干净,否则洗涤干净,D正确;故选C。
二、非选择题(本题包括7小题,共76分)
7.(11分)(2020届福建省泉州市普通高中毕业班单科质量检查)碲是当代高科技材料不可缺少的重要组成元素。
以铋碲矿(主要含Te、Bi、Si、S等元素)为原料生产精碲的工艺流程如下:
已知:
TeO2是两性氧化物,微溶于水.回答下列问题:
(1)浸出液中碲以TeO2+存在,步骤①加入Na2SO3进行还原,反应的离子方程式为。
Na2SO3的实际用量比理论用量偏多,其主要原因是。
(2)王水是由约3体积浓盐酸和约1体积浓硝酸配制而成。
在实验室中配制王水所用的玻璃仪器除玻璃棒外还有。
王水溶解粗碲时,加入的碲粉与生成的NO的物质的量之比为。
(3)粗碲中仍含有硅元素,净化时加入CaCl2溶液可以除去硅元素,硅元素将以(填化学式)形式被除去。
(4)步骤③,将Na2TeO3转化为TeO2,反应的离子方程式是。
(5)电解时,精碲在极析出,电解产物中可循环使用的是。
4
【答案】
(1)TeO2++2SO32-+H2O=Te↓+2SO2-+2H+(2分)
Na2SO3与盐酸反应产生SO2(或与浸出液中其他氧化性物质反应)(1分)
(2)量筒和烧杯(1分)3:
4(2分)
3
(3)CaSiO3(1分)(4)TeO2-+2H+=TeO2↓+H2O(2分)
(5)阴(1分)NaOH(1分)
3243
322
3
3
【解析】
(1)碲以TeO2+存在,步骤①加入Na2SO3进行还原,发生氧化还原反应生成粗碲、硫酸根离子,并用电荷守恒配平,离子方程式为TeO2++2SO2-+HO=Te↓+2SO2-+2H+;浸泡时,用HCl、NaClO过量,加入亚硫酸钠时会发生化学反应,导致Na2SO3的实际用量比理论用量偏多;
(2)实验室配制王水时,量取盐酸、硝酸的体积用量筒,配制时在烧杯中,搅拌使用玻璃棒;王水溶解粗碲时,反应的离子方程式为3Te+4H++4NO-=3TeO+4NO↑+2HO,碲粉与生成的NO的物质的量之比为3:
4;(3)粗碲中仍含有硅元素,且以硅酸根离子的形式存在,加入CaCl2溶液时可生成硅酸钙沉淀;(4)步骤③,通过调节pH,将Na2TeO3转化为TeO2,反应的离子方程式为TeO2-+2H+=TeO2↓+H2O;(5)TeO2是两性氧化物,加入NaOH时,以TeO2-形式存在,电解时,Te的化合价降低,得电子,则在阴极产生;同时生成氢氧根离子,则可循环使用物质为NaOH。
8.(9分)(2020届江苏省常州市高三上学期期末考试)实验室用软锰矿(主要成分为MnO2)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为原料制取Mn2O3和单质硫,其实验流程如下:
已知:
①在碱性条件下,二价锰以Mn(OH)2形式稳定存在,三价锰以MnOOH形式稳定存在。
Mn(OH)2和MnOOH均难溶于水和碱性溶液。
②无水MnSO4晶体熔点700℃,在不同温度下它和MnOOH固体受热发生分解:
4MnSO4
2Mn2O3+4SO2↑+O2↑;2MnOOH
Mn2O3+H2O↑。
(1)溶浸过程中生成MnSO4、Fe2(SO4)3及单质S,该反应的化学方程式为。
Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-16、Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39,pH=7.1时Mn(OH)2开始沉淀)
(3)为提高Mn2O3的产率,流程中两次过滤操作后均需对滤渣进行洗涤,并。
(4)(NH4)2S溶液浸取过滤Ⅰ得到的滤渣时发生反应:
(NH4)2S+xS
(NH4)2Sx+1,单质硫转化为多硫化铵[(NH4)2Sx+1]转移到液相中。
实验时采用过量的饱和(NH4)2S溶液浸取的目的是。
将多硫化铵溶液置于如图所示的装置中,控制在90℃条件下分解,单质硫的提取率可达98%。
实验中适宜的加热方式为。
【答案】
(1)3MnO2+2FeS2+6H2SO4=3MnSO4+Fe2(SO4)3+4S+6H2O(2分)
(2)3.0 (4)增大单质硫的浸取率(1分)水浴加热(1分) (3分) 【解析】 (1)溶浸过程中加入的有MnO2和FeS2,生成MnSO4、Fe2(SO4)3及单质S,依据电子守恒进行配平,反应的化学方程式是3MnO2+2FeS2+6H2SO4=3MnSO4+Fe2(SO4)3+4S+6H2O; Ksp⎡Fe(OH)⎤ -39 K-14 (2)c3(OH-)=⎣3⎦=1.0⨯10 =10-33,c(OH-)=10-11,c(H+)=W=10 =10-3,pH=3.0,锰离 c(Fe3+) 10-6 c(OH-) 10-11 子沉淀时pH值是7.1,所以除去杂质铁离子调节pH值的范围是3.0-7.1;(3)为提高Mn2O3的产率,对滤渣 进行洗涤,并将洗涤后的滤液合并入过滤后的滤液中;(4)实验时采用过量的饱和(NH4)2S溶液浸取过滤Ⅰ得到的滤渣S,因为(NH4)2S+xS(NH4)2Sx+1,单质硫转化为多硫化铵[(NH4)2Sx+1]转移到液相中,目的是增大单质硫的浸取率,因为控制温度在90℃,可以用水浴加热;(5)无水MnSO4加热分解虽然也能得到 Mn2O3,但加热温度较高,而且会产生有毒气体SO2,所以采取把MnSO4转化为MnOOH,然后在250℃下加热分解制得。 把MnSO4转化为MnOOH,锰元素的化合价升高,需要加入氧化剂过氧化氢,加入氨水,生成MnOOH,控制温度250℃,使其分解得到Mn2O3。 9.(11分)(2019年湖南省长沙市雅礼中学高三下学期二模理综)锡酸钠可用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。 以锡锑渣(主要含Sn、Sb、As、Pb的氧化物)为原料,制备锡酸钠的工艺流程图如下图所示: 请回答下列问題: (1)Sn(IVA)、As(VA)、Sb(VA)三种元素中,Sn的原子序数为50,其原子结构示意图为,碱浸”时SnO2发生反应的化学方程式为。 (2)“碱浸”时,若Sn元素氧化物中SnO含量较高,工业上则加入NaNO3,其作用是。 (3)从溶液中得到锡酸钠晶体的实验操作是、趁热过滤、洗涤、干燥。 下图是“碱浸”实验的参数,请选择“碱浸”的合适条件。 (4)“脱铅”是从含Na2PbO2的溶液中形成硫化铅渣,其离子方程式为。 (5)“脱锑”时Na3SbO4发生的化学方程式为。 【答案】 (1)(1分)SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O(2分) (2)把SnO氧化为SnO32—(1分) (5)5Sn+4Na3SbO4+H2O═4Sb+5Na2SnO3+2NaOH(2分) 【解析】 (1)Sn与碳同主族,Sn的原子序数为50,最外层电子数为4,原子结构示意图为; (2)NaNO3具有氧化性,能将SnO氧化,“碱浸”时,若SnO含量较高,工业上则加入NaNO3,其作用是把 2 Na2PbO2溶液与硫化钠溶液发生氧化还原反应生成硫化铅沉淀和氢氧化钠,反应的离子方程式为PbO2-+S2- +2H2O═PbS↓+4OH-;(5)由流程图可知,“脱锑”时加入锡,锡与Na3SbO4溶液发生氧化还原反应生成Sb、 Na2SnO3和NaOH,反应的化学方程式为5Sn+4Na3SbO4+H2O═4Sb+5Na2SnO3+2NaOH。 10.(10分)(2020届广东省梅州市五华县高三上学期期末质检)今年为门捷列夫发现元素周期律150周年。 门捷列夫预言了很多未知元素,锗是其中一种,工业上用精硫锗矿(主要成分为GeS2)制取高纯度锗,其工艺流程如图所示: (1)开始将精硫锗矿粉碎的目的是。 工艺流程中COCl2分子中各原子均达到8电子稳定结构,其结构式为。 (2)酸浸时温度不能过高的原因是(用化学方程式表示)。 (3) A.冰水溶B.冰盐水浴C.49℃水浴 (4) a1a2 “>”=”或“<”)7,理由是。 (已知25℃时,H2GeO2的K=1.7⨯10-9,K=1.9⨯10-13) 【答案】 (1)增大固体表面积,加快GeS2的升华速率(1分) (1分) (4)>(1分)NaHGeO3水解平衡常数Kh =Kw Ka1 10-14-6 1.7⨯10-95.910 ,大于Ka2=1.9×10-13,即 NaHGeO3溶液中水解程度大于电离程度,溶液显碱性,故pH>7(3分) 【解析】 (1)将精硫锗矿粉碎可以增大固体物质的表面积,有利于后续升华的速率;COCl2中各物质的均达到了8电子稳定结构,C达到8电子稳定结构需要形成4个共价键,O需要2个,Cl需要1个,可知C 在中间,C和O之间形成双键,C和Cl之间形成单键,则结构简式 ; (2)用浓硝酸酸浸,浓硝 酸不稳定,受热分解生成NO2和O2,化学方程式为4HNO3(浓) 4NO2↑+O2↑+2H2O;(3)GeCl4易水解生成 K=Kw Ka1 10-14-6 1.7⨯10-95.910 ,大于Ka2=1.9×10-13,即NaHGeO3溶液中水解程度大于电离程度,溶液 显碱性,故pH>7。 11.(10分)(2019年江苏省扬州市高三期末考试)以高钛渣(主要成分为Ti3O5,含少量SiO2、FeO、Fe2O3) 为原料制备白色颜料TiO2的一种工艺流程如下: 已知: Na2TiO3难溶于碱性溶液;H2TiO3中的杂质Fe2+比Fe3+更易水洗除去。 (1)熔盐: ①为加快反应速率,在维持反应物颗粒大小、反应温度一定的条件下,可采取的措施是。 ②NaOH固体与Ti3O5在空气中加热至500~550℃时生成Na2TiO3,该反应的化学方程式为。 (2)过滤: ①“滤液”中主要溶质为NaOH,还含有少量(填化学式)。 ②除杂后的滤液中获得的NaOH可循环利用,则“水浸”时,用水量不宜过大的主要原因是。 (3)水解: “酸溶”后获得的TiOSO4经加热煮沸,生成难溶于水的H2TiO3,该反应的化学方程式为。 (4)脱色: H2TiO3中因存在少量Fe(OH)3而影响TiO2产品的颜色,“脱色”步骤中Ti2(SO4)3的作用是 。 【答案】 (1)①搅拌(1分) 6Na2TiO3+6H2O(2分) (2)①Na2SiO3(1分)②用水量过大,导致滤液浓度过低,蒸发浓缩时能耗增加(或蒸发浓缩时间过长) (2分) (3)TiOSO4+2H2O H2TiO3↓+H2SO4(2分) (4)将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,以便除去杂质铁,提高H2TiO3的纯度(2分) 【解析】 (1)①为加快反应速率,在维持反应物颗粒大小、反应温度一定的条件下,可适当搅拌,因为搅拌可使反应物混合均匀,增加反应物的接触机会,从而达到加快反应速率的目的;②NaOH固体与Ti3O5在空气中加热至500~550℃时生成Na2TiO3,发生氧化还原反应,其化学方程式为: 12NaOH+2Ti3O5+ O2 6Na2TiO3+6H2O; (2)①熔盐时加入的氢氧化钠会与少量杂质SiO2反应,其化学方程式为: 2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O,生成的硅酸钠易溶于水,则“滤液”中含有少量Na2SiO3;②“水浸”时,用水量过大,导致滤液浓度过低,蒸发浓缩时能耗增加(或蒸发浓缩时间过长);(3)“酸溶”后获得的TiOSO4会发生水解,经加热煮沸生成难溶于水的H2TiO3,其化学方程式为 H2TiO3↓+H2SO4;(4)根据给定信息易知,“脱色”步骤中加入还原性的Ti2(SO4)3,是为了将溶液中的Fe3+还原为Fe2+,以便除去杂质铁,提高H2TiO3的纯度,且不引入新的杂质。 12.(12分)(2020届宁夏银川一中高三第五次月考理综)铜在自然界中常以多种形态存在,现以孔雀石矿石[成分为Cu2(OH)2CO3、CuFeS2、SiO2、Fe2O3等]为原料生产主产品胆矾和副产品铁红的工艺流程如图: (1)气体1的成分除H2O(g)外,还有CO2、SO2,写出步骤①中发生氧化还原反应的化学方程式为 ,若反应生成1molSO2,则反应中转移的电子数为mol。 滤液1的主要成分为 (写化学式) (2)目前工业生产中步骤③酸浸的百分率为70%,为进一步提高酸浸的百分率可采取的措施有 (答出两点)。 (3)步骤④调pH所用试剂为(写化学式)(4)常温下滤液3的pH=4,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,则滤液3中c(Fe3+)=。 (5)步骤⑤操作为.。 (6)假设使用孔雀石矿石质量为mkg,步骤③酸浸的百分率为70%,经滤渣2所得铁红的质量为nkg, 则: ①铁红的用途之一为, ②孔雀石矿石中铁元素的含量为。 【答案】 (1)4CuFeS2+13O2高温4CuO+2Fe2O3+8SO2(2分) 6.5mol(1分)Na2SiO3(多写Na2CO3也可)(1分) (2)升高温度、增大酸的浓度(1分) (3)CuO[或CuCO3、Cu(OH)2等](1分)(4)4×10-8mol/L(2分) (5)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥(或烘干)(2分) (6)作红色油漆和涂料(1分) n ×100%(2分) m 【解析】 (1)气体1的成分除H2O(g)外,还有CO2、SO2,步骤①中发生氧化还原反应的化学方程式为CuFeS2+13O2高温4CuO+2Fe2O3+8SO2,该反应中氧气做氧化剂,由0价降低为-2价,每个氧原子得到2个电子,根据方程式可知生成8molSO2,氧气得到52mol电子,即转移52mol电子,所以生成1molSO2反应 中转移的电子数为6.5mol;根据分析可知滤液1的主要成分为Na2SiO3; (2)目前工业生产中步骤③酸浸的百分率为70%,为进一步提高酸浸的百分率可采取的措施有升高温度、增大酸的浓度;(3)步骤④调pH所用试剂为CuO[或CuCO3、Cu(OH)2等],可促进铁离子水解转化为沉淀,且不引入新杂质;(4)室温下滤液3 4⨯10-38 的pH=4,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,则滤液3中c(Fe3+)= (10-10)3 mol/L=4×10-8mol/L;(5)步骤⑤操作为蒸发浓 缩、冷却结晶、过滤、洗涤;(6)①铁红的用途之一为作红色油漆和涂料;②假设使用孔雀石质量为mkg,步骤③酸浸的百分率为70%,经滤渣2所得铁红的质量为nkg,由铁元素守恒可知,孔雀石矿石中铁元素 n⨯112÷70%n 的含量为160×100%=m×100%。 m 13.(13分)(2020届江西省宜春市丰城九中2020届高三12月月考)磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一,磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。 碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上用氯化铵焙烧菱锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下: 已知: ①菱锰矿粉的主要成分是MnCO3,还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。 金属离子 Fe3+ Al3+ Fe2+ Mg2+ Ca2+ Mn2+ 开始沉淀的pH 1.5 3.8 6.3 9.6 10.6 8.8 沉淀完全的pH 2.8 5.2 8.3 11.6 12.6 10.8 回答下列问题: (1)“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为。 (2)浸出液“净化除杂”过程如下: ①加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+;②调节溶液pH,
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