2019-2020年高考化学三轮复习 重要考点练习卷 无机化工流程问题

2019-2020年高考化学三轮复习 重要考点练习卷 无机化工流程问题 1．金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀，而被广泛用作高新科技材料，并被誉为“未来金属”，但在高温时钛化合能力极强，可以与氧、碳、氮及其他元素化合。以钛铁矿(主要成分FeTiO3，钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛，同时获得副产品甲的工业生产流程如下： 回答下列问题： （1）已知反应①钛铁矿和浓H2SO4反应的产物之一是TiOSO4，反应中无气体生成。则该反应属于 　　　　　　(填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”)，写出该反应的化学方程式： 。 （2）写出上述反应②、③的化学方程式： 。 （3）反应④要在氩气氛围中进行的理由是 ，最终所得到的金属钛中会混有少量杂质，可加入　　　　　　　溶解后除去。 （4）用熔融法直接电解TiO2也能制取金属钛，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　。 （5）如果取钛铁矿m吨，杂质的百分含量为w，最终生产出钛n吨(不考虑损耗)，则m、n、w三者之间的数学关系是　　　　　　　(已知Ti的相对原子质量为48)。 【答案】（1）非氧化还原反应　FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O （2）H2TiO3TiO2+H2O、TiO2+2Cl2+2CTiCl4+2CO （3）Ti在高温下化合能力极强，在氩气氛围中可防止其与O2、N2等化合　稀盐酸 （4）TiO2(熔融)Ti+O2↑ （5）6m=19n+6mw 2．用废铅蓄电池的铅泥(含PbSO4、PbO和Pb等)可制备精细化工产品3PbO·PbSO4·H2O(三盐)，主要制备流程如下。 请回答下列问题： （1）铅蓄电池在生活中有广泛应用，其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。铅蓄电池在充电时，阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　。若铅蓄电池放电前正、负极质量相等，放电时转移了1 mol电子，则理论上两极质量之差为　　　　　。 （2）将滤液Ⅰ、滤液Ⅲ合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物(Mr=322)，其化学式为　　　　　　　　。 （3）步骤③酸溶时铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2及NO的离子方程式为　　　　　　　　　　　　；滤液Ⅱ中溶质的主要成分为　　　　　　　　(填化学式)。 （4）步骤⑥合成三盐的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 （5）步骤⑦的洗涤操作中，检验沉淀是否洗涤完全的操作方法是　　　　　　　　　　　　。 （6）已知：常温下，Ksp(PbSO4)≈2.0×10−8，Ksp(PbCO3)≈1.0×10−13。在步骤①转化中，若硫酸铅和碳酸铅在浊液中共存，=　　　　。 【答案】（1）PbSO4+2H2O−2e−PbO2++4H+　16 g （2）Na2SO4·10H2O （3）3Pb+8 H++23Pb2++2NO↑+4H2O　HNO3 （4）4PbSO4+6NaOH3PbO·PbSO4·H2O↓+3Na2SO4+2H2O （5）取少量最后一次洗涤后的滤液于试管中，滴加BaCl2溶液和盐酸，若产生白色沉淀，则沉淀未洗涤完全；若没有白色沉淀生成，则沉淀已洗涤完全 （6）2.0×105 3．钨是熔点最高的金属，广泛应用于生活和工业生产。工业上，以白钨矿[主要成分是CaWO4(难溶于水)，含少量的Fe2O3、SiO2]为原料冶炼钨的流程如图所示： 已知：①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。 ②钨在高温下可与C(碳)反应生成硬质合金碳化钨(WC)。 （1）CaWO4中W的化合价为　　　　　　　　。 （2）粉碎白钨矿的目的是　　　　　　　　　(写两条)。加入碳酸钠并加热至1 000 ℃发生的反应有　　　　　　　　　　　　　　、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑。 （3）向滤液A中加入稀盐酸调节pH时，如果pH太低，钨的产率　　　　　(填“升高”“降低”或“不变”)。 （4）工业上，可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。理论上，等物质的量的CO、H2、Al作还原剂，可得到W的质量之比为　　　　　　　　　　　　　　　　。 （5）已知：含大量钨酸钙固体的溶液中存在CaWO4(s)Ca2+(aq)+ (aq)　ΔH。 T1 K时，pCa=−lg c(Ca2+)=5，当温度升高至T2 K时，pCa=5.5，则ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”)。T2 K时，Ksp(CaWO4)=　　　　　　　。 （6）工业上，可用电解法从碳化钨废料中回收钨。碳化钨作阳极，不锈钢作阴极，盐酸为电解质溶液，阳极析出滤渣D并放出CO2。写出阳极的电极反应式：　　　　　　　　　。 【答案】（1）+6 （2）增大反应物之间的接触面积，加快反应速率 CaWO4+Na2CO3+SiO2Na2WO4+CaSiO3+CO2↑ （3）降低 （4）2∶2∶3 （5）<　1.0×10−11 （6）WC−10e−+6H2OH2WO4+CO2↑+10H+ 4．兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。以红土镍矿为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示(部分反应条件和产物省略)： 已知：红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)在高温下灼烧会生成Ni2O3、Fe2O3，酸浸液的溶质是NiSO4、Fe2(SO4)3。 回答下列问题： （1）滤渣A的主要成分是　　　(填化学式)。上述流程中氩气的作用是　　　　　　　。 （2）Ni2O3与硫酸反应生成NiSO4的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 （3）通入H2S发生还原反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。 （4）通入H2S生成NiS而不生成FeS，由此推知Ksp(NiS)　　　Ksp(FeS)(填“>”“<”或“=”)。 （5）NiSNi(CO)4Ni过程中碳元素化合价没有变化。写出NiS和CO在一定条件下反应的化学方程式　　　　　　　　　。 （6）参照上述流程图，从浸出液B中提取铝，循环利用。流程：　                                   。 【答案】（1）SiO2　作保护气 （2）2Ni2O3+4H2SO44NiSO4+O2↑+4H2O （3）2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+ （4）< （5）NiS+4CONi(CO)4+S （6）浸出液BAl(OH)3Al2O3Al 5．氟碳铈矿的主要化学成分为CeFCO3，它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到数十种，其中一种提取铈的工艺流程如下： 已知：焙烧后烧渣中含+4价的铈及+3价的其他稀土氟氧化物;酸浸Ⅰ的浸出液中含少量的+3价的铈。 请回答下列问题： （1）焙烧前将矿石粉碎成细颗粒的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）在生产过程中，酸浸Ⅰ中会产生黄绿色气体，污染环境、腐蚀设备，写出产生黄绿色气体的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　，提出一种解决的方案：　　　　　　　　　　　　　　。 （3）实验室中进行操作Ⅰ所用玻璃仪器名称：　　　　　　　;在操作Ⅰ后的溶液中加入NaOH溶液是为了调节溶液pH获得Ce(OH)3，测定该溶液pH的操作是　　　　　　　　　　，然后与比色卡对比。 （4）已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可示为： 2Ce3+(水层)+6HT(有机层)2CeT3(有机层)+6H+(水层) 从平衡角度解释：萃取过程中向混合液中加入稀硫酸获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （5）常温下，含Ce3+溶液加碱调至pH=8时，c(Ce3+)=b mol·L−1，已知Ce(OH)3的溶度积=a，则a和b的关系是　　　　　　　　　　　　。 （6）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.45 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 mol·L−1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+)，消耗20.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为　　　　[Ce(OH)4的相对分子质量为208，结果保留两位有效数字]。 【答案】（1）增大固体与空气的接触面积，增大反应速率;提高原料的转化率 （2）2Ce4++2Cl−2Ce3++Cl2↑　用H2SO4酸浸 （3）漏斗、烧杯、玻璃棒 取一小片pH试纸放在干燥洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取该溶液点在pH试纸的中央 （4）混合液中加入稀H2SO4使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+的方向移动 （5）a=10−18b　（6）92% 6．工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示： 已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。 ②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。 ③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。 （1）结合图1、2、3，焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为　　　　　、　　　　　、　　　　　　　。 （2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2+转化为Fe3+，再调节溶液pH的范围为　　　　　　　，将Fe3+和Al3+变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为氟化物沉淀除去。 （3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 （4）上述流程中可循环使用的物质是　　　　　　　　。 （5）现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。实验步骤：称取1.000 g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2+++4+2H+2[Mn(PO4)2]3−++H2O充分进行；加入稍过量的硫酸铵，发生反应+N2↑+2H2O以除去；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L−1 10.00 mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn(PO4)2]3−+Fe2+Mn2++ Fe3++2；用0.10 mol·L−110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。 ①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　(还原产物是Cr3+)。 ②试样中锰的质量分数为　　　　　　　。 【答案】（1）500 ℃　60 min　1.10 （2）4.7≤pH<8.1 （3）Mn2++2MnCO3↓+ CO2↑+H2O （4）NH4Cl （5）①6Fe2+++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O　②77% 7．某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。 已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO2NaCl+NaClO3 ②AgCl可溶于氨水：AgCl+2NH3·H2O Ag(NH3) 2++ Cl− +2H2O ③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)2+： 4Ag(NH3) 2++N2H4·H2O4Ag↓+N2↑+4+4NH3↑+H2O （1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为__________________。 （2）NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为________________。 HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是__________________________________________。 （3）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并_______________________。 （4）若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应)，还因为_________________。 （5）请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：________________________(实验中须使用的试剂有：2 mol·L−1水合肼溶液，1 mol·L−1H2SO4)。 【答案】（1）水浴加热 （2）4Ag+4NaClO+2H2O4AgCl+4NaOH+O2↑ 会释放出氮氧化物(或 NO、NO2 )，造成环境污染 （3）将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中 （4）未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl−，不利于AgCl与氨水反应 （5）向滤液中滴加2 mol·L−1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol·L−1 H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥。 8．重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示： 回答下列问题： （1）步骤①的主要反应为： FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+ Fe2O3+CO2+ NaNO2 上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________。 （2）滤渣1中含量最多的金属元素是____________，滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。 （3）步骤④调滤液2的pH使之变____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用离子方程式表示）。 （4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到___________（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a．80℃ b．60℃ c．40℃ d．10℃ 步骤⑤的反应类型是___________________。 （5）某工厂用m1 kg 铬铁矿粉（含Cr2O3 40%）制备K2Cr2O7，最终得到产品 m2 kg，产率为________。 【答案】（1）2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 （2）铁 Al(OH)3 （3）小 2+2H++H2O （4）d 复分解反应 （5）×100% 9．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： 回答下列问题： （1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。 （2）“酸浸”后，钛主要以形式存在，写出相应反应的离子方程式__________________。 （3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示： 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O转化率% 92 95 97 93 88 分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。 （4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。 （5）若“滤液②”中，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使恰好沉淀完全即溶液中，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？ （列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为。 （6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。 【答案】（1）100℃、2h，90℃，5h （2）FeTiO3+ 4H++4Cl− = Fe2++ + 2H2O （3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 （4）4 （5）Fe3+恰好沉淀完全时，c()=mol·L−1=1.3×10–17 mol·L−1，c3(Mg2+)×c2()＝(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。 （6）2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+ H2O↑+ 3CO2↑ 10． TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下： 资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质 化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2 沸点/℃ 58 136 181（升华） 316 1412 熔点/℃ −69 −25 193 304 714 在TiCl4中的溶解性 互溶 —— 微溶 难溶 （1）氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。 已知：TiO2(s)+2 Cl2(g)= TiCl4(g)+ O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·mol−1 2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2=−220.9 kJ·mol−1 ① 沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：_______________________。 ② 氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据：_______________。 ③ 氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是__________________________。 ④ 氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________。 （2）精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下： 物质a是______________，T2应控制在_________。 【答案】（1）①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H=−45.5 kJ/mol ②> 随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应 ③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液 ④MgCl2、AlCl3、FeCl3 （2）SiCl4 高于136℃，低于181℃