高考化學(xué)大題逐空突破系列（全國通用）02 ?？碱}空2 轉(zhuǎn)化過程中反應(yīng)條件的控制方法 （附答案解析）

⑤溫度范圍答題策略a．溫度不高于××℃的原因：適當加快反應(yīng)速率,但溫度過高會造成(如濃硝酸)揮發(fā)，(如H2O2、NH4HCO3)分解，(如Na2SO3)氧化或促進(如AlCl3)水解等，影響產(chǎn)品的生成b．溫度不低于××℃的原因：加快反應(yīng)速率或者對于吸熱反應(yīng)而言可是平衡正移，增加產(chǎn)率3．濃度(1)根據(jù)需要選擇適宜濃度，控制一定的反應(yīng)速率，使平衡移動有利于目標產(chǎn)物的生成，減小對后續(xù)操作產(chǎn)生的影響(2)反應(yīng)物過量，能保證反應(yīng)的完全發(fā)生或提高其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，但對后續(xù)操作也會產(chǎn)生影響4．壓強：改變反應(yīng)速率，使平衡向需要的方向移動5．催化劑：選擇合適的催化劑，能加快反應(yīng)速率6．使用保護氣(1)隔絕空氣(主要是O2、H2O)(2)抑制弱離子的水解(如HCl氛圍)【題組訓(xùn)練】1．污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦(主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物)作脫硫劑，通過如下簡化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2(反應(yīng)條件已省略)。用MnCO3能除去溶液中的Al3＋和Fe3＋，其原理是__________________________________________2．硝酸銅晶體[Cu(NO3)2·6H2O]，是一種重要的化工原料，常用于農(nóng)藥、鍍銅、搪瓷等工業(yè)。以輝銅礦(主要成分為Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì))為原料制備硝酸銅晶體的某工藝如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：調(diào)節(jié)溶液pH時選用的物質(zhì)a可以是___________，幾種金屬離子沉淀的pH范圍如圖2所示，“調(diào)pH”時應(yīng)將溶液pH調(diào)至________～________3．氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：已知：①菱錳礦石主要成分是MnCO3，還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素②相關(guān)金屬離子[c(Mn＋)＝0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀時的pH如下：金屬離子Al3＋Fe3＋Fe2＋Ca2＋Mn2＋Mg2＋開始沉淀的pH3.81.56.510.68.19.6沉淀完全的pH5.23.79.712.610.111.6③常溫下，CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10－10、7.42×10－11浸出液“凈化除雜”過程如下：首先加入MnO2將Fe2＋氧化為Fe3＋，反應(yīng)的離子方程式為_________________；然后調(diào)節(jié)溶液pH使Fe3＋、Al3＋沉淀完全，此時溶液的pH范圍為_________4．利用廢鎳電池的金屬電極芯(主要成分為Co、Ni，還含少量Fe、Al等)生產(chǎn)醋酸鈷晶體、硫酸鎳晶體的工藝流程如下。已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Co(OH)3Al(OH)3Ni(OH)2開始沉淀pH2.27.47.60.14.07.6完全沉淀pH3.28.99.21.15.29.2沉淀A的主要成分是Fe(OH)3、____________，“浸出液”調(diào)節(jié)pH的范圍為________，調(diào)節(jié)pH選用的試劑可以是________(填字母)a．鐵b．氨水c．碳酸鈉溶液d．稀硫酸5．鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰礦的形式存在，其主要化學(xué)成分為CeFCO3。工業(yè)上利用氟碳鈰礦提取CeCl3的一種工藝流程如下：加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得固體無水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_____________________6．我國某地粉煤灰中主要含有Al2O3，除此之外還含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物質(zhì)。已知從粉煤灰中回收鋁并提取鎵的工藝流程如下所示：電解過程中，Ga3＋與NaOH溶液反應(yīng)生成GaOeq\o\al(－,2)，GaOeq\o\al(－,2)在陰極放電，則電解方程式：_____________________；電解過程中需要保持溶液為pH＝11以上的原因是______________________________________7．輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如下所示：“保溫除鐵”過程中，加入CuO的目的是______________________________；“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”過程中，要用HNO3溶液調(diào)節(jié)溶液的pH，其理由是_________________________________________8．某化學(xué)興趣小組以菱鐵礦(主要成分為FeCO3，含有SiO2、Al2O3等少量雜質(zhì))為原料制備氯化鐵晶體(FeCl3·6H2O)的實驗過程如下：酸溶及后續(xù)過程中均需保持酸過量，其目的除了提高鐵元素的浸出率之外，還有___________________9．高純MnCO3在電子工業(yè)中有重要的應(yīng)用，工業(yè)上利已知：還原焙燒主反應(yīng)為2MnO2＋Ceq\o(=,\s\up7(焙燒))2MnO＋CO2↑可能用到的數(shù)據(jù)如下：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Mn(OH)2開始沉淀pH1.56.54.28.1沉淀完全pH3.79.77.410.1步驟G，溫度控制在35℃以下的原因是________________________10．鈀(Pd)是一種不活潑金屬，含鈀催化劑在工業(yè)、科研上用量較大。某廢鈀催化劑(鈀碳)中含有鈀(5%～6%)、碳(93%～94%)、鐵(1%～2%)以及其他雜質(zhì)，故鈀碳具有很高的回收價值。如圖是利用鈀碳制備氯化鈀(PdCl2)和(Pd)的流程加入濃氨水，調(diào)節(jié)pH至9.0，并控制溫度在70～75℃，Pd元素以[Pd(NH3)4]2+的形式存在于溶液中。若溫度大于75℃，則不利于除鐵，原因是__________________________________________________11．無色透明的鋯石(主要成分為ZrSiO4)酷似鉆石，是很好的鉆石代用品。鋯石又稱鋯英石，常含有鐵、鋁、銅的氧化物雜質(zhì)。工業(yè)上一種以鋯英石為原料制備ZrO2的工藝流程如圖所示：已知：ⅰ.Zr在化合物中通常顯＋4價，“氯化”過程中除C、O元素外，其他元素均轉(zhuǎn)化為高價氯化物；ⅱ.SiCl4極易水解生成硅酸；ZrCl4易溶于水，390℃升華；ⅲ.Fe(SCN)3難溶于有機溶劑MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有機溶劑MIBK中的溶解度?！奥然边^程中ZrCl4的產(chǎn)率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示：由圖可知，“氯化”過程選擇的最佳條件為________，“氯化”溫度超過390℃時，ZrCl4產(chǎn)率降低的原因為________________________________________________________12．鋁氫化鈉(NaAlH4)是重要的還原劑。以鋁土礦(主要成分Al2O3，含少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備NaAlH4的一種流程如圖：已知：堿浸中SiO2轉(zhuǎn)化成難溶的Na2Al2SixO8濾渣溶于鹽酸的“酸浸率”與溫度關(guān)系如圖所示，試解釋溫度過高，“酸浸率”降低的原因________________________________________________________________________13．從化工廠鉻渣中提取硫酸鈉的工藝如下：已知：①鉻渣含有Na2SO4及少量Cr2Oeq\o\al(2－,7)、Fe3＋②Fe3＋、Cr3＋完全沉淀(c≤1.0×10－5mol·L－1)時pH分別為3.6和5“微熱”除能加快反應(yīng)速率外，同時還可以________________________________14．實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO4·7H2O)，過程如下：過程⑥中，將溶液Z加熱到70～80℃，目的是______________________15．輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如下所示：“回收S”過程中溫度控制在50～60℃之間，不宜過高或過低的原因是________________________________________________________________________________________16．氯化亞銅(CuCl)廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl微溶于水，不溶于稀酸，可溶于Cl－濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅(主要成分是Cu和少量CuO)為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝流程如下：溶解步驟的溫度應(yīng)控制在60～70℃，原因是_____________________________________________17．釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備NH4VO3“酸浸氧化”需要加熱，其原因是_______________________________________18．下圖為某化工企業(yè)生產(chǎn)流程示意圖：(1)③中發(fā)生置換反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________；③中通入氬氣的作用是：_________________________________________________(2)從MgCl2溶液中獲取無水MgCl2的方法是____________________________________________________19．氯化磷酸三鈉[(Na3PO4·12H2O)4·NaClO]的熔點為62℃，常溫下較穩(wěn)定，受熱易分解，具有良好的滅菌、消毒、漂白作用，可廣泛地用于醫(yī)院、餐館、食品加工等行業(yè)。一種以磷礦石[主要成分為Ca5(PO4)3F]為原料生產(chǎn)氯化磷酸三鈉的工藝流程如圖。(1)“中和1”的反應(yīng)中會生成Na2HPO4、CO2，該過程中除調(diào)節(jié)pH外，還需控制70～80℃的微熱狀態(tài)，微熱的目的是____________________、________________________(2)“干燥”溫度不宜過高的原因是_________________________________________20．一種從銅陽極泥(主要含有銅、銀、金、少量的鎳)中分離提取多種金屬元素的工藝流程如下：“分銅”時，如果反應(yīng)溫度過高，會有明顯的放出氣體現(xiàn)象，原因是______________________________21．一種磁性材料的磨削廢料的主要成分是鐵鎳合金(含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%)，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備氫氧化鎳，工藝流程如下：“除鐵”時H2O2的作用是______________，加入碳酸鈉的目的是_____________________________________【?？碱}空2轉(zhuǎn)化過程中反應(yīng)條件的控制方法】答案1．MnCO3消耗溶液中的H＋，促進Al3＋和Fe3＋水解，生成氫氧化物沉淀解析：Al3＋和Fe3＋都能水解，生成H＋和對應(yīng)的氫氧化物，H＋與MnCO3反應(yīng)，H＋被消耗，促進Al3＋和Fe3＋進一步水解，最后Al3＋和Fe3＋形成氫氧化物沉淀2．CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO33.24.7解析：調(diào)節(jié)溶液pH時，主要利用加入的物質(zhì)消耗Fe3＋水解生成的氫離子，使其水解程度增大而轉(zhuǎn)化為沉淀，為防止引入新的雜質(zhì)，物質(zhì)a可以是CuO或Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3；“調(diào)pH”時應(yīng)將溶液中Fe3＋全部沉淀，而Cu2＋不能沉淀，因此要將溶液pH調(diào)至3.2～4.7。(5)從溶液得到晶體，一般的操作為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥。3．MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O5.2≤pH<8.1解析：二氧化錳具有氧化性，可以氧化亞鐵離子，而二氧化錳被還原為錳離子，反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；根據(jù)題干信息知pH在5.2時Al3＋沉淀完全，pH在8.1時，Mn2＋開始沉淀，所以將Fe3＋、Al3＋沉淀完全，可以調(diào)整pH范圍在5.2≤pH<8.14．Al(OH)35.2≤pH<7.6bc解析金屬電極芯中的主要成分是Co、Ni，還含少量Fe、Al等，加入稀硫酸酸浸時，金屬單質(zhì)都轉(zhuǎn)化為金屬離子(Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Al3＋)，浸出液中加入過氧化氫的作用是氧化亞鐵離子為鐵離子，由流程圖中最終產(chǎn)物可知，調(diào)節(jié)pH的作用是除去溶液中的Fe3＋、Al3＋，故沉淀A的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3；為了保證Fe3＋、Al3＋沉淀完全而Ni2＋、Co2＋不沉淀，由表格數(shù)據(jù)可知，要調(diào)節(jié)pH的范圍為5.2≤pH<7.6；調(diào)節(jié)pH時不能加入鐵，因為鐵能還原鐵離子為亞鐵離子，不能加入稀硫酸，因為要將溶液的pH調(diào)大，由流程圖中后續(xù)所加試劑可知，調(diào)節(jié)pH選用的試劑可以是氨水、碳酸鈉溶液。5．分解產(chǎn)生HCl，抑制CeCl3的水解加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得固體無水CeCl3，其中NH4Cl的作用是分解產(chǎn)生HCl，抑制CeCl3的水解。6．4GaOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))4Ga＋3O2↑＋4OH－抑制GaOeq\o\al(－,2)水解，并阻止H＋在陰極放電降低電解效率解析：電解過程中，GaOeq\o\al(－,2)中Ga元素從＋3價降低至0價，發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga，陽極為水失去電子生成氧氣，電解總反應(yīng)為4GaOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))4Ga＋3O2↑＋4OH－；GaOeq\o\al(－,2)屬于弱酸陰離子，能夠發(fā)生水解生成Ga(OH)3，會降低產(chǎn)率，若溶液酸度過高，則溶液中H＋可能會發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，會降低陰極電解效率。7．提升溶液的pH，促進Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀抑制Cu2＋水解解析：置換過程過濾后，得到固體物質(zhì)是Cu和Fe，Cu和Fe與硝酸反應(yīng)生成Cu(NO3)2和Fe(NO3)3，F(xiàn)e3＋水解：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO的目的是調(diào)節(jié)pH，促使Fe3＋水解，生成氫氧化鐵沉淀；Cu(NO3)2溶液中Cu2＋發(fā)生水解，Cu2＋＋2H2O=Cu(OH)2＋2H＋，加入硝酸，抑制Cu2＋水解8．抑制Fe3+水解解析：酸溶和后續(xù)過程中酸過量可以抑制Fe3+水解。9．減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率解析：銨鹽不穩(wěn)定，受熱易分解，所以步驟G中溫度需控制在35℃以下，減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率10．NH3·H2O會分解，NH3逸出，導(dǎo)致溶液的pH降低，除鐵的效果不好解析：利用氨水除鐵的實驗條件是：氨水過量，且溫度適宜。溫度低于70℃，除鐵的速率較慢；溫度高于75℃，NH3?H2O會分解，NH3逸出，導(dǎo)致溶液的pH降低，除鐵的效果不好11．1MPa、390℃溫度高于390℃，ZrCl4因升華而逸出解析：由圖可知，壓強和溫度都會影響ZrCl4的產(chǎn)率，圖中“氯化”過程中ZrCl4的產(chǎn)率最高時的條件為1MPa、390℃。由已知條件ⅱ可知ZrCl4易溶于水，390℃升華，因此若“氯化”溫度超過390℃，ZrCl4因升華而逸出，導(dǎo)致其產(chǎn)率降低。12．溫度過高，鹽酸揮發(fā)損失，從而使“酸浸率”降低解析：由于鹽酸易