高中化學-2021屆高三大題優(yōu)練5-以適應性操作為載體的工藝流程-學生版

以適應性操作為載體的工藝流程以適應性操作為載體的工藝流程大題優(yōu)練5優(yōu)選例題優(yōu)選例題例：以鹽湖鋰精礦(主要成分為Li2CO3，還含有少量的CaCO3)和鹽湖鹵水(含一定濃度LiCl和MgCl2)為原料均能制備高純Li2CO3。(1)以鋰精礦為原料制取碳酸鋰的流程如下，其中“碳化溶解”的裝置如圖所示。已知：Ⅰ．20℃時LiOH的溶解度為12.8g。Ⅱ．Li2CO3在不同溫度下的溶解度：0℃1.54g，20℃1.33g，80℃0.85g。①裝置C中主要反應的化學方程式為______。②裝置C中的反應需在常溫下進行，溫度越高鋰精礦轉(zhuǎn)化速率越小的原因可能是______________________。保持溫度、反應時間、反應物和溶劑的量不變，實驗中提高鋰精礦轉(zhuǎn)化率的操作有______。③熱解、過濾獲得Li2CO3的表面有少量Li2C2O4，未經(jīng)洗滌也不會影響最終Li2CO3產(chǎn)品的純度，其原因是_____________________________________________。(2)設計由鹽湖鹵水制取Li2CO3的實驗方案：向濃縮后的鹽湖鹵水______________________________。[已知：pH=10時Mg(OH)2完全沉淀，實驗中必須用的試劑：NaOH溶液、Na2CO3溶液]。【答案】（1）Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3溫度升高，Li2CO3、CO2溶解度均較小加快攪拌速率加熱烘干時Li2C2O4會分解，固體產(chǎn)物為Li2CO3（2）邊攪拌邊加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH大于10，過濾，向濾液中加入Na2CO3溶液，靜置后向上層清液中再加入Na2CO3溶液，若無沉淀產(chǎn)生，過濾，用熱水洗滌沉淀2～3次【解析】裝置A用碳酸鈣和稀鹽酸反應產(chǎn)生了CO2，在裝置B中裝飽和食鹽水除去HCl氣體雜質(zhì)，向鋰精礦中的Li2CO3通入CO2轉(zhuǎn)化成溶于水的LiHCO3，裝置C發(fā)生反應方程式Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3，加熱分解LiHCO3得到Li2CO3，由信息II可知溫度越高，Li2CO3的溶解度越小，所以蒸發(fā)結(jié)晶出Li2CO3晶體。（1）①裝置C中主要反應的化學方程式為：Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3；②溫度越高鋰精礦轉(zhuǎn)化速率越小的原因可能是：溫度升高，Li2CO3、CO2溶解度均較小，不利于反應進行，提高鋰精礦轉(zhuǎn)化率的操作有：加快攪拌速率；③Li2CO3的表面有少量Li2C2O4，由于加熱烘干時Li2C2O4會分解，固體產(chǎn)物為Li2CO3，所以不影響產(chǎn)品的純度；（2）鹽湖鹵水中含有Mg2+雜質(zhì)，需先加NaOH調(diào)節(jié)pH大于10，將鎂離子轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2沉淀除去，過濾掉雜質(zhì)沉淀，再加入Na2CO3溶液制得Li2CO3，最后用熱水洗滌晶體，減少晶體的溶解，則實驗方案為：邊攪拌邊加入NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH大于10，過濾，向濾液中加入Na2CO3溶液，靜置后向上層清液中再加入Na2CO3溶液，若無沉淀產(chǎn)生，過濾，用熱水洗滌沉淀2～3次。模擬優(yōu)練模擬優(yōu)練1．一種利用化肥中廢催化劑(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)制取明礬和CoSO4粗產(chǎn)品的工藝流程如下：已知：(i)相關金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下表所示：Al3+Fe3+Fe2+Co2+開始沉淀的pH3.51.66.36.6完全沉淀的pH5.42.88.39.2(ⅱ)Al(OH)3在堿性條件下開始溶解時的pH為7.8，完全溶解時的pH為11。回答下列問題：(1)寫出H2O2的電子式：___________。(2)下列措施一定能提高步驟I中Al3+和Co2+的浸取率的是___________(填標號)a．將廢催化劑粉磨為細顆粒b．步驟I中的硫酸采用98%的濃硫酸c．適當提高浸取時的溫度(3)步驟Ⅱ中，寫出“氧化”過程中Fe2+被氧化的離子方程式：___________，若“氧化”后再“調(diào)節(jié)pH=3”，造成的后果是___________。(4)步驟Ⅲ中加K2CO3應控制pH的范圍為___________。(5)測定CoSO4粗產(chǎn)品中鈷的質(zhì)量分數(shù)的步驟如下：準確稱取ag產(chǎn)品，先經(jīng)預處理，然后加入過量的冰乙酸，在加熱煮沸下，緩慢滴加KNO2溶液直至過量，生成不溶于乙酸的K3[Co(NO2)6]，再經(jīng)過濾、洗滌及干燥，稱量沉淀的質(zhì)量為bg。①KNO2溶液氧化并沉淀Co2+的離子方程式為___________(已知KNO2被還原為NO)。②粗產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分數(shù)為___________(Mr{K3[Co(NO2)6]}=452，列出計算式)。2．我國有豐富的Na2SO4資源，2020年10月，中科院過程工程研究所公布了利用Na2SO4制備重要工業(yè)用堿（NaHCO3）及鹽（NaHSO4）的閉路循環(huán)綠色工藝流程：某?；瘜W興趣小組根據(jù)該流程在實驗室中進行實驗?；卮鹣铝袉栴}：(1)用以下實驗裝置圖進行流程中的“一次反應”。①裝置A中的橡皮管a的作用是______。②裝置B中加入CCl4的目的是______。③裝置C中的試劑b是______。(2)在“二次反應”中，硫酸銨溶液與過量的硫酸鈉反應生成溶解度比較小的復鹽，分離該復鹽與溶液需要的玻璃儀器有______。(3)用以下實驗裝置圖進行流程中的“煅燒(350℃)”①煅燒時，要邊加熱邊通氮氣，理由是______。②依據(jù)該流程的閉路循環(huán)綠色特點，“一次反應”與“煅燒(350℃)”的實驗中均采用下圖所示裝置處理尾氣，則燒杯中的x溶液最好是______溶液。(4)測定產(chǎn)品硫酸氫鈉的純度：稱取所得產(chǎn)品，配成溶液，每次取出配制的溶液，用標準溶液滴定，測得的實驗數(shù)據(jù)如下表：序號1234標準溶液體積/20.0518.4019.9520.00所得產(chǎn)品硫酸氫鈉的純度為______(以百分數(shù)表示，保留三位有效數(shù)字)。(5)分析上述流程圖，寫出利用該流程制備兩種鹽的總反應的化學方程式______。3．氫溴酸在醫(yī)藥和石化工業(yè)上有廣泛用途。下圖是模擬工業(yè)制備氫溴酸粗品并精制流程：根據(jù)上述流程回答下列問題：（1）混合①中發(fā)生反應的化學方程式為_________。（2）混合①中使用冰水的目的是______________。（3）操作Ⅱ和操作Ⅲ的名稱分別是________、_______。操作Ⅲ一般適用于分離____________混合物。（選填編號）a．固體和液體b．固體和固體c．互不相溶的液體d．互溶的液體（4）混合②中加入Na2SO3的目的是_______________________________。（5）純凈的氫溴酸應為無色液體，但實際工業(yè)生產(chǎn)中制得的氫溴酸（工業(yè)氫溴酸）帶有淡淡的黃色。于是甲乙兩同學設計了簡單實驗加以探究：甲同學假設工業(yè)氫溴酸呈淡黃色是因為含F(xiàn)e3+，則用于證明該假設所用的試劑為____________，若假設成立可觀察到的現(xiàn)象為_________________。乙同學假設工業(yè)氫溴酸呈淡黃色是因為_______，其用于證明該假設所用的試劑為____________。4．三氯化鉻(CrCl3)為紫色晶體，熔點為83℃，易潮解，易升華，不易水解，高溫下易被氧氣氧化，主要用作媒染劑和催化劑。工業(yè)上制取三氯化鉻的流程如下：請回答下列問題：(1)用蒸餾水洗滌三氧化二鉻是除去_________(填化學式)。(2)650℃時，在反應器反應一段時間后，除產(chǎn)生CrCl3外，還有副產(chǎn)物劇毒的光氣(COCl2)生成，該反應的化學方程式是_______________。(3)根據(jù)上述工藝原理，實驗室用Cr2O3和CCl4(沸點76.8℃)在高溫下制備三氯化鉻，部分實驗裝置如圖所示(夾持裝置略)。①上圖中通入的氣體X是_________(填化學式)。②裝置A的燒杯中盛有________。(4)樣品中三氯化鉻質(zhì)量分數(shù)的測定Ⅰ．稱取樣品0.3300g，加水溶解并于250mL容量瓶中定容。Ⅱ．移取25.00mL樣品溶液于帶塞的錐形瓶中，加熱至沸騰后加入稍過量的Na2O2，稀釋并加熱煮沸，再加入過量H2SO4酸化，將Cr3+氧化為Cr2Oeq\o\al(2?,7)；再加入過量的KI固體，加塞搖勻，使鉻完全以Cr3+的形式存在。Ⅲ．加入1mL指示劑，用0.0250mol·L－1標準Na2S2O3溶液滴定至終點，平行測定三次，平均消耗標準Na2S2O3溶液24.00mL(已知：Cr2Oeq\o\al(2?,7)+6I－+14H+=2Cr3++3I2+7H2O，2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)。①滴定實驗可選用的指示劑為______。②樣品中無水三氯化鉻的質(zhì)量分數(shù)為______%(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。5．某礦樣中含有大量的CuS及少量其他不溶于酸的雜質(zhì)。實驗室中以該礦樣為原料制備CuCl2·2H2O晶體，流程如下：(1)在實驗室中，欲用37%(密度為1.19g·mL－1)的鹽酸配制500mL6mol·L－1的鹽酸，需要的儀器除量筒、燒杯、玻璃棒外，還有_____、_____。(2)①若在實驗室中完成系列操作a。則下列實驗操作中，不需要的是____________(填字母)。②CuCl2溶液中存在平衡：Cu(H2O)eq\o\al(2+,4)(藍色)+4Cl－CuCleq\o\al(2?,4)(黃色)+4H2O。欲用實驗證明濾液A(綠色)中存在上述平衡，除濾液A外，下列試劑中還需要的是_____(填字母)。a．FeCl3固體b．CuCl2固體c．蒸餾水(3)某化學小組欲在實驗室中研究CuS焙燒的反應過程，查閱資料得知在空氣中焙燒CuS時，固體質(zhì)量變化曲線及SO2生成曲線如圖。①CuS礦樣在焙燒過程中，有Cu2S、CuO·CuSO4、CuSO4、CuO生成，轉(zhuǎn)化順序為CuSCu2SCuO·CuSO4CuSO4CuO第①步轉(zhuǎn)化主要在200～300℃內(nèi)進行，該步轉(zhuǎn)化的化學方程式______。②300～400℃內(nèi)，固體質(zhì)量明顯增加的原因是_____，圖所示過程中，CuSO4固體能穩(wěn)定存在的階段是____________(填字母)。a．一階段b．二階段c．三階段d．四階段③該化學小組設計如下裝置模擬CuS礦樣在氧氣中焙燒第四階段的過程，并驗證所得氣體為SO2和O2的混合物。a．裝置組裝完成后，應立即進行的一項操作是_____。b．當D中產(chǎn)生白色沉淀時，說明第四階段所得氣體為SO2和O2的混合物，你認為D中原來盛有________溶液。c．若原CuS礦樣的質(zhì)量為10.0g，實驗過程中，保持在760℃左右持續(xù)加熱，待礦樣充分反應后，石英玻璃管內(nèi)所得固體的質(zhì)量為8.0g，則原礦樣中CuS的質(zhì)量分數(shù)為_____。答案與解析答案與解析模擬優(yōu)練1.【答案】（1）（2）ac（3）2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+Fe3+對雙氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低（4）pH11（5）Co2++3K++7NOeq\o\al(?,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO?100%【解析】廢催化劑(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)加入硫酸酸浸反應后得到浸取液，主要含有Co2+、Al3+、Fe2+、H+和SOeq\o\al(2?,4)等離子，調(diào)節(jié)溶液的pH=3，再加入H2O2，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+并產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀。過濾后，濾液中加入K2CO3調(diào)節(jié)pH，生成Co(OH)2沉淀和KAlO2溶液，經(jīng)過濾分離。Co(OH)2沉淀加硫酸溶解經(jīng)后續(xù)處理得到粗產(chǎn)品CoSO4，濾液加硫酸酸化得到硫酸鋁鉀溶液，經(jīng)結(jié)晶得到明礬，以此分析解答。(1)H2O2為共價化合物，兩個氧原子共用一對電子，電子式為：，因此，本題正確答案是：；(2)a．將廢催化劑粉磨為細顆粒，增大反應物的接觸面積，能提高浸取率，故a正確；b．該反應為H+參加的離子反應，98%的濃硫酸中的氫離子濃度極小，不利于酸浸，故b錯誤；c．升高溫度化學反應速率加快，所以適當提高浸取時的溫度，能提高浸取率，故c正確。因此，本題正確答案是：ac；(3)Fe2+被氧化為Fe3+，pH=3時產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，離子方程式為：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+對雙氧水的分解有催化作用，若“氧化”后再“調(diào)節(jié)pH=3”，會造成原料利用率低。因此，本題正確答案是：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+對雙氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低；(4)由已知(i)可知，Co2+沉淀完全的pH為9.2，由已知(ⅱ)可知，Al(OH)3完全溶解時的pH為11，所以要分離出Al3+，應控制pH的范圍為pH11，因此，本題正確答案是：pH11；(5)①KNO2將Co2+氧化為Co3+，并生成K3[Co(NO2)6]沉淀，NOeq\o\al(?,2)被還原為NO，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒及原子守恒寫出離子方程式為Co2++3K++7NOeq\o\al(?,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO?。因此，本題正確答案是：Co2++3K++7NOeq\o\al(?,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO?；②bgK3[Co(NO2)6]中含Co元素的質(zhì)量為bg×，則粗產(chǎn)品中鈷元素的質(zhì)量分數(shù)為×100%，因此，本題正確答案是：×100%。2.【答案】（1）平衡氣壓，使氨水能順利滴加防止溶液倒吸飽和NaHCO3溶液燒杯、玻璃棒、漏斗排出分解產(chǎn)生的氨氣，防止氨氣重新與硫酸氫鈉反應Na2SO496.0%【解析】由實驗裝置可知“一次反應”中A裝置是用濃氨水和堿石灰作用制備氨氣，通入B裝置中導管插入到CCl4溶液中可以防倒吸，裝置D為實驗制備CO2的裝置，反應為：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，裝置C則是裝有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶，用于除去CO2中的HCl，裝置B為反應裝置，反應方程式為：Na2SO4+2NH3+2H2O+2CO2=2NaHCO3↓+(NH4)2SO4，然后過濾分離出硫酸銨溶液，進入“二次反應”室，硫酸銨溶液與過量的硫酸鈉反應生成溶解度比較小的復鹽，然后對復鹽進行煅燒，反應為：2NaHSO4+2NH3+2H2O，“一次反應”和“煅燒”均產(chǎn)生含有NH3的尾氣，該流程的閉路循環(huán)綠色特點可知，應用硫酸鈉溶液吸收，計算中多次測量求平均值時，應將明顯誤差的第二組數(shù)據(jù)舍去再進行計算。(1)①裝置A中的橡皮管a的作用是平衡氣壓，使氨水能順利滴加，故答案為：平衡氣壓，使氨水能順利滴加；②NH3和CO2不溶于CCl4，裝置B中加入CCl4的目的是防止溶液倒吸，故答案為：防止溶液倒吸；③有分析可知，裝置C是除去CO2中混有的HCl，應選用飽和NaHCO3溶液，故答案為：飽和NaHCO3溶液；(2)分離該復鹽(沉淀)與溶液的操作是過濾，需要的玻璃儀器為燒杯、玻璃棒、漏斗；(3)①煅燒時，要邊加熱，邊通氮氣排出分解產(chǎn)生的氨氣，防止氨氣重新與硫酸氫鈉反應，故答案為：排出分解產(chǎn)生的氨氣，防止氨氣重新與硫酸氫鈉反應；②依據(jù)該流程的閉路循環(huán)綠色特點可知，使用Na2SO4溶液吸收尾氣，故答案為：Na2SO4溶液；(4)舍去偏差較大的第2次數(shù)據(jù)，平均使用NaOH標準溶液20.00mL，所得產(chǎn)品硫酸氫鈉的純度，故答案為：96.0%；(5)由流程圖知，該流程總反應的化學方程式為。3.【答案】（1）SO2+Br2+2H2O==2HBr+H2SO4（2）降低體系溫度，防止溴揮發(fā)（3）過濾蒸餾d（4）除去粗品中未反應完的溴（5）KSCN溶液溶液變成血紅色含有Br2CCl4【解析】（1）混合①中二氧化硫、溴和水反應生成硫酸和氫溴酸，化學方程式為SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4；（2）Br2氧化SO2放熱，溴易揮發(fā)，使用冰水，降低體系溫度，防止溴蒸發(fā)，使反應完全；（3）由工藝流程可知，操作Ⅱ為分離固體與液體的操作，應是過濾；操作Ⅲ為分離相互溶解的液體的操作，應是蒸餾，蒸餾一般適用于互溶的液體的分離；答案為：過濾；蒸餾；d；（4）粗品中可能含有未反應的Br2，加入Na2SO3，除去粗品中未反應完的溴；（5）用KSCN溶液檢驗Fe3+，取少許溶液滴加KSCN溶液，溶液變成血紅色，說明氫溴酸呈淡黃色是因為含F(xiàn)e3+；由工藝流程可知，溶液中可能含有Br2，可以用CCl4萃取方法檢驗，取少許溶液加振蕩、靜置分層，下層呈橙紅色，說明氫溴酸呈淡黃色是因為含Br2；答案為：KSCN溶液；溶液變成血紅色；含有Br2；CCl4。4.【答案】（1）(NH4)2Cr2O7Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2N2高于76.8℃的熱水淀粉溶液96.1【解析】根據(jù)流程圖知，重鉻酸銨分解產(chǎn)生的三氧化二鉻(Cr2O3難溶于水)、氮氣和水，然后洗滌、烘干得到Cr2O3，在加熱條件下，在反應器中發(fā)生反應Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2，三氯化鉻易升華，在高溫下能被氧氣氧化，為防止三氯化鉻被氧化，通入氮氣，且充入的氮氣能使反應物進入管式爐中進行反應，最后得到無水三氯化鉻。(1)用蒸餾水洗滌三氧化二鉻，可除去表面附著的(NH4)2Cr2O7；(2)650℃時，在反應器反應一段時間后，除產(chǎn)生CrCl3外，還有副產(chǎn)物劇毒的光氣(COCl2)生成，反應的化學方程式為Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2；(3)①因為三氯化鉻易升華，在高溫下能被氧氣氧化，為防止三氯化鉻被氧化，所以通入的氣體為N2；②燒杯A盛有高于76.8℃的熱水，可以使得CCl4進入裝置B中參與反應；(4)①碘單質(zhì)遇淀粉溶液變藍，因此滴定實驗可選用的指示劑為淀粉溶液；②設25.00mL樣品溶液中無水三氯化鉻的物質(zhì)的量為x，由原子守恒和電子守恒得如下關系：2CrCl3~Cr2Oeq\o\al(2?,7)~3I2~6Na2S2O326x