破解制備型無(wú)機(jī)物流程題(含解析)

2020屆高考化學(xué)第二輪專題復(fù)習(xí)課時(shí)提升訓(xùn)練破解制備型無(wú)機(jī)物流程題1、利用工業(yè)冶煉硫酸銅(含有Fe2＋、AsOeq\o\al(－,2)、Ca2＋等雜質(zhì))提純制備電鍍硫酸銅的生產(chǎn)流程如下：已知：①Fe3＋、Cu2＋開(kāi)始沉淀的pH分別為2.7、5.4，完全沉淀的pH分別為3.7、6.4。②Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。③AsOeq\o\al(－,2)＋H2O2＋H＋=H3AsO4，H3AsO4＋Fe3＋=FeAsO4↓＋3H＋。(1)溶解操作中需要配制含銅32g·L－1的硫酸銅溶液1.0L，需要稱量冶煉級(jí)硫酸銅的質(zhì)量至少為_(kāi)_______g。(2)測(cè)定溶解液中的Fe2＋的濃度，可用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，取用KMnO4溶液應(yīng)使用________(填“酸式”或“堿式”)滴定管，其中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________________________。若要檢驗(yàn)調(diào)節(jié)pH后溶液中的Fe3＋已除盡的方法是______________。(3)氧化后需要將溶液進(jìn)行稀釋及調(diào)節(jié)溶液的pH＝5，則稀釋后的溶液中銅離子濃度最大不能超過(guò)______mol·L－1。(4)固體Ⅰ的主要成分除FeAsO4、Fe(OH)3外還有________，由溶液Ⅰ獲得CuSO4·H2O，需要經(jīng)過(guò)________、__________、過(guò)濾、洗滌、干燥操作。(5)利用以上電鍍硫酸銅作為電解質(zhì)，電解粗銅(含鋅、銀、鉑雜質(zhì))制備純銅，寫出陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)：________________。答案：(1)80(2)酸式MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O取少量溶液Ⅰ于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則說(shuō)明Fe3＋已經(jīng)除盡(3)2×10－2(4)CaCO3蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶(5)Zn－2e－=Zn2＋、Cu－2e－=Cu2＋解析(1)溶解操作中需要配制含銅32g·L－1的硫酸銅溶液1.0L，需要稱量冶煉級(jí)硫酸銅的質(zhì)量至少為m(CuSO4)＝eq\f(32g·L－1×1.0L×160,64)＝80g。(2)高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，取用KMnO4溶液應(yīng)使用酸式滴定管；MnOeq\o\al(－,4)將Fe2＋氧化為Fe3＋，同時(shí)MnOeq\o\al(－,4)被還原為Mn2＋，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O；檢驗(yàn)調(diào)節(jié)pH后溶液中的Fe3＋已除盡的方法是取少量溶液Ⅰ于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若溶液不出現(xiàn)紅色，則說(shuō)明Fe3＋已經(jīng)除盡。(3)溶液pH＝5，c(OH－)＝10－9mol·L－1，則稀釋后的溶液中銅離子濃度最大不能超過(guò)eq\f(2×10－20,10－92)mol·L－1＝2×10－2mol·L－1。(4)固體Ⅰ的主要成分除FeAsO4、Fe(OH)3外還有CaCO3，操作Ⅰ從溶液中獲得晶體，需經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥操作。(5)電解粗銅(含鋅、銀、鉑雜質(zhì))制備純銅，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋、Cu－2e－=Cu2＋。2、PFS是水處理中重要的絮凝劑，下圖是以回收的廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程。(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸應(yīng)是______________；PFS中鐵元素的化合價(jià)為_(kāi)________________；在酸浸槽中，為了提高浸出率，可以采取的措施有__________________________________(寫兩條)。(2)若廢鐵屑中含有較多鐵銹(Fe2O3·xH2O)，則酸浸時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式有______________________________。(3)如果反應(yīng)釜中用H2O2作氧化劑，則反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____；生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜中產(chǎn)生了大量的氣體，且溫度明顯升高，其原因可能是____________________________________。(4)聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)。如果溶液酸性過(guò)強(qiáng)，造成的后果是_________________________________。如果溶液酸性太弱又會(huì)生成大量的氫氧化鐵沉淀。若溶液中Fe3＋的濃度為1mol·L－1，當(dāng)Fe3＋開(kāi)始沉淀時(shí)，溶液的pH約為_(kāi)_______。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。答案：(1)H2SO4＋3加熱、攪拌、多次浸取等(2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe2(SO4)3＋Fe=3FeSO4、Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OH2O2與Fe2＋的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，加入的H2O2過(guò)多，且生成的Fe3＋能作H2O2分解的催化劑，H2O2發(fā)生分解反應(yīng)，生成了O2(4)影響Fe3＋與OH－的結(jié)合(合理答案均可)1解析(1)絮凝劑是硫酸鹽，制備時(shí)不能引入雜質(zhì)，要用硫酸酸浸；根據(jù)[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正、負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，得鐵的化合價(jià)為＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均與硫酸反應(yīng)，且氧化性：Fe3＋＞H＋。(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，酸性過(guò)強(qiáng)，F(xiàn)e3＋水解平衡逆向移動(dòng)，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3＋的濃度為1mol·L－1，當(dāng)Fe3＋開(kāi)始沉淀時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13mol·L－1，則c(H＋)＝0.1mol·L－1，所以pH＝1。3、As2O3在醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某含砷元素(As)的工業(yè)廢水經(jīng)如下流程轉(zhuǎn)化為粗As2O3。(1)“堿浸”的目的是將廢水中的H3AsO3和H3AsO4轉(zhuǎn)化為鹽。H3AsO4轉(zhuǎn)化為Na3AsO4反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________。(2)“氧化”時(shí)，1molAsOeq\o\al(3－,3)轉(zhuǎn)化為AsOeq\o\al(3－,4)至少需要O2______mol。(3)“沉砷”是將砷元素轉(zhuǎn)化為Ca5(AsO4)3OH沉淀，發(fā)生的主要反應(yīng)有：a．Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)ΔH＜0b．5Ca2＋＋OH－＋3AsOeq\o\al(3－,4)Ca5(AsO4)3OHΔH＞0研究表明：“沉砷”的最佳溫度是85℃。用化學(xué)平衡原理解釋溫度高于85℃后，隨溫度升高沉淀率下降的原因：_____________________________________。(4)“還原”過(guò)程中H3AsO4轉(zhuǎn)化為H3AsO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________________________。(5)“還原”后加熱溶液，H3AsO3分解為As2O3，同時(shí)結(jié)晶得到粗As2O3。As2O3在不同溫度和不同濃度硫酸中的溶解度(S)曲線如圖所示。為了提高粗As2O3的沉淀率，“結(jié)晶”過(guò)程進(jìn)行的操作是______________________________________________________。(6)下列說(shuō)法中，正確的是________(填字母)。a．粗As2O3中含有CaSO4b．工業(yè)生產(chǎn)中，濾液2可循環(huán)使用，提高砷的回收率c．通過(guò)先“沉砷”后“酸化”的操作，可以達(dá)到富集砷元素的目的答案：(1)H3AsO4＋3NaOH=Na3AsO4＋3H2O(2)0.5(3)溫度升高，反應(yīng)a平衡逆向移動(dòng)，c(Ca2＋)下降，引起反應(yīng)b平衡逆向移動(dòng)，Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降(4)H3AsO4＋H2O＋SO2=H3AsO3＋H2SO4(5)調(diào)硫酸濃度約為7mol·L－1，冷卻至25℃，過(guò)濾(6)abc4、碲(Te)廣泛用于彩色玻璃和陶瓷。工業(yè)上用精煉銅的陽(yáng)極泥(主要含有TeO2，少量Ag、Au)為原料制備單質(zhì)碲的一種工藝流程如圖：已知TeO2微溶于水，易溶于較濃的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿。(1)“堿浸”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____________________________________。(2)堿浸后的“濾渣”可以部分溶于稀硝酸，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________。(3)“沉碲”時(shí)控制溶液的pH為4.5～5.0，生成TeO2沉淀。酸性不能過(guò)強(qiáng)，其原因是____________________________；防止局部酸性過(guò)強(qiáng)的操作方法是____________________。(4)“酸溶”后，將SO2通入TeCl4酸性溶液中進(jìn)行“還原”得到碲，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________。(5)25℃時(shí)，亞碲酸(H2TeO3)的Ka1＝1×10－3，Ka2＝2×10－8。①0.1mol·L－1H2TeO3溶液的電離度α約為_(kāi)___________。(α＝eq\f(已電離弱電解質(zhì)分子數(shù),弱電解質(zhì)分子總數(shù))×100%)②0.1mol·L－1的NaHTeO3溶液中，下列粒子的物質(zhì)的量濃度關(guān)系正確的是________(填字母)。A．c(Na＋)＞c(HTeOeq\o\al(－,3))＞c(OH－)＞c(H2TeO3)＞c(H＋)B．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HTeOeq\o\al(－,3))＋c(TeOeq\o\al(2－,3))＋c(OH－)C．c(Na＋)＝c(TeOeq\o\al(2－,3))＋c(HTeOeq\o\al(－,3))＋c(H2TeO3)D．c(H＋)＋c(H2TeO3)＝c(OH－)＋c(TeOeq\o\al(2－,3))答案：(1)TeO2＋2OH－=TeOeq\o\al(2－,3)＋H2O(2)3Ag＋4HNO3=3AgNO3＋NO↑＋2H2O(3)溶液酸性過(guò)強(qiáng)，TeO2會(huì)繼續(xù)與酸反應(yīng)導(dǎo)致碲元素?fù)p失緩慢加入H2SO4，并不斷攪拌(4)TeCl4＋2SO2＋4H2O=Te＋4HCl＋2H2SO4(5)①10%②CD5、廢棄物的綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護(hù)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室利用廢舊電池的銅帽(Cu、Zn總含量約為99%)回收Cu并制備ZnO的部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：(1)①銅帽溶解時(shí)加入H2O2的目的是____________________(用化學(xué)方程式表示)。②銅帽溶解完全后，需將溶液中過(guò)量的H2O2除去。除去H2O2的簡(jiǎn)便方法是_____________________________。(2)為確定加入鋅灰(主要成分為Zn、ZnO，雜質(zhì)為鐵及其氧化物)的量，實(shí)驗(yàn)中需測(cè)定除去H2O2后溶液中Cu2＋的含量。實(shí)驗(yàn)操作：準(zhǔn)確量取一定體積的含有Cu2＋的溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH＝3～4，加入過(guò)量的KI，用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。上述過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式如下：2Cu2＋＋4I－=2CuI(白色)↓＋I(xiàn)22S2Oeq\o\al(2－,3)＋I(xiàn)2=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6)①滴定選用的指示劑為_(kāi)_______，滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象為_(kāi)______。②若滴定前溶液中的H2O2沒(méi)有除盡，所測(cè)定的Cu2＋含量將會(huì)________(填“偏高”“偏低”或“不變”)。(3)已知pH＞11時(shí)Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2－。下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH(開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L－1計(jì)算)。開(kāi)始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋5.98.9實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：30%H2O2溶液、1.0mol·L－1HNO3溶液、1.0mol·L－1NaOH溶液。由除去銅的濾液制備ZnO的實(shí)驗(yàn)步驟依次為①__________________________________；②_______________________________________；③過(guò)濾；④_________________________________________；⑤過(guò)濾、洗滌、干燥；⑥900℃煅燒。答案：(1)①Cu＋H2O2＋H2SO4=CuSO4＋2H2O②加熱(至沸)(2)①淀粉溶液當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)液藍(lán)色褪去且半分鐘不恢復(fù)②偏高(3)①向?yàn)V液中加入適量30%H2O2溶液，使其充分反應(yīng)②滴加1.0mol