專題02 氧化還原反應原理綜合應用-2022年高考沖刺化學大題百題精練(解析版)-2023修改整理

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專題二氧化還原反應原理綜合應用

1．濕法煉鋅廠在除雜過程中會產(chǎn)生大量鐵礬渣。某黃鉀鐵礬渣主要含有K2Fe6(SO4)4(OH)12、ZnO·Fe2O3及少量CaO、MgO、SiO2等。一種由黃鉀鐵礬渣制備復合鎳鋅鐵氧體(NiZnFe4O8)的流程如下：

回答下列問題

（1）濾渣I的主要成分是___________。

（2）凈化除雜階段加入Fe粉時發(fā)生反應的離子方程式為___________、___________。已知：25℃時Ksp(CaF2)=2.7×10－11，Ksp(MgF2)=6.4×10－19。加入NH4F使Ca2+、Mg2+離子沉淀，若沉淀后溶液中c(Ca2+)=2.7×10－6mol·L－1，則c(Mg2+)=___________mol·L－1。

（3）在Fe2+、Ni2+、Zn2+共沉淀過程中，三種離子的損失濃度與pH的關(guān)系曲線如圖所示，pH與n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)的關(guān)系曲線如圖所示。為提高原料利用率，n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在___________左右；按此比例，若以Me代表Fe、Ni、Zn元素，則生成MeCO3·2Me(OH)2·H2O沉淀的化學反應方程式為___________。

（4）鐵氧體工藝階段制備NiZnFe4O8過程中，需加入___________劑(填“氧化”或“還原”)。根據(jù)上述流程，一座10萬噸規(guī)模的鋅廠每年產(chǎn)生黃鉀鐵礬渣約5萬噸，F(xiàn)e3+含量為27%，理論上每年可制備復合鎳鋅鐵氧體(NiZnFe4O8，M=476g·mol－1)___________萬噸(保留兩位有效數(shù)字)

【答案】SiO22Fe3++Fe=3Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2↑6.4×10-142.0

3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑氧化4.3

【解析】

【詳解】

（1）SiO2不和硫酸反應，因而濾渣Ⅰ為SiO2。

（2）凈化除雜階段加入Fe粉與過量的稀硫酸置換出氫氣，與Fe3+發(fā)生氧化還原反應，因而離子方程式為2Fe3++Fe=3Fe2+，F(xiàn)e+2H+=Fe2++H2↑。Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)，帶入數(shù)據(jù)，按照溶液中的鈣離子濃度可以求出c(F-)=10-2.5mol/L，再按照Ksp(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-)，解得c(Mg2+)=6.4×10-14mol/L。

（3）觀看圖1可知pH=7.2時，三種離子的損失濃度最大，即沉淀達到最大值，因而此時的pH值最合理，結(jié)合圖2，當pH等于7.2時，n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)等于2.0，說明n(NH4HCO3)︰n(Fe2++Ni2++Zn2+)最好控制在2.0左右。按照濾液Ⅱ配料，可知陰離子還有SO42-，因而反應物為MeSO4和NH4HCO3，Me2+和HCO3-要發(fā)生雙水解，除了信息給的沉淀，產(chǎn)物還有CO2和(NH4)2SO4，因而化學方程式為3MeSO4+6NH4HCO3=MeCO3·2Me(OH)2·2H2O↓+3(NH4)2SO4+5CO2↑。

（4）流程前期操作得到的是Fe2+，而鐵氧體工藝階段得到的NiZnFe4O8鐵元素是+3價，說明需要加入氧化劑。因2Fe3++Fe=3Fe2+，說明3n(Fe3+)=2n(Fe2+)，可知3m(Fe3+)=2m(Fe2+)，所以流程中共加入鐵元素的質(zhì)量為5×0.27×3/2=2.025萬噸，而NiZnFe4O8鐵元素養(yǎng)量分數(shù)為56×4/476=47％，因而

NiZnFe4O8的質(zhì)量為2.025÷47％=4.3萬噸。

2．堿性鋅錳電池的工作原理：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2，其中的電解質(zhì)溶液是KOH溶液。某課題組用廢舊鐵殼無汞堿性鋅錳電池為原料，制備一種新型材料——MnxZn(1?x)Fe2O4，其工藝流程如圖所示：

（1）已知MnxZn(1?x)Fe2O4中錳元素的化合價與試驗室用二氧化錳制取氯氣時還原產(chǎn)物中的錳相同，則鐵元素的化合價為___________。

（2）“溶渣”工序中稀硫酸與鐵反應生成的硫酸亞鐵可將+3價錳的化合物所有還原成Mn2+，寫出該反應的離子方程式：_________________________________。

（3）“調(diào)鐵”工序的目的是調(diào)節(jié)濾液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質(zhì)的量之比與產(chǎn)品的化學式MnxZn(1?x)Fe2O4相符合。

①寫出“調(diào)鐵”工序中發(fā)生反應的離子方程式：______________________、_______。

②若測得濾液的成分為c(Mn2+)+c(Zn2+)=amol·L?1，c(Fe2+)+c(Fe3+)=bmol·L?1，濾液體積為1m3，“調(diào)

鐵”工序中，需加入的鐵粉質(zhì)量為___________kg(忽視溶液體積變化，用含a、b的代數(shù)式表示)。

（4）在“氧化”工序中，加入雙氧水的目的是把Fe2+氧化為Fe3+；生產(chǎn)過程中發(fā)覺實際消耗雙氧水的量大于理論值，其可能緣由除溫度外，主要是______________________。

（5）用氨水“調(diào)pH”后，經(jīng)“結(jié)晶”、“過濾”可得到產(chǎn)品和濾液C，從濾液C中還可分別出一種氮肥，該氮肥的溶液中離子濃度由大到小的排序為_______________。

【答案】+3MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2OFe+2Fe3+=3Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2↑112a?56b生成的Fe3+催化了雙氧水的分解c(NH4+)>c(SO42—)>c(H+)>c(OH?)

【解析】

【分析】

由流程圖可知，向用水洗滌的廢舊電池濾渣中加入稀硫酸，濾渣中的Fe和Zn(OH)2溶于稀硫酸，反應生成的硫酸亞鐵在酸性條件下，與MnO(OH)發(fā)生氧化還原反應生成硫酸鐵、硫酸錳，過濾得到含有硫酸鋅、硫酸鐵和硫酸錳的酸性濾液，向濾液中加入鐵粉調(diào)節(jié)濾液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質(zhì)的量之比與產(chǎn)品的化學式MnxZn(1?x)Fe2O4相符合，再加入雙氧水將Fe2+氧化為Fe3+，用氨水調(diào)pH后，經(jīng)結(jié)晶、過濾得到產(chǎn)品MnxZn(1?x)Fe2O4。

【詳解】

（1）由題意可知，MnxZn(1?x)Fe2O4中錳元素的化合價為+2價，設鐵元素化合價為+a，由化合價代數(shù)和為零可得：（+2）×x+（+2）×（1—x）+（+a）×2+（—2）×4=0，解得a=3，故答案為：+3；

（2）由題意可知，硫酸亞鐵與MnO(OH)在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應，硫酸亞鐵被氧化生成硫酸鐵，MnO(OH)被還原為硫酸錳，反應的離子方程式為MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O，故答案為：MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O；

（3）①“調(diào)鐵”工序中，加入的鐵粉與溶液中的Fe3+和H+反應，反應時，氧化性較強的Fe3+與Fe反應生成Fe2+，F(xiàn)e3+徹低反應后，H+與Fe反應生成Fe2+和H2，反應的離子方程式為Fe+2Fe3+=3Fe2+和Fe+2H+=Fe2++H

↑，故答案為：Fe+2Fe3+=3Fe2+；Fe+2H+=Fe2++H2↑；

2

②由MnxZn(1?x)Fe2O4得化學式可知，n[Mn2++Zn2+]:n(Fe3+)=1:2，設加入的鐵粉為xmol，依據(jù)題意可得

（amol·L?1×103L）:(bmol·L?1×103L+x)=1:2，解得x=(2a-b)×103mol，則加入的鐵粉質(zhì)量為(2a-b)×103mol×56g/mol=56(2a-b)×103g=56(2a-b)kg，故答案為：56(2a-b)；

（4）在“氧化”工序中，雙氧水把Fe2+氧化為Fe3+，反應生成的Fe3+可以做催化劑，使雙氧水催化分解，成為除溫度外，導致實際消耗雙氧水的量大于理論值的因素，故答案為：生成的Fe3+催化了雙氧

水的分解；

（5）由流程圖可知，反應中加入了稀硫酸和氨水，濾液C中一定含有可以做氮肥的硫酸銨，硫酸銨溶液中因為銨根離子水解使溶液顯酸性，溶液中有c(H+)>c(OH?)，但是因為水解程度小，溶液中有c(NH4+)>c(SO42—)，則溶液中離子濃度由大到小的排序為，故答案為：c(NH4+)>c(SO42—)>c(H

+)>c(OH?)；

【點睛】

本題主要考查化學工藝流程，考查分析問題與解決問題的能力，集元素化合物學問\基本概念和基本理論于一體，考查面廣、綜合性強，注重題給信息和流程中的反應原理分析是解答關(guān)鍵。

3．硝酸銨簡稱硝銨，可用作化肥，含氮量高。它在發(fā)生某些反應時既放出大量熱又生成大量氣體而爆炸，也可作炸藥使用。

（1）硝銨受熱：NH4NO3→N2O↑+2H2O，該反應中由于有____而屬于氧化還原反應，其中發(fā)生還原過程元素的變化為___。

（2）硝銨受撞擊：2NH4NO3→O2+2N2+4H2O，請在該反應方程式上補齊電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目___。

若反應中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.01×1024，則反應產(chǎn)生的氣體在標準情況下的體積為____。

（3）一定溫度下，硝銨分解：___NH4NO3→___HNO3+___N2↑+___H2O，配平該反應方程式，把系數(shù)填入對應的位置上。反應中被氧化與被還原的原子的物質(zhì)的量之差為5mol時，參與反應的硝銨的質(zhì)量為___。

（4）硝銨易溶于水，溶解時溶液的溫度降低。硝銨溶于水時，溫度降低的緣由是_____，該水溶液呈（填“酸”“堿”或“中”）____性，用離子方程式表示緣由為_____。

（5）為使該水溶液在常溫下的pH為7，并不引入雜質(zhì)，可以_____，試證實所得的溶液中

c(NH4+)=c(NO3-)：_______。

【答案】電子的轉(zhuǎn)移NO3-→N2O33.6L5249

1000g硝酸銨溶于水時蔓延過程的吸熱量大于水合過程的放熱量酸

NH4++H2ONH3?H2O+H+加入適量氨水溶液中存在NH4+、NO3-、H+、OH-，溶液呈電中性：c(NH4+)+c(H+)=c(NO3-)+c(OH-)，由于c(H+)=c(OH-)，所以c(NH4+)=c(NO3-)（其他證實辦法，合理即得分）

【解析】

【分析】

（1）有電子轉(zhuǎn)移的反應為氧化還原反應，元素化合價降低的過程為還原過程；

（2）按照化合價變化，用雙線橋標出電子轉(zhuǎn)移狀況；按照電子轉(zhuǎn)移關(guān)系計算生成氣體的體積；

（3）按照得失電子守恒，配平方程式；由配平的方程式找出被氧化與被還原的原子的物質(zhì)的量之差與反應物的關(guān)系，以此計算；

（4）硝酸銨溶于水吸熱；硝酸銨是強酸弱堿鹽，水解顯酸性；

（5）由水解的離子方程式NH4++H2ONH3?H2O+H+，按照平衡移動來解答；按照在硝酸銨和氨水的混合溶液中存在電荷守恒關(guān)系證實。

【詳解】

（1）在NH4NO3→N2O↑+2H2O中，NH4+中氮元素化合價從-3價上升到+1價，NO3-中氮元素化合價從+5價降低到+1價，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，屬于氧化還原反應，其中發(fā)生還原過程元素的變化為NO3-→N2O，因此，本題正確答案是：電子的轉(zhuǎn)移；NO3-→N2O；

（2）按照化合價變化，用雙線橋標出電子轉(zhuǎn)移為：。由此可知，每生成2molN2

轉(zhuǎn)移10mol電子，則若反應中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.01×1024，即轉(zhuǎn)移5mol電子時，則反應產(chǎn)生的氣體為1molN2和0.5molO2，在標準情況下的體積為1.5mol×22.4L/mol=33.6L，

因此，本題正確答案是：；33.6L；

（3）在反應NH4NO3→HNO3+N2↑+H2O中，NH4NO3中的NH4+被氧化，NO3-部分被還原，按照得失電子守恒，配平方程式為：5NH4NO3→2HNO3+4N2↑+9H2O；

由配平方程式可知，若有5molNH4NO3分解，被氧化與被還原的原子的物質(zhì)的量之差為

5mol-3mol=2mol，所以當反應中被氧化與被還原的原子的物質(zhì)的量之差為5mol時，參與反應的硝銨的

質(zhì)量為×5mol×80g/mol=1000g，

因此，本題正確答案是：5；2；4；9；1000g；

（4）硝酸銨溶于水時蔓延過程的吸熱量大于水合過程的放熱量，使溶液的溫度降低；

硝酸銨是強酸弱堿鹽，水解顯酸性，離子方程式為NH4++H2ONH3?H2O+H+，

因此，本題正確答案是：酸；NH4++H2ONH3?H2O+H+；

（5）由NH4++H2ONH3?H2O+H+可知，向硝酸銨溶液中加入適量氨水，可以使平衡逆向移動，溶液pH可以為7，且不引入雜質(zhì)；

在硝酸銨和氨水的混合溶液中存在NH4+、NO3-、H+、OH-，溶液呈電中性：c(NH4+)+c(H+)=c(NO3-)+c(OH-)，由于c(H+)=c(OH-)，所以c(NH4+)=c(NO3-)。

因此，本題正確答案是：加入適量氨水；溶液中存在NH4+、NO3-、H+、OH-，溶液呈電中性：

c(NH4+)+c(H+)=c(NO3-)+c(OH-)，由于c(H+)=cc(OH-)，所以c(NH4+)=c(NO3-)。

4．鋅是一種常用金屬，冶煉辦法有火法和濕法。回答下列問題：

I.鎵(Ga)是火法冶煉鋅過程中的副產(chǎn)品，鎵與鋁同主族且相鄰，化學性質(zhì)與鋁相像。

（1）Ga在元素周期表中的位置為_______________。

（2）GaN可由Ga和NH3在高溫條件下合成，該反應的化學方程式為_______________。

（3）下列有關(guān)鎵和鎵的化合物的說法正確的是_____________(填字母)。

A．一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉溶液

B．常溫下，Ga可與水強烈反應放出氫氣

C．Ga2O3可由Ga(OH)3受熱分解得到

D．一定條件下，Ga2O3可與NaOH反應生成鹽

II.工業(yè)上利用鋅焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物)濕法制取金屬鋅的流程如圖所示。

已知：Fe的活潑性強于Ni。

（4）ZnFe2O4可以寫成ZnO·Fe2O3，寫出ZnFe2O4與H2SO4反應的化學方程式___________________。

（5）凈化I操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe2+氧化；其次步是控制溶液pH，僅使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀。凈化I生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的緣由是____________________________________。

（6）凈化II中加入Zn的目的是_______________________________________。

III.（7）某化學課外小組擬用廢舊電池鋅皮(含雜質(zhì)鐵)，結(jié)合如圖所示信息，從提供的試劑中選取適當試劑，制取純凈的ZnSO4·7H2O。

試驗步驟如下：

①將鋅片徹低溶于稍過量的3mol·L-1的稀硫酸，加入_______(選填字母，下同)；

A．30%H2O2B．新制氯水

C．FeCl3溶液D．KSCN溶液

②加入__________；

A．純鋅粉B．純碳酸鈣粉末

C．純ZnO粉末D．3mol·L-1的稀硫酸

③加熱到60℃左右并不斷攪拌；

④趁熱過濾得ZnSO4溶液，再蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥。

其中步驟③加熱的主要目的是________________________________。

【答案】第四面期IIIA族2Ga+2NH32GaN+3H2ACDZnFe2O4+4H2SO4====ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2OFe(OH)3膠粒具有吸附性使Cu2+、Ni2+轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去AC促進Fe3+水解轉(zhuǎn)化為沉淀，并使過量的H2O2分解除去

【解析】

【詳解】

Ⅰ（1）Ga的原子序數(shù)為31，位于第四面期第ⅢA族；

（2）Ga和NH3在高溫條件下反應生成GaN和氫氣，反應為2Ga+2NH32GaN+3H2

（3）鎵與鋁同主族且相鄰，化學性質(zhì)與鋁相像，則

A、Al與鹽酸、NaOH均反應，則一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉，故A正確；

B、Al與水常溫不反應，則常溫下，Ga不能與水強烈反應放出氫氣，故B錯誤；

C、氧化鋁可由氫氧化鋁分解生成，則Ga2O3可由Ga（OH）3受熱分解得到，故C正確；

D、氧化鋁與NaOH反應生成鹽，則一定條件下，Ga2O3可與NaOH反應生成鹽，故D正確；

故答案為：ACD；

Ⅱ（4）按照信息，酸浸時ZnFe2O4會生成兩種鹽，這兩種鹽分離為硫酸鋅、硫酸鐵，即ZnFe2O4與硫

酸反應生成硫酸鋅、硫酸鐵，反應的化學方程式為：ZnFe2O4+4H2SO4＝ZnSO4+Fe2（SO4）3+4H2O；

（5）由于生成的Fe（OH）3膠粒具有吸附性，能凈化I生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)；

（6）CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物溶于酸轉(zhuǎn)化為金屬離子，凈化I后除去Fe元素，凈化II中加入Zn的目的是使Cu2+、Ni2+轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去；

（7）據(jù)題意用廢舊干電池鋅皮（含雜質(zhì)鐵）制取純凈的ZnSO4溶液試驗流程為用硫酸酸溶、除雜。由試驗步驟①將鋅片徹低溶于稍過量的3mol·L－1稀硫酸發(fā)生的反應為Zn+2H+=Zn2++H2↑、Fe+

2H+=Fe2++H2↑，所得溶液中含有雜質(zhì)離子Fe2+，必需將其除去，結(jié)合圖像所給信息Zn2+和Fe2+難以分別，必需先將Fe2+氧化為Fe3+再舉行分別，為不引進新的雜質(zhì)，選用30%H2O2作氧化劑；

（8）分別Zn2+和Fe3+的辦法結(jié)合圖像可用鹽類水解原理通過調(diào)整pH的辦法舉行除雜，為防止引進雜質(zhì)可用純ZnO粉末來調(diào)整pH，使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去；

（9）因鹽類水解吸熱，H2O2受熱易分解，所以步驟③加熱的主要目的有促進Fe3+水解轉(zhuǎn)化為沉淀并使過量的H2O2分解除去。

【點睛】

將Fe2+氧化為Fe3+再舉行分別，為不引進新的雜質(zhì)，普通選用H2O2作氧化劑。

5．以硫鐵礦（主要成分為FeS2，還有少量CuS、SiO2等雜質(zhì)）為原料制備綠礬晶體（FeSO4·7H2O）的工藝流程如下：

（1）“酸浸”過程，礦渣中的Fe2O3與稀H2SO4反應的離子方程式________。

（2）煙氣中的SO2會污染環(huán)境，可用足量氨水汲取，寫出該反應的離子方程式________。

（3）濾液中金屬陽離子的檢驗辦法__________。

（4）FeSO4溶液制備綠礬晶體過程中要保持H2SO4過量，理由____。（結(jié)合化學用語說明緣由）（5）燃料細菌脫硫法是用氧化亞鐵硫桿菌（T．f）對硫鐵礦舉行催化脫硫，同時得到FeSO4溶液。其過程如圖所示：

已知總反應為：FeS2+14Fe3++8H2O=2SO42-+15Fe2++16H＋

①將過程I離子方程式補充完整

_____

②過程II反應的離子方程式__________。

③討論發(fā)覺，用氧化亞鐵硫桿菌（T．f）脫硫，溫度過高脫硫效率降低（如圖），可能的緣由是____。

（6）綠礬晶體在空氣中易被氧化。取Xg樣品，加水徹低溶解，用酸化的amol·L-1K2Cr2O7溶液滴定至盡頭，消耗K2Cr2O7溶液bmL。反應原理：6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O。則綠礬晶體純度的計算式為_____。(FeSO4·7H2O摩爾質(zhì)量為278g/mol)

【答案】Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2OSO2+2NH3·H2O=2NH4++SO32-+H2O取濾液少許于試管中，滴加K3［Fe(CN)6］(鐵氰化鉀)溶液，有藍色沉淀產(chǎn)生，證實濾液中含有Fe2+Fe2++2H2OFe(OH)2+2H+，

H+過量抑制Fe2+的水解

8Fe3++S2O32-+5H2O=2SO42-+8Fe2++10H+上升溫度，蛋白質(zhì)變性，細菌失去催化能力

【解析】

【分析】

硫鐵礦的主要成分為FeS2，在煅燒時FeS2反應產(chǎn)生Fe2O3，礦渣用硫酸處理，F(xiàn)e2O3與硫酸反應產(chǎn)生硫酸鐵和水，而CuS、SiO2等雜質(zhì)不能與酸反應，向反應后的溶液中加入還原鐵粉，硫酸鐵反應轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵，然后過濾，將濾液蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶可得綠礬；按照氧化還原反應中電子守恒、電荷守恒及原子守恒，結(jié)合題目已知信息書寫相應的離子方程式；按照反應過程中的電子守恒，利用反應方程式中物質(zhì)之間關(guān)系式先計算出Fe2+的物質(zhì)的量，再按照物質(zhì)含量計算辦法