高考總復習優(yōu)化設計二輪用書化學H湖南專版(適用于新高考新教材)大題突破練(1)　化學工藝流程題

大題突破練(一)化學工藝流程題高考總復習優(yōu)化設計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI20241234561.(2023·湖南邵陽二模)某廢鎳催化劑的主要成分是Ni-Al合金,還含有少量Cr、Fe及不溶于酸堿的有機物。采用如下工藝流程回收其中的鎳,制備鎳的氧化物(NixOy)。123456回答下列問題:(1)“堿浸”時發(fā)生的主要反應離子方程式為

。

(2)“溶解”后的溶液中,所含金屬離子有Cr3+、Fe2+、Na+、Ni2+、

。

(3)在空氣中煅燒NiCO3,其熱重曲線如圖1所示,300~400℃時NiCO3轉化為Ni2O3,反應的化學方程式為

;400~450℃生成的固體產物的化學式為

。

圖12Al+2OH-+2H2O══2+3H2↑Fe3+Ni3O4123456(4)工業(yè)上可用電解法制取Ni2O3。用NaOH溶液調節(jié)NiCl2溶液pH至7.5,加入適量硫酸鈉后采用惰性電極進行電解。電解過程中產生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-,再把二價鎳氧化為三價鎳。寫出ClO-氧化Ni(OH)2生成Ni2O3的離子方程式:

;amol二價鎳全部轉化為三價鎳時,外電路中通過的電子的物質的量為

mol(假設電解時陽極只考慮Cl-放電)。

(5)金屬鎳的配合物Ni(CO)n的中心原子的價電子數與配體提供的成鍵電子總數之和為18,則n=

;CO與N2結構相似,CO分子內σ鍵與π鍵個數之比為

。

ClO-+2Ni(OH)2══Ni2O3+Cl-+2H2O

1.25a41∶2123456(6)NiO的晶胞結構如圖2所示,其中離子坐標參數A為(0,0,0),C為,則B的離子坐標參數為

。

圖2(7)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài),若一種自旋狀態(tài)用+表示,與之相反的用-表示,稱為電子的自旋磁量子數。對于基態(tài)鐵原子,其自旋磁量子數的代數和為

。

(1,1,1)+2或-2123456解析

將廢鎳催化劑“堿浸”,Al與NaOH溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣,Ni、Cr、Fe、有機物不與堿反應,則濾液1的主要溶質為NaOH、NaAlO2;通過“灼燒”,除去有機物;加入硫酸、硝酸,使Ni、Cr、Fe“溶解”生成Ni2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+;加入NaClO,使Fe2+完全轉化為Fe3+,調節(jié)溶液pH,使Cr3+、Fe3+轉化為Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀;加入碳酸鈉,使Ni2+“轉化”為NiCO3沉淀,濾液2中含有硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鈉和次氯酸鈉;過濾后得到的NiCO3中含有雜質,應洗滌、干燥后,再煅燒,最終得到鎳的氧化物。(1)“堿浸”時發(fā)生的主要反應是鋁和氫氧化鈉的反應。(2)由分析可知,“溶解”后的溶液中,所含金屬離子有Cr3+、Fe2+、Na+、Ni2+、Fe3+。123456(3)300~400

℃時NiCO3轉化為Ni2O3,反應的化學方程式為4NiCO3+O2

2Ni2O3+4CO2;設1

mol

NiCO3在400~450

℃下分解為NixOy,1

mol

NiCO3的質量為1

mol×119

g·mol-1=119

g,由圖可知,NiCO3在400~450

℃分解固體殘留率為67.5%,則分解后NixOy的質量為119

g×67.5%≈80.3

g,根據Ni原子守恒可知,生成NixOy的物質的量為123456123456(5)Ni的價電子數為10,每個配體提供一個電子對,則10+2n=18,n=4;CO與N2結構相似,含有C≡O鍵,則CO分子內σ鍵與π鍵個數之比為1∶2。1234562.(2023·河北名校聯(lián)盟聯(lián)考)某軟錳礦含錳50%,是重要的錳礦石。其主要成分如表:軟錳礦主要成分雜質MnO2MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質某科研團隊設計制備高純度MnCO3。反應原理為①MnO2+BaS+H2O══MnO+Ba(OH)2+S;②MnO+H2SO4══MnSO4+H2O;③MnSO4+NH4HCO3+NH3·H2O→MnCO3↓(白色)。工藝流程圖如圖。123456回答下列問題:(1)軟錳礦與硫化鋇反應時,適當提高反應液溫度的目的是

。(2)“不溶物”中除SiO2外,還有

(填化學式)。

(3)工序2中加入H2O2的目的是

,使用氨水調溶液的pH,理論上pH最小值為

。(通常認為溶液中離子濃度小于10-5mol·L-1時沉淀完全;Ksp[Fe(OH)3]=10-38.6、Ksp[Fe(OH)2]=10-16.3、Ksp[Al(OH)3]=10-32.3、Ksp[Mn(OH)2]=10-12.7)

(4)MnF2難溶于水,工序3加入MnF2的目的是除去Mg2+,其反應的離子方程式為

。

(5)碳化過程中發(fā)生反應的化學方程式

為

。

加快反應速率

S將Fe2+氧化為Fe3+

4.9MnF2(s)+Mg2+(aq)MgF2(s)+Mn2+(aq)MnSO4+NH4HCO3+NH3·H2O══MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O1234561234563.(2023·湖南教學教研聯(lián)盟高三第二次聯(lián)考)鈹有“超級金屬”之稱,是航天、航空、電子和核工業(yè)等領域不可替代的材料。以綠柱石[主要成分為Be3Al2(SiO3)6,還含有鐵元素等雜質]和方解石(主要成分為CaCO3)為原料冶煉鈹的部分工藝流程如下:123456已知:①Be(OH)2和Al(OH)3性質相似,是兩性氫氧化物。②鋁銨礬在不同溫度下的溶解度:溫度/℃01020304060溶解度/g2.105.007.7410.914.926.7③常溫時,Ksp[Fe(OH)3]≈1×10-39,Ksp[Be(OH)2]≈1×10-21;離子濃度≤1×10-5mol·L-1時,可認為離子沉淀完全。回答下列問題:(1)“熔煉”后,需將熔塊粉碎的目的是

。

(2)“濾渣1”的成分是

。

增大與硫酸的接觸面積,提高反應速率與浸取率

H2SiO3和CaSO4123456(3)為了讓鋁銨礬更充分地析出,“操作Ⅰ”包含的步驟有

、

、過濾。

(4)由Fe2+轉化為“濾渣2”的總反應的離子方程式為

。

(5)若“操作Ⅰ”得到的濾液中c(Be2+)=0.01mol·L-1,常溫時應調溶液的pH至

的范圍內(保留一位小數)。

蒸發(fā)濃縮

冷卻結晶

2.7≤pH<4.5123456(6)“沉淀”后的主要成分是Be(OH)2,工業(yè)上去除沉淀中過多的,常用的方法有:①將沉淀溶解在高濃度NaOH溶液中,然后用蒸餾水稀釋水解,使Be(OH)2二次沉淀析出;②將沉淀用鹽酸溶解后加入BaCl2溶液,生成BaSO4沉淀,再從濾液中二次沉淀出Be(OH)2。方法①中,Be(OH)2溶解在高濃度NaOH溶液的離子反應方程式為

。

方法②操作簡單,去除

的反應效率高、效果好,但存在二次污染、成本高等問題,請你提出去除

的其他可行方法:

(舉一例)。

離子交換樹脂法或CaCl2溶液沉淀法(或其他合理答案)123456解析

綠柱石和方解石混合“熔煉”,“酸浸”過程中生成的硅酸不溶于水,硫酸鈣微溶于水,故“濾渣1”成分為H2SiO3和CaSO4,“操作Ⅰ”加入(NH4)2SO4使鋁離子發(fā)生反應并結晶析出;“除鐵”加入過氧化氫可以將亞鐵離子氧化成鐵離子,加入的氨水使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀而分離,“沉淀”時加入氨水生成氫氧化鈹,氫氧化鈹煅燒分解轉化為氧化鈹,最后得到Be。(1)“熔煉”后將熔塊粉碎,目的是增大熔塊與硫酸的接觸面積,提高反應速率與浸取率。(2)根據分析可知,“濾渣1”的成分為H2SiO3和CaSO4。(3)根據已知②,鋁銨礬的溶解度受溫度影響較大,從溶液中得到該晶體的操作步驟為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥。123456(4)Fe2+先被H2O2氧化成Fe3+,Fe3+再與一水合氨反應生成氫氧化鐵沉淀,總反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+4NH3·H2O══2Fe(OH)3↓+4。(5)調溶液pH的目的是將Fe3+以Fe(OH)3形式沉淀完全,而使Be2+不發(fā)生沉淀。Ksp[Fe(OH)3]≈1×10-39,c(Fe3+)=1×10-5

mol·L-1時,解得c(OH-)≈10-11.3

mol·L-1,所以pH=2.7時,Fe3+剛好沉淀完全;Ksp[Be(OH)2]≈1×10-21,c(Be2+)=0.01

mol·L-1時,解得c(OH-)=10-9.5

mol·L-1,所以pH=4.5時,Be2+會開始沉淀。綜合上述,當2.7≤pH<4.5時,Fe3+沉淀完全,而Be2+還未開始沉淀。1234564.(2023·湖南岳陽二模)硼氫化鈉(NaBH4)廣泛用于化工生產,常溫下能與水反應,堿性條件下能穩(wěn)定存在,易溶于異丙胺(沸點為33℃)。工業(yè)上可用硼鎂礦(主要成分為Mg2B2O5·H2O,含少量雜質Fe3O4)制取NaBH4,其工藝流程如圖1所示。圖1123456回答下列問題:(1)NaBH4中含有的化學鍵為

。

(2)基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為

。

(3)“堿溶”過濾所得濾渣的主要成分是

、

。

(4)寫出Na2B4O7制取NaBH4的化學方程式:

。

(5)高溫合成中,加料之前需將反應器加熱至100℃以上,并通入氬氣。通入氬氣的目的是

。

離子鍵、共價鍵

[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2Fe3O4

Mg(OH)2Na2B4O7+16Na+8H2+7SiO2

4NaBH4+7Na2SiO3排除裝置中的空氣,防止空氣中的O2與Na、H2反應

123456(6)在堿性條件下,用惰性電極電解NaBO2溶液也可制得NaBH4,裝置如圖2所示,寫出陰極反應的電極反應式:

。

圖2(7)NaBH4常用作還原劑,H2也是常見的還原劑。與相同氧化劑反應時,7.6gNaBH4的還原能力相當于

gH2的還原能力。

1.6123456解析

硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5·H2O,含少量雜質Fe3O4。硼鎂礦粉碎后用氫氧化鈉“堿溶”,Fe3O4不溶于氫氧化鈉,Mg2B2O5·H2O與氫氧化鈉反應生成氫氧化鎂沉淀、NaBO2,過濾出Fe3O4、氫氧化鎂沉淀,所得濾液中含有NaBO2,經“濃縮”“結晶”得Na2B4O7·10H2O,Na2B4O7·10H2O脫水生成Na2B4O7,Na2B4O7與Na、H2、SiO2在高溫條件下反應生成NaBH4和硅酸鈉,用異丙胺溶解NaBH4,過濾除去硅酸鈉,蒸發(fā)NaBH4的異丙胺溶液得NaBH4。(1)NaBH4是離子化合物,含有的化學鍵為離子鍵、共價鍵。(2)Ti是22號元素,基態(tài)Ti原子的核外電子排布式為[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2。(3)由以上分析可知“堿溶”過濾所得濾渣的主要成分是Fe3O4、Mg(OH)2。123456(4)Na2B4O7與Na、H2、SiO2在高溫條件下反應生成NaBH4和Na2SiO3。(5)高溫合成中,加料之前需將反應器加熱至100

℃以上,并通入氬氣,排除裝置中的空氣,防止空氣中的O2與Na、H2反應。(6)在堿性條件下,用惰性電極電解NaBO2溶液也可制得NaBH4,H元素化合價由+1價降低為-1價發(fā)生還原反應,陰極反應的電極反應式為(7)7.6

g

NaBH4作為還原劑,氫元素化合價由-1價升高為+1價,轉移電子的物質的量為

×8=1.6

mol;氫氣作為還原劑,氫元素化合價由0價升高為+1價,轉移1.6

mol電子需要0.8

mol氫氣,所以7.6

g

NaBH4的還原能力相當于1.6

g

H2的還原能力。1234565.(2023·湖南長郡中學二模)對廢催化劑進行回收可有效利用金屬資源。某廢催化劑主要含鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)等元素的氧化物,一種回收利用工藝的部分流程如下:已知:該工藝中,pH>6.0時,溶液中Mo元素以

的形態(tài)存在。

(1)“焙燒”中,有Na2MoO4生成,其中Mo元素的化合價為

。(2)“沉鋁”中,生成沉淀X的離子方程式為

。

(3)“沉鉬”中,pH為7.0,生成BaMoO4的離子方程式為

。

(4)①濾液Ⅲ中,主要存在的鈉鹽有NaCl和Y,Y為

(填化學式)。

②往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后,通入足量

(填化學式)氣體,再通入足量CO2,可析出Y。

+6價

NaHCO3NH3123456(5)高純AlAs(砷化鋁)可用于芯片制造。芯片制造中的一種刻蝕過程如圖所示,圖中所示致密保護膜為一種氧化物,可阻止H2O2刻蝕液與下層GaAs(砷化鎵)反應。①該氧化物為

。

②已知:Ga和Al同族,As和N同族。在H2O2與上層GaAs的反應中,As元素的化合價變?yōu)?5價,則該反應的氧化劑與還原劑的物質的量之比為

。

Al2O34∶1123456123456解析

(4)①濾液Ⅰ中通入過量的二氧化碳,偏鋁酸鈉轉化為氫氧化鋁沉淀,同時生成碳酸氫鈉,過濾得到的濾液Ⅱ中含有碳酸氫鈉和鉬酸鈉。濾液Ⅱ中加入適量的氯化鋇溶液沉鉬后,過濾得到的濾液Ⅲ中,主要存在的鈉鹽有NaCl和NaHCO3。②根據侯氏制堿法的原理可知,往濾液Ⅲ中添加適量NaCl固體后,通入足量NH3,再通入足量CO2,可析出NaHCO3。(5)①由題中信息可知,致密的保護膜為一種氧化物,是由H2O2與AlAs反應生成的,聯(lián)想到金屬鋁表面容易形成致密的氧化膜可知,該氧化物為Al2O3。②由Ga和Al同族、As和N同族可知,GaAs中Ga顯+3價(其最高價)、As顯-3價。在H2O2與上層GaAs的反應中,As元素的化合價變?yōu)?5價,其化合價升高8,As元素被氧化,則該反應的氧化劑為H2O2,還原劑為GaAs。根據得失電子守恒可知,該反應的氧化劑與還原劑的物質的量之比為8∶2=4∶1。1234566.(2023·遼寧瓦房店一模)鋅電解陽極泥(主要成分為MnO2、PbSO4和ZnO,還有少量錳鉛氧化物Pb2Mn8O16和Ag)是冶鋅過程中產生的廢渣,一種回收鋅電解陽極泥中金屬元素鋅、錳、鉛和銀的工藝如下。回答下列問題:已知:①MnSO4·H2O易溶于水,不溶于乙醇。②在較高溫度及酸性催化條件下,葡萄糖能發(fā)生如下反應:123456(1)請寫出Mn原子基態(tài)價層電子排布式:

。

(2)已知Pb2Mn8O16中Pb為+2價,Mn為+2價