2022屆高考化學(xué)二輪教學(xué)案-題型二無(wú)機(jī)化工流程綜合題真題示范

1．(2021·全國(guó)甲卷，26)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫(yī)藥、染料等方面?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)I2的一種制備方法如圖所示：①加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為______________________________________，生成的沉淀與硝酸反應(yīng)，生成____________后可循環(huán)使用。②通入Cl2的過(guò)程中，若氧化產(chǎn)物只有一種，反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________；若反應(yīng)物用量比eq\f(nCl2,nFeI2)＝1.5時(shí)，氧化產(chǎn)物為______________；當(dāng)eq\f(nCl2,nFeI2)＞1.5后，單質(zhì)碘的收率會(huì)降低，原因是__________________________。(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計(jì)量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2。上述制備I2的總反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________________________。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1molI2，消耗的KI至少為________mol。I2在KI溶液中可發(fā)生反應(yīng)：I2＋I(xiàn)－Ieq\o\al(－,3)。實(shí)驗(yàn)室中使用過(guò)量的KI與CuSO4溶液反應(yīng)后，過(guò)濾，濾液經(jīng)水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應(yīng)中加入過(guò)量KI的原因是______________________________________________________________________________。答案(1)①2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－AgNO3②FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2I2、FeCl3I2被過(guò)量的Cl2進(jìn)一步氧化(2)2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋＋H2O(3)4防止單質(zhì)碘析出解析(1)①由流程圖可知懸濁液中含AgI，AgI可與Fe反應(yīng)生成FeI2和Ag，F(xiàn)eI2易溶于水，在離子方程式中能拆，故加入Fe粉進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式為2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－，生成的銀能與硝酸反應(yīng)生成硝酸銀參與循環(huán)中。②通入Cl2的過(guò)程中，因I－還原性強(qiáng)于Fe2＋，Cl2先氧化還原性強(qiáng)的I－，若氧化產(chǎn)物只有一種，則該氧化產(chǎn)物只能是I2，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2；若反應(yīng)物用量比eq\f(nCl2,nFeI2)＝1.5時(shí)即Cl2過(guò)量，先氧化完全部I－再氧化Fe2＋，恰好將I－和Fe2＋全部氧化，故氧化產(chǎn)物為I2、FeCl3；當(dāng)eq\f(nCl2,nFeI2)>1.5時(shí)即Cl2過(guò)量特別多，多余的氯氣會(huì)與生成的單質(zhì)碘以及水繼續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，單質(zhì)碘的收率會(huì)降低。中加入NaIO3溶液，反應(yīng)得到I2，上述制備I2的兩個(gè)反應(yīng)中I－為中間產(chǎn)物，總反應(yīng)為IOeq\o\al(－,3)與HSOeq\o\al(－,3)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成SOeq\o\al(2－,4)和I2，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒及元素守恒配平離子方程式即可得：2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋＋H2O。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，化學(xué)方程式為4KI＋2CuSO4=2CuI↓＋I(xiàn)2＋2K2SO4，若生成1molI2，則消耗的KI至少為4mol；反應(yīng)中加入過(guò)量的KI，I－濃度增大，可逆反應(yīng)I2＋I(xiàn)－Ieq\o\al(－,3)平衡右移，增大I2溶解度，防止I2析出，有利于蒸餾時(shí)制備高純碘。2．(2021·全國(guó)乙卷，26)磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過(guò)如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表：金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列問(wèn)題：(1)“焙燒”中，TiO2、SiO2幾乎不發(fā)生反應(yīng)，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸鹽。寫出Al2O3轉(zhuǎn)化為NH4Al(SO4)2的化學(xué)方程式：__________________________________。(2)“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時(shí)用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是__________________________。(3)“母液①”中Mg2＋濃度為_______________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，最適合的酸是________，“酸溶渣”的成分是____________________。(5)“酸溶”后，將溶液適當(dāng)稀釋并加熱，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，該反應(yīng)的離子方程式是______________________________。(6)將“母液①”和“母液②”混合，吸收尾氣，經(jīng)處理得____________，循環(huán)利用。答案(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2、CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO4解析(1)氧化鋁轉(zhuǎn)化為硫酸鋁銨發(fā)生的反應(yīng)為氧化鋁、硫酸銨在高溫條件下反應(yīng)生成硫酸鋁銨、氨氣和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由題給金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH可知，將pH約為2.0的濾液加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH為11.6時(shí)，鐵離子首先沉淀，然后是鋁離子、鎂離子，鈣離子沒有沉淀。(3)由鎂離子完全沉淀時(shí)，溶液pH為11.1可知，氫氧化鎂的溶度積為1.0×10－5×(1.0×10－2.9)2＝1.0×10－10.8，當(dāng)溶液pH為11.6時(shí)，溶液中鎂離子的濃度為eq\f(1.0×10－10.8,1.0×10－2.42)mol·L－1＝1.0×10－6mol·L－1。(4)增大溶液中硫酸根離子的濃度，有利于使微溶的硫酸鈣轉(zhuǎn)化為沉淀，為了使微溶的硫酸鈣完全沉淀，減少TiOSO4溶液中含有的硫酸鈣的量，應(yīng)加入硫酸加熱到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸鈣與硫酸不反應(yīng)，則酸溶渣的主要成分為二氧化硅和硫酸鈣。(5)酸溶后將TiOSO4溶液適當(dāng)稀釋并加熱，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反應(yīng)的離子方程式為TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)由分析可知，尾氣為氨氣，母液①為硫酸銨、母液②為硫酸，將母液①和母液②混合后吸收氨氣得到硫酸銨溶液，可以循環(huán)使用。3．(2020·全國(guó)卷Ⅰ，26)釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以＋3、＋4、＋5價(jià)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。該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Fe3＋Fe2＋Al3＋Mn2＋開始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列問(wèn)題：(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是____________________________________________。(2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq\o\al(＋,2)，同時(shí)還有________被氧化。寫出VO＋轉(zhuǎn)化為VOeq\o\al(＋,2)反應(yīng)的離子方程式：______________________________________________________。(3)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，隨濾液②可除去金屬離子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是________。(5)“調(diào)pH”中有沉淀產(chǎn)生，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________。(6)“沉釩”中析出NH4VO3晶體時(shí)，需要加入過(guò)量NH4Cl，其原因是__________________。答案(1)加快酸浸氧化反應(yīng)速率(或促進(jìn)氧化完全)(2)Fe2＋VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O(3)Mn2＋Fe3＋、Al3＋(4)Fe(OH)3(5)NaAlO2＋HCl＋H2O=NaCl＋Al(OH)3↓(6)利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4VO3盡可能析出完全解析(1)“酸浸氧化”過(guò)程中釩礦粉、MnO2和30%H2SO4發(fā)生反應(yīng)，常溫下反應(yīng)速率較小，加熱的目的是加快酸浸氧化反應(yīng)速率。(2)Fe3O4與稀硫酸反應(yīng)：Fe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O，“酸浸氧化”過(guò)程中，F(xiàn)e2＋具有還原性，也能被MnO2氧化生成Fe3＋。VO＋被氧化為VOeq\o\al(＋,2)，MnO2則被還原為Mn2＋，溶液呈酸性，結(jié)合守恒規(guī)律，寫出離子方程式：VO＋＋MnO2＋2H＋=VOeq\o\al(＋,2)＋Mn2＋＋H2O。(3)由表中數(shù)據(jù)可知，Mn2＋開始沉淀的pH為8.1，Al3＋開始沉淀的pH為3.0，沉淀完全的pH為4.7，F(xiàn)e3＋沉淀完全的pH為3.2。“中和沉淀”中調(diào)節(jié)pH＝3.0～3.1，釩水解并沉淀為V2O5·xH2O，此時(shí)Mn2＋不沉淀，Al3＋部分沉淀，F(xiàn)e3＋幾乎沉淀完全，故隨濾液②除去的金屬離子有K＋、Mg2＋、Na＋、Mn2＋及部分Al3＋、Fe3＋。(4)濾餅②中含V2O5·xH2O、Fe(OH)3和少量Al(OH)3，“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH＞13，V2O5·xH2O轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解，Al(OH)3轉(zhuǎn)化為NaAlO2，故濾渣③的主要成分是Fe(OH)3。(5)濾液③中含有NaAlO2、NaVO3，“調(diào)pH”中加入HCl，調(diào)節(jié)pH＝8.5，此時(shí)NaAlO2＋HCl＋H2O=Al(OH)3↓＋NaCl。(6)NH4VO3存在沉淀溶解平衡：NH4VO3(s)NHeq\o\al(＋,4)(aq)＋VOeq\o\al(－,3)(aq)，“沉釩”中加入過(guò)量NH4Cl，增大c(NHeq\o\al(＋,4))，有利于NH4VO3結(jié)晶析出(同離子效應(yīng)的應(yīng)用)。4．(2020·全國(guó)卷Ⅲ，27)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋開始沉淀時(shí)(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(shí)(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0回答下列問(wèn)題：(1)“堿浸”中NaOH的兩個(gè)作用分別是__________________________________________。為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性，生成沉淀。寫出該反應(yīng)的離子方程式：________________________。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是________________。(3)“轉(zhuǎn)化”中可替代H2O2的物質(zhì)是____________。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”，即，“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為__________________。(4)利用上述表格數(shù)據(jù)，計(jì)算Ni(OH)2的Ksp＝___________________________________________________________________________________________________________(列出計(jì)算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中Ni2＋濃度為1.0mol·L－1，則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是________。(5)硫酸鎳在強(qiáng)堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________________________。(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用，其意義是_________________________。答案(1)除去油脂，溶解鋁及其氧化物AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋(3)O2(或空氣)Fe3＋(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]3.2～6.2(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－=2NiOOH↓＋Cl－＋H2O(6)提高鎳的回收率解析(1)因?yàn)閺U鎳催化劑表面沾有油脂，所以“堿浸”的目的是除去油脂，同時(shí)還可以溶解催化劑中混有的鋁及氧化鋁雜質(zhì)?！盀V液①”中存在的金屬元素有鋁元素和鈉元素，鋁元素以AlOeq\o\al(－,2)的形式存在，當(dāng)加酸調(diào)到中性時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓。(2)“濾餅①”加稀硫酸酸浸，產(chǎn)生的“濾液②”中的金屬離子有Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(3)“轉(zhuǎn)化”過(guò)程中加入H2O2的目的是氧化Fe2＋，由于Fe2＋的還原性強(qiáng)，能與氧氣反應(yīng)，因此也可以用氧氣或空氣代替H2O2。如果先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”，結(jié)合金屬離子沉淀的有關(guān)pH數(shù)據(jù)可知，當(dāng)調(diào)節(jié)pH小于