2017届高中化学一轮复习 专题专项训练（二）无机化工流程

专题专项训练（二）无机化工流程

1．(2016·南通模拟)ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2·SiO2，还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取。

2＋

已知：①ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO。 ②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。 金属离子 开始沉淀时pH 沉淀完全时pH Fe 1.9 3.2 3＋Al 3.3 5.2 3＋ZrO 6.2 8.0 2＋(1)熔融时ZrSiO4发生反应的化学方程式为____________________________________， 滤渣Ⅰ的化学式为________。

(2)为使滤液Ⅰ的杂质离子沉淀完全，需用氨水调pH＝a，则a的范围是________；继续加氨水至pH＝b时，所发生反应的离子方程式为_____________________________________。 (3)向过滤Ⅲ所得滤液中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (4)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是

________________________________________________________________________。

解析：(1)锆英砂在NaOH熔融下，生成Na2ZrO3、Na2SiO3、Na[Al(OH)4]，Fe2O3不溶，再加入

3＋2＋

HCl酸浸时，Fe2O3溶解生成Fe，Na2ZrO3转化成ZrO，Na2SiO3转化成H2SiO3沉淀，Na[Al(OH)4]

3＋

转化成Al，ZrSiO4与NaOH反应为非氧化还原反应，根据元素守恒可配平反应。(2)加入氨

3＋3＋2＋

水，使Fe、Al杂质除去，但不可使ZrO沉淀，所以pH的范围为5.2～6.2。继续加入氨

2＋＋

水，使ZrO转化为Zr(OH)4沉淀，根据电荷守恒知，产物有2 mol NH4生成，根据N守恒知，

＋

反应物有2 mol NH3·H2O参加反应，根据H、O元素守恒知，反应物需要补充1 mol H2O。(3)NH4

＋

水解显酸性，加入CaCO3可生成CO2，同时促进了NH4水解，生成NH3。(4)过滤Ⅲ处的滤液为

－

NH4Cl，Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净，只要检验滤液中是否含有Cl即可。 高温

答案：(1)ZrSiO4＋4NaOH===== Na2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2O H2SiO3(或H4SiO4)

2＋＋

(2)5.2～6.2 ZrO＋2NH3·H2O＋H2O===Zr(OH)4↓＋2NH4 △＋2＋

(3)2NH4＋CaCO3=====Ca＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O

(4)取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净

2．(2015·安徽高考)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4，其流程如下：

1

已知：NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙胺(沸点：33 ℃)。

(1)在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气，该操作的目的是______________________，原料中的金属钠通常保存在________中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有________、________、玻璃片和小刀等。 (2)请配平第①步反应的化学方程式：

NaBO2＋ SiO2＋ Na＋ H2—— NaBH4＋ Na2SiO3

(3)第②步分离采用的方法是________；第③步分出NaBH4并回收溶剂，采用的方法是________。

(4)NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4 (s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是_______________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)通入氩气后排净反应器中的水蒸气和空气，防止Na、NaBH4与水和空气中的O2反应；金属钠通常保存在煤油中；在取用钠时，应用镊子将钠从煤油中取出，并用滤纸吸干表面的煤油。

(2)在该反应中，金属Na由0价升高到＋1价，而H2中的H由0价降低到－1价，其余元素的化合价都未改变，可设NaBH4的系数为1，根据H守恒可知H2的系数为2，根据电子守恒可知，Na的系数为4，根据B守恒可知NaBO2的系数为1，根据Na守恒可知Na2SiO3的系数为2，根据Si守恒可知SiO2的系数为2。

(3)经过第②步后得到溶液和固体，故该操作为过滤；由于异丙胺的沸点较低，故第③步可以采用蒸馏的方法分离出NaBH4并回收溶剂。

(4)NaBH4与水反应的化学方程式为NaBH4＋2H2O===NaBO2＋4H2↑，3.8 g NaBH4的物质的量为0.1 mol，故1 mol NaBH4与水反应时放出216.0 kJ热量，由此可写出热化学方程式。 答案：(1)除去反应器中的水蒸气和空气 煤油 镊子 滤纸 (2)1 2 4 2 1 2 (3)过滤 蒸馏

－1

(4)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)ΔH＝－216.0 kJ·mol

3．(2016·文登市二模)MnO2是重要化学物质，某学习小组设计了将粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3)样品转化为纯MnO2实验，其流程如下：

按要求回答下列问题

－

(1)第②步操作中，氧化性强弱顺序：ClO3________MnO2(填“＞”或“＜”)，当NaClO3转移2 mol电子时，生成的氧化产物的物质的量为________mol。NaClO3在常温下能够与盐酸反应生成氯气，该反应的离子方程式为________________________________________ ________________________________________________________________________。

2

(2)第④步操作中，最终得到的固体除NaClO3外，还一定含有下列物质中的________。 a．NaCl B．NaClO c．NaClO4 d．NaOH

(3)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是________________________________________________________________________。

(4)为得到纯净的MnO2，须将过滤后的MnO2合并后进行洗涤，判断是否洗涤干净可选用的试剂是__________________________(填写一组即可)。工业上可以以石墨为电极电解酸化的硫酸锰制取二氧化锰，该反应的阳极反应式为_______________________________。

解析：粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3)样品中加入过量的稀硫酸，由于MnO2不溶于硫酸，则样品中的MnO和MnCO3分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，过滤得滤液为硫酸锰溶

2＋－＋

液，加入NaClO3发生反应为5Mn＋2ClO3＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H，再过滤得到滤液和二氧化锰固体，而氯气与热的氢氧化钠反应生成氯酸钠方程式为3Cl2＋6NaOH===NaClO3＋5NaCl＋3H2O。

2＋－＋－

(1)已知5Mn＋2ClO3＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H，ClO3作氧化剂，MnO2作氧化产物，则氧

－

化性：ClO3＞MnO2；当NaClO3转移2 mol电子时，消耗NaClO3为0.4 mol，则生成MnO2为1 mol；

－－＋

NaClO3在常温下与盐酸反应生成氯气，其反应的离子方程式为ClO3＋5Cl＋6H===3Cl2↑＋3H2O。

(2)第④步操作中NaOH过量，发生的反应为3Cl2＋6NaOH===NaClO3＋5NaCl＋3H2O，则最终得到的固体除NaClO3外，还有NaOH和NaCl。

(3)原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到

－－

电子，则电极反应式为MnO2＋H2O＋e===MnOOH＋OH。

(4)若沉淀没有洗涤干净，则滤液中含有硫酸根离子，检验硫酸根离子选用氯化钡溶液；电解

2＋2＋－＋

时，Mn在阳极失电子生成MnO2，其电极方程式为Mn－2e＋2H2O===MnO2＋4H。

－－＋

答案：(1)＞ 1 ClO3＋5Cl＋6H===3Cl2↑＋3H2O

－－

(2)ad (3)MnO2＋H2O＋e===MnOOH＋OH

2＋－＋

(4)氯化钡溶液 Mn－2e＋2H2O===MnO2＋4H

2＋2＋3＋

4．(2015·山东高考)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca、Mg、Fe等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是________________________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。 a．烧杯 B．容量瓶 c．玻璃棒 d．滴定管

(2)加入NH3·H2O调pH＝8可除去________(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是___________________________________________。

开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH －7Ca 11.9 13.9 2＋Mg 9.1 11.1 －92＋Fe 1.9 3.2 3＋已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10

2＋

(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba的含量，实验分两步进行。

2－＋2－

已知：2CrO4＋2H===Cr2O7＋H2O 2＋2－

Ba＋CrO4===BaCrO4↓

3

步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol·L盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V0 mL。

步骤Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待2＋－1

Ba完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol·L盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1 mL。

滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的__________(填“上方”或

－1

“下方”)。BaCl2溶液的浓度为________mol·L。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅

2＋

出，Ba浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。

解析：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。(2)由流程图和表

3＋2＋2＋

中数据可知，pH＝8时，可除去Fe；调节pH＝12.5时，Mg完全沉淀，Ca部分沉淀，故

2＋2＋

滤渣Ⅱ中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca，使Ca(aq)

2－2＋2－

＋C2O4(aq)===CaC2O4(s)，当H2C2O4过量时，也可能使c(Ba)·c(C2O4)＞Ksp(BaC2O4)，而生

2－＋2－

成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl2·2H2O的量减少。(3)由方程式2CrO4＋2H===Cr2O7＋H2O知，步骤Ⅰ中加入的CrO4的总物质的量为b mol·L× L＝ mol。

1 0001 000

步骤Ⅱ中，加入BaCl2充分反应后，剩余的CrO4的物质的量为b mol·L× L＝ 1 0001 000mol，与Ba反应的CrO4的物质的量为 mol－ mol＝1 0001 000

2＋

2－

2－

－1

2－

－1

－1

V0bV0

V1bV1

bV0bV1b?V0－V1?

1 000

mol，由方程式

molb?V0－V1?

Ba＋CrO4===BaCrO4↓得，n(Ba)＝n(CrO4)，所以BaCl2的浓度：c(BaCl2)＝2＋

2－

2＋

2－

1 000

L1 000

＝

yb?V0－V1?－1

mol·L。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时，有少量待测液溅出，造成V1的用量减小，yb?V0－V1?

的测量值将偏大。 y所以答案：(1)增大接触面积从而使反应速率加快 a、c

3＋

(2)Fe Mg(OH)2、Ca(OH)2 H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少 (3)上方

b?V0－V1?

偏大 y5．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下：

Zn过滤Na2CO3过滤煅烧滤液――→ ――→滤液――→ ――→滤饼――→ZnO ③ ④ ⑤

提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。 回答下列问题：

(1)反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为________________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是___________________________________ ________________________________________________________________________。

4

(2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。 (3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是__________________。 (4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于______。

2＋2＋2＋2＋2＋3

解析：(1)经反应①所得浸出液中含有Zn、Fe、Mn、Ni。经反应②，Fe被氧化为Fe＋2＋－2，进而形成Fe(OH)3沉淀，Mn被氧化为MnO2，发生反应的离子方程式分别为：MnO4＋3Fe＋＋－2＋＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H，2MnO4＋3Mn＋2H2O===5MnO2↓＋4H。在加高锰酸钾溶液前，若溶液的pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质。

2＋2＋

(2)反应③为Zn＋Ni===Zn＋Ni，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有被置换出来的镍。

2－

(3)若该沉淀没有洗涤干净，则沉淀上一定附着有SO4。具体的检验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。 煅烧

(4)ZnCO3·xZn(OH)2=====

(1＋x)ZnO＋CO2↑＋xH2O Δm

81(1＋x) 44 18x 44＋18x

8．1 g 11.2 g－8.1 g＝3.1 g 81?1＋x?44＋18x 则＝，解得x＝1。

8.1 g3.1 g

答案：(1)Fe和Mn MnO4＋3Fe＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H、2MnO4＋3Mn＋

＋

2H2O===5MnO2↓＋4H

铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质 (2)置换反应 镍

(3)取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净 (4)1

6．草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4·2H2O工艺流程如下：

2＋

2＋

－

2＋

＋

－

2＋

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H、Co、Fe、Mn、Ca、Mg、Al等； ②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表： 沉淀物 完全沉淀的pH Fe(OH)3 3.7 Fe(OH)2 9.6 Co(OH)2 9.2 Al(OH)3 5.2 Mn(OH)2 9.8 ＋

2＋

2＋

2＋

2＋

2＋

3＋

(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是将____________还原(填离子符号)。

2＋3＋

(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe氧化成Fe，产物中氯元素处于最低化合价。该反应的离子方程式为____________________________________________。

3＋3＋

(3)请用平衡移动原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe、Al转化成氢氧化物沉淀的原因：____________________________________________________________________。 (4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是______；使用萃取剂适宜的pH是______。

5

A．接近2.0 B．接近3.0 C．接近4.0

2＋2＋－

(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca与Mg转化为MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)＝7.35×1011－102＋2＋

、Ksp(CaF2)＝1.05×10。当加入过量NaF后，所得滤液c(Mg)/c(Ca)＝__________。

3＋3＋

解析：(1)亚硫酸钠溶液具有还原性，在浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe、Co还原。

2＋3＋

(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe氧化成Fe，产物中氯元素处于最低化合价－1价，则

－2＋＋3＋－

根据氧化还原反应得失电子守恒，该反应的离子方程式为ClO3＋6Fe＋6H===6Fe＋Cl＋

3＋3＋3＋

3H2O。(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe、Al转化成氢氧化物沉淀的原因是：Fe＋3H2O

＋3＋＋＋2－

Fe(OH)3＋3H、Al＋3H2OAl(OH)3＋3H，加入碳酸钠后，H与CO3反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀。(4)根据萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系。滤液Ⅱ中加入萃取

2

剂的作用是除掉锰离子；使用萃取剂适宜的pH是接近3.0。(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca＋2＋

与Mg转化为MgF2、CaF2沉淀。当加入过量NaF后，得到的是MgF2、CaF2的过饱和溶液，根

2＋2＋－

据溶液中氟离子的浓度相等，则所得滤液c(Mg)/c(Ca)＝Ksp(MgF2)/Ksp(CaF2)＝7.35×1011－10

/1.05×10＝0.7。

3＋3＋

答案：(1)Fe、Co

－2＋＋3＋－

(2)ClO3＋6Fe＋6H===6Fe＋Cl＋3H2O

3＋＋3＋＋

(3)溶液中存在平衡Fe＋3H2OFe(OH)3＋3H、Al＋3H2OAl(OH)3＋3H，加入碳酸

＋2－

钠后，H与CO3反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀

2＋

(4)除去Mn B (5)0.7

6

A．接近2.0 B．接近3.0 C．接近4.0

2＋2＋－

(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca与Mg转化为MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)＝7.35×1011－102＋2＋

、Ksp(CaF2)＝1.05×10。当加入过量NaF后，所得滤液c(Mg)/c(Ca)＝__________。

3＋3＋

解析：(1)亚硫酸钠溶液具有还原性，在浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe、Co还原。

2＋3＋

(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe氧化成Fe，产物中氯元素处于最低化合价－1价，则

－2＋＋3＋－

根据氧化还原反应得失电子守恒，该反应的离子方程式为ClO3＋6Fe＋6H===6Fe＋Cl＋

3＋3＋3＋

3H2O。(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe、Al转化成氢氧化物沉淀的原因是：Fe＋3H2O

＋3＋＋＋2－

Fe(OH)3＋3H、Al＋3H2OAl(OH)3＋3H，加入碳酸钠后，H与CO3反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀。(4)根据萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系。滤液Ⅱ中加入萃取

2

剂的作用是除掉锰离子；使用萃取剂适宜的pH是接近3.0。(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca＋2＋

与Mg转化为MgF2、CaF2沉淀。当加入过量NaF后，得到的是MgF2、CaF2的过饱和溶液，根

2＋2＋－

据溶液中氟离子的浓度相等，则所得滤液c(Mg)/c(Ca)＝Ksp(MgF2)/Ksp(CaF2)＝7.35×1011－10

/1.05×10＝0.7。

3＋3＋

答案：(1)Fe、Co

－2＋＋3＋－

(2)ClO3＋6Fe＋6H===6Fe＋Cl＋3H2O

3＋＋3＋＋

(3)溶液中存在平衡Fe＋3H2OFe(OH)3＋3H、Al＋3H2OAl(OH)3＋3H，加入碳酸

＋2－

钠后，H与CO3反应，使水解平衡右移，从而产生沉淀

2＋

(4)除去Mn B (5)0.7

6

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