2019版高考化学第三章金属及其重要化合物微专题强化突破5无机化学工艺流程题学案新人教版.docx

5 无机化学工艺流程题化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，一般具有如下环节：它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问。考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是高考全国卷命题的热考题型。解题策略如下：1(2017高考海南卷)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO47H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是_，“滤渣1”中主要含有_。(写化学式)(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是_、_。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_。(4)分离“滤渣3”应趁热过滤的原因是_。解析：(1)该工艺流程制备的是MgSO47H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；(2)硼镁泥中含有FeO，与硫酸反应后生成FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把Fe2氧化成Fe3，氧化镁的作用是调节pH，使Al3和Fe3以氢氧化物形式沉淀出来，除去Fe3和Al3；(3)除杂除去的是Fe3和Al3，因此检验“除杂”基本完成检验滤液中是否存在Fe3就行，方法是取少量滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)趁热过滤是为防止MgSO47H2O结晶析出。答案：(1)H2SO4SiO2 (2)将Fe2氧化为Fe3调节溶液pH，使Fe3、Al3以氢氧化物的形式沉淀除去(3)取少量滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全(4)防止MgSO47H2O结晶析出2锌是一种常用金属，冶炼方法有火法和湿法。.镓(Ga)是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似。氮化镓(GaN)是制造LED的重要材料，被誉为第三代半导体材料。(1)GaN可由Ga和NH3在高温条件下合成，该反应的化学方程式为_。(2)镓的性质与铝类似，下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是_。A一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠B常温下，Ga可与水剧烈反应放出氢气CGa2O3可由Ga(OH)3受热分解得到D一定条件下，Ga2O3可与NaOH反应生成盐.工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题：已知：Fe的活泼性强于Ni。(3)ZnFe2O4可以写成ZnOFe2O3，写出ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式：_。(4)净化操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe2氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀。净化生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_。(5)净化中加入Zn的目的是_。解析：(1)此反应是置换反应：2Ga2NH32GaN3H2。(2)根据元素周期律，铝和镓的性质类似，A、C、D项正确，B项错误。(3)碱性氧化物和酸生成相应的盐和水，所以化学方程式为ZnFe2O44H2SO4=ZnSO4Fe2(SO4)34H2O。(4)氢氧化铁胶体有很强的吸附能力，能吸附溶液中的悬浮物，从而形成沉淀。(5)锌比铜、镍活泼，加入锌将Cu2、Ni2置换出来，提高产品的纯度。答案：(1)2Ga2NH32GaN3H2(2)ACD (3)ZnFe2O44H2SO4=ZnSO4Fe2(SO4)34H2O(4)Fe(OH)3胶体具有强吸附性(5)使Cu2、Ni2转化为Cu、Ni而除去3(2016高考全国卷，28，14分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_。解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl得到6 mol电子，所以需要0.5 mol氯酸钾。(3)中和时，Fe3、Al3分别转化为难溶的 Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。答案：(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O52NH3H2O1高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：根据上述流程图填空：(1)“除杂”操作是先加入过氧化氢充分反应后，再用氨水调节溶液的pH，使硫酸铵溶液中的少量Fe2氧化为Fe3并进一步转化为Fe(OH)3从而除去Fe2，则Fe2酸性条件下氧化为Fe3的离子方程式为_。(2)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是_。(3)“分离”操作的名称是_(填字母代号)。A蒸馏B分液C过滤(4)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾属于_(填“纯净物”或“混合物”)，在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是_。(5)热分解中发生如下反应：6NH4Al(SO4)23Al2O32NH3 2N2 6SO2 6SO3 9H2O，当生成1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为_mol。解析：(1)H2O2溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，反应的离子方程式为2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。(2)由于铝离子在溶液中能发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制铝离子的水解。(3)把晶体从混合物中“分离”操作的名称是过滤。(4)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾有固定的组成，属于纯净物；在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，未水解前，c(Al3)c(NH)0.1 mol/L，由于铵根和铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，水解后浓度均小于0.1 mol/L，c(SO)0.2 mol/L，所以在0.1 mol/L铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是SO。(5)该反应中N元素化合价由3价变为0价、S元素化合价由6价变为4价，6NH4Al(SO4)23Al2O32NH32N26SO26SO39H2O，转移12e，所以当生成1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为4 mol。答案：(1)2Fe2H2O22H = 2Fe32H2O(2)抑制Al3水解(3)C(4)纯净物SO(5)42铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛，用赤铁矿石(含Fe2O3、FeO，也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下：已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2pH5.23.29.76.7(1)步骤中用pH试纸测定溶液pH的操作是_。步骤滤液b中含有的金属阳离子是_，步骤中碾碎的目的是_。(2)将第步过滤所得的MnO2与KClO3、KOH溶液共热，可得到K2MnO4，此反应的化学方程式是_。(3)步骤灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、_。(4)若步骤是利用电弧加热使金属熔融蒸发成蒸气，使大量颗粒状烟灰尘与周围X气体原子激烈碰撞进行充分的能量交换和电荷交换生成Fe，X气体可以为_。aO2bN2cHe dH2(5)“纳米铁”在空气中受撞击时会燃烧，其反应与铁在纯氧中燃烧相同，写出该反应的化学方程式：_。解析：(1)Fe2O3、FeO、Al2O3、CuO与稀硫酸反应，滤液a中金属阳离子为Cu2、Al3、Fe2、Fe3，加双氧水将Fe2氧化为Fe3。根据阳离子沉淀时pH数据，可知控制pH4时，铁离子已全部变成Fe(OH)3沉淀，滤液b中金属阳离子主要为Cu2、Al3。(2)MnO2与KClO3、KOH溶液共热，MnO2作还原剂生成K2MnO4，KClO3作氧化剂生成KCl。(3)灼烧需酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚、坩埚钳。答案：(1)将一小块pH试纸放在洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸中央，再与标准比色卡对照Cu2、Al3增大接触面积，加快反应速率(2)3MnO26KOHKClO33K2MnO4KCl3H2O(3)泥三角、坩埚、坩埚钳(4)c(5)3Fe2O2Fe3O43铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体NH4Al(SO4)212H2O的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体a的化学式为_，中通入足量CO2气体生成沉淀的离子方程式为_。(2)由制取铵明矾溶液的化学方程式为_，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为_(填操作名称)、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数为98%的硫酸(密度为1.84 gcm3)_L(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为11，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为_。解析：(1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。AlCl3与过量烧碱反应生成NaAlO2溶液，向其中通入足量CO2生成Al(OH)3 沉淀。(2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸反应后通入NH3生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)1 000 kg36%360 kg，m(H2SO4)398 gmol11 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度为1.84 gcm3)的体积为575.4103 mL575.4 L。(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物质的量都是1 mol，则Al3共3 mol，SO共5 mol，根据铝元素和SO守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为5310。答案：(1)SiO2AlOCO22H2O=HCOAl(OH)3(2)Al2O34H2SO42NH3=2NH4Al(SO4)23H2O蒸发浓缩(3)575.4(4)3104硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)2是一种重要的工业原料，能溶于水，不溶于乙醇，其工业制法如下。请回答：(1)步骤中碱液洗涤的目的是_。若将碱液换为酸液，可能产生的问题是_。(2)步骤中B可以是_(填字母)，加入少量B的目的是_。aCuCl2 bCuOcCu(NO3)2 dCuSO4 (3)步骤中要用到少量乙醇洗涤，其目的是_。(4)用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸，目的是_。工业上常用酸性KMnO4溶液通过滴定的方法测定硫酸亚铁铵样品的纯度，反应的离子方程式为_。准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于_(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。(5)硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是_，实验室的检验方法是_。 解析：(1)油脂在碱性条件下会发生水解反应，产生可溶性的物质，而且Zn可以与强碱溶液发生反应，实验步骤中碱液洗涤的目的是除去油污和锌层；若将碱液换为酸液，油脂在酸性条件下水解程度小，Zn、Fe都会发生反应，实验可能产生的问题是导致铁部分损失及油污未除净。(2)带油污的镀锌铁片被NaOH溶液洗涤后得到纯净的Fe，Fe与稀硫酸会发生置换反应产生FeSO4和H2，若向其中加入少量的CuO，CuO与稀硫酸反应产生CuSO4，Fe与CuSO4发生置换反应产生的Cu单质与铁及稀硫酸就会构成原电池，使反应速率加快，加入CuSO4也可以直接与Fe发生置换反应产生Cu，然后与Fe及稀硫酸构成原电池，加快反应速率，而CuCl2会引入杂质Cl，使物质不纯；