无机化学综合应用

无机化学综合应用题组一以陌生无机物为载体的综合考查答案及评分标准（1）Mg2B2O5H2O2H2SO42H3BO32MgSO4（2分）提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径（2分）（2）Fe3O4（1分）SiO2和CaSO4（2分）（3）将Fe2氧化成Fe3（1分）使Fe3与Al3形成氢氧化物沉淀而除去（1分）（4）(七水)硫酸镁（1分）（5）Na （2分）（6）2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg2B3MgO（2分）阅卷人的忠告（1）元素符号错、不规范、看不清的不得分，方程式不写“”扣分。（2）SiO2和CaSO4少写，或错写其他杂质均不得分。（3）名称写成化学式不得分。（4）电子式漏掉离子符号或不写“”均不得分。典例 1工业上利用氟碳铈矿(主要成分CeCO3F)提取CeCl3的一种工艺流程如下：请回答下列问题：（1）CeCO3F中，Ce元素的化合价为_。（2）酸浸过程中用稀硫酸和H2O2替换HCl不会造成环境污染。写出稀硫酸、H2O2与CeO2反应的离子方程式：_。（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是_。（4）溶液中的c(Ce3)等于1105molL1可认为Ce3沉淀完全，此时溶液的pH为_。(已知KspCe(OH)31.01020)（5）加热CeCl36H2O和NH4Cl的固体混合物可得到无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_。（6）准确称取0.750 0 g CeCl3样品置于锥形瓶中，加入适量过硫酸铵溶液将Ce3氧化为Ce4，然后用0.100 0 molL1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗25.00 mL标准溶液。(已知：Fe2Ce4Ce3Fe3)该样品中CeCl3的质量分数为_(保留两位小数)。若使用久置(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液进行滴定，测得该CeCl3样品的质量分数_(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。【答案】（1）3 （2）H2O22CeO26H2Ce34H2OO2（3）避免三价铈以Ce(BF4)3沉淀的形式损失或除去BF或提高CeCl3的产率 （4）9（5）NH4Cl固体受热分解产生HCl，抑制CeCl3水解 （6）82.17%偏大【解析】（1）根据化合价的代数和等于零计算，C为4价、O为2价、F为1价。（2）HCl被CeO2氧化的产物为氯气；H2O2被氧化为O2，CeO2的还原产物为Ce3，根据电子守恒、电荷守恒即可配平方程式。（3）从流程可知KBF4为沉淀，该步骤为除去BF（4）溶液中的c(Ce3+)等于1105molL1，可认为Ce3+沉淀完全，根据KSPCe(OH)3c(Ce3+)c3(OH)11020可知，c(OH) molL11105molL1，此时溶液的pH为9（5）从Ce(OH)3的溶度积可知CeCl3易水解，氯化铵分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解。（6）由反应信息可得关系式：CeCl3(NH4)2Fe(SO4)2，再根据硫酸亚铁铵的物质的量和关系式即可计算n(CeCl3)。久置的(NH4)2Fe(SO4)2中Fe2已部分被氧化，必然消耗(NH4)2Fe(SO4)2的量增多，因而测定结果偏大。2磷及其化合物在生产、生活中有重要的用途。回答下列问题：（1）直链聚磷酸是由n个磷酸分子通过分子间脱水形成的，常用于制取阻燃剂聚磷酸铵。写出磷酸主要的电离方程式：_。n越大，直链聚磷酸铵的水溶性越_(填“大”或“小”)。（2）在碱性条件下，次磷酸盐可用于化学镀银，完成其反应的离子方程式。_H2PO2_Ag_ _PO23_Ag_ _（3）由工业白磷(含少量砷、铁、镁等)制备高纯白磷(熔点44 ，沸点280 )，主要生产流程如下：除砷过程在75 时进行，其合理的原因是_(填字母)。a使白磷熔化，提高反应活性 b降低白磷的毒性c温度不宜过高，防止硝酸分解 d适当提高温度，增大反应速率生产过程在高纯氮气保护下进行，其目的是_。硝酸氧化除砷时被还原为NO，写出砷转化为砷酸的化学方程式：_。氧化相同质量的砷，当转化为亚砷酸的量越多时，消耗硝酸的量越_(填“多”或“少”)。某条件下，用一定量的硝酸处理一定量的工业白磷，砷的脱除率及磷的产率随硝酸质量分数的变化如图所示，砷的脱除率从a点到b点降低的原因是_。【答案】（1）H3PO4HH2PO4 小（2）146OH144H2O （3）acd防止白磷被空气中氧气氧化3As5HNO32H2O3H3AsO45NO少硝酸浓度变大，氧化性增强，有较多的硝酸用于氧化白磷，脱砷率降低3过二硫酸(结构如图)是一种白色晶体，其酸及盐均为强氧化剂。（1）(NH4)2S2O8在水溶液中的电离方程式为_。（2）在Ag及加热的条件下，S2O可将溶液中的Mn2氧化为MnO，该反应的离子方程式为_，观察到的现象是_。（3）由氯碘酸(ClSO3H)与过氧化氢作用可得固态的过二硫酸，该反应的化学方程式为_。（4）工业上制备过二硫酸溶液的流程之一如下：电解时阳极的电极反应式为_，阳极材料能否用铜丝代替铂丝？_(填“能”或“不能”)，说明理由：_。【答案】（1）(NH4)2S2O82NH4+S2O82（2）2Mn2+5S2O82+8H2O 2MnO4+10SO42+16H+溶液颜色变为紫色（3）2ClSO3H+H2O2H2S2O8+2HCl；（4）2SO422eS2O82不能铜是活性电极，铜作阳极时本身会失去电子【解析】（2）由过二硫酸结构可知，分子中S元素处于最高价6价，其中的1价O具有强氧化性，则离子方程式：5S2O2Mn28H2O2MnO410SO16H，由于生成MnO，溶液会变为紫色。（4）电解产物中的H2一定在阴极生成，则阳极产物为S2O，电极反应式为2SO2eS2O，阳极用铜时，铜失电子，不能生成S2O。4Na2S、H2O2在从含镍电镀废渣(除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)中提取含镍化合物时有重要作用。提取过程如下：电镀废渣先用过量酸进行酸化处理，得到溶液；向溶液中滴入适量的Na2S溶液，除去Cu2、Zn2，过滤；保持滤液在40 左右，用6%的H2O2溶液氧化Fe2，再在95 时加入NaOH溶液调节pH，过滤除去铁和铬；在滤液中加入足量Na2CO3溶液，搅拌，得NiCO3沉淀；（1）步骤中除可观察到黑色沉淀外，还可嗅到臭鸡蛋气味，用离子方程式说明气体的产生：_。（2）步骤中在Fe2氧化阶段，需要控制温度不超过40 ，其目的是_；该阶段发生反应的离子方程式为_。（3）Fe2也可以用NaClO3氧化，Fe2被氧化并在较小pH条件下水解，最终形成黄铁矾钠Na2Fe6(SO4)4(OH)12沉淀而被除去；如图是pH温度关系图，图中阴影部分为黄铁矾钠稳定存在区域已知25 时，Fe(OH)3的Ksp2.641039，下列说法正确的是_(填字母)。aFeOOH中铁为2价b若在25 时，用H2O2氧化Fe2，再在pH4时除去铁，此时溶液中c(Fe3)2.641029 molL1c用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe2的离子方程式为6Fe2ClO6H6Fe3Cl3H2Od工业生产中温度常保持在8595 生成黄铁矾钠，此时溶液的pH约为1.21.8（4）无水NiCl2在有机合成中有着极为重要的作用，工业上常用含镍原料所制得的NiCl26H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水制得，已知SOCl2能与水反应生成SO2和HCl。写出NiCl26H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水制无水NiCl2的化学方程式_，NiCl26H2O需在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水的原因是_。【答案】（1）S22HH2S（2）减少过氧化氢的分解2Fe2H2O22H2Fe32H2O（3）cd（4）NiCl26H2O6SOCl2NiCl26SO212HClNiCl2在加热过程中会因发生水解而得不到无水NiCl2，当NiCl26H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水时，反应过程中产生的HCl能抑制NiCl2的水解【解析】（1）经过量酸处理得到的溶液中含有大量的H，当加入Na2S后会发生反应：S22HH2S，生成具有臭鸡蛋气味的H2S。（2）Fe2氧化阶段需要加入氧化剂过氧化氢，温度过高会造成过氧化氢的分解，导致过氧化氢损失，氧化阶段的反应为2Fe2H2O22H2Fe32H2O。（3）FeOOH中铁为3价；当pH4时，c(H)104 molL1，c(OH)1010 molL1，则c(Fe3) molL12.64109 molL1。（4）加热过程中发生的反应为NiCl26H2O6SOCl2NiCl26SO212HCl；若单独加热NiCl26H2O，则在加热过程中NiCl2会发生水解而得不到无水NiCl2，当NiCl26H2O在亚硫酰氯(SOCl2)中加热脱水时，反应过程中产生的HCl能抑制NiCl2的水解。题组二以化工流程为载体的综合题专练 解题指导化工流程题审题方略1粗读题干，挖掘图图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但题目中往往会有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。2携带问题，精读信息这里的“信息”包括三个方面：一是主干，二是流程图，三是设置的问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，常见问题的设置方向如下：（1）反应速率与平衡理论的运用；（2）氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；（3）利用控制pH分离除杂；（4）化学反应中的能量变化；（5）实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；（6）流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；（7）环境保护与绿色化学评价。3跳跃思维，规范答题答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。（1）对反应条件的分析可以从以下几个方面着手：对反应速率有何影响，对平衡转化率有何影响，对综合生产效益有何影响(原料是否价廉易得，是否可再生，能源消耗的多少，设备能否满足生产条件的要求，对环境的影响如何)。（2）要求用化学理论回答的问题一般采用“四段论法”：本题“改变了什么条件”(或“是什么条件”)根据什么理论所以有什么变化结论。典例 1(2015广东理综，32)七铝十二钙(12CaO7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：（1）煅粉主要含MgO和_，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，若滤液中c(Mg2)小于5106molL1，则溶液pH大于_Mg(OH)2的Ksp51012；该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是_。（2）滤液中的阴离子有_(忽略杂质成分的影响)；若滤液中仅通入CO2，会生成_，从而导致CaCO3产率降低。（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为_。（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为_。（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4和Al2Cl7两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为_。【答案】（1） CaO11 易生成硫酸钙沉淀而导致碳酸钙产率降低（2） NO、OHCa(HCO3)2（3）2OHAl2O32AlO2 H2O（4） 2Al6H2O 2Al(OH)33H2（5）Al3e7 AlCl4 4 Al2Cl7【解析】（1） 白云石高温煅烧，CaCO3和MgCO3受热分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO和MgO。若滤液中c(Mg2)小于5106molL1，根据Kspc(Mg2)c2(OH)得：c(OH) molL11103 molL1，c(H)11011molL1，即pH11。若用(NH4)2SO4代替NH4NO3，则(NH4)2SO4会与CaO反应生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，造成生成的CaCO3减少。（2） 煅粉的主要成分是CaO和MgO，加入适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，由于镁化合物几乎不溶，则溶液中溶质主要为生成的Ca(NO3)2，故滤液中的主要阴离子为NO 。由于滤液的pH大于11，溶液中含有Ca(NO3)2和少量的NH4NO3与Ca(OH)2，若仅通入CO2会生成Ca(HCO3)2，从而导致CaCO3产率降低。（3） 用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为2OHAl2O32AlO H2O。（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为2Al6H2O2Al(OH)33H2。（5） 由题意可知，放电时负极Al失去电子与AlCl4 结合生成Al2Cl7，其电极反应式为Al3e7 AlCl4 4 Al2Cl7。2硼镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知：硼镁矿的主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为回答下列有关问题：（1）硼砂中B的化合价为_价；溶于热水后，常用稀硫酸调pH至23制取H3BO3，该反应的离子方程式为_。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为_。（2）MgCl27H2O在HCl氛围中加热的原因是_。若用惰性电极电解MgCl2溶液，其阴极反应式为_。（3）镁H2O2酸性燃料电池的反应机理为MgH2O22HMg22H2O，则其正极反应式为_。常温下，若起始电解质溶液pH1，则pH2时，溶液中Mg2的浓度为_。已知KspMg(OH)25.61012，当溶液pH6时，_(填“有”或“没有”)Mg(OH)2沉淀析出。（4）制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020 g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30 molL1Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。滴定时用到的指示剂是_。该粗硼样品的纯度为_。(提示：I22S2O2IS4O)【答案】（1）+3 B4O72+2H+5H2O4H3BO3 Mg+B2O32B+3MgO（2）防止MgCl2水解生成Mg(OH)2 2H2O+Mg2+2e H2+Mg(OH)2（3）H2O2+2H+ +2e2H2O 0.045 molL1 没有（4）碱式 99% 【解析】（1）硼砂的化学式为Na2B4O710H2O，钠元素化合价为1价，氧元素化合价为2价，依据化合价代数和为零计算得到硼元素化合价为3价；用H2SO4调pH至23，硼砂中的Na2B4O7在酸溶液中生成H3BO3，反应的离子方程式为B4O72+2H+5H2O4H3BO3；X为H3BO3晶体加热脱水的产物，为B2O3，与Mg反应生成粗硼和氧化镁，反应的化学方程式为3MgB2O32B3MgO。（2）MgCl27H2O需要在HCl氛围中加热，是为了防止氯化镁水解生成氢氧化镁；若用惰性电极电解MgCl2溶液，阴极氢离子得到电子生成氢气，水的电离平衡被破坏，水电离生成的氢氧根离子浓度增大，和镁离子形成氢氧化镁沉淀，合并写出阴极反应式为2H2OMg22eH2Mg(OH)2。（3）镁H2O2酸性燃料电池的反应机理为MgH2O22HMg22H2O，正极上是过氧化氢得到电子生成水的反应，正极反应式为H2O22H2e2H2O；若起始电解质溶液pH1，则pH2时，溶液中氢离子浓度减小0.1 molL10.01 molL10.09 molL1，依据方程式得到Mg2浓度为0.045 molL1；KspMg(OH)25.61012，当溶液pH6时，c(OH)108 molL1，则Qcc(Mg2)c2(OH)0.04510164.51018KspMg(OH)2，无氢氧化镁沉淀生成。（4）碘遇淀粉变蓝，终点时蓝色褪去；硫代硫酸钠的物质的量为0.30 molL10.018 L0.005 4 mol，根据关系式：BBI33/2 I23S2O，n(B)n(S2O)0.001 8 mol，硼的质量为11 gmol10.001 8 mol0.019 8 g，粗硼中硼的含量为0.019 8 g/0.020 g100%99%。3常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。（1）填充物用60温水溶解，目的是_。（2）操作A的名称为_。（3）铜帽溶解时加入H2O2溶液的目的是_(用化学方程式表示)。铜帽溶解完全后，可采用_方法除去溶液中过量的H2O2溶液。（4）碱性锌锰干电池的电解质为KOH，总反应为Zn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2，其负极的电极反应式为_。（5）滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为2MnOOHMnO22H2C2O43H2SO43MnSO46H2O4CO2。当1 mol MnO2参加反应时，共有_mol电子发生转移。MnOOH与浓盐酸在加热条件下也可反应，写出反应的化学方程式：_。（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO4溶液吸收。在不同pH下，KMnO4溶液对Hg的吸收率及主要产物如图所示：根据上图可知：pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率_。在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO4在酸性条件下_强。【答案】（1）加快溶解速率，同时防止温度过高氯化铵受热分解（2）过滤（3）CuH2O2H2SO4CuSO42H2O加热（4）Zn2OH2eZn(OH)2（5）42MnOOH6HCl(浓)2MnCl2Cl24H2O（6）先降低后增加氧化性【解析】（3）Cu不能溶于硫酸，在酸性条件下，加入H2O2的Cu就会被溶解变为Cu2，反应的化学方程式是CuH2O2H2SO4CuSO42H2O；H2O2不稳定，受热容易分解产生氧气和水，所以铜帽溶解完全后，可采用加热方法除去溶液中过量的H2O2。（4）碱性锌锰干电池的电解质为KOH，总反应为Zn2MnO22H2O2MnOOHZn(OH)2，其负极Zn发生氧化反应，电极反应式为Zn2OH2eZn(OH)2。4砷为A族元素，金属冶炼过程产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。（1）冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：已知：.As2S3与过量的S2存在以下反应：As2S33S22AsS33 .亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐亚砷酸中砷元素的化合价为