高考总复习优化设计二轮用书化学H湖南专版(适用于新高考新教材)大题突破练(1)　化学工艺流程题

大题突破练(一)化学工艺流程题高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI20241234561.(2023·湖南邵阳二模)某废镍催化剂的主要成分是Ni-Al合金,还含有少量Cr、Fe及不溶于酸碱的有机物。采用如下工艺流程回收其中的镍,制备镍的氧化物(NixOy)。123456回答下列问题:(1)“碱浸”时发生的主要反应离子方程式为

。

(2)“溶解”后的溶液中,所含金属离子有Cr3+、Fe2+、Na+、Ni2+、

。

(3)在空气中煅烧NiCO3,其热重曲线如图1所示,300~400℃时NiCO3转化为Ni2O3,反应的化学方程式为

;400~450℃生成的固体产物的化学式为

。

图12Al+2OH-+2H2O══2+3H2↑Fe3+Ni3O4123456(4)工业上可用电解法制取Ni2O3。用NaOH溶液调节NiCl2溶液pH至7.5,加入适量硫酸钠后采用惰性电极进行电解。电解过程中产生的Cl2有80%在弱碱性条件下生成ClO-,再把二价镍氧化为三价镍。写出ClO-氧化Ni(OH)2生成Ni2O3的离子方程式:

;amol二价镍全部转化为三价镍时,外电路中通过的电子的物质的量为

mol(假设电解时阳极只考虑Cl-放电)。

(5)金属镍的配合物Ni(CO)n的中心原子的价电子数与配体提供的成键电子总数之和为18,则n=

;CO与N2结构相似,CO分子内σ键与π键个数之比为

。

ClO-+2Ni(OH)2══Ni2O3+Cl-+2H2O

1.25a41∶2123456(6)NiO的晶胞结构如图2所示,其中离子坐标参数A为(0,0,0),C为,则B的离子坐标参数为

。

图2(7)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态铁原子,其自旋磁量子数的代数和为

。

(1,1,1)+2或-2123456解析

将废镍催化剂“碱浸”,Al与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,Ni、Cr、Fe、有机物不与碱反应,则滤液1的主要溶质为NaOH、NaAlO2;通过“灼烧”,除去有机物;加入硫酸、硝酸,使Ni、Cr、Fe“溶解”生成Ni2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+;加入NaClO,使Fe2+完全转化为Fe3+,调节溶液pH,使Cr3+、Fe3+转化为Cr(OH)3、Fe(OH)3沉淀;加入碳酸钠,使Ni2+“转化”为NiCO3沉淀,滤液2中含有硫酸钠、硝酸钠、碳酸钠和次氯酸钠;过滤后得到的NiCO3中含有杂质,应洗涤、干燥后,再煅烧,最终得到镍的氧化物。(1)“碱浸”时发生的主要反应是铝和氢氧化钠的反应。(2)由分析可知,“溶解”后的溶液中,所含金属离子有Cr3+、Fe2+、Na+、Ni2+、Fe3+。123456(3)300~400

℃时NiCO3转化为Ni2O3,反应的化学方程式为4NiCO3+O2

2Ni2O3+4CO2;设1

mol

NiCO3在400~450

℃下分解为NixOy,1

mol

NiCO3的质量为1

mol×119

g·mol-1=119

g,由图可知,NiCO3在400~450

℃分解固体残留率为67.5%,则分解后NixOy的质量为119

g×67.5%≈80.3

g,根据Ni原子守恒可知,生成NixOy的物质的量为123456123456(5)Ni的价电子数为10,每个配体提供一个电子对,则10+2n=18,n=4;CO与N2结构相似,含有C≡O键,则CO分子内σ键与π键个数之比为1∶2。1234562.(2023·河北名校联盟联考)某软锰矿含锰50%,是重要的锰矿石。其主要成分如表:软锰矿主要成分杂质MnO2MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质某科研团队设计制备高纯度MnCO3。反应原理为①MnO2+BaS+H2O══MnO+Ba(OH)2+S;②MnO+H2SO4══MnSO4+H2O;③MnSO4+NH4HCO3+NH3·H2O→MnCO3↓(白色)。工艺流程图如图。123456回答下列问题:(1)软锰矿与硫化钡反应时,适当提高反应液温度的目的是

。(2)“不溶物”中除SiO2外,还有

(填化学式)。

(3)工序2中加入H2O2的目的是

,使用氨水调溶液的pH,理论上pH最小值为

。(通常认为溶液中离子浓度小于10-5mol·L-1时沉淀完全;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难溶于水,工序3加入MnF2的目的是除去Mg2+,其反应的离子方程式为

。

(5)碳化过程中发生反应的化学方程式

为

。

加快反应速率

S将Fe2+氧化为Fe3+

4.9MnF2(s)+Mg2+(aq)MgF2(s)+Mn2+(aq)MnSO4+NH4HCO3+NH3·H2O══MnCO3↓+(NH4)2SO4+H2O1234561234563.(2023·湖南教学教研联盟高三第二次联考)铍有“超级金属”之称,是航天、航空、电子和核工业等领域不可替代的材料。以绿柱石[主要成分为Be3Al2(SiO3)6,还含有铁元素等杂质]和方解石(主要成分为CaCO3)为原料冶炼铍的部分工艺流程如下:123456已知:①Be(OH)2和Al(OH)3性质相似,是两性氢氧化物。②铝铵矾在不同温度下的溶解度:温度/℃01020304060溶解度/g2.105.007.7410.914.926.7③常温时,Ksp[Fe(OH)3]≈1×10-39,Ksp[Be(OH)2]≈1×10-21;离子浓度≤1×10-5mol·L-1时,可认为离子沉淀完全。回答下列问题:(1)“熔炼”后,需将熔块粉碎的目的是

。

(2)“滤渣1”的成分是

。

增大与硫酸的接触面积,提高反应速率与浸取率

H2SiO3和CaSO4123456(3)为了让铝铵矾更充分地析出,“操作Ⅰ”包含的步骤有

、

、过滤。

(4)由Fe2+转化为“滤渣2”的总反应的离子方程式为

。

(5)若“操作Ⅰ”得到的滤液中c(Be2+)=0.01mol·L-1,常温时应调溶液的pH至

的范围内(保留一位小数)。

蒸发浓缩

冷却结晶

2.7≤pH<4.5123456(6)“沉淀”后的主要成分是Be(OH)2,工业上去除沉淀中过多的,常用的方法有:①将沉淀溶解在高浓度NaOH溶液中,然后用蒸馏水稀释水解,使Be(OH)2二次沉淀析出;②将沉淀用盐酸溶解后加入BaCl2溶液,生成BaSO4沉淀,再从滤液中二次沉淀出Be(OH)2。方法①中,Be(OH)2溶解在高浓度NaOH溶液的离子反应方程式为

。

方法②操作简单,去除

的反应效率高、效果好,但存在二次污染、成本高等问题,请你提出去除

的其他可行方法:

(举一例)。

离子交换树脂法或CaCl2溶液沉淀法(或其他合理答案)123456解析

绿柱石和方解石混合“熔炼”,“酸浸”过程中生成的硅酸不溶于水,硫酸钙微溶于水,故“滤渣1”成分为H2SiO3和CaSO4,“操作Ⅰ”加入(NH4)2SO4使铝离子发生反应并结晶析出;“除铁”加入过氧化氢可以将亚铁离子氧化成铁离子,加入的氨水使铁离子转化为氢氧化铁沉淀而分离,“沉淀”时加入氨水生成氢氧化铍,氢氧化铍煅烧分解转化为氧化铍,最后得到Be。(1)“熔炼”后将熔块粉碎,目的是增大熔块与硫酸的接触面积,提高反应速率与浸取率。(2)根据分析可知,“滤渣1”的成分为H2SiO3和CaSO4。(3)根据已知②,铝铵矾的溶解度受温度影响较大,从溶液中得到该晶体的操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。123456(4)Fe2+先被H2O2氧化成Fe3+,Fe3+再与一水合氨反应生成氢氧化铁沉淀,总反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+4NH3·H2O══2Fe(OH)3↓+4。(5)调溶液pH的目的是将Fe3+以Fe(OH)3形式沉淀完全,而使Be2+不发生沉淀。Ksp[Fe(OH)3]≈1×10-39,c(Fe3+)=1×10-5

mol·L-1时,解得c(OH-)≈10-11.3

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

mol·L-1时,解得c(OH-)=10-9.5

mol·L-1,所以pH=4.5时,Be2+会开始沉淀。综合上述,当2.7≤pH<4.5时,Fe3+沉淀完全,而Be2+还未开始沉淀。1234564.(2023·湖南岳阳二模)硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产,常温下能与水反应,碱性条件下能稳定存在,易溶于异丙胺(沸点为33℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O,含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4,其工艺流程如图1所示。图1123456回答下列问题:(1)NaBH4中含有的化学键为

。

(2)基态Ti原子的核外电子排布式为

。

(3)“碱溶”过滤所得滤渣的主要成分是

、

。

(4)写出Na2B4O7制取NaBH4的化学方程式:

。

(5)高温合成中,加料之前需将反应器加热至100℃以上,并通入氩气。通入氩气的目的是

。

离子键、共价键

[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2Fe3O4

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

4NaBH4+7Na2SiO3排除装置中的空气,防止空气中的O2与Na、H2反应

123456(6)在碱性条件下,用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4,装置如图2所示,写出阴极反应的电极反应式:

。

图2(7)NaBH4常用作还原剂,H2也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时,7.6gNaBH4的还原能力相当于

gH2的还原能力。

1.6123456解析

硼镁矿主要成分为Mg2B2O5·H2O,含少量杂质Fe3O4。硼镁矿粉碎后用氢氧化钠“碱溶”,Fe3O4不溶于氢氧化钠,Mg2B2O5·H2O与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀、NaBO2,过滤出Fe3O4、氢氧化镁沉淀,所得滤液中含有NaBO2,经“浓缩”“结晶”得Na2B4O7·10H2O,Na2B4O7·10H2O脱水生成Na2B4O7,Na2B4O7与Na、H2、SiO2在高温条件下反应生成NaBH4和硅酸钠,用异丙胺溶解NaBH4,过滤除去硅酸钠,蒸发NaBH4的异丙胺溶液得NaBH4。(1)NaBH4是离子化合物,含有的化学键为离子键、共价键。(2)Ti是22号元素,基态Ti原子的核外电子排布式为[Ar]3d24s2或1s22s22p63s23p63d24s2。(3)由以上分析可知“碱溶”过滤所得滤渣的主要成分是Fe3O4、Mg(OH)2。123456(4)Na2B4O7与Na、H2、SiO2在高温条件下反应生成NaBH4和Na2SiO3。(5)高温合成中,加料之前需将反应器加热至100

℃以上,并通入氩气,排除装置中的空气,防止空气中的O2与Na、H2反应。(6)在碱性条件下,用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4,H元素化合价由+1价降低为-1价发生还原反应,阴极反应的电极反应式为(7)7.6

g

NaBH4作为还原剂,氢元素化合价由-1价升高为+1价,转移电子的物质的量为

×8=1.6

mol;氢气作为还原剂,氢元素化合价由0价升高为+1价,转移1.6

mol电子需要0.8

mol氢气,所以7.6

g

NaBH4的还原能力相当于1.6

g

H2的还原能力。1234565.(2023·湖南长郡中学二模)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(Mo)、镍(Ni)等元素的氧化物,一种回收利用工艺的部分流程如下:已知:该工艺中,pH>6.0时,溶液中Mo元素以

的形态存在。

(1)“焙烧”中,有Na2MoO4生成,其中Mo元素的化合价为

。(2)“沉铝”中,生成沉淀X的离子方程式为

。

(3)“沉钼”中,pH为7.0,生成BaMoO4的离子方程式为

。

(4)①滤液Ⅲ中,主要存在的钠盐有NaCl和Y,Y为

(填化学式)。

②往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后,通入足量

(填化学式)气体,再通入足量CO2,可析出Y。

+6价

NaHCO3NH3123456(5)高纯AlAs(砷化铝)可用于芯片制造。芯片制造中的一种刻蚀过程如图所示,图中所示致密保护膜为一种氧化物,可阻止H2O2刻蚀液与下层GaAs(砷化镓)反应。①该氧化物为

。

②已知:Ga和Al同族,As和N同族。在H2O2与上层GaAs的反应中,As元素的化合价变为+5价,则该反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为

。

Al2O34∶1123456123456解析

(4)①滤液Ⅰ中通入过量的二氧化碳,偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀,同时生成碳酸氢钠,过滤得到的滤液Ⅱ中含有碳酸氢钠和钼酸钠。滤液Ⅱ中加入适量的氯化钡溶液沉钼后,过滤得到的滤液Ⅲ中,主要存在的钠盐有NaCl和NaHCO3。②根据侯氏制碱法的原理可知,往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后,通入足量NH3,再通入足量CO2,可析出NaHCO3。(5)①由题中信息可知,致密的保护膜为一种氧化物,是由H2O2与AlAs反应生成的,联想到金属铝表面容易形成致密的氧化膜可知,该氧化物为Al2O3。②由Ga和Al同族、As和N同族可知,GaAs中Ga显+3价(其最高价)、As显-3价。在H2O2与上层GaAs的反应中,As元素的化合价变为+5价,其化合价升高8,As元素被氧化,则该反应的氧化剂为H2O2,还原剂为GaAs。根据得失电子守恒可知,该反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为8∶2=4∶1。1234566.(2023·辽宁瓦房店一模)锌电解阳极泥(主要成分为MnO2、PbSO4和ZnO,还有少量锰铅氧化物Pb2Mn8O16和Ag)是冶锌过程中产生的废渣,一种回收锌电解阳极泥中金属元素锌、锰、铅和银的工艺如下。回答下列问题:已知:①MnSO4·H2O易溶于水,不溶于乙醇。②在较高温度及酸性催化条件下,葡萄糖能发生如下反应:123456(1)请写出Mn原子基态价层电子排布式:

。

(2)已知Pb2Mn8O16中Pb为+2价,Mn为+2价