高中化学-2021届高三大题优练5-以适应性操作为载体的工艺流程-学生版

以适应性操作为载体的工艺流程以适应性操作为载体的工艺流程大题优练5优选例题优选例题例：以盐湖锂精矿(主要成分为Li2CO3，还含有少量的CaCO3)和盐湖卤水(含一定浓度LiCl和MgCl2)为原料均能制备高纯Li2CO3。(1)以锂精矿为原料制取碳酸锂的流程如下，其中“碳化溶解”的装置如图所示。已知：Ⅰ．20℃时LiOH的溶解度为12.8g。Ⅱ．Li2CO3在不同温度下的溶解度：0℃1.54g，20℃1.33g，80℃0.85g。①装置C中主要反应的化学方程式为______。②装置C中的反应需在常温下进行，温度越高锂精矿转化速率越小的原因可能是______________________。保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高锂精矿转化率的操作有______。③热解、过滤获得Li2CO3的表面有少量Li2C2O4，未经洗涤也不会影响最终Li2CO3产品的纯度，其原因是_____________________________________________。(2)设计由盐湖卤水制取Li2CO3的实验方案：向浓缩后的盐湖卤水______________________________。[已知：pH=10时Mg(OH)2完全沉淀，实验中必须用的试剂：NaOH溶液、Na2CO3溶液]。【答案】（1）Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3温度升高，Li2CO3、CO2溶解度均较小加快搅拌速率加热烘干时Li2C2O4会分解，固体产物为Li2CO3（2）边搅拌边加入NaOH溶液调节溶液pH大于10，过滤，向滤液中加入Na2CO3溶液，静置后向上层清液中再加入Na2CO3溶液，若无沉淀产生，过滤，用热水洗涤沉淀2～3次【解析】装置A用碳酸钙和稀盐酸反应产生了CO2，在装置B中装饱和食盐水除去HCl气体杂质，向锂精矿中的Li2CO3通入CO2转化成溶于水的LiHCO3，装置C发生反应方程式Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3，加热分解LiHCO3得到Li2CO3，由信息II可知温度越高，Li2CO3的溶解度越小，所以蒸发结晶出Li2CO3晶体。（1）①装置C中主要反应的化学方程式为：Li2CO3+CO2+H2O=2LiHCO3；②温度越高锂精矿转化速率越小的原因可能是：温度升高，Li2CO3、CO2溶解度均较小，不利于反应进行，提高锂精矿转化率的操作有：加快搅拌速率；③Li2CO3的表面有少量Li2C2O4，由于加热烘干时Li2C2O4会分解，固体产物为Li2CO3，所以不影响产品的纯度；（2）盐湖卤水中含有Mg2+杂质，需先加NaOH调节pH大于10，将镁离子转化成Mg(OH)2沉淀除去，过滤掉杂质沉淀，再加入Na2CO3溶液制得Li2CO3，最后用热水洗涤晶体，减少晶体的溶解，则实验方案为：边搅拌边加入NaOH溶液调节溶液pH大于10，过滤，向滤液中加入Na2CO3溶液，静置后向上层清液中再加入Na2CO3溶液，若无沉淀产生，过滤，用热水洗涤沉淀2～3次。模拟优练模拟优练1．一种利用化肥中废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)制取明矾和CoSO4粗产品的工艺流程如下：已知：(i)相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示：Al3+Fe3+Fe2+Co2+开始沉淀的pH3.51.66.36.6完全沉淀的pH5.42.88.39.2(ⅱ)Al(OH)3在碱性条件下开始溶解时的pH为7.8，完全溶解时的pH为11。回答下列问题：(1)写出H2O2的电子式：___________。(2)下列措施一定能提高步骤I中Al3+和Co2+的浸取率的是___________(填标号)a．将废催化剂粉磨为细颗粒b．步骤I中的硫酸采用98%的浓硫酸c．适当提高浸取时的温度(3)步骤Ⅱ中，写出“氧化”过程中Fe2+被氧化的离子方程式：___________，若“氧化”后再“调节pH=3”，造成的后果是___________。(4)步骤Ⅲ中加K2CO3应控制pH的范围为___________。(5)测定CoSO4粗产品中钴的质量分数的步骤如下：准确称取ag产品，先经预处理，然后加入过量的冰乙酸，在加热煮沸下，缓慢滴加KNO2溶液直至过量，生成不溶于乙酸的K3[Co(NO2)6]，再经过滤、洗涤及干燥，称量沉淀的质量为bg。①KNO2溶液氧化并沉淀Co2+的离子方程式为___________(已知KNO2被还原为NO)。②粗产品中钴元素的质量分数为___________(Mr{K3[Co(NO2)6]}=452，列出计算式)。2．我国有丰富的Na2SO4资源，2020年10月，中科院过程工程研究所公布了利用Na2SO4制备重要工业用碱（NaHCO3）及盐（NaHSO4）的闭路循环绿色工艺流程：某校化学兴趣小组根据该流程在实验室中进行实验。回答下列问题：(1)用以下实验装置图进行流程中的“一次反应”。①装置A中的橡皮管a的作用是______。②装置B中加入CCl4的目的是______。③装置C中的试剂b是______。(2)在“二次反应”中，硫酸铵溶液与过量的硫酸钠反应生成溶解度比较小的复盐，分离该复盐与溶液需要的玻璃仪器有______。(3)用以下实验装置图进行流程中的“煅烧(350℃)”①煅烧时，要边加热边通氮气，理由是______。②依据该流程的闭路循环绿色特点，“一次反应”与“煅烧(350℃)”的实验中均采用下图所示装置处理尾气，则烧杯中的x溶液最好是______溶液。(4)测定产品硫酸氢钠的纯度：称取所得产品，配成溶液，每次取出配制的溶液，用标准溶液滴定，测得的实验数据如下表：序号1234标准溶液体积/20.0518.4019.9520.00所得产品硫酸氢钠的纯度为______(以百分数表示，保留三位有效数字)。(5)分析上述流程图，写出利用该流程制备两种盐的总反应的化学方程式______。3．氢溴酸在医药和石化工业上有广泛用途。下图是模拟工业制备氢溴酸粗品并精制流程：根据上述流程回答下列问题：（1）混合①中发生反应的化学方程式为_________。（2）混合①中使用冰水的目的是______________。（3）操作Ⅱ和操作Ⅲ的名称分别是________、_______。操作Ⅲ一般适用于分离____________混合物。（选填编号）a．固体和液体b．固体和固体c．互不相溶的液体d．互溶的液体（4）混合②中加入Na2SO3的目的是_______________________________。（5）纯净的氢溴酸应为无色液体，但实际工业生产中制得的氢溴酸（工业氢溴酸）带有淡淡的黄色。于是甲乙两同学设计了简单实验加以探究：甲同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为含Fe3+，则用于证明该假设所用的试剂为____________，若假设成立可观察到的现象为_________________。乙同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为_______，其用于证明该假设所用的试剂为____________。4．三氯化铬(CrCl3)为紫色晶体，熔点为83℃，易潮解，易升华，不易水解，高温下易被氧气氧化，主要用作媒染剂和催化剂。工业上制取三氯化铬的流程如下：请回答下列问题：(1)用蒸馏水洗涤三氧化二铬是除去_________(填化学式)。(2)650℃时，在反应器反应一段时间后，除产生CrCl3外，还有副产物剧毒的光气(COCl2)生成，该反应的化学方程式是_______________。(3)根据上述工艺原理，实验室用Cr2O3和CCl4(沸点76.8℃)在高温下制备三氯化铬，部分实验装置如图所示(夹持装置略)。①上图中通入的气体X是_________(填化学式)。②装置A的烧杯中盛有________。(4)样品中三氯化铬质量分数的测定Ⅰ．称取样品0.3300g，加水溶解并于250mL容量瓶中定容。Ⅱ．移取25.00mL样品溶液于带塞的锥形瓶中，加热至沸腾后加入稍过量的Na2O2，稀释并加热煮沸，再加入过量H2SO4酸化，将Cr3+氧化为Cr2Oeq\o\al(2−,7)；再加入过量的KI固体，加塞摇匀，使铬完全以Cr3+的形式存在。Ⅲ．加入1mL指示剂，用0.0250mol·L－1标准Na2S2O3溶液滴定至终点，平行测定三次，平均消耗标准Na2S2O3溶液24.00mL(已知：Cr2Oeq\o\al(2−,7)+6I－+14H+=2Cr3++3I2+7H2O，2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)。①滴定实验可选用的指示剂为______。②样品中无水三氯化铬的质量分数为______%(结果保留三位有效数字)。5．某矿样中含有大量的CuS及少量其他不溶于酸的杂质。实验室中以该矿样为原料制备CuCl2·2H2O晶体，流程如下：(1)在实验室中，欲用37%(密度为1.19g·mL－1)的盐酸配制500mL6mol·L－1的盐酸，需要的仪器除量筒、烧杯、玻璃棒外，还有_____、_____。(2)①若在实验室中完成系列操作a。则下列实验操作中，不需要的是____________(填字母)。②CuCl2溶液中存在平衡：Cu(H2O)eq\o\al(2+,4)(蓝色)+4Cl－CuCleq\o\al(2−,4)(黄色)+4H2O。欲用实验证明滤液A(绿色)中存在上述平衡，除滤液A外，下列试剂中还需要的是_____(填字母)。a．FeCl3固体b．CuCl2固体c．蒸馏水(3)某化学小组欲在实验室中研究CuS焙烧的反应过程，查阅资料得知在空气中焙烧CuS时，固体质量变化曲线及SO2生成曲线如图。①CuS矿样在焙烧过程中，有Cu2S、CuO·CuSO4、CuSO4、CuO生成，转化顺序为CuSCu2SCuO·CuSO4CuSO4CuO第①步转化主要在200～300℃内进行，该步转化的化学方程式______。②300～400℃内，固体质量明显增加的原因是_____，图所示过程中，CuSO4固体能稳定存在的阶段是____________(填字母)。a．一阶段b．二阶段c．三阶段d．四阶段③该化学小组设计如下装置模拟CuS矿样在氧气中焙烧第四阶段的过程，并验证所得气体为SO2和O2的混合物。a．装置组装完成后，应立即进行的一项操作是_____。b．当D中产生白色沉淀时，说明第四阶段所得气体为SO2和O2的混合物，你认为D中原来盛有________溶液。c．若原CuS矿样的质量为10.0g，实验过程中，保持在760℃左右持续加热，待矿样充分反应后，石英玻璃管内所得固体的质量为8.0g，则原矿样中CuS的质量分数为_____。答案与解析答案与解析模拟优练1.【答案】（1）（2）ac（3）2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+Fe3+对双氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低（4）pH11（5）Co2++3K++7NOeq\o\al(−,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO−100%【解析】废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)加入硫酸酸浸反应后得到浸取液，主要含有Co2+、Al3+、Fe2+、H+和SOeq\o\al(2−,4)等离子，调节溶液的pH=3，再加入H2O2，Fe2+被氧化为Fe3+并产生Fe(OH)3沉淀。过滤后，滤液中加入K2CO3调节pH，生成Co(OH)2沉淀和KAlO2溶液，经过滤分离。Co(OH)2沉淀加硫酸溶解经后续处理得到粗产品CoSO4，滤液加硫酸酸化得到硫酸铝钾溶液，经结晶得到明矾，以此分析解答。(1)H2O2为共价化合物，两个氧原子共用一对电子，电子式为：，因此，本题正确答案是：；(2)a．将废催化剂粉磨为细颗粒，增大反应物的接触面积，能提高浸取率，故a正确；b．该反应为H+参加的离子反应，98%的浓硫酸中的氢离子浓度极小，不利于酸浸，故b错误；c．升高温度化学反应速率加快，所以适当提高浸取时的温度，能提高浸取率，故c正确。因此，本题正确答案是：ac；(3)Fe2+被氧化为Fe3+，pH=3时产生Fe(OH)3沉淀，离子方程式为：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+对双氧水的分解有催化作用，若“氧化”后再“调节pH=3”，会造成原料利用率低。因此，本题正确答案是：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；Fe3+对双氧水的分解有催化作用，造成原料利用率低；(4)由已知(i)可知，Co2+沉淀完全的pH为9.2，由已知(ⅱ)可知，Al(OH)3完全溶解时的pH为11，所以要分离出Al3+，应控制pH的范围为pH11，因此，本题正确答案是：pH11；(5)①KNO2将Co2+氧化为Co3+，并生成K3[Co(NO2)6]沉淀，NOeq\o\al(−,2)被还原为NO，根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出离子方程式为Co2++3K++7NOeq\o\al(−,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO−。因此，本题正确答案是：Co2++3K++7NOeq\o\al(−,2)+2CH3COOHeq\o(,\s\up7(△))K3[Co(NO2)6]↓+NO↑+H2O+2CH3COO−；②bgK3[Co(NO2)6]中含Co元素的质量为bg×，则粗产品中钴元素的质量分数为×100%，因此，本题正确答案是：×100%。2.【答案】（1）平衡气压，使氨水能顺利滴加防止溶液倒吸饱和NaHCO3溶液烧杯、玻璃棒、漏斗排出分解产生的氨气，防止氨气重新与硫酸氢钠反应Na2SO496.0%【解析】由实验装置可知“一次反应”中A装置是用浓氨水和碱石灰作用制备氨气，通入B装置中导管插入到CCl4溶液中可以防倒吸，装置D为实验制备CO2的装置，反应为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，装置C则是装有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，用于除去CO2中的HCl，装置B为反应装置，反应方程式为：Na2SO4+2NH3+2H2O+2CO2=2NaHCO3↓+(NH4)2SO4，然后过滤分离出硫酸铵溶液，进入“二次反应”室，硫酸铵溶液与过量的硫酸钠反应生成溶解度比较小的复盐，然后对复盐进行煅烧，反应为：2NaHSO4+2NH3+2H2O，“一次反应”和“煅烧”均产生含有NH3的尾气，该流程的闭路循环绿色特点可知，应用硫酸钠溶液吸收，计算中多次测量求平均值时，应将明显误差的第二组数据舍去再进行计算。(1)①装置A中的橡皮管a的作用是平衡气压，使氨水能顺利滴加，故答案为：平衡气压，使氨水能顺利滴加；②NH3和CO2不溶于CCl4，装置B中加入CCl4的目的是防止溶液倒吸，故答案为：防止溶液倒吸；③有分析可知，装置C是除去CO2中混有的HCl，应选用饱和NaHCO3溶液，故答案为：饱和NaHCO3溶液；(2)分离该复盐(沉淀)与溶液的操作是过滤，需要的玻璃仪器为烧杯、玻璃棒、漏斗；(3)①煅烧时，要边加热，边通氮气排出分解产生的氨气，防止氨气重新与硫酸氢钠反应，故答案为：排出分解产生的氨气，防止氨气重新与硫酸氢钠反应；②依据该流程的闭路循环绿色特点可知，使用Na2SO4溶液吸收尾气，故答案为：Na2SO4溶液；(4)舍去偏差较大的第2次数据，平均使用NaOH标准溶液20.00mL，所得产品硫酸氢钠的纯度，故答案为：96.0%；(5)由流程图知，该流程总反应的化学方程式为。3.【答案】（1）SO2+Br2+2H2O==2HBr+H2SO4（2）降低体系温度，防止溴挥发（3）过滤蒸馏d（4）除去粗品中未反应完的溴（5）KSCN溶液溶液变成血红色含有Br2CCl4【解析】（1）混合①中二氧化硫、溴和水反应生成硫酸和氢溴酸，化学方程式为SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4；（2）Br2氧化SO2放热，溴易挥发，使用冰水，降低体系温度，防止溴蒸发，使反应完全；（3）由工艺流程可知，操作Ⅱ为分离固体与液体的操作，应是过滤；操作Ⅲ为分离相互溶解的液体的操作，应是蒸馏，蒸馏一般适用于互溶的液体的分离；答案为：过滤；蒸馏；d；（4）粗品中可能含有未反应的Br2，加入Na2SO3，除去粗品中未反应完的溴；（5）用KSCN溶液检验Fe3+，取少许溶液滴加KSCN溶液，溶液变成血红色，说明氢溴酸呈淡黄色是因为含Fe3+；由工艺流程可知，溶液中可能含有Br2，可以用CCl4萃取方法检验，取少许溶液加振荡、静置分层，下层呈橙红色，说明氢溴酸呈淡黄色是因为含Br2；答案为：KSCN溶液；溶液变成血红色；含有Br2；CCl4。4.【答案】（1）(NH4)2Cr2O7Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2N2高于76.8℃的热水淀粉溶液96.1【解析】根据流程图知，重铬酸铵分解产生的三氧化二铬(Cr2O3难溶于水)、氮气和水，然后洗涤、烘干得到Cr2O3，在加热条件下，在反应器中发生反应Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2，三氯化铬易升华，在高温下能被氧气氧化，为防止三氯化铬被氧化，通入氮气，且充入的氮气能使反应物进入管式炉中进行反应，最后得到无水三氯化铬。(1)用蒸馏水洗涤三氧化二铬，可除去表面附着的(NH4)2Cr2O7；(2)650℃时，在反应器反应一段时间后，除产生CrCl3外，还有副产物剧毒的光气(COCl2)生成，反应的化学方程式为Cr2O3+3CCl4eq\o(=,\s\up7(650℃))2CrCl3+3COCl2；(3)①因为三氯化铬易升华，在高温下能被氧气氧化，为防止三氯化铬被氧化，所以通入的气体为N2；②烧杯A盛有高于76.8℃的热水，可以使得CCl4进入装置B中参与反应；(4)①碘单质遇淀粉溶液变蓝，因此滴定实验可选用的指示剂为淀粉溶液；②设25.00mL样品溶液中无水三氯化铬的物质的量为x，由原子守恒和电子守恒得如下关系：2CrCl3~Cr2Oeq\o\al(2−,7)~3I2~6Na2S2O326x