2022《创新设计》高考化学大一轮复习(江苏专用)专题训练-专题十-化学综合实验分类探究-3

综合课时3化工流程型试验题(时间：45分钟)1．(2022·安徽理综，27)LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：已知：HCl的沸点是－85.0℃，HF的沸点是19.5(1)第①步反应中无水HF的作用是______、______。反应设备不能用玻璃材质的缘由是_______________________________________________(用化学方程式表示)。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂平安手册提示：假如不当心将HF沾到皮肤上，可马上用2%的________溶液冲洗。(2)该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)第④步分别接受的方法是______________________________________________________________；第⑤步分别尾气中的HF、HCl接受的方法是_________________________________________________________________。(4)LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品wg，测得Li的物质的量为nmol，则该样品中LiPF6的物质的量为________mol(用含w、n的代数式表示)。解析(1)LiF(s)＋HF(l)=LiHF2(aq)，即生成的LiHF2溶于无水液态HF中得饱和LiHF2溶液，无水HF的作用是作反应物和溶剂；由于玻璃材质的主要成分是SiO2，SiO2能和HF反应，反应设备不能用玻璃材质；由于NaHCO3溶液呈碱性能中和HF，且对皮肤腐蚀性小，可用2%的NaHCO3溶液冲洗沾到皮肤上的HF。(2)PF5中P、F元素的化合价分别为＋5价和－1价，水解产物分别为H3PO4、HF，其水解反应的化学方程式为PF5＋4H2O=H3PO4＋5HF。(3)第④步分别的是固态LiPF6和液态HF，则接受的方法是过滤；由于HCl和HF的沸点差别较大，分别尾气中HF和HCl应接受冷凝液化的方法(HF冷凝为液体时，HCl仍为气体)。(4)设wg样品中含有LiPF6、LiF的物质的量分别为x、y，则有：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝nmol,152g·mol－1x＋26g·mol－1y＝wg，))解得：x＝eq\f(w－26n,126)mol。答案(1)反应物溶剂SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2ONaHCO3(2)PF5＋4H2O=H3PO4＋5HF(3)过滤冷凝(4)eq\f(w－26n,126)2．(2022·广东理综，32)石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是________________________________________________________。(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体Ⅰ中的碳氧化物主要为____________________，由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为____________________________________________________________________________________________________________。(3)步骤①为：搅拌、________、所得溶液Ⅳ中的阴离子有________。(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________________，100kg初级石墨最多可获得Ⅴ的质量为________kg。(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。解析(1)向反应器中通入Cl2前，通一段时间N2的主要目的是排净反应器中的空气，作为疼惜气，防止石墨在高温下被氧化。(2)初级石墨中的氧化物杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO，经高温反应后，均转变为相应的氯化物，则氧元素与碳(过量)在高温下结合为CO，故气体Ⅰ中的碳氧化物主要为CO,80℃冷凝气体Ⅰ，由于SiCl4的沸点为57.6℃，金属氯化物的沸点均高于150℃，故气体Ⅱ为SiCl4。SiCl4与NaOH溶液反应得到Na2SiO3、NaCl和H2O，其化学方程方式为SiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)由(2)知，固体Ⅲ为AlCl3、FeCl3、MgCl2，加入过量NaOH溶液，Al3＋转变为AlOeq\o\al(－,2)，而Fe3＋、Mg2＋转化为Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，故步骤①为：搅拌、过滤，所得溶液Ⅳ中的阴离子有AlOeq\o\al(－,2)、OH－、Cl－。(4)溶液Ⅳ中加入乙酸乙酯，消耗了OH－，促进AlOeq\o\al(－,2)的水解，最终转化为Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(,\s\(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH,100kg石墨中含Al2O3为5.1kg，依据原子守恒Al(OH)3的质量为eq\f(5.1kg×1000g/kg,102g·mol－1)×2×78g·mol－1＝7800g＝7.8kg。答案(1)排出装置中的氧气，防止初级石墨被氧化(2)COSiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O(3)过滤OH－、AlOeq\o\al(－,2)和Cl－(4)CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(,\s\(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH7.8(5)3．(2021·江苏，16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探究。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的试验流程如下：(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_________________________________________________________________。(2)加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为_______________________________________________________________。(3)滤渣2的成分是________(填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应：2MgSO4＋Ceq\o(=,\s\(800℃))2MgO＋2SO2↑＋CO2↑MgSO4＋Ceq\o(=,\s\(800℃))MgO＋SO2↑＋CO↑MgSO4＋3Ceq\o(=,\s\(800℃))MgO＋S↑＋3CO↑利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸取或收集。①D中收集的气体是________(填化学式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液③A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应，产物中元素的最高价态为＋4，写出该反应的离子方程式：_____________________________________________________________。解析(4)题目中要求利用图中装置进行气体的分步吸取或收集。煅烧后存在四种气体：S、SO2、CO2和CO。由③可知A中得淡黄色固体，即S，B吸取SO2，C吸取CO2，D中收集CO。B吸取SO2但不吸取CO2，可选用KMnO4溶液，留意不能用NaOH溶液或Na2CO3溶液，由于它们吸取SO2的同时也吸取CO2，题目要求是分步吸取。③中发生S与热的NaOH溶液反应，产生＋4价硫的化合物即Na2SO3，说明另外有硫元素的化合价降低，即有－2价硫的化合物生成，其离子方程式为：3S＋6OH－eq\o(=,\s\(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O。答案(1)MgCO3＋2H＋=Mg2＋＋CO2↑＋H2O(2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4=Fe2(SO4)3＋2H2O(3)Fe(OH)3(4)①CO②d③3S＋6OH－eq\o(=,\s\(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O4．三氧化二镍主要用作陶瓷、玻璃、搪瓷等的着色颜料，也经常用于制造镍电池。现欲利用以下工艺流程回收某废旧含镍催化剂(主要成分为NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)以生产Ni2O3(部分条件未给出)。(1)NiOOH中，Ni元素的化合价为________价。(2)“浸出渣”含有三种主要成分：CaSO4·2H2O、Ni(OH)2、物质a，其中“物质a”为_________________________________________________________________。(3)工艺流程中“副产品”的化学式为________，酸浸过滤所得的滤液中通入H2S发生的氧化还原反应的离子方程式为________________________________________________________________。(4)已知有关氢氧化物开头沉淀和沉淀完全的pH如下表：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2开头沉淀的pH1.56.57.7沉淀完全的pH3.79.79.2操作B是为了除去滤液中的铁元素，某同学设计了如下试验方案：向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调整溶液pH为3.7～7.7，静置，过滤。请对该试验方案进行评价：___________________________________________________________________________________________________________________________________(若原方案正确，请说明理由；若原方案错误，请说明如何改正)。解析(1)NiOOH中，O元素的化合价为－2价，H元素的化合价为＋1价，则Ni元素的化合价为＋3价；(2)含镍催化剂中含有BaO，因此加入稀硫酸确定会生成BaSO4沉淀；(3)工艺流程中“副产品”是由CuS经灼烧、硫酸酸浸、结晶转化得到，故最终生成物为CuSO4·5H2O；酸浸过滤所得的滤液中含有Fe3＋，Fe3＋与H2S发生氧化还原反应。(4)由于操作A所得的滤液中铁元素以Fe2＋的形式存在，故在调整pH前，应先在滤液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋。答案(1)＋3(2)BaSO4(3)CuSO4·5H2O2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋2H＋＋S↓(4)方案错误。在调整pH前，应先在滤液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋5．氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等，试验室制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下：已知：①卤块主要成分为MgCl2·6H2O，含有MgSO4、FeCl2等杂质。②四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示。(1)过滤所需要的主要玻璃仪器有________。(2)加入BaCl2的目的是________________，加MgO后过滤所得滤渣的主要成分为________。(3)加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)产品中Mg(ClO3)2·6H2O含量的测定：步骤1：精确     称量3.50g产品配成100mL溶液。步骤2：取10.00mL于锥形瓶中，加入10.00mL稀硫酸和20.00mL1.000mol·L－1的FeSO4溶液，微热。步骤3：冷却至室温，用0.100mol·L－1K2Cr2O7溶液滴定剩余的Fe2＋至终点，此过程中反应的离子方程式为：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。步骤4：将步骤2、3重复两次，平均消耗K2Cr2O7溶液15.00mL。①写出步骤2中发生反应的离子方程式：_________________________________________________________________；②产品中Mg(ClO3)2·6H2O的质量分数为________。解析(1)过滤所需要的主要玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒。(2)卤块中加入H2O2把其中的杂质FeCl2氧化为FeCl3，加入BaCl2的目的是使SOeq\o\al(2－,4)转化为BaSO4沉淀而除去，加入MgO调整pH＝4是为了促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀而除去，所以加MgO后过滤所得滤渣的主要成分为BaSO4、Fe(OH)3，此时滤液的主要成分是MgCl2。(3)依据图中信息，可知Mg(ClO3)2的溶解度较大，而NaCl的溶解度较小，而NaClO3和MgCl2的溶解度居于二者中间，即MgCl2和NaClO3发生反应生成易溶的Mg(ClO3)2和溶解度更小的NaCl，由此可写出加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式：MgCl2＋2NaClO3=Mg(ClO3)2＋2NaCl↓。(4)依据Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，可计算出反应后剩余的Fe2＋的物质的量为0.100mol·L－1×0.015L×6＝0.009mol，则参与步骤2反应的Fe2＋的物质的量为1.000mol·L－1×0.02L－0.009mol＝0.011mol，依据步骤2反应的离子方程式ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O，可计算出10.00mL样品溶液中含有Mg(ClO3)2的物质的量为0.011mol×eq\f(1,6)×eq\f(1,2)＝9.17×10－4mol，则产品中Mg(ClO3)2·6H2O的质量分数为eq\f(9.17×10－4mol×\f(100mL,10.00mL)×299g·mol－1,3.50g)×100%＝78.3%。答案(1)漏斗、玻璃棒、烧杯(2)除去SOeq\o\al(2－,4)BaSO4和Fe(OH)3(3)MgCl2＋2NaClO3=Mg(ClO3)2＋2NaCl↓(4)①ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=6Fe3＋＋Cl－＋3H2O②78.3%6．我国制碱专家侯德榜先生潜心争辩制碱技术，制造了侯氏制碱法。制碱过程中重要的一步反应为NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。工业上以侯氏制碱法为基础生产焦亚硫酸钠(Na2S2O5)的工艺流程如下：已知：反应Ⅱ包含2NaHSO3Na2S2O5＋H2O等多步反应。(1)在进行反应Ⅰ时，往NaCl溶液中是先通入CO2还是先通入NH3？________(填“CO2”或“NH3(2)“灼烧”时发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2，反应的离子方程式为______