无机化学综合应用

1 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 Mg2B2O5 H2O 2H2SO4 2H3BO3 2MgSO4 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 2H3BO3B2O3 3H2O B2O3 3Mg2B 3MgO 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 2 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 1 10 5mol L 1可认为 Ce3 沉淀完全 此时溶液的 pH 为 已知 Ksp Ce OH 3 1 0 10 20 5 加热 CeCl3 6H2O 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 mol L 1 NH4 2Fe SO4 2标准溶液滴定至终点 消耗 25 00 mL 标准溶液 已知 Fe2 Ce4 Ce3 Fe3 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 H2O2 2CeO2 6H 2Ce3 4H2O O2 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 1 10 5mol L 1 可认为 Ce3 沉淀完全 根据 KSP Ce OH 3 c Ce3 c3 OH 1 10 20可知 c OH mol L 1 1 10 5mol L 1 3 5 20 101 101 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 3 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 H3PO4H H2PO4 小 2 1 4 6OH 1 4 4H2O 3 acd 防止白磷被空气中氧气氧化 3As 5HNO3 2H2O 3H3AsO4 5NO 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 4 答案 1 NH4 2S2O8 2NH4 S2O82 2 2Mn2 5S2O82 8H2O 2MnO4 10SO42 16H 溶液颜色变为紫色 Ag 3 2ClSO3H H2O2 H2S2O8 2HCl 4 2SO42 2e S2O82 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 5S2O 2Mn2 8H2O 2MnO4 10SO 16H 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 2SO 2e S2O 阳极用铜时 铜失电子 不能生成 S2O 4 Na2S 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 Ksp 2 64 10 39 下列说法正确的是 填字母 a FeOOH 中铁为 2 价 b 若在 25 时 用 H2O2氧化 Fe2 再在 pH 4 时除去铁 此时溶液中 c Fe3 2 64 10 29 mol L 1 c 用氯酸钠在酸性条件下氧化 Fe2 的离子方程式为 6Fe2 ClO 6H 6Fe3 Cl 3H2O d 工业生产中温度常保持在 85 95 生成黄铁矾钠 此时溶液的 pH 约为 1 2 1 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 NiCl2 6H2O 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 NiCl2 6H2O 在亚硫酰氯 SOCl2 中加热脱水制无水 NiCl2的化学方程式 NiCl2 6H2O 需在亚硫酰氯 SOCl2 中加热脱水的原因是 答案 1 S2 2H H2S 2 减少过氧化氢的分解 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 3 cd 4 NiCl2 6H2O 6SOCl2NiCl2 6SO2 12HCl NiCl2在加热过程中会因发生水解而得不到无水 NiCl2 当 NiCl2 6H2O 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 S2 2H H2S 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 2Fe2 H2O2 2H 2Fe3 2H2O 3 FeOOH 中铁为 3 价 当 pH 4 时 c H 10 4 mol L 1 c OH 10 10 mol L 1 5 则 c Fe3 mol L 1 2 64 10 9 mol L 1 4 加热过程中发生的反应为 NiCl2 6H2O 6SOCl2NiCl2 6SO2 12HCl 若单独加热 NiCl2 6H2O 则在加热过程中 NiCl2会发生 水解而得不到无水 NiCl2 当 NiCl2 6H2O 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 12CaO 7Al2O3 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 5 10 6mol L 1 则溶液 pH 大于 Mg OH 2的 Ksp 5 10 12 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 CaO 11 易生成硫酸钙沉淀而导致碳酸钙产率降低 2 NO OH Ca HCO3 2 3 2OH Al2O3 2AlO2 H2O 4 2Al 6H2O 2Al OH 3 3H2 5 Al 3e 7 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 5 10 6mol L 1 根据 Ksp c Mg2 c2 OH 得 c OH mol L 1 1 10 3 mol L 1 c H 1 10 11mol L 1 即 pH 11 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 6 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 2OH Al2O3 2AlO 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 2Al 6H2O2Al OH 3 3H2 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 Al 3e 7 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 Mg2B2O5 H2O 硼砂的化学式 为 Na2B4O7 10H2O 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 2 3 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 MgCl2 7H2O 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 Mg H2O2 2H Mg2 2H2O 则其正极反应式为 常温下 若起始电解质溶液 pH 1 则 pH 2 时 溶液中 Mg2 的浓度为 已知 Ksp Mg OH 2 5 6 10 12 当溶液 pH 6 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 mol L 1Na2S2O3 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 I2 2S2O 2I S4O 答案 1 3 B4O72 2H 5H2O 4H3BO3 Mg B2O32B 3MgO 2 防止 MgCl2水解生成 Mg OH 2 2H2O Mg2 2e H2 Mg OH 2 3 H2O2 2H 2e 2H2O 0 045 mol L 1 没有 4 碱式 99 解析 1 硼砂的化学式为 Na2B4O7 10H2O 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 2 3 硼砂中的 Na2B4O7在酸溶液中 生成 H3BO3 反应的离子方程式为 B4O72 2H 5H2O 4H3BO3 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 3Mg B2O32B 3MgO 2 MgCl2 7H2O 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 2H2O Mg2 2e H2 Mg OH 2 3 镁 H2O2酸性燃料电池的反应机理为 Mg H2O2 2H Mg2 2H2O 正极上是过氧化氢得到电子 生成水的反应 正极反应式为 H2O2 2H 2e 2H2O 若起始电解质溶液 pH 1 则 pH 2 时 溶液中 氢离子浓度减小 0 1 mol L 1 0 01 mol L 1 0 09 mol L 1 依据方程式得到 Mg2 浓度为 0 045 mol L 1 Ksp Mg OH 2 5 6 10 12 当溶液 pH 6 时 c OH 10 8 mol L 1 则 Qc c Mg2 c2 OH 0 045 10 16 4 5 10 18 Ksp Mg 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 mol L 1 0 018 L 0 005 4 mol 根 据关系式 B BI3 3 2 I2 3S2O n B n S2O 0 001 8 mol 硼的质量为 11 g mol 1 0 001 8 mol 0 019 8 g 粗硼中硼的含量为 0 019 8 g 0 020 g 100 99 7 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 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn 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 2MnOOH MnO2 2H2C2O4 3H2SO4 3MnSO4 6H2O 4CO2 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 Cu H2O2 H2SO4 CuSO4 2H2O 加热 4 Zn 2OH 2e Zn OH 2 5 4 2MnOOH 6HCl 浓 2MnCl2 Cl2 4H2O 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 Cu H2O2 H2SO4 CuSO4 2H2O 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 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 其负极 Zn 发生氧化反应 电极反应式为 Zn 2OH 2e Zn 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 8 艺流程如下 已知 As2S3与过量的 S2 存在以下反应 As2S3 3S2 2AsS33 亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐