破解制备型无机物流程题(含解析)

2020届高考化学第二轮专题复习课时提升训练破解制备型无机物流程题1、利用工业冶炼硫酸铜(含有Fe2＋、AsOeq\o\al(－,2)、Ca2＋等杂质)提纯制备电镀硫酸铜的生产流程如下：已知：①Fe3＋、Cu2＋开始沉淀的pH分别为2.7、5.4，完全沉淀的pH分别为3.7、6.4。②Ksp[Cu(OH)2]＝2×10－20。③AsOeq\o\al(－,2)＋H2O2＋H＋=H3AsO4，H3AsO4＋Fe3＋=FeAsO4↓＋3H＋。(1)溶解操作中需要配制含铜32g·L－1的硫酸铜溶液1.0L，需要称量冶炼级硫酸铜的质量至少为________g。(2)测定溶解液中的Fe2＋的浓度，可用KMnO4标准溶液滴定，取用KMnO4溶液应使用________(填“酸式”或“碱式”)滴定管，其中反应的离子方程式为___________________________。若要检验调节pH后溶液中的Fe3＋已除尽的方法是______________。(3)氧化后需要将溶液进行稀释及调节溶液的pH＝5，则稀释后的溶液中铜离子浓度最大不能超过______mol·L－1。(4)固体Ⅰ的主要成分除FeAsO4、Fe(OH)3外还有________，由溶液Ⅰ获得CuSO4·H2O，需要经过________、__________、过滤、洗涤、干燥操作。(5)利用以上电镀硫酸铜作为电解质，电解粗铜(含锌、银、铂杂质)制备纯铜，写出阳极发生的电极反应：________________。答案：(1)80(2)酸式MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O取少量溶液Ⅰ于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则说明Fe3＋已经除尽(3)2×10－2(4)CaCO3蒸发浓缩冷却结晶(5)Zn－2e－=Zn2＋、Cu－2e－=Cu2＋解析(1)溶解操作中需要配制含铜32g·L－1的硫酸铜溶液1.0L，需要称量冶炼级硫酸铜的质量至少为m(CuSO4)＝eq\f(32g·L－1×1.0L×160,64)＝80g。(2)高锰酸钾具有强氧化性，取用KMnO4溶液应使用酸式滴定管；MnOeq\o\al(－,4)将Fe2＋氧化为Fe3＋，同时MnOeq\o\al(－,4)被还原为Mn2＋，发生反应的离子方程式为MnOeq\o\al(－,4)＋5Fe2＋＋8H＋=Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O；检验调节pH后溶液中的Fe3＋已除尽的方法是取少量溶液Ⅰ于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则说明Fe3＋已经除尽。(3)溶液pH＝5，c(OH－)＝10－9mol·L－1，则稀释后的溶液中铜离子浓度最大不能超过eq\f(2×10－20,10－92)mol·L－1＝2×10－2mol·L－1。(4)固体Ⅰ的主要成分除FeAsO4、Fe(OH)3外还有CaCO3，操作Ⅰ从溶液中获得晶体，需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作。(5)电解粗铜(含锌、银、铂杂质)制备纯铜，阳极发生氧化反应，阳极发生的电极反应为Zn－2e－=Zn2＋、Cu－2e－=Cu2＋。2、PFS是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是______________；PFS中铁元素的化合价为_________________；在酸浸槽中，为了提高浸出率，可以采取的措施有__________________________________(写两条)。(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O)，则酸浸时反应的化学方程式有______________________________。(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂，则反应的离子方程式为______；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是____________________________________。(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是_________________________________。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，溶液的pH约为________。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。答案：(1)H2SO4＋3加热、搅拌、多次浸取等(2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe2(SO4)3＋Fe=3FeSO4、Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2OH2O2与Fe2＋的反应为放热反应，加入的H2O2过多，且生成的Fe3＋能作H2O2分解的催化剂，H2O2发生分解反应，生成了O2(4)影响Fe3＋与OH－的结合(合理答案均可)1解析(1)絮凝剂是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸；根据[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正、负化合价的代数和为0，得铁的化合价为＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均与硫酸反应，且氧化性：Fe3＋＞H＋。(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，酸性过强，Fe3＋水解平衡逆向移动，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13mol·L－1，则c(H＋)＝0.1mol·L－1，所以pH＝1。3、As2O3在医药、电子等领域有重要应用。某含砷元素(As)的工业废水经如下流程转化为粗As2O3。(1)“碱浸”的目的是将废水中的H3AsO3和H3AsO4转化为盐。H3AsO4转化为Na3AsO4反应的化学方程式是____________________。(2)“氧化”时，1molAsOeq\o\al(3－,3)转化为AsOeq\o\al(3－,4)至少需要O2______mol。(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(AsO4)3OH沉淀，发生的主要反应有：a．Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)ΔH＜0b．5Ca2＋＋OH－＋3AsOeq\o\al(3－,4)Ca5(AsO4)3OHΔH＞0研究表明：“沉砷”的最佳温度是85℃。用化学平衡原理解释温度高于85℃后，随温度升高沉淀率下降的原因：_____________________________________。(4)“还原”过程中H3AsO4转化为H3AsO3，反应的化学方程式是_________________________________________。(5)“还原”后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，同时结晶得到粗As2O3。As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为了提高粗As2O3的沉淀率，“结晶”过程进行的操作是______________________________________________________。(6)下列说法中，正确的是________(填字母)。a．粗As2O3中含有CaSO4b．工业生产中，滤液2可循环使用，提高砷的回收率c．通过先“沉砷”后“酸化”的操作，可以达到富集砷元素的目的答案：(1)H3AsO4＋3NaOH=Na3AsO4＋3H2O(2)0.5(3)温度升高，反应a平衡逆向移动，c(Ca2＋)下降，引起反应b平衡逆向移动，Ca5(AsO4)3OH沉淀率下降(4)H3AsO4＋H2O＋SO2=H3AsO3＋H2SO4(5)调硫酸浓度约为7mol·L－1，冷却至25℃，过滤(6)abc4、碲(Te)广泛用于彩色玻璃和陶瓷。工业上用精炼铜的阳极泥(主要含有TeO2，少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如图：已知TeO2微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱。(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为______________________________________。(2)碱浸后的“滤渣”可以部分溶于稀硝酸，发生反应的化学方程式是______________________________。(3)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀。酸性不能过强，其原因是____________________________；防止局部酸性过强的操作方法是____________________。(4)“酸溶”后，将SO2通入TeCl4酸性溶液中进行“还原”得到碲，该反应的化学方程式是________________________________。(5)25℃时，亚碲酸(H2TeO3)的Ka1＝1×10－3，Ka2＝2×10－8。①0.1mol·L－1H2TeO3溶液的电离度α约为____________。(α＝eq\f(已电离弱电解质分子数,弱电解质分子总数)×100%)②0.1mol·L－1的NaHTeO3溶液中，下列粒子的物质的量浓度关系正确的是________(填字母)。A．c(Na＋)＞c(HTeOeq\o\al(－,3))＞c(OH－)＞c(H2TeO3)＞c(H＋)B．c(Na＋)＋c(H＋)＝c(HTeOeq\o\al(－,3))＋c(TeOeq\o\al(2－,3))＋c(OH－)C．c(Na＋)＝c(TeOeq\o\al(2－,3))＋c(HTeOeq\o\al(－,3))＋c(H2TeO3)D．c(H＋)＋c(H2TeO3)＝c(OH－)＋c(TeOeq\o\al(2－,3))答案：(1)TeO2＋2OH－=TeOeq\o\al(2－,3)＋H2O(2)3Ag＋4HNO3=3AgNO3＋NO↑＋2H2O(3)溶液酸性过强，TeO2会继续与酸反应导致碲元素损失缓慢加入H2SO4，并不断搅拌(4)TeCl4＋2SO2＋4H2O=Te＋4HCl＋2H2SO4(5)①10%②CD5、废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如下：(1)①铜帽溶解时加入H2O2的目的是____________________(用化学方程式表示)。②铜帽溶解完全后，需将溶液中过量的H2O2除去。除去H2O2的简便方法是_____________________________。(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物)的量，实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu2＋的含量。实验操作：准确量取一定体积的含有Cu2＋的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH＝3～4，加入过量的KI，用Na2S2O3标准溶液滴定至终点。上述过程中反应的离子方程式如下：2Cu2＋＋4I－=2CuI(白色)↓＋I22S2Oeq\o\al(2－,3)＋I2=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6)①滴定选用的指示剂为________，滴定终点观察到的现象为_______。②若滴定前溶液中的H2O2没有除尽，所测定的Cu2＋含量将会________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。(3)已知pH＞11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2－。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算)。开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋5.98.9实验中可选用的试剂：30%H2O2溶液、1.0mol·L－1HNO3溶液、1.0mol·L－1NaOH溶液。由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为①__________________________________；②_______________________________________；③过滤；④_________________________________________；⑤过滤、洗涤、干燥；⑥900℃煅烧。答案：(1)①Cu＋H2O2＋H2SO4=CuSO4＋2H2O②加热(至沸)(2)①淀粉溶液当滴入最后一滴标准液蓝色褪去且半分钟不恢复②偏高(3)①向滤液中加入适量30%H2O2溶液，使其充分反应②滴加1.0mol