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2019-2020年高考化學二輪復習 下篇 專題三 微題型十五 以工藝流程為載體的無機綜合考察 1．七鋁十二鈣(12CaO7Al2O3)是新型的超導材料和發(fā)光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和廢Al片制備七鋁十二鈣的工藝如下： (1)煅粉主要含MgO和________，用適量NH4NO3溶液浸取煅粉后，鎂化合物幾乎不溶，若濾液Ⅰ中c(Mg2＋)小于510－6molL－1，則溶液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp＝5 10－12]；該工藝中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是______________________________。 (2)濾液Ⅰ中的陰離子有________(忽略雜質(zhì)成分的影響)；若濾液Ⅰ中僅通入CO2，會生成________，從而導致CaCO3產(chǎn)率降低。 (3)用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，反應的離子方程式為______________。 (4)電解制備Al(OH)3時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應方程式為________________。 (5)一種可超快充電的新型鋁電池，充放電時AlCl和Al2Cl兩種離子在Al電極上相互轉(zhuǎn)化，其他離子不參與電極反應，放電時負極Al的電極反應式為____________________。 解析　(1) 白云石高溫煅燒，CaCO3和MgCO3受熱分解生成CaO和MgO，煅粉主要含有CaO和MgO。若溶液Ⅰ中c(Mg2＋)小于510－6molL－1，根據(jù)Ksp＝c(Mg2＋)c2(OH－)得：c(OH－)＞＝ molL－1＝110－3 molL－1，c(H＋)＜＝110－11molL－1，即pH＞11。若用(NH4)2SO4代替NH4NO3，則(NH4)2SO4會與CaO反應生成CaSO4微溶物，在過濾時會被除去，造成生成的CaCO3減少。(2) 煅粉的主要成分是CaO和MgO，加入適量NH4NO3溶液浸取煅粉后，由于鎂化合物幾乎不溶，則溶液中溶質(zhì)主要為生成的Ca(NO3)2和Ca(OH)2，故濾液Ⅰ中的主要陰離子為NO 和OH－。由于濾液Ⅰ的pH大于11，溶液中含有Ca(NO3)2和少量的NH4NO3與Ca(OH)2，若僅通入CO2會生成Ca(HCO3)2，從而導致CaCO3產(chǎn)率降低。(3)用NaOH溶液可除去廢Al片表面的氧化膜，反應的離子方程式為2OH－＋Al2O3===2AlO ＋H2O。(4) 電解制備Al(OH)3時，電極分別為Al片和石墨，電解總反應方程式2Al＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑。(5) 由題意可知，放電時負極Al失去電子與AlCl 結(jié)合生成Al2Cl，其電極反應式為Al－3e－＋7AlCl ===4Al2Cl。 答案　(1) CaO　11 　加入(NH4)2SO4會生成CaSO4微溶物，在過濾時會被除去，造成生成的CaCO3減少　(2) NO和OH－　Ca(HCO3)2　　 (3) 2OH－＋Al2O3===2AlO ＋H2O　(4)2Al＋6H2O 2Al(OH)3↓＋3H2↑ (5)Al－3e－＋7AlCl ===4Al2Cl 2．硼、鎂及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。已知：硼鎂礦的主要成分為Mg2B2O5H2O，硼砂的化學式為Na2B4O710H2O。利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程為： 回答下列有關(guān)問題： (1)硼砂中B的化合價為________，溶于熱水后，常用H2SO4調(diào)pH至2～3制取H3BO3，反應的離子方程式為________________________________________________________。 X為H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物，X與Mg反應制取粗硼的化學方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)MgCl27H2O需要在HCl氛圍中加熱，其目的是________________。若用惰性電極電解MgCl2溶液，其陰極反應式為_________________________________________________。 (3)鎂H2O2酸性燃料電池的反應原理為Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，則正極反應式為________________。常溫下，若起始時電解質(zhì)溶液pH＝1，則pH＝2時溶液中Mg2＋的濃度為____________________________________________________________________； 已知常溫下，Ksp[Mg(OH)2]＝5.610－12，當溶液pH＝6時，________(填“有”或“沒有”)Mg(OH)2沉淀析出。 (4)制得的粗硼在一定條件下生成BI3，BI3加熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼。現(xiàn)將0.020 g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30 molL－1Na2S2O3(H2S2O3為弱酸)溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液18.00 mL。盛裝Na2S2O3溶液的儀器應為________滴定管(填“酸式”或“堿式”)。該粗硼樣品的純度________。(提示：I2＋2S2O===2I－＋S4O) 解析　(1)根據(jù)硼砂的化學式及化合物中各元素的化合價代數(shù)和為零，可知B的化合價為＋3價。酸性條件下，Na2B4O710H2O轉(zhuǎn)化為H3BO3，各元素化合價不變，則反應的離子方程式為B4O＋2H＋＋5H2O===4H3BO3。H3BO3晶體加熱脫水生成B2O3，B2O3被鎂還原為硼，反應化學方程式為3Mg＋B2O32B＋3MgO。(2)在HCl氛圍中加熱MgCl27H2O是為了防止MgCl2水解生成Mg(OH)2。用惰性電極電解MgCl2溶液的總反應式為MgCl2＋2H2OCl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2↓，陽極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極反應式為2H2O＋Mg2＋＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓。(3)原電池中正極得電子，所以正極反應式為H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O。當溶液pH由1升至2時，Δc(H＋)＝0.1 molL－1－0.01 molL－1＝0.09 molL－1，對應產(chǎn)生的Mg2＋濃度為0.045 molL－1。當pH＝6時，可認為溶液中H＋基本耗盡，即Δc(H＋)＝0.1 molL－1，此時c(Mg2＋)＝0.05 molL－1，c(OH－)＝110－8molL－1，c(Mg2＋)c2(OH－)＝0.05(110－8)2＝5.010－18＜Ksp[Mg(OH)2]，沒有沉淀析出。(4)Na2S2O3是強堿弱酸鹽，其溶液呈堿性，應選用堿式滴定管。根據(jù)元素守恒和已知離子方程式可知2B～2BI3～3I2～6S2O，所以樣品純度為100%＝99%。 答案　(1)＋3　B4O＋2H＋＋5H2O===4H3BO3 3Mg＋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 molL－1 沒有　(4)堿式　99% 3．高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種新型、高效、多功能水處理劑。下面是以鐵屑為原料制備K2FeO4的工藝流程圖： 請回答下列問題： (1)氯氣與鐵屑反應生成FeCl3的條件是________，其生成物氯化鐵也可作凈水劑，其凈水原理為_____________________________________________________________________。 (2)流程圖中的吸收劑X為________(選填字母代號)。 a．NaOH溶液 b．Fe粉 c．FeSO4溶液 d．FeCl2溶液 (3)氯氣與NaOH溶液反應生成氧化劑Y的離子方程式為_____________________________。 (4)反應④的化學方程式為__________________________________________________， 該反應中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_______________________________________。 (5)K2FeO4的凈水原理是：4FeO＋10H2O4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑，該反應生成具有吸附性的Fe(OH)3。用上述方法制備的粗K2FeO4需要提純，可采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，洗滌劑可選用稀KOH溶液，原因是______________________________。 (6)測定制備的粗K2FeO4的純度可用滴定法，滴定時有關(guān)反應的離子方程式為： ①FeO＋CrO＋2H2O===CrO＋Fe(OH)3↓＋OH－ ②2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O ③Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O 現(xiàn)稱取1.98 g粗K2FeO4樣品溶于適量KOH溶液中，加入稍過量的KCrO2，充分反應后過濾，濾液在250 mL容量瓶中定容。每次取25.00 mL加入稀硝酸酸化，用0.100 0 molL－1的(NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定，三次滴定消耗標準溶液的平均體積為18.93 mL，則上述樣品中K2FeO4的質(zhì)量分數(shù)為________。 解析　(1)鐵在氯氣中燃燒生成FeCl3。氯化鐵可用于凈水是因為Fe3＋水解生成的Fe(OH)3膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮物質(zhì)。(2)尾氣為Cl2，與吸收劑FeCl2溶液反應生成FeCl3，以備后續(xù)操作使用。(3)NaOH溶液與Cl2反應生成NaCl、NaClO、H2O，氧化劑Y為NaClO。(4)反應④的化學方程式為2FeCl3＋3NaClO＋10NaOH===2Na2FeO4＋9NaCl＋5H2O，其中氧化劑為NaClO，還原劑為FeCl3，二者的物質(zhì)的量之比為3∶2。(5)由題給的可逆反應可知，OH－為生成物，故在堿性溶液中，該反應向逆反應方向進行，可減少洗滌時K2FeO4的損失。(6)根據(jù)反應①②③，可得關(guān)系式：2FeO～2CrO～Cr2O～ 6Fe2＋，即FeO～3Fe2＋，則樣品中K2FeO4的質(zhì)量分數(shù)為0.100 0 molL－10.018 93 L198 gmol－11.98 g100%＝63.1%。 答案　(1)點燃　Fe3＋水解生成的Fe(OH)3膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮雜質(zhì)　(2)d (3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (4)2FeCl3＋3NaClO＋10NaOH===2Na2FeO4＋9NaCl＋5H2O　3∶2 (5)堿性溶液中，上述反應向逆反應方向進行，可減少洗滌時K2FeO4的損失 (6)63.1% 4．毒重石的主要成分BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì))，實驗室利用毒重石制備BaCl22H2O的流程如下： (1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是________。實驗室用37%的鹽酸配制15%的鹽酸，除量筒外還需使用下列儀器中的________。 a．燒杯 b．容量瓶 c．玻璃棒 d．滴定管 (2) Ca2＋ Mg2＋ Fe3＋ 開始沉淀時的pH 11.9 9.1 1.9 完全沉淀時的pH 13.9 11.1 3.2 加入NH3H2O調(diào)節(jié)pH＝8可除去________(填離子符號)，濾渣Ⅱ中含________(填化學式)。加入H2C2O4時應避免過量，原因是______________________________________。 已知：Ksp(BaC2O4)＝1.610－7，Ksp(CaC2O4)＝2.310－9。 (3)利用間接酸堿滴定法可測定Ba2＋的含量，實驗分兩步進行。 已知：2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O　Ba2＋＋CrO===BaCrO4↓ 步驟Ⅰ 移取x mL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用b molL－1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸體積為V0 mL。 步驟Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于錐形瓶中，加入x mL與步驟Ⅰ 相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用b molL－1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1mL。 滴加鹽酸標準液時應用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的濃度為________molL－1，若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，Ba2＋濃度測量值將________(填“偏大”或“偏小”)。 解析　(1)充分研磨的目的是增大反應物的接觸面積，從而使反應速率加快。配制一定質(zhì)量分數(shù)的溶液，可以算出所需37%的鹽酸及水的體積，然后在燒杯中稀釋，為加速溶解，要用玻璃棒進行攪拌。(2)根據(jù)流程圖及表格中數(shù)據(jù)可知，加入NH3H2O調(diào)節(jié)pH＝8時，只有Fe3＋完全沉淀而除去。加入NaOH，調(diào)pH＝12.5，對比表格中數(shù)據(jù)可知，此時Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，所以濾渣Ⅱ中含Mg(OH)2、Ca(OH)2。根據(jù)Ksp(BaC2O4)＝1.610－7，H2C2O4過量時Ba2＋會轉(zhuǎn)化為BaC2O4沉淀，從而使BaCl22H2O的產(chǎn)量減少。(3)“0”刻度位于滴定管的上方。由題意可得關(guān)系式BaCl2～CrO～H＋，則有c(BaCl2)y10－3L＝b molL－1(V0－V1)10－3 L，解得c(BaCl2)＝ molL－1。若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，則V1變小，Ba2＋濃度測量值將偏大。 答案　(1)增大接觸面積從而使反應速率加快　ac (2)Fe3＋　Mg(OH)2、Ca(OH)2　H2C2O4過量會導致生成BaC2O4沉淀，產(chǎn)品的產(chǎn)量減少 (3)上方　　偏大 [對點回扣] 工藝流程題思路： 1．明確化工生產(chǎn)流程主線的特點 一個完整的物質(zhì)制備化工生產(chǎn)流程如圖所示： ―→―→―→―→ 2．熟悉常用的操作方法及其作用 (1)對原料進行預處理的常用方法 ①研磨。②水浸。③酸浸。④灼燒。⑤煅燒。 (2)常用的控制反應條件的方法 ①調(diào)節(jié)溶液的pH。②控制溫度。③控制壓強。④使用正催化劑。⑤趁熱過濾。⑥冰水洗滌。