2019版高考化學總復習 第3章 金屬及其重要化合物 微專題強化突破5 無機化學工藝流程題專題集訓 新人教版.doc
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微專題強化突破5 無機化學工藝流程題 1.高純度氧化鋁有廣泛的用途,某研究小組用以下流程制取高純度氧化鋁: 根據(jù)上述流程圖填空: (1)“除雜”操作是先加入過氧化氫充分反應后,再用氨水調節(jié)溶液的pH,使硫酸銨溶液中的少量Fe2+氧化為Fe3+并進一步轉化為Fe(OH)3從而除去Fe2+,則Fe2+酸性條件下氧化為Fe3+的離子方程式為_____________________________________________________。 (2)配制硫酸鋁溶液時,需用硫酸酸化,酸化的目的是________________________。 (3)“分離”操作的名稱是________(填字母代號)。 A.蒸餾 B.分液 C.過濾 (4)銨明礬晶體的化學式為NH4Al(SO4)2?12H2O,銨明礬屬于________(填“純凈物”或“混合物”),在0.1 mol/L銨明礬的水溶液中,濃度最大的離子是________。 (5)熱分解中發(fā)生如下反應:6NH4Al(SO4)23Al2O3+2NH3 ↑+2N2 ↑+6SO2 ↑+6SO3 ↑+9H2O,當生成1 mol Al2O3時轉移電子的物質的量為________mol。 解析:(1)H2O2溶液具有強氧化性,可以氧化亞鐵離子生成鐵離子,反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。 (2)由于鋁離子在溶液中能發(fā)生水解生成氫氧化鋁,所以加入硫酸酸化,抑制鋁離子的水解。 (3)把晶體從混合物中“分離”操作的名稱是過濾。 (4)銨明礬晶體的化學式為NH4Al(SO4)212H2O,銨明礬有固定的組成,屬于純凈物;在0.1 mol/L銨明礬的水溶液中,未水解前,c(Al3+)=c(NH)=0.1 mol/L,由于銨根和鋁離子均水解,水解結合水電離出的氫氧根,水解后濃度均小于0.1 mol/L,c(SO)=0.2 mol/L,所以在0.1 mol/L銨明礬的水溶液中,濃度最大的離子是SO。 (5)該反應中N元素化合價由-3價變?yōu)?價、S元素化合價由+6價變?yōu)椋?價,6NH4Al(SO4)23Al2O3+2NH3↑+2N2↑+6SO2↑+6SO3↑+9H2O,轉移12e-,所以當生成1 mol Al2O3時轉移電子的物質的量為4 mol。 答案:(1)2Fe2++H2O2+2H+ === 2Fe3++2H2O (2)抑制Al3+水解 (3)C (4)純凈物 SO (5)4 2.α鐵納米粉在現(xiàn)代電子工業(yè)上用途極為廣泛,用赤鐵礦石(含F(xiàn)e2O3、FeO,也含有Al2O3、MnO2、CuO等)制備納米鐵顆粒的實驗流程如下: 已知部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下: 沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 pH 5.2 3.2 9.7 6.7 (1)步驟②中用pH試紙測定溶液pH的操作是_________________________________。 步驟②濾液b中含有的金屬陽離子是____________________________________,步驟④中碾碎的目的是___________________________________。 (2)將第①步過濾所得的MnO2與KClO3、KOH溶液共熱,可得到K2MnO4,此反應的化學方程式是___________________________________________________。 (3)步驟③灼燒所需的儀器有酒精燈、三腳架、_______________________________。 (4)若步驟⑤是利用電弧加熱使金屬熔融蒸發(fā)成蒸氣,使大量顆粒狀煙灰塵與周圍X氣體原子激烈碰撞進行充分的能量交換和電荷交換生成αFe,X氣體可以為________。 a.O2 b.N2 c.He d.H2 (5)“納米鐵”在空氣中受撞擊時會燃燒,其反應與鐵在純氧中燃燒相同,寫出該反應的化學方程式:______________________________________________________________。 解析:(1)Fe2O3、FeO、Al2O3、CuO與稀硫酸反應,濾液a中金屬陽離子為Cu2+、Al3+、Fe2+、Fe3+,加雙氧水將Fe2+氧化為Fe3+。根據(jù)陽離子沉淀時pH數(shù)據(jù),可知控制pH=4時,鐵離子已全部變成Fe(OH)3沉淀,濾液b中金屬陽離子主要為Cu2+、Al3+。(2)MnO2與KClO3、KOH溶液共熱,MnO2作還原劑生成K2MnO4,KClO3作氧化劑生成KCl。(3)灼燒需酒精燈、三腳架、泥三角、坩堝、坩堝鉗。 答案:(1)將一小塊pH試紙放在潔凈的表面皿上,用玻璃棒蘸取少量待測液,點在pH試紙中央,再與標準比色卡對照 Cu2+、Al3+ 增大接觸面積,加快反應速率 (2)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O (3)泥三角、坩堝、坩堝鉗 (4)c (5)3Fe+2O2Fe3O4 3.鋁是重要的金屬材料,鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質)是工業(yè)上制取鋁的原料。實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)212H2O]的工藝流程如圖所示: 請回答下列問題: (1)固體a的化學式為________,Ⅲ中通入足量CO2氣體生成沉淀的離子方程式為 ________________________________________________________________________。 (2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學方程式為________________________,從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為______(填操作名稱)、冷卻結晶、過濾洗滌。 (3)以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3,需消耗質量分數(shù)為98%的硫酸(密度為1.84 gcm-3)________L(保留一位小數(shù))。 (4)若同時制取銨明礬和硫酸鋁,通過控制硫酸的用量調節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質的量之比為1∶1,則投料時鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質的量之比為________。 解析:(1)鋁土礦中Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸,SiO2不溶于鹽酸,所以固體a的化學式為SiO2。AlCl3與過量燒堿反應生成NaAlO2溶液,向其中通入足量CO2生成Al(OH)3 沉淀。 (2)Al(OH)3分解生成Al2O3,Al2O3與稀硫酸反應后通入NH3生成銨明礬溶液。 (3)m(Al2O3)=1 000 kg36%=360 kg,m(H2SO4)=398 gmol-1=1 037.6 kg,需消耗質量分數(shù)98%的硫酸(密度為1.84 gcm-3)的體積為=575.4103 mL=575.4 L。 (4)設制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)212H2O的物質的量都是1 mol,則Al3+共3 mol,SO共5 mol,根據(jù)鋁元素和SO守恒原理可得,加入Al2O3和H2SO4的物質的量之比為∶5=3∶10。 答案:(1)SiO2 AlO+CO2+2H2O===HCO+Al(OH)3↓ (2)Al2O3+4H2SO4+2NH3===2NH4Al(SO4)2+3H2O 蒸發(fā)濃縮 (3)575.4 (4)3∶10 4.硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]是一種重要的工業(yè)原料,能溶于水,不溶于乙醇,其工業(yè)制法如下。請回答: (1)步驟①中堿液洗滌的目的是__________________________________________。 若將堿液換為酸液,可能產(chǎn)生的問題是__________________________________。 (2)步驟②中B可以是________(填字母),加入少量B的目的是______________。 a.CuCl2 b.CuO c.Cu(NO3)2 d.CuSO4 (3)步驟⑥中要用到少量乙醇洗滌,其目的是_________________________________。 (4)用硫酸亞鐵銨晶體配制溶液時,需加入一定量硫酸,目的是_________________。工業(yè)上常用酸性KMnO4溶液通過滴定的方法測定硫酸亞鐵銨樣品的純度,反應的離子方程式為________________________________________________________________________。 準確量取硫酸亞鐵銨溶液時,硫酸亞鐵銨溶液應盛放于________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中。 (5)硫酸亞鐵銨晶體的樣品中可能含有的雜質離子是________,實驗室的檢驗方法是 ________________________________________________________________________。 解析:(1)油脂在堿性條件下會發(fā)生水解反應,產(chǎn)生可溶性的物質,而且Zn可以與強堿溶液發(fā)生反應,實驗步驟①中堿液洗滌的目的是除去油污和鋅層;若將堿液換為酸液,油脂在酸性條件下水解程度小,Zn、Fe都會發(fā)生反應,實驗可能產(chǎn)生的問題是導致鐵部分損失及油污未除凈。(2)帶油污的鍍鋅鐵片被NaOH溶液洗滌后得到純凈的Fe,F(xiàn)e與稀硫酸會發(fā)生置換反應產(chǎn)生FeSO4和H2,若向其中加入少量的CuO,CuO與稀硫酸反應產(chǎn)生CuSO4,F(xiàn)e與CuSO4發(fā)生置換反應產(chǎn)生的Cu單質與鐵及稀硫酸就會構成原電池,使反應速率加快,加入CuSO4也可以直接與Fe發(fā)生置換反應產(chǎn)生Cu,然后與Fe及稀硫酸構成原電池,加快反應速率,而CuCl2會引入雜質Cl-,使物質不純;Cu(NO3)2在酸性條件下具有強氧化性,不能得到FeSO4,也就不能達到實驗目的,故正確選項是bd;加入少量B的目的是加快鐵與稀硫酸的反應速率。(3)從溶液中獲得的硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]表面有一定量的水,為了盡快去除水分,同時避免硫酸亞鐵銨晶體因溶解而損失,在步驟⑥中要用到少量乙醇洗滌,加快水的揮發(fā)。(4)硫酸亞鐵銨是強酸弱堿鹽,容易發(fā)生水解反應,為了抑制鹽的水解,根據(jù)鹽的水解規(guī)律,在用硫酸亞鐵銨晶體配制溶液時,需加入一定量硫酸;酸性KMnO4溶液具有強氧化性,會把Fe2+氧化為Fe3+,MnO被還原為Mn2+,根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒,可得反應的離子方程式:MnO+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O;硫酸亞鐵銨是強酸弱堿鹽,容易發(fā)生水解反應使溶液顯酸性,所以準確量取硫酸亞鐵銨溶液時,硫酸亞鐵銨溶液應盛放于酸式滴定管中。(5)Fe2+具有還原性,容易被氧化產(chǎn)生Fe3+,所以在制取得到的硫酸亞鐵銨晶體的樣品中可能含有的雜質離子是Fe3+,實驗室的檢驗方法是取少許樣品加入到KSCN溶液中,觀察溶液是否變紅,若有紅色產(chǎn)生,就證明含有Fe3+,否則不含F(xiàn)e3+。 答案:(1)除去油污和鋅層 鐵部分損失及油污未除凈 (2)bd 加快鐵與稀硫酸的反應速率 (3)除去少量水并避免硫酸亞鐵銨晶體因溶解而損失 (4)避免樣品水解 MnO+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O 酸式 (5)Fe3+(或鐵離子) 取少許樣品加入到KSCN溶液中,觀察溶液是否變紅- 配套講稿:
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