2020版高考化学复习专题三专项提能训练(一)金属及其化合物在化工流程中的转化.pdf
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1、专项提能训练 (一) 金属及其化合物在化工流程中的转化 1. 以赤铁矿 主要成分为Fe2O3( 质量分数约为60.0%), 杂质为 FeO(质量分数约为3.6%)、Al2O3、MnO2、CuO 等 为原料制备高活性铁单质的主要生产流程如图所示: 已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表所示 : 沉淀物Fe(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 pH 3.4 5.2 9.7 6.7 请回答下列问题: (1) 含杂质的赤铁矿使用前要将其粉碎, 目的是。操作的名称 是。 (2) 将操作后所得的MnO 2与 KClO3、KOH 溶液混合共热 , 可得到 K2MnO4,
2、此反应的化学方程式 是。 (3) 将 pH控制在 3.6 的目的是。已知 25 时,KspCu(OH)2=210 -20 , 该温度下反应Cu 2+2H 2OCu(OH)2+2H +的平衡常数 K= 。 (4) 加入双氧水时发生反应的离子方程式为。 (5) 利用氨气在500 以上分解得到的氮原子渗透到铁粉中可制备氮化铁(FexNy), 若消耗氨气17.0 g,消 耗赤铁矿1 kg, 写出该反应完整的化学方程式: 。 答案(1) 增大赤铁矿与稀硫酸的接触面积, 加快浸出反应速率, 提高浸出率过滤 (2)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O (3) 使 Fe 3+全部形
3、成沉淀而其他金属离子不形成沉淀 5.0 10 -9 (4)H2O2+2Fe 2+2H+ 2Fe 3+2H 2O (5)16Fe+2NH32Fe8N+3H2 解析(1) 使用前将赤铁矿粉碎,可以增大酸浸时赤铁矿与稀硫酸的接触面积, 加快浸出反应速率,提高 浸出率。经过操作得到固体和溶液, 故操作的名称为过滤。(2) 共热时 MnO2转化为 K2MnO4,Mn 元素化 合价升高 , 则 Cl 元素化合价降低,KClO3转化为 KCl, 根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程 式:3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O。 (3) 加入双氧水 ,Fe 2+被氧化为 Fe 3+
4、, 溶液 a 中的阳离子为 Fe 3+、 Al 3+、Cu2+等, 根据表中提供的 Fe 3+、Al3+、 Cu2+完全沉淀时的 pH可知 , 将 pH控制在 3.6 的目的是使Fe 3+全 部形成沉淀而其他金属离子不形成沉淀。25 时, 该反应的平衡常数 K= 2 2 = 22 - 22 - = 2 2 = 10 -1 2 210 - 20=5.010 -9 。 (4) 加入双氧水时,Fe 2+被氧化为 Fe 3+, 发生反应的离子方 程式为 H2O2+2Fe 2+2H+ 2Fe 3+2H 2O 。 (5)17.0 g氨气为 1 mol,1 kg赤铁矿中含有的Fe 原子的物质的量 为 100
5、0 0.0 1 0 - 12+ 1000 . 2 -1 =8 mol, 则 NH3、 Fe 按照物质的量之比18参加反应 , 根据原子守恒配平化学方 程式 :16Fe+2NH32Fe8N+3H2。 2. 硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7 10 2O)时的废渣 , 其主要成分是MgO, 还含有 Na2B4O7、 CaO 、 Fe2O3、 FeO 、MnO 、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取MgSO42O的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)Na2B4O7 10 2O中 B的化合价为;Na2B4O7可制备强还原剂NaBH4, 写出 NaBH4的电子 式: 。 (2) 滤渣 A中除含有
6、H3BO3外, 还含有; 加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式 为。 (3) 滤渣 B中含有不溶于稀盐酸,但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体, 写出生成黑色固体的离子方程 式: ;加入 MgO 的目的 是。 (4) 碱性条件下 , 阴极上电解NaBO2溶液也可制得硼氢化钠, 其电极反应式为; “有效氢含量” 即 : 每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力 ) 可用来衡量含氢还原剂的 还原能力 , 则 NaBH4的有效氢含量为( 保留 2 位有效数字 ) 。 答案(1)+3 Na + - (2)SiO2Na2B4O7+H2SO4+5H2O Na2SO4+4H3BO3 (3)ClO
7、 -+Mn2+H 2O MnO2+ -+2H+ 调节溶液的pH,使 Fe 3+转化为氢氧化铁沉淀除去 (4)B 2 - +6H2O+8e - B - +8OH - 0.21 解析由题中信息可知,硼镁泥经硫酸浸取后过滤除去滤渣A,滤渣 A主要含 H3BO3和 SiO2, 滤液中主要含 硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸锰、硫酸钙等; 滤液中加入次氯酸钠把亚铁离子氧化为铁离子、把锰 离子氧化为二氧化锰, 过滤除去滤渣B,滤渣 B主要为二氧化锰; 滤液经蒸发浓缩、趁热过滤, 除去滤渣C, 经冷却结晶、过滤, 即得到 MgSO42O 。 (1)Na2B4O7 10 2O中 Na、H、O的化合价分别为+1、
8、+1、-2, 故 B的化合价为 +3;NaBH4为离子化合物 , 其由 钠离子和硼氢根离子组成, 其电子式为Na + - 。(2) 滤渣 A中除含有H3BO3外, 还含有 SiO2; 加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式为Na2B4O7+H2SO4+5H2O Na2SO4+4H3BO3。(3) 滤渣 B中含有不 溶于稀盐酸 , 但加热时能溶于浓盐酸的黑色固体, 则此黑色固体是MnO2, 生成黑色固体的离子方程式为 ClO -+Mn2+H 2O MnO2+ - +2H +; 加入 MgO 的目的是调节溶液的 pH,使 Fe 3+水解转化为氢氧化铁沉淀除去。 (4) 碱性条件下 , 阴极上
9、电解NaBO2溶液也可制得硼氢化钠, 其电极反应式为B 2 - +6H2O+8e - B - +8OH -;NaBH 4作为还原剂时, 其中 H由-1 价降低至 +1价, 故 1 mol NaBH4可以失去 8 mol 电子 , 相当于 4 mol H2的还原能力 , 故 NaBH4的有效氢含量为 2 8 =0.21 。 3. 海水是宝贵的资源, 氯碱工业、海水提镁、海水提溴等为人类提供了大量工业原料。下图是海水综合 利用的部分流程图, 据图回答问题 : (1) 由海水晒制的粗盐中含有Ca 2+、Mg2+、S2- 等离子 , 为除去这些离子,所加试剂及其先后顺序为 ( 写化学式 ) 。 2 电
10、解饱和食盐水的化学方程式为。 制取 MgCl2的过程中涉及反应:MgCl2 2OMgCl2+6H2O,该反应要在HCl 气氛中进行 , 原因 是。 (3) 苦卤中通入Cl2置换出 Br2, 吹出后用SO2吸收 , 写出用 SO2吸收时发生反应的离子方程 式: , 由此判断Cl2、Br2、SO2的氧化性由强到弱的顺序 为。 (4) 也有工艺是在吹出Br2后用碳酸钠溶液吸收, 生成溴化钠和溴酸钠, 同时有 CO2放出 , 该反应的离子方程 式是; 最后再用H2SO4处理得到Br2, 之后加入 CCl4萃取 Br2, 最终用 的方法得到单质Br2。 答案(1)BaCl2、CaO 、Na2CO3、HC
11、l( 合理即可 ) 2 2Na +2 2OCl2+ 2+2Na 抑制 MgCl2水解 (3)Br 2+SO2+2H2O2Br - +4H +S2- Cl2Br2SO2 (4)3Br 2+3C 2- 5Br - +Br - +3CO2蒸馏 解析(1)CaO 与水反应生成的Ca(OH)2可以除去 Mg 2+,Na 2CO3溶液可以除去Ca 2+,BaCl 2溶液可以除去S 2- 。 除杂过程中试剂均过量,会引入新的杂质离子OH -、C 2- 、 Ba 2+, 通过加适量盐酸可以将 C 2- 和 OH - 转化为 CO2和 H2O,但过量的Ba 2+必须由 Na 2CO3溶液来除去 , 因此盐酸必须
12、最后加入,Na2CO3溶液必须在加入BaCl2 溶液之后加入, 而 CaO和 BaCl2溶液加入的顺序可以调换。 2 电解饱和食盐水的化学方程式为 2NaCl+2H2OCl2+ 2+2Na 。加热 MgCl22O时 MgCl2易发生水解反应, 最终得不到MgCl2, 在 HCl 气氛中进行 , 可以抑制 MgCl2水解。 (3)SO2吸收 Br2, 发生氧化还原反应, 离子方程式为Br2+SO2+2H2O 2Br -+4H+S2- 。苦卤中通入Cl2置换出 Br2,说明氧化性 :Cl 2Br2,SO2与 Br2反应生成S 2- 和 Br - , 说明氧化 性:Br2SO2。 (4) 根据提供信
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