三年高考(2017-2019)化学真题分项版解析——专题16 工艺流程题(解析版)
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1、专题16 工艺流程题12019新课标硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_。(2)“滤渣1”的主要成分有_。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是_。(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH+B(OH)4,Ka=5.811010,可判断H3BO3是_酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是_。(4)在“沉镁
2、”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为_,母液经加热后可返回_工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_。【答案】(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出(4)2Mg2+3+2H2OMg(OH)2MgCO3+2(或2Mg2+2+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2) 溶浸 高温焙烧【解析】(1)根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气,用碳酸氢铵溶液吸收,反应方程式为:NH3+NH4HCO3 (NH4)2CO3。(2)滤渣I为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3
3、、SiO2;检验Fe3+,可选用的化学试剂为KSCN,(3)由硼酸的离解方程式知,硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子,而三价硼原子最多只能再形成一个配位键,且硼酸不能完全解离,所以硼酸为一元弱酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是将B(OH)4转化为H3BO3,并促进H3BO3析出,(4)沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg2+反应生成Mg(OH)2MgCO3,沉镁过程的离子反应为:2Mg2+2H2O+3CO32-Mg(OH)2MgCO3+2HCO3-;母液加热分解后生成硫酸铵溶液,可以返回“溶浸”工序循环使用;碱式碳酸镁不稳定,高温下可以分解,故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的
4、方法是高温焙烧。22019新课标立德粉ZnSBaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。回答下列问题:(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时,钡的焰色为_(填标号)。A黄色 B红色 C紫色 D绿色(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为_。回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为_。在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于
5、水的_(填化学式)。沉淀器中反应的离子方程式为_。(3)成品中S2的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品,置于碘量瓶中,移取25.00 mL 0.1000 molL1的I2KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000 molL1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+22I+。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为_,样品中S2的含量为_(写出表达式)。【答案】(1)D(2)BaSO4+4CBaS+4COCO+H2OCO2+H2BaCO3S2+Ba2+Zn2+ BaSO4ZnS(3)浅蓝色至无色【解析】【
6、分析】(1)焰色反应不属于化学变化,常用来检验金属元素存在,常见金属元素焰色:钠Na(黄色) 、锂Li(紫红)、钾K(浅紫)、铷Rb(紫色)、钙Ca(砖红色)、锶Sr(洋红)、铜Cu(绿色)、钡Ba(黄绿)、铯Cs(紫红);(2)流程分析:重晶石与焦炭在回转炉中反应BaSO4+4CBaS+4CO,生成还原料BaS,硫化钡溶液与硫酸锌发生复分解反应S2+Ba2+Zn2+BaSO4ZnS,得到立德粉。注意焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,写出方程式;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,写出方程式CO+H2OCO2+H2。根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,
7、还原料硫化钡与空气中水、二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物硫酸钡与硫化锌为沉淀,不可电离,写出离子方程式。(3)碘单质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题。【详解】(1)焰色反应不是化学变化,常用来检验金属元素存在,常见金属元素焰色:A钠的焰色为黄色,故A错误;B钙的焰色为红色,故B错误;C钾的焰色为紫色,故C错误;D钡的焰色为绿色,故D正确;故选D。(2)注意焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,写出方程式BaSO4+4CBaS+
8、4CO;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,写出方程式:CO+H2OCO2+H2。根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,由强酸制弱酸原理,还原料硫化钡与空气中水,二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物硫酸钡与硫化锌为沉淀,不可电离,写出离子方程式:S2+Ba2+Zn2+BaSO4ZnS。(3)碘单质与硫离子的反应:S2-+I2S+2I-;碘单质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,故终点颜色变化为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题;根据化合价升降相等列关系式,设硫离子物质的量为n mol:S2- I2 2S2O3
9、2- I21 mol 1 mol 2 mol 1 moln mol n mol 0.1V10-3mol 0.1V10-3moln+0.1V10-3mol=250.1V10-3mol,得n=(25-V)0.110-3mol则样品中硫离子含量为:100%= 100%。32019新课标 高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如下图所示。回答下列问题:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH
10、8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣1”含有S和_;写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_。(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_。(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为_6之间。(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是_。(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是_。(6)写出“沉锰”的离子方程式_。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn
11、的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时,z=_。【答案】(1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O(2)将Fe2+氧化为Fe3+(3)4.7(4)NiS和ZnS(5)F与H+结合形成弱电解质HF,MgF2Mg2+2F平衡向右移动(6)Mn2+2MnCO3+CO2+H2O(7)【解析】(1)Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在,SiO2与硫酸不反应,所以滤渣I中除了S还有SiO2;在硫酸的溶浸过程中,二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应,二氧化锰作氧化剂,硫化锰作还原剂,方程式为:MnO2+MnS+2H2SO42MnSO4+S+2H2O。(2)二氧
12、化锰作为氧化剂,使得MnS反应完全,且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+。(3)由表中数据知pH在4.7时,Fe3+和Al3+沉淀完全,所以应该控制pH在4.76之间。(4)根据题干信息,加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子,所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS。(5)由HFH+F-知,酸度过大,F-浓度减低,使得MgF2Mg2+2F-平衡向沉淀溶解方向移动,Mg2+沉淀不完全。(6)根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀,所以反应离子方程式为:Mn2+2HCO3-MnCO3+CO2+H2O。(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得:1+2x+3y+4z=6,已知,x=y=1/3,
13、带入计算得:z=1/3。42019江苏实验室以工业废渣(主要含CaSO42H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:(1)室温下,反应CaSO4(s)+(aq)CaCO3(s)+(aq)达到平衡,则溶液中= Ksp(CaSO4)=4.8105,Ksp(CaCO3)=3109。(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为 ;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是 。(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在6070 ,搅拌,反应3小时。温度过高将会导致C
14、aSO4的转化率下降,其原因是 ;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有 。(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案: 已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂:盐酸和Ca(OH)2。【答案】(1)1.6104(2)+NH3H2O+H2O(或+NH3H2O+H2O)增加溶液中的浓度,促进CaSO4的转化(3)温度过高,(NH4)2CO3分解加快搅拌速率(4)在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不
15、到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于58.5时,过滤【解析】【分析】(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数表达式为,结合CaSO4和CaCO3的Ksp计算。(2)氨水与NH4HCO3反应生成(NH4)2CO3;加入氨水抑制(NH4)2CO3的水解。(3)温度过高,(NH4)2CO3分解,使CaSO4转化率下降;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合反应的特点从影响反应速率的因素分析。(4)根据工业废渣中的成分知,浸取、过滤后所得滤渣中含CaCO
16、3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,同时Al2O3、Fe2O3转化成AlCl3、FeCl3,过滤除去SiO2,结合题给已知,再利用Ca(OH)2调节pH除去Al3+和Fe3+。【详解】(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中=1.6104。(2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3H2O=(NH4)2CO3+H2O或NH4HCO3+NH3H2O(NH4)2CO3+
17、H2O,离子方程式为HCO3-+NH3H2O=NH4+CO32-+H2O(或HCO3-+NH3H2ONH4+CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的(NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:CO32-+NH4+H2OHCO3-+NH3H2O,加入适量浓氨水,水解平衡逆向移动,溶液中CO32-的浓度增大,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移动,促进CaSO4的转化。(3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度
18、、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。(4)工业废渣主要含CaSO42H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl
19、2,发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2,与此同时发生反应Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH介于58.5加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH,然后过滤即可制得CaCl2溶液。【点睛】本题以工业废渣为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体的实验
20、流程为载体,考查溶度积的计算、影响盐类水解的因素、实验条件的控制、制备实验方案的设计和对信息的处理能力等。难点是第(4)问实验方案的设计,设计实验方案时首先要弄清水洗后滤渣中的成分,然后结合题给试剂和已知进行分析,作答时要答出关键点,如pH介于58.5等。52018新课标卷焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:来源:学科网pH=4.1时,中为_溶液(写化学式)。工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入S
21、O2的目的是_。(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样品,用0.01000 molL1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中Na2S2O5的残留量为_gL1(以SO2计)。【答案】(1)2NaHSO3Na2S2O5+H2O(2)NaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液(3)
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