2020版高考化学二轮复习题型层级练9化工流程综合分析题(含解析)

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资源描述

1、题型层级练9化工流程综合分析题 (A级)1下图中反应是制备SiH4的一种方法,其副产物MgCl26NH3是优质的镁资源。回答下列问题:(1)MgCl26NH3所含元素的简单离子半径由小到大的顺序(H除外):_,Mg在元素周期表中的位置:_,Mg(OH)2的电子式:_。(2)A2B的化学式为_。反应的必备条件是_。上图中可以循环使用的物质有_。(3)在一定条件下,由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料_(写化学式)。(4)为实现燃煤脱硫,向煤中加入浆状Mg(OH)2,使燃烧产生的SO2转化为稳定的Mg化合物,写出该反应的化学方程式:_。(5)用Mg制成的格氏试剂(RMgBr)常用于有机

2、合成,例如制备醇类化合物的合成路线如下:依据上述信息,写出制备所需醛的可能结构简式:_。解析:(1)MgCl26NH3所含元素的简单离子有Mg2、Cl、N3、H,Cl有3个电子层,四者中离子半径最大,Mg2、N3有2个电子层,且具有相同的电子层结构,核电荷数越大,离子半径越小,则N3的半径大于Mg2的半径,故离子半径由小到大的顺序为r(H)r(Mg2)r(N3)r(Cl)。根据镁的原子结构示意图,可推知镁位于元素周期表的第三周期A族。Mg(OH)2为离子化合物,其电子式为HMg2H。(2)根据反应,由原子守恒可推知A2B为Mg2Si。可通过电解熔融的MgCl2获得Mg。由题图可知,由MgCl2

3、6NH3得到的NH3、NH4Cl可以循环用于反应。(3)由SiH4和CH4反应生成H2和一种固体耐磨材料,显然该耐磨材料为原子晶体SiC。(4)煤燃烧产生的SO2与Mg(OH)2反应生成MgSO3,MgSO3具有还原性,易被空气中的氧气氧化为MgSO4,反应的化学方程式为2Mg(OH)22SO2O2=2MgSO42H2O。(5)根据格氏试剂与醛反应合成醇的反应原理,可由CH3MgBr与CH3CH2CHO反应制得,也可由CH3CH2MgBr与CH3CHO反应制得,故所需醛的可能结构简式为CH3CH2CHO、CH3CHO。答案:(1)r(H)r(Mg2)r(N3)Na2CO3,溶液的pH减小。(3

4、)电解Al2O3,阳极O2放电生成O2,石墨(C)电极会被O2氧化。(4)阳极溶液中的阴离子即水中的OH放电生成O2(图示)及H(2H2O4e=O24H),H与CO结合生成HCO(COH=HCO,由图阳极区Na2CO3转化为NaHCO3),写出总反应:4CO2H2O4e=4HCOO2。阴极,水中的H放电生成H2。(5)NH4Cl加热时分解生成HCl和NH3,HCl可以破坏铝表面的氧化膜,有利于反应进行。答案:(1)Al2O32OH=2AlOH2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4CO2H2O4e=4HCOO2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄

5、膜(B级)4用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备应用广泛的氯化钴的工艺流程如图所示:注:钴与盐酸反应极慢,需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产。有关钴、镍和铁的化合物的性质如表:化学式沉淀完全时的pH相关反应Co(OH)29.4Co2HCl=CoCl2H2Co22NH3H2O=Co(OH)22NHCo22H2OCo(OH)22HNi2HCl=NiCl2H2Ni26NH3H2O=Ni(NH3)626H2OFe(OH)29.6Fe(OH)33.7(1)“除镍”步骤中,氨水用量对反应收率的影响如表:加氨水调pH收率/%Ni2含量/%998.10.089.5980.051097.60.00510.3940

6、.005从表中数据可知,当pH调节至x_时,除镍效果最好。(2)“除镍”步骤必须控制在一定的时间内完成,否则沉淀中将有部分Co(OH)2转化为Co(OH)3,此反应的化学方程式为_。(3)“除铁”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是_。(4)“除铁”步骤中加入的纯碱的作用是_。(5)在“调pH”步骤中,加盐酸的作用是_。(6)已知25时,KspFe(OH)34.01038,则该温度下反应Fe33H2OFe(OH)33H的平衡常数为_。解析:(1)由题表可知,当pH10时,收率为97.6%,Ni2含量已经达到最低,继续增大pH时,Ni2含量不变,故x10。(2)Co(OH)2转化为Co(OH)

7、3,类似Fe(OH)2转化为Fe(OH)3,发生反应的化学方程式为4Co(OH)2O22H2O=4Co(OH)3。(3)加入双氧水的目的是将Fe2氧化成Fe3,发生反应的离子方程式为2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。(4)“除铁”步骤中加入Na2CO3的作用是促进Fe3水解生成Fe(OH)3沉淀而除去。(5)由Co22H2OCo(OH)22H可知,加入盐酸可抑制Co2水解。(6)KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)4.01038,K(1014)3/(4.01038)2.5105。答案:(1)10(2)4Co(OH)2O22H2O=4Co(OH)3(3)2Fe2H2O22H=2Fe

8、32H2O(4)使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀而除去或2Fe33CO3H2O=2Fe(OH)33CO2(5)防止Co2水解(6)2.51055多硫的化合物有多硫化钠(Na2Sx)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)、过二硫酸钠(Na2S2O8)和连二亚硫酸钠(Na2S2O4)等,在印染、造纸和医学等方面起着重要作用。(1)连二亚硫酸钠具有强还原性,工业制备工艺流程如下:配平:NaHSO3NaBH4Na2S2O4NaBO2_在搅拌反应中加入乙醇并不参与反应,则加入乙醇的目的是_。制得的连二亚硫酸钠成品中常含有少量亚硫酸盐,影响产品纯度的测定,若选择铁氰化钾K3Fe(CN)6滴定连二亚硫酸钠时却不受其

9、影响,与其他氧化剂比较,铁氰化钾具有优良的选择性,在碱性条件下铁氰化钾氧化性弱,还原产物为亚铁氰化钾K4Fe(CN)6,请写出滴定时发生反应的离子方程式:_。连二亚硫酸钠可用于处理工业产生的某类废水,0.1 mol连二亚硫酸钠理论上可除去酸性废水中Cr2O的物质的量为_ mol。(2)过二硫酸钠中硫元素的化合价为_,其具有强氧化性,在酸性条件下将Mn2氧化成紫红色的MnO,写出该反应的离子方程式:_。(3)工业上可采用电解的方法,同时制备连二亚硫酸钠与过二硫酸钠,简易装置如下:关于上述电解装置,下列说法不正确的是_(填字母)。A装置中a电极是阳极,b电极是阴极B装置中应选择阳离子交换膜,钠离子

10、从右池向左池移动C理论上,电解产生的连二亚硫酸钠比过二硫酸钠的物质的量多D若电解后拆去电路上的电源,则该装置可以向外提供电能写出a电极上主要的电极反应式:_。解析:(1)该反应中,S元素由4价降低为3价,则NaBH4中H元素由1价升高到1价,故产物中还有H2O,根据得失电子守恒和原子守恒配平可得:8NaHSO3NaBH4=4Na2S2O4NaBO26H2O。连二亚硫酸钠(Na2S2O4)易溶于水,搅拌反应中加入乙醇,可降低连二亚硫酸钠的溶解度,便于产品结晶析出,从而提高产品的产率。在碱性条件下铁氰化钾K3Fe(CN)6滴定连二亚硫酸钠(Na2S2O4)的还原产物为亚铁氰化钾K4Fe(CN)6,

11、S2O则被氧化成SO,据守恒规律可得离子方程式为2S2O4Fe(CN)638OH4SO4Fe(CN)644H2O。Cr2O具有强氧化性,用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)除去酸性废水中的Cr2O,S2O被氧化为SO,则Cr2O被还原为Cr3。0.1 mol Na2S2O4失去电子的物质的量为0.6 mol,则除去Cr2O的物质的量为0.1 mol。(2)过二硫酸钠(Na2S2O8)中存在一个过氧键(OO),Na元素显1价,过氧键中O元素显1价,其余O元素显2价,则S元素显6价。Na2S2O8具有强氧化性,在酸性条件下可将Mn2氧化成紫红色的MnO,而S2O则被还原为稳定性较强的SO,离子方程式为

12、2Mn25S2O8H2O=2MnO10SO16H。(3)由电解装置可知,a电极与电源的正极相连,b电极与负极相连,则a是阳极,b是阴极,A正确;电解过程中,阳离子(Na)由左池经离子交换膜向右池移动,B错误;电解过程中阳极上SO放电生成过二硫酸钠(Na2S2O8),阴极上HSO放电生成连二亚硫酸钠(Na2S2O4),根据得失电子守恒可知,n(Na2S2O8)n(Na2S2O4),C错误;若电解后拆去电路上的电源,则该装置为原电池,可向外提供电能,D正确。a电极为阳极,电解过程中SO发生氧化反应生成S2O,电极反应式为2SO2e=S2O。答案:(1)81416H2O降低连二亚硫酸钠的溶解度,使产

13、品充分结晶析出,提高产品的产率2S2O4Fe(CN)638OH=4SO4Fe(CN)644H2O0.1(2)62Mn25S2O8H2O=2MnO10SO16H(3)BC2SO2e=S2O6用某含镍电镀废渣(含Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制取NiCO3的过程如图所示:回答下列问题:(1)加入适量Na2S时除获得沉淀外,还生成一种有臭鸡蛋气味的气体,产生该气体的离子方程式为_。(2)“氧化”时需保持滤液在40 左右,用6%的H2O2溶液氧化。控制温度不超过40 的原因是_;Fe2被氧化的离子方程式为_。Fe2也可以用NaClO3氧化,生成的Fe3在较小pH条件下水解,最终形成黄钠铁矾Na2Fe6

14、(SO4)4(OH)12沉淀而被除去,如图是pH温度关系图,图中阴影部分为黄钠铁矾稳定存在的区域,下列说法正确的是_(填字母)。aFeOOH中铁为2价bpH过低或过高均不利于生成黄钠铁矾,其原因不同c氯酸钠在氧化Fe2时,1 mol NaClO3失去的电子数为5NAd工业生产中温度常保持在8595 ,加入Na2SO4后生成黄钠铁矾,此时溶液的pH约为1.21.8(3)加入Na2CO3溶液时,确认Ni2已经完全沉淀的实验方法是_。(4)某实验小组利用NiCO3制取镍氢电池的正极材料碱式氧化镍(NiOOH),过程如图所示:已知KspNi(OH)221015,欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2)2

15、105 molL1,调节pH的范围_。写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式_。解析:(1)电镀废渣经过量酸处理后得到的溶液中含有大量H,加入Na2S后发生反应:S22H=H2S,生成具有臭鸡蛋味的H2S气体。(2)氧化阶段温度过高会造成过氧化氢的分解,导致过氧化氢损失;氧化阶段发生反应:2Fe2H2O22H=2Fe32H2O。FeOOH中铁为3价;pH过低会将生成的黄钠铁矾溶解,pH过高则不会生成黄钠铁矾;氯酸钠在氧化Fe2时,1 mol NaClO3得到的电子数为6NA;工业生产中温度常保持在8595 ,加入Na2SO4后生成黄钠铁矾,结合题图可知此时溶液的pH约为1.21.8,故本题选bd。(4)欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2)2105 molL1,根据KspNi(OH)2c(Ni2)c2(OH)21015,则需使c(OH) molL1105 molL1,故调节pH的范围是pH9。在空气中加热Ni(OH)2生成NiOOH,发生反应的化学方程式为4Ni(OH)2O24NiOOH2H2O。答案:(1)S22H=H2S(2)减少过氧化氢的分解2Fe2H2O22H=2Fe32H2Obd(3)静置,取少量上层清液于一小试管中继续滴加12滴Na2CO3溶液,无沉淀生成(4)pH94Ni(OH)2O24NiOOH2H2O7

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