工艺流程高效演练·跟踪检测 选修2.3

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高效演练·跟踪检测
1.(2016·临沂模拟)金属铝的生产是以Al2O3为原料，在熔融状态下进行电解：2Al2O34Al+3O2↑。

请回答下列问题：
(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是 __。

(2)电解生成的金属铝是在熔融液的________(填“上层”或“下层”)。

(3)阴极和阳极均由________材料做成；电解时不断消耗的电极是________(填“阳极”或“阴极”)。

(4)废旧铝材的回收利用十分重要。

在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成________(填序号)。

a.冰晶石
b.氧化铝
c.铝锭
d.硫酸铝
【解析】(1)Al2O3熔点很高，熔化需要较多能量，加入助熔剂就可节约能量，降低熔化温度。

(2)由于冰晶石(Na3AlF6)与氧化铝熔融物密度比铝的小，所以铝在熔融液的下层。

(3)电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。

(4)电解产生的铝要尽量以单质形式存在，所以将回收铝做成铝锭最好。

答案：(1)降低Al2O3的熔化温度
(2)下层(3)碳棒(或石墨) 阳极(4)c
2.(2016·唐山模拟)黄铜矿在我国储量丰富，主要产地集中在长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及西藏高原等。

这种铜矿石所含主要成分为CuFeS2，由黄铜矿炼制精铜的工艺流程示意图如下：
(1)在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1 000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。

该过程中两个主要反应的化学方程式分别是__ 、 _，
反射炉内生成炉渣的主要成分是__ 。

(2)冰铜(Cu2S和FeS互相熔合而成)含铜量为20%～50%。

转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)在1 200℃左右吹入空气进行吹炼。

冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含铜量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是__ 、 __。

(3)粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_________。

【解析】(1)Cu与Fe的低价硫化物为Cu2S和FeS，所以发生的反应为2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2，2FeS+3O22FeO+2SO2，反射炉内有石英砂(含SiO2)，生成的FeO与SiO2反应：FeO+SiO2FeSiO3。

(2)题目给出Cu2S与吹入空气反应生成Cu2O，则S被氧化为SO2，Cu2O与Cu2S反应生成Cu，根据原子守恒，另一产物为SO2，所以该过程中发生反应的化学方程式为2Cu2S + 3O22Cu2O+2SO2，2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑。

(3)粗铜精炼中，粗铜作阳极，发生反应Cu-2e-Cu2+，比Cu不活泼的Au、Ag 不发生反应而以单质的形式沉积下来，比铜活泼的Fe发生氧化反应：Fe-2e-Fe2+，进入电解液，所以粗铜作电极c，电极d发生反应为Cu2++2e-Cu。

答案：(1)2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2
2FeS+3O22FeO+2SO2FeSiO3
(2)2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑
(3)c Cu2++2e-Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中
3.(2016·安阳模拟)材料是人类生存和发展的重要物质基础，随着科学技术的发展，人们使用材料的种类、数量和质量也不断发展，生产、生活的条件和质量也发生了巨大的变化。

(1)无机非金属材料包括传统无机非金属材料和无机非金属新材料，下列属于无机非金属新材料的是________(填序号)。

a.复合材料
b.单晶硅
c.金刚石
d.石墨
e.C60
f.玻璃
(2)北京奥运会撑杆跳项目中运动员使用的撑杆材料是复合材料。

这种材料由__________和增强体两部分组成，其中增强体的作用是__________________。

(3)玻璃和水泥是两种用途极为广泛的材料。

工业制备这两种材料使用的共同原料是__________。

(4)铁是重要的金属材料，工业上一般用石灰石、__________________________、__________和空气在__________(填写工业生产设备名称)中炼制生铁。

(5)合成高分子材料的小分子叫__________。

【解析】(1)复合材料不是无机非金属材料，其由基体和增强体组成；玻璃属于传统的无机非金属材料。

(2)复合材料由起黏结作用的基体和起增强作用的增强体两部分组成。

(3)制备玻璃的主要原料是石灰石、纯碱和石英砂；制备水泥的主要原料是黏土和石灰石。

(4)铁的冶炼一般用高炉炼铁法炼制。

(5)单体聚合成高分子。

答案：(1)bcde
(2)基体增强作用(或支撑作用)
(3)石灰石(4)焦炭铁矿石炼铁高炉(5)单体
4.废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co，工艺流程简图如下：
(1)电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。

阴极主要的电极反应式为 __。

(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是__________。

回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的_ _。

(3)溶液Ⅰ的主要成分是__________。

洗涤CoC 2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是__ 。

(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为 __。

【解析】可按以下思路解答本题：
(1)电解过程溶液中的离子主要为H+、Cl-、Co2+、Fe2+，因生产流程中后期的操作得到CoC2O4，因此在阴极得电子的物质应为H+，阴极反应式为2H++2e-H2↑。

(2)加入H2O2和NH3，将Fe2+转化为Fe(OH)3沉淀，因此滤饼的主要成分为Fe(OH)3，回收洗涤液中主要含有Co2+、H+、Cl-和N，因此回收的目的是利用Co2+。

(3)加入的草酸铵与CoCl2反应，生成草酸钴和氯化铵，则溶液Ⅰ中主要成分是
NH4Cl，洗涤CoC2O4不充分会使表面吸附有NH4Cl，焙烧时会分解为污染大气的气体NH3和HCl。

(4)本题主要考查了氧化还原方程式的书写与配平。

用H2还原Co2O3的反应为Co2O3+3H22Co+3H2O。

答案：(1)2H++2e-H2↑
(2)Fe(OH)3Co2+(或Co)
(3)NH4Cl 焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl
(4)Co2O3+3H23H2O+2Co
5.(2016·南昌模拟)新材料的研发是发展新技术、提高生活质量的物质基础。

高铁酸钾是一种新型多功能材料。

高铁酸钾的制备：
方法一：生产流程如下
(1)溶液A中加入KOH固体的目的是________(填序号)。

A.为下一步反应提供碱性环境
B.使KClO3转化成KClO
C.加固体KOH溶解时放出热量有利于提高反应速率
D.与溶液A中Cl2(过量)反应生成更多KClO
(2)溶液A中需除去的杂质离子是_____________________________________；用离子方程式表示___________________________________________________。

(3)溶液B中可分离出湿产品K2FeO4外，还有副产物KNO3、KCl，写出生成溶液B
的离子方程式：__________________________________________________；每制得118.8 g K2FeO4理论上消耗氧化剂_________mol。

方法二：电解法
(4)从环境保护角度看，制备高铁酸钾较好的方法为电解法，其装置如图。

从理论分析K2FeO4应在________(填“阳”或“阴”)极生成。

该电极的电极方程式为_________________________。

【解析】(1)因为在生产流程中除去杂质以后得到的是碱性KClO，所以加入氢氧化钾的目的为提供碱性环境，A正确；在流程开始时加入的是足量的氯气，可以认为氯气过量，D正确。

(2)因为会发生反应Cl2+2KOH KCl+KClO+H2O，所以杂质离子为氯离子。

(3)反应物离子为Fe3+、ClO-，生成物离子为Fe和Cl-，通过氧化还原配平离子方程式。

根据关系式3KClO～2K2FeO4，K2FeO4的物质的量为118.8 g÷198 g〃mol-1=0.6 mol，所以氧化剂KClO的物质的量为0.9 mol。

(4)铁丝网作阳极失去电子，与氢氧根离子生成Fe。

答案：(1)A、D
(2)Cl-Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O
(3)2Fe3++3ClO-+10OH-2Fe+3Cl-+5H 2O 0.9
(4)阳Fe+8OH--6e-Fe+4H 2O
【加固训练】
1.(RJ选修2·P80改编题)材料是人类赖以生存和发展的物质基础，与信息和能源一起成为当代文明的三大支柱。

(1)人类最早使用的金属是________，该金属在潮湿的空气中锈蚀生成________(填化学式)，反应的化学方程式为__________________________。

(2)陶瓷属于________材料，生产陶瓷的主要原料为________，烧制陶瓷的主要工艺条件是________和________。

(3)生产水泥的设备为________，水泥砂浆是____________的混合物，常用作建筑用黏合剂。

(4)陶瓷可与多种材料组合成复合材料，隔热陶瓷瓦是由________和________复合而成的材料，金属陶瓷复合材料具有比强度高、耐磨损、耐高温等优良性能，其中基体为________，增强体为________。

【解析】(1)人类最早使用的金属是Cu，在潮湿的空气中铜锈蚀的化学方程式为2Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3。

(2)陶瓷属于硅酸盐(或无机非金属)材料，生产陶瓷的主要原料是黏土，烧制陶瓷的主要工艺条件是温度和空气用量。

(3)生产水泥的设备为水泥回转窑，水泥砂浆是水泥、沙子和碎石的混合物，常用作建筑用黏合剂。

(4)隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料，金属陶瓷复合材料中基体为金属，增强体为陶瓷。

答案：(1)Cu Cu2(OH)2CO3
2Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3
(2)硅酸盐(或无机非金属) 黏土温度空气用量
(3)水泥回转窑水泥、沙子和碎石
(4)纤维陶瓷金属陶瓷
2.(RJ选修2·P80改编题)金属钛(Ti)因具有许多神奇的性能而越来越引起人们的关注，被誉为“未来金属”。

常温下钛不和非金属、强酸反应，加热至红热时，能与常见的非金属反应。

工业上由钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制取金属钛的主要工艺过程如下：
(1)从金属矿石中提炼金属一般需要经过三个阶段，上述工艺中涉及的有
__________、金属的精炼；没有涉及的一个阶段是______________________；生铁实际上属于铁、________等元素形成的合金。

若生产中碳的氧化产物主要为一种可燃性气体，请分别写出反应①、②的化学方程式：______________、__________________。

(2)生产中，碳除了作还原剂还原金属矿物外，另一个重要作用是__________；反应③是在氩气的环境中进行，目的是______________，如何从反应③后的固体中获得金属钛：______________________。

【解析】(1)反应①、②中生成的可燃性气体是CO，①中除生成CO外还有单质铁、TiO2生成；②中产物只有CO、TiCl4两种。

(2)因上述冶炼均需要在高温下进行，故碳的另一个作用就是燃烧提供反应所需要的热能。

反应③结束后，固体物质为钛、镁、MgCl2的混合物，结合题目信息知加盐酸或稀硫酸后就可以溶
解镁，然后过滤得到钛。

答案：(1)矿石中金属元素的还原矿石的富集碳
FeTiO3+C Fe+TiO2+CO↑
TiO2+2Cl2+2C TiCl4+2CO
(2)作燃料，提供反应所需要的热能防止钛、镁被空气氧化向固体中加入足量盐酸(或稀硫酸)，充分反应后过滤，洗涤，干燥
3.(RJ选修2·P75改编题)在国际环境问题中，使用一次性聚苯乙烯等材料带来的“白色污染”是极为严重的环境问题之一，最近研制的一种可降解塑料，代
号为3HB，结构简式为，具有良好的生物适应性，能在自然界中自行降解。

请回答下列问题：
(1)可降解塑料3HB，在自然界中通过________(填序号)反应降解为该聚合物的单体。

A.加成
B.消去
C.水解
D.氧化
(2)该聚合物的单体为______________，单体中具有的官能团的名称为______________________。

(3)各取1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时，分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为______________________。

(4)写出由单体生成降解塑料3HB的化学方程式：______________________。

【解析】由于链节上含有官能团，所以3HB为缩聚反应的
生成物，由该高聚物的结构片断(2个链节)
在中碳氧单键处断开，补上—OH及—H，得单体
，官能团为醇羟基(—OH)及羧基(—COOH)，由于—COOH既能与钠反应又能与NaHCO3反应，而—OH只与钠反应，所以1 mol该单体消耗钠与碳酸氢钠的物质的量之比为2∶1。

由单体生成高聚物的化学方程式为+(n-1)H2O，
由高聚物降解为单体可通过水解反应。

答案：(1)C (2)
醇羟基(—OH)、羧基(—COOH)
(3)2∶1
(4)+(n-1)H2O
4.铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。

请回答下列问题：
(1)工业上采用电解氧化铝—冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝：
2Al2O34Al+3O2↑。

上述工艺所得铝材中往往含有少量Fe和Si等杂质，可用电解方法进一步提纯，该电解池中阳极的电极反应式为_____________，下列可作阴极材料的是__________________。

A.铝材
B.石墨
C.铅板
D.纯铝
(2)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。

以稀硫酸为电解液，铝阳极发生的电极反应式为______________________________________________。

(3)在铝阳极氧化过程中，需要不断地调整电压，理由是________________。

(4)下列说法正确的是____________________。

A.阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术
B.铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能
C.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性，但耐磨性下降
D.铝的阳极氧化膜富有多孔性，具有很强的吸附性能，能吸附染料而呈各种颜色
【解析】(1)因为Al比其他两种杂质活泼，所以优先放电，其电极反应式为Al-3e-Al3+；应该用所制备金属的纯净物作为阴极，可选纯铝。

(2)铝阳极发生的电极反应式为2Al-6e-+3H2O Al2O3+6H+。

(3)铝阳极表面不断生成致密的氧化膜，其导电能力比金属差，电阻增加，为了保持稳定的电流，需要不断增大电压。

(4)A项，阳极氧化是应用电解池原理进行金属材料表面处理的技术；B 项，铝的阳极氧化产生致密氧化膜使铝导电能力变差、绝缘性增强；C项，表面形成的氧化物比金属更耐磨；D项，和金属单质铝相比，氧化物有多孔性结构，有很强的吸附能力，能吸附各种颜色的染料。

答案：(1)Al-3e-Al3+ D
(2)2Al-6e-+ 3H2O Al2O3+ 6H+
(3)铝阳极表面不断生成氧化物，电阻增大，为了保持稳定的电流，需要不断增大电压(4)B、D
5.(2016·银川模拟)高富氧底吹熔池炼铜新工艺反应炉如图：
(1)该新工艺的优点之一是混合矿料不需要干燥、磨细。

烟气进入余热锅炉后，经静电除尘后进入酸厂回收利用，这样做体现化学的________思想。

(2)该新工艺的优点之二是首次投料需要添加少量的燃料，当反应充分启动后就不需要再投放燃料，说明反应炉中的反应总体来说是________反应。

(3)此法冶炼的矿石主要是黄铜矿(主要成分是CuFeS2)，经过上面设备煅烧后最终化合态的铜生成铜和SO2，在冶炼铜矿过程中存在的重要反应有：2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2、2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2、_________________。

(4)从放铜锍口放出的铜锍中还含有铁和硫必须除去，铜锍吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序，吹炼过程分为两个阶段。

第一阶段的任务是使铁氧化造渣，主要化学反应为①2FeS+3O2+SiO22FeO·SiO2+2SO2，第二阶段是使上一个阶段中没有反应彻底的Cu2S氧化成粗铜，主要化学反应为
②Cu2S+O22Cu+SO2，下列关于反应①、②的分析正确的是______(填序号)。

A.反应②氧化剂只有O2
B.硫元素在①和②中均被氧化
C.①和②在反应过程中都有共价键破坏和共价键形成
(5)图中渣包中的炉渣含有Fe2O3、FeO、SiO2等，选用提供的试剂设计实验验证炉渣中含有FeO。

提供的试剂：KMnO4溶液、KSCN溶液、NaOH溶液、稀硫酸、稀
盐酸，所选试剂为______________。

实验现象是____________________。

【解析】(1)SO2回收利用，防止污染环境，体现绿色化学思想。

(2)当反应充分启动后就不需要再投放燃料，说明反应炉中的反应能够保持一定的温度，反应是放热反应。

(3)化合态的铜生成铜和SO2，这就要求前两步反应生成的Cu2S和Cu2O反应生成Cu和SO2。

(4)反应②中Cu2S既是氧化剂又是还原剂，反应①、②中都存在O2中的共价键被破坏和SO2中共价键的形成。

(5)FeO+H2SO4FeSO4+H2O，Fe2+具有还原性，可使酸性KMnO4溶液褪色。

答案：(1)绿色化学(2)放热
(3)2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑(4)B、C
(5)稀硫酸和KMnO4溶液稀硫酸浸取炉渣所得的溶液使KMnO4溶液褪色
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