高考化学一轮复习突破2 无机化工流程题的解题策略试题

回夺市安然阳光实验学校专题突破2 无机化工流程题的解题策略
1．(2014·江苏)烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。

实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。

(1)酸浸时反应的化学方程式为____________________；滤渣Ⅰ的主要成分为____________(填化学式)。

(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为
Al2(SO4)x(OH)6－2x。

滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式)；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是__________________________(用离子方程式表示)。

(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是
____________________________________________________________________ ____；
与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。

答案(1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O SiO2
(2)CaSO43CaCO3＋2Al3＋＋3SO2－4＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑
(3)溶液中的部分SO2－3被氧化成SO2－4减小
解析(1)酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3，H2SO4与Al2O3反应生成盐和水，SiO2不和H2SO4反应，成为滤渣。

(2)CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成CaSO4；如果pH偏高，一部分Al3＋会转化为Al(OH)3沉淀，离子方程式为3CaCO3＋2Al3＋＋3SO2－4＋3H2O===2Al(OH)3＋
3CaSO4＋3CO2↑。

(3)热分解时，一部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，不能分解成为SO2；SO2
溶于水生成H2SO3，会中和溶液中的部分OH－，使溶液的pH减小。

2．(2014·四川)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。

某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2(反应条件已省略)。

请回答下列问题：
(1)上述流程脱硫实现了________(填选项字母)。

A．废弃物的综合利用
B．白色污染的减少
C．酸雨的减少
(2)用MnCO3能除去溶液中Al3＋和Fe3＋，其原因是
____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ _______。

(3)已知：25 ℃、101 kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)
ΔH＝－520 kJ/mol
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ/mol
Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)
ΔH＝－1 065 kJ/mol
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是
________________________________________________________________ ________。

(4)MnO2可作超级电容器材料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是
____________________________________________________________________ _________________。

(5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。

碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是
________________________________________________________________________。

(6)假设脱除的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应。

按照图示流程，将a m3(状
况)含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为c kg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2________ kg。

答案(1)AC
(2)消耗溶液中的酸，促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀
(3)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)
ΔH＝－248 kJ/mol
(4)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
(5)MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
(6)
1 500c－87ab
2 500
解析(1)该流程中，能将含硫尾气吸收，充分利用了废弃物，同时减少了大气中能形成酸雨的SO2，故A、C项符合，该过程对白色污染无影响。

(2)软锰矿用稀硫酸溶解且通入SO2后，溶液中含有反应生成的金属阳离子，其中MnO2被SO2还原为Mn2＋，其他金属变成相应的金属阳离子Fe3＋、Al3＋、Cu2
＋、Ni2＋，故加入MnCO
3后发生反应MnCO3＋2H
＋===Mn2＋＋CO
2↑＋H2O而消耗了溶液中的H＋，使溶液的pH升高，使得Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀而除去。

(3)将给定的三个热化学方程式依次编为①②③，将三个方程式按照③－①－②处理后可得热化学方程式MnO 2(s)＋SO 2(g)===MnSO 4(s) ΔH ＝－248 kJ/mol 。

(4)用惰性电极电解MnSO 4溶液制取MnO 2时，在阳极上Mn 2＋
失电子后生成
MnO 2，根据电荷守恒和原子守恒可得电极反应式Mn 2＋
＋2H 2O －2e －
===MnO 2＋4H ＋。

(5)碱性锌锰干电池在放电时，正极上MnO 2得电子生成碱式氧化锰MnO(OH)，根据电荷守恒和原子守恒可得电极反应式MnO 2＋H 2O ＋e －
===MnO(OH)＋OH －。

(6)根据方程式MnO 2(s)＋SO 2(g)===MnSO 4(s)可知n (SO 2)＝n (MnO 2)，又根据：2KMnO 4＋3MnSO 4＋2H 2O===5MnO 2＋2H 2SO 4＋K 2SO 4，可知由硫酸锰生成的MnO 2的物质的量为1 000c 87×35
mol ，则引入的锰元素相当于MnO 2的质量为
⎝ ⎛⎭
⎪⎫c 87×35×87－a ×b %×89.6%22.4×87 kg ＝1 500c －87ab
2 500 kg 。

3．(2013·课标全国Ⅱ)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。

纯化工业级氧化锌(含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质)的流程如下：
提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。

回答下列问题：
(1)反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____；
在加高锰酸钾溶液前，若pH 较低，对除杂的影响是
________________________________________________________________________________________________________________________________________
________。

(2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。

(3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________________________________________________________________。

(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·x Zn(OH)2。

取干燥后的滤饼11.2 g ，煅烧后可得到产品8.1 g ，则x 等于________。

答案 (1)Fe 2＋
和Mn 2＋
MnO －
4＋3Fe 2＋
＋7H 2O===3Fe(OH)3↓＋MnO 2↓＋5H ＋
、2MnO －
4＋3Mn 2＋
＋2H 2O===5MnO 2↓＋4H
＋
铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质 (2)置换反应' 镍
(3)取少量水洗液于试管中，滴入1滴－2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净
(4)1
解析第①步酸浸，得到Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋；第②步氧化，MnO－4将Fe2＋氧化为
Fe3＋而易于形成Fe(OH)3沉淀，同时MnO－4与Mn2＋发生归中反应生成MnO2沉淀；第③步加Zn，Zn与滤液中的Ni2＋、H＋发生置换反应，Ni经过滤而除去；第④步加碳酸钠沉淀Zn2＋；第⑤步煅烧ZnCO3
(4)11.2 g ZnCO3·x Zn(OH)2煅烧后得到8.1 g ZnO，可求得x＝1。

4．(2013·课标全国Ⅰ)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋x Li＋＋x e－===Li x C6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。

回答下列问题：
(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为________。

(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式
________________________。

(3)“酸浸”一般在80 ℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式
____________________________________________________________________ ____；
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是________。

(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式
________________________________。

(5)充放电过程中，发生LiCoO2和Li1－x CoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式
____________________________________________________________________ ____。

(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是________。

在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有________(填化学式)。

答案(1)＋3
(2)2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)－4＋3H2↑
(3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2=====
△
Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2=====
△
2H2O ＋O2↑有氯气生成，污染较大
(4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4) 2SO4＋H2O＋CO2↑
(5)Li1－x CoO2＋Li x C6===LiCoO2＋6C
(6)Li＋从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH) 3、CoCO3、Li2SO4
解析 (1)因锂在化合物中通常为＋1价，故LiCoO2中Co为＋3价。

(2)由碱浸后经一系列处理可得到Al(OH)3及正极材料中含有铝箔知，碱浸
时单质铝与NaOH溶液反应，由此可写出对应的离子方程式。

(3)由流程图知，钴元素最后变成＋2价，故酸浸时发生的是LiCoO2氧化
H2O2的反应：LiCoO2＋H2SO4＋H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。

另外还存在H2O2受热分解生成水与O2的反应。

用盐酸代替硫酸与H2O2的混合液时，会得到有毒的氧化产物Cl2，造成环境污染。

(4)由流程图知，加入NH4HCO3后硫酸钴转化为碳酸钴，HCO－3在转化为CoCO3的过程中，电离出的H＋会与另外一部分HCO－3作用生成CO2与水，NH＋4、SO2－4结合为(NH4) 2SO4，由此可写出对应的化学方程式。

(5)由充电时阴极(题目中锂离子电池的负极)的电极反应式知，放电时
Li x C6是反应物、Li＋是生成物，锂的价态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是Li1－x CoO2，相应的反应方程式为Li x C6＋Li1－x CoO2===LiCoO2＋6C。

(6)放电时，负极上的锂失去电子变成Li＋，进入溶液后再向正极移动并进入正极材料中，相当于在正极上富集了锂。

由流程图知，能回收的金属化合物有三种。

5．(2013·安徽)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。

平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。

某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：
(1)洗涤滤渣A的目的是除去________(填离子符号)，检验该离子是否洗净的方法是
____________________________________________________________________ ____。

(2)第②步反应的离子方程式是____________________________，滤渣B
的主要成分是________。

(3)萃取是分离稀土元素的常用方法。

已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP________(填“能”或“不能”)与水互溶。

实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有________、烧杯、玻璃棒、量筒等。

(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 mol·L－1 FeSO4溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3＋)，消耗25.00 mL溶液。

该产品中Ce(OH)4的质量分数为________。

答案(1)Fe3＋'取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净；反之，未洗净
(2)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O SiO2
(3)不能'分液漏斗'(4)97.0%
解析(1)洗涤滤渣A是为了除去Fe3＋，取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液检验Fe3＋是否除净。

(2)第②步发生的反应为：2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O，滤渣B 的主要成分为SiO2。

(3)TBP 作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，则TBP 不能与水互溶。

进行萃取操作时需要用到分液漏斗。

(4)根据Ce 4＋
―→Ce 3＋
、Fe 2＋
―→Fe 3＋
，由得失电子守恒，可得关系式Ce(OH)
4－Ce
4＋
－Fe 2＋
，则 Ce(OH) 4的质量分数为0.100 0×0.025×2080.536
×100%＝97.0%。

6．(2014·淄博模拟)实验室模拟用工业废弃固体(含有Cu 2S 、Al 2O 3、Fe 2O 3、
SiO 2等)制取粗铜、绿矾(FeSO 4·7H 2O)和明矾[KAl(SO 4)2·12H 2O]的操作流程如
下：
(1)试剂x 是______________(写化学式)。

(2)配平下列方程式：
MnO －
4＋____SO 2＋____H 2O===____Mn 2＋
＋____SO 2－
4＋____H
＋
(3)为了分析产品(绿矾)中铁元素的含量，某同学称取20.0 g 样品配成100
mL 溶液，移取25.00 mL 用1.000×10－1
mol·L －1
KMnO 4溶液进行滴定(MnO －
4被
还原为Mn 2＋
)。

请回答下列问题：
①滴定时，KMnO 4溶液应盛放在________(填仪器名称)中。

②若达到滴定终点消耗KMnO 4溶液体积为25.00 mL ，则该产品中铁元素的质量分数为________。

答案 (1)H 2SO 4(或KHSO 4)
(2)2 5 2 2 5 4 (3)①酸式滴定管 ②14%
解析 (1)加入KOH 后，溶液B 含有KAlO 2(或K[Al(OH)4])，而最后产物为明矾，所以x 为H 2SO 4(或KHSO 4)。

(2)根据化合价升降法即可配平化学方程式。

(3)①高锰酸钾具有强氧化性，能氧化橡胶管，只能盛放在酸式滴定管中；
②根据电子守恒可知，KMnO 4－5Fe 2＋
，20.0 g 样品中含铁的质量为0.025 L×0.1
mol·L －1
×5×4×56 g·mol －1
＝2.8 g ，进而求出铁元素的质量分数。

7．(2014·泰州模拟)稀土元素是周期表中ⅢB 族钪、钇和镧系元素的总称，
它们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价为＋3价。

其中钇(Y)元素
是激光和超导的重要材料。

我国蕴藏着丰富的钇矿石(Y 2FeBe 2Si 2O 10)，以此矿石
为原料生产氧化钇(Y 2O 3)的主要流程如下：
已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH 如下表：
性质相似。

(1)钇矿石(Y 2FeBe 2Si 2O 10)的组成用氧化物的形式可表示为________________。

(2)欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀。

则：
①最好选用盐酸、________(填选项字母)两种试剂，再通过必要的操作即可实现。

a．NaOH溶液B．氨水
c．CO2D．HNO3
②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式
________________________________________________________________ ________。

(3)为使Fe3＋沉淀完全，须用氨水调节pH＝a，则a应控制在________的范围内；检验Fe3＋是否沉淀完全的操作方法是
____________________________________。

答案(1)Y2O3·FeO·2BeO·2SiO2
(2)①b②BeO2－2＋4H＋===Be2＋＋2H2O
(3)3.7－6.0 取少量上层清液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为红色，若不变红色，则说明Fe3＋沉淀完全
解析(1)根据化合物各元素的化合价代数和为零的原则可以确定钇矿石中铁为＋2价，钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)的组成用氧化物的形式可表示为
Y2O3·FeO·2BeO·2SiO2。

(2)Be与Al位于周期表的对角线上，具有相似的化学性质，即Be(OH)2具有，能溶于强酸或强碱溶液，欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be(OH)2沉淀，可先用盐酸处理形成NaCl和BeCl2的混合溶液，反应方程式为Na2SiO3
＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓和Na2BeO2＋4HCl===2NaCl＋BeCl2＋2H2O；然后用过量的氨水将BeCl2转化为Be(OH)2沉淀，通过过滤、洗涤、干燥等操作，得到Be(OH)2。

(3)在将Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀时，为防止Y3＋从溶液中析出，pH应控制在3.7－6.0。

检验Fe3＋是否沉淀完全的实质就是检验Fe3＋，操作方法是取少量上层清液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为红色，若不变红色，则说明Fe3＋沉淀完全。

8．(2014·太原模拟)重铬酸钾(K2Cr2O7)是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3)为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K2Cr2O7的主要工艺如下：
请回答下列问题：
(1)在反应器中，涉及的主要反应的化学方程式为
FeO·Cr2O3＋NaOH＋KClO3――→
△
Na2CrO4＋Fe2O3＋KCl＋H2O(未配平)。

①该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

②下列措施不能加快该反应的反应速率的是________(填选项字母)。

A．把铬铁矿尽可能地粉碎
B．提高反应的温度
C．适当改变铬铁矿与纯碱、固体氢氧化钠、氯酸钾的比例
(2)在反应器中，有Na2CrO4生成，同时Fe2O3转变为NaFeO2，杂质SiO2、Al2O3与纯碱反应转变为可溶性盐，用简要的文字说明操作Ⅲ的目的
____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ________。

(3)操作Ⅳ中，酸化时，CrO2－4转化为Cr2O2－7，在此过程中最好加入的酸是________(填选项字母)。

A．H2SO3B．HCl C．H2SO4
(4)称取K2Cr2O7试样1.5 g配成溶液于碘量瓶中，加入足量2.0 mol·L－1的H2SO4和足量的碘化钾，放于暗处几分钟(铬元素被还原为Cr3＋)，然后加入3 mL淀粉指示剂，用1.00 mol·L－1的Na2S2O3溶液滴定(I2＋2S2O2－3===2I－＋S4O2－6)。

若实验中共消耗Na2S2O3溶液30.00 mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为
________%(假设整个过程中其他杂质不参与反应)。

答案(1)①7∶6②C
(2)由于Na2SiO3、NaAlO2和NaFeO2能发生水解，降低溶液的pH有利于水解平衡向正反应方向移动，当pH调至7－8时，水解完全，分别转变为H2SiO3、Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀
(3)C (4)98.0
解析(1)①氧化剂：KClO3－6e－－KCl，还原剂：2FeO·Cr2O3－14e－－(Fe2O3＋4Na2CrO4)，根据得失电子守恒得7KClO3－42e－－6FeO·Cr2O3。

②A项，增大了反应物的接触面积，能加快反应速率；B项，升高温度可加快反应速率；C 项，改变固体的质量对反应速率无影响。

(3)CrO2－4转化为Cr2O2－7，Cr的化合价没有变化，H2SO3和HCl都能把CrO2－4和Cr2O2－7还原，故最好加入H2SO4酸化。

(4)n(Na2S2O3)＝1.00 mol·L－1×30.00 mL×10－3L·mL－1＝0.03 mol，根据方程式知n(I2)＝1/2n(Na2S2O3)＝0.015 mol，由Cr2O2－7－6e－－3I2，知n(K2Cr2O7)＝0.005 mol，故m(K2Cr2O7)＝0.005 mol×294 g·mol－1＝1.47 g，重铬酸钾的纯度为1.47 g÷1.5 g×100%＝98.0%。