突破08 备战2020年高考化学之突破物质结构性质与工艺流程题-工艺流程综合题（题型精练）

突破08 突破工艺流程综合题（3）

（条件控制）

限时：40分钟

1.六氟铝酸钠俗称冰晶石，广泛应用于冶铝工业。以磷肥副产物氟硅酸铵为原料制备六氟铝酸钠的简易流程如下：

请回答下列问题：

（1）写出反应①的化学方程式：____________________________________________，

适当加热可以提高反应①的化学反应速率，但是温度不宜过高，其原因有两点：其一是避免氨水挥发，降低反应物浓度，其二是__________________________________。

（2）反应③得到Na3AlF6和废液，废液用于反应_________________________________

(填“①”或“②”)循环利用。NH4F溶液不能用玻璃容器盛装，其原因是______________________。

（3）通过实验得出Na3AlF6的产率与外界条件关系如图所示(提示：温度、时间针对反应③)。

根据上述实验结果，最佳条件：反应温度、反应时间、氢氧化钠与氢氧化铝的物质的量之比依次是______________________。

【答案】　（1）(NH4)2SiF6＋4NH3·H2O===6NH4F＋H2SiO3↓＋H2O　避免NH4F水解程度增大而损失

（2）①　NH4F水解生成HF，HF腐蚀玻璃

（3）60 ℃、60 min、2.0

[解析]　（1）氟硅酸铵与氨水反应，可以看成是氟硅酸铵先水解生成氟化氢、硅酸和氨水，然后氨水和氟化氢反应生成氟化铵。温度高，氨水挥发加快、NH4F水解程度增大，因此选择合适温度。（2）反应③为NaAlO2＋2H2O＋6NH4F＋2NaOH===Na3AlF6↓＋6NH3·H2O，废液中氨水可以用作反应①的反应物。NH4F发生水解生成HF，HF能与玻璃中二氧化硅反应生成四氟化硅和水。（3）从图像看出，应选择产率最高的条件。

2.(2019·合肥一模)以软锰矿粉(主要含有MnO2，还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质)为原料制备高纯MnO2的流程如图所示：

已知常温下，氢氧化物沉淀的条件：Al3＋、Fe3＋完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8；Mn2＋开始沉淀的pH为7.7。

（1）“酸浸”时加入一定量的硫酸，硫酸的量不能过多或过少。硫酸过多造成氨的损失；硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐色渣出现，原因是______________________________________________。

（2）加入氨水应调节pH的范围为__________________________________________。

（3）“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是____________(填化学式)，写出其阳离子的电子式：__________________________________。

（4）加入碳酸氢铵产生沉淀的过程为“沉锰”。

①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为____________________________。

②“沉锰”过程中沉锰速率与温度变化的关系如图所示。当温度高于60 ℃时，沉锰速率随着温度升高而减慢的原因可能是______________________________________________。

[答案]　（1）生成的Fe3＋水解得到Fe(OH)3沉淀

（2）5.0～7.7

（3）(NH4)2SO4　

（4）①Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢

[解析]　（1）硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐色渣出现，原因是生成的Fe3＋水解得到Fe(OH)3沉淀。（2）由题中信息可知，Al3＋、Fe3＋完全沉淀时的pH分别为5.0、2.8，Mn2＋开始沉淀的pH为7.7。所以，加入氨水应调节pH的范围为5.0～7.7。（3）“过滤Ⅱ”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是(NH4)2SO4，其阳离子的电子式为。（4）①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。②温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢。

3.利用钛矿的酸性废液(含TiO2＋、Fe2＋、Fe3＋、SO等)，可回收获得FeS2纳米材料、Fe2O3和TiO2·nH2O等产品，流程如下：

（1）TiO2＋中钛元素的化合价为________价。TiO2＋只能存在于强酸性溶液中，因为TiO2＋易水解生成TiO2·nH2O，写出水解的离子方程式：____________________________________________。

（2）向富含TiO2＋的酸性溶液中加入Na2CO3粉末能得到固体TiO2·nH2O。请用化学反应原理解释：______________________________________________________________________。

（3）NH4HCO3溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式为__________________________，

该反应需温度在308 K以下，其目的是____________________________________________________。

[答案]　（1）＋4　TiO2＋＋(n＋1)H2OTiO2·nH2O＋2H＋

（2）Na2CO3消耗H＋，c(H＋)减少，使TiO2＋水解平衡向生成TiO2·nH2O方向移动

（3）Fe2＋＋2HCO===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O

防止NH4HCO3受热分解和减少Fe2＋的水解

[解析]　（2）由于原溶液显酸性，CO直接与H＋反应，不能解释成CO水解促进TiO2＋的水解。

（3）要充分考虑H＋与HCO不共存，HCO与Fe2＋产生FeCO3和H＋，会继续与HCO反应产生CO2气体。另外NH4HCO3不稳定受热易分解，因而要控制在较低温度下进行。

4.铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某度旧铍铜元件(含25% BeO、71% CuS、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下：

已知：Ⅰ.铍、铝元素化学性质相似；

Ⅱ.常温下部分难溶物的溶度积常数如下表：

（1）滤液A的主要成分除NaOH外，还有________(填化学式)，写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式：______________________________。

（2）①滤液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，最合理的实验步骤顺序为________(填字母)。

a．加入过量的氨水  b．通入过量的CO2

c．加入过量的NaOH  d．加入适量的HCl

e．洗涤  f．过滤

②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________。

（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质。写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式：___________________________。

②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是________(任写一条)。

（4）滤液D中c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1、c(Fe3＋)＝0.008 mol·L－1、c(Mn2＋)＝0.01 mol·L－1，逐滴加入稀氨水调节pH可将其依次分离，首先沉淀的是________(填离子符号)，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH大于________。

（5）电解NaCl－BeCl2混合熔盐可制备金属铍，下图是电解装置图。

①电解过程中，加入氯化钠的目的是________。

②石墨电极上的电极反应式为________。

③电解得到的Be蒸气中约含1%的Na蒸气除去Be中少量Na的方法为________。

已知部分物质的熔、沸点如下表：

[答案]　（1）Na2BeO2、Na2SiO3　BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O

（2）①afed　②要在HCl气流中蒸发结晶

（3）①MnO2＋CuS＋2H2SO4===MnSO4＋S＋CuSO4＋2H2O　②会产生污染环境的气体

（4）Fe3＋　4

（5）①降低电解质的熔融温度，降低能耗　②Be2＋＋2e－===Be　③可以控制温度1 156～3 243 K之间冷却

[解析]　（1）由题中信息可知，Be、SiO2与氢氧化钠反应生成Na2BeO2、Na2SiO3，Na2BeO2与HCl反应生成BeCl2，离子方程式为：BeO＋4H＋===Be2＋＋2H2O；（2）①由于Be的性质与Al相似，所以Be具有两性，用氨水使Be2＋全部沉淀，再过滤，将Be(OH)2洗涤后，加入盐酸最终转化成BeCl2；②由于Be2＋易水解，所以从氯化铍溶液中得到纯净的BeCl2，需要在HCl气流中蒸发结晶；（3）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，所以化学反应方程式为：MnO2＋CuS＋2H2SO4===MnSO4＋S＋CuSO4＋2H2O；②由于HNO3的氧化性很强，在反应中会产生氮的氧化物，对空气造成污染，所以我们不选用浓硝酸；（4）根据Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20＝c(Cu2＋)·c2(OH－)，当溶液中c(Cu2＋)＝2.2 mol·L－1时，计算可得c(OH－)＝10－10 mol/L，即当c(OH－)＝10－10 mol/L时，即pH＝4时，Cu2＋开始沉淀；根据Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，c(Fe3＋)＝0.008 mol/L，可得到c(OH－)＝3.68×10－13 mol/L，即当c(OH－)＝3.68×10－13 mol/L时，Fe3＋开始沉淀；根据Ksp[Mn(OH)2]＝2.1×10－13＝c(Mn2＋)·c2(OH－)，c(Mn2＋)＝0.01 mol/L，可得到c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L，即当c(OH－)＝4.83×10－7 mol/L时，Mn2＋开始沉淀；由计算可知，Fe3＋先沉淀，其次是Cu2＋，最后是Mn2＋；（5）①电解过程中，加入氯化钠是为了增大导电性即降低电解质熔融状态的温度，节约能耗；②石墨电极生成金属Be，电极反应方程式为：Be2＋＋2e－===Be；③图表信息可知Na和Be的熔、沸点差距很大，分离Na蒸气和Be蒸气可以控制温度1 156～3 243 K之间冷却。

5.(2019·江苏化学，16)N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物，含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。

（1）N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为_________________________________________。

（2）NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收，主要反应为

NO＋NO2＋2OH－===2NO＋H2O

2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O

①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有________(填字母)。

A．加快通入尾气的速率

B．采用气、液逆流的方式吸收尾气

C．吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液

②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤，得到NaNO2晶体，该晶体中的主要杂质是_______________(填化学式)；

吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是_______________(填化学式)。

（3）NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气，可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同，NO转化为NO的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。

①在酸性NaClO溶液中，HClO氧化NO生成Cl－和NO，其离子方程式为______________________________。

②NaClO溶液的初始pH越小，NO转化率越高。其原因是______________________________。

[答案]　（1）2NH3＋2O2N2O＋3H2O

（2）①BC　②NaNO3　NO

（3）①3HClO＋2NO＋H2O===3Cl－＋2NO＋5H＋

②溶液pH越小，溶液中HClO的浓度越大，氧化NO的能力越强

[解析]　（1）NH3被O2氧化生成N2O，N元素从－3价升至＋1价，1 mol NH3失去4 mol e－，O元素从0价降至－2价，1 mol O2得到4 mol e－，根据N和O元素得失电子守恒及原子守恒配平方程式。（2）①A项，通入尾气速率过快时，尾气吸收不充分，错误；B项，采用气、液逆流方式吸收尾气时，尾气吸收会更充分，正确；C项，补充NaOH溶液，c(OH－)增大，能更充分吸收尾气，正确。②NO2与NaOH反应可生成NaNO2、NaNO3和水，所以NaNO2晶体中会混有NaNO3杂质。由吸收尾气的主要反应可知，NO2吸收更充分，故吸收后排放的尾气中NO的含量较高。（3）①HClO氧化NO生成NO，自身被还原为Cl－，根据得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平方程式。②氧化NO的是HClO，NaClO在酸性条件下会生成HClO，所以pH越小，溶液中HClO的浓度越大，NO转化率越高。