
1.(2019年安徽省滁州市高三上期末)高錳酸鉀常用作消毒劑、水質(zhì)凈化劑等。工業(yè)上用軟錳礦(主要含MnO2,還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))制備高錳酸鉀晶體的一種工藝流程如下:
回答下列問(wèn)題:
(1)焙燒過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)為MnO2+KOH+O2K2MnO4+H2O,該反應(yīng)配平后MnO2與O2的系數(shù)比為_(kāi)_______。采用對(duì)空氣加壓的方法可提高M(jìn)nO2的利用率。原因是________________________________。
(2)濾渣Ⅱ是________,第一次通CO2不能用稀鹽酸代替的原因是__________________________________。
(3)第二次通入過(guò) 量 CO2生成 MnO2的離子方程式為_(kāi)_______。
(4)由下圖可知,從濾液Ⅲ得到高錳酸鉀晶體需經(jīng)過(guò)________、________、洗滌等一系列操作。
(5)1 t含MnO287%的軟錳礦,理論上最多可制得____________ t KMnO4晶體。
解析:分析整個(gè)流程,將軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒,冷卻得到固體物質(zhì),將固體物質(zhì)溶于水過(guò)濾得到濾渣I和濾液I,濾液I中應(yīng)含有K2SiO3,KAl(OH)4,K2MnO4等溶質(zhì),濾渣I為Fe2O3;向?yàn)V液I中第一次通入CO2發(fā)生反應(yīng),過(guò)濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ,濾渣Ⅱ?yàn)锳l(OH)3,H2SiO3;濾液Ⅱ含有KHCO3,K2MnO4等溶質(zhì);向?yàn)V液Ⅱ中第二次通入過(guò)量CO2,再次過(guò)濾得到濾液Ⅲ和MnO2,則可以推斷濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3,再經(jīng)過(guò)一系列操作得到較純的KMnO4,MnO2可以作為循環(huán)利用的物質(zhì)。
(1)焙燒時(shí)MnO2與KOH在空氣中O2的作用下反應(yīng)得到K2MnO4和H2O,反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),Mn化合價(jià)升高2,O化合價(jià)降低2,根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)守恒,所以在MnO2前面配上2,O2前面配上1,配平后MnO2與O2的系數(shù)比為2∶1;工業(yè)生產(chǎn)中采用對(duì)空氣加壓的方法提高M(jìn)nO2利用率,用碰撞理論可以解釋為加壓增大了氧氣濃度使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增加,有效碰撞數(shù)增多,反應(yīng)速率加快,使MnO2反應(yīng)更充分。
(2)濾渣Ⅱ中含有的物質(zhì)有Al(OH)3,H2SiO3,第一次通CO2不能用稀鹽酸代替,這是由于稀鹽酸酸性較強(qiáng),可溶解Al(OH)3,不易控制稀鹽酸的用量,溶液中便會(huì)再次混入Al3+。
(3)第二次通入過(guò)量CO2生成MnO2,溶液中原先是K2MnO4,再第二次通入過(guò)量的CO2時(shí)發(fā)生歧化反應(yīng)生成MnO2和KMnO4,此時(shí)CO2被轉(zhuǎn)化為HCO3-,反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),則反應(yīng)的離子方程式為:3MnO42-+4CO2+2H2O===MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-。
(4)將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4,此時(shí)溶液中還存在KHCO3,根據(jù)溶解度隨溫度變化的圖像分析,隨著溫度升高,二者溶解度均不斷增大,在40℃附近時(shí)二者溶解度相等,超過(guò)這一溫度時(shí),KHCO3溶解度不斷增大,KMnO4溶解度則增大較緩慢,所以從溶液中提取較純的KMnO4,需要蒸發(fā)結(jié)晶,趁熱過(guò)濾,洗滌等操作。
(5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn),含MnO287%的軟錳礦1噸,理論上第一步完全轉(zhuǎn)化為K2MnO4,第二步轉(zhuǎn)化為KMnO4時(shí)則是發(fā)生歧化反應(yīng),由于歧化反應(yīng)產(chǎn)物得到MnO2可以循環(huán)使用,所以理論最多產(chǎn)量則是根據(jù)Mn元素守恒完全生成KMnO4的量,為=1.58 t。
答案:(1)2∶1 加壓,增大了氧氣的濃度,反應(yīng)速率加快,使MnO2反應(yīng)更充分 (2)Al(OH)3、H2SiO3 不易控制稀鹽酸的用量,過(guò)量的稀鹽酸會(huì)使Al(OH)3溶解(或酸性過(guò)強(qiáng),會(huì)使K2MnO4過(guò)早發(fā)生歧化反應(yīng))
(3)3MnO42-+4CO2+2H2O===MnO2↓+2MnO4-+4HCO3- (4)蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過(guò)濾 (5)1.58
2.(2019年遼寧省沈陽(yáng)市高三教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測(cè))保險(xiǎn)粉又稱(chēng)連二亞硫酸鈉(Na2S2O4),可用于紡織工業(yè)的漂白劑、脫色劑,脫氯劑。Na2S2O4是白色粉末,無(wú)味,易溶于水、難溶于乙醇,具有極強(qiáng)的還原性,在空氣中易被氧化,在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定。
Ⅰ.甲酸鈉( HCOONa) 法制備過(guò)程如下:
(1)連二亞硫酸鈉中硫元素的化合價(jià)為_(kāi)_________。
(2)實(shí)驗(yàn)室用Na2SO3 固體和某酸反應(yīng)制備SO2氣體,制備SO2時(shí)所選用的酸,你認(rèn)為下列最適宜選用的是______________。
A.濃鹽酸 B.濃硝酸
C.質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的硫酸 D.質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸
(3)步驟①中制備連二亞硫酸鈉的化學(xué)方程式可表示為_(kāi)___________________________。
(4)上述步驟②中,加入適量乙醇水溶液的作用是______________。
(5)在包裝保存“保險(xiǎn)粉”時(shí)加入少量的Na2CO3固體,目的是_________________________。
(6)①現(xiàn)將0.05 mol/L Na2S2O4溶液在空氣中放置,其溶液的pH 與時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。
t1時(shí)溶液中只有NaHSO3一種溶質(zhì),此時(shí)含硫元素的粒子濃度由大到小的順序?yàn)開(kāi)______________。
②t1~t2段發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________________。
Ⅱ.電解法制備:工業(yè)上用惰性電極電解NaHSO3溶液得到Na2S2O4。過(guò)程如圖所示
(7) ①產(chǎn)品在___________(填“陽(yáng)極”“陰極”)得到。
②若不加隔膜,則連二亞硫酸鈉產(chǎn)率降低,其原因是__________________________________。
解析:Ⅰ.(1)連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)中鈉元素為+1價(jià),氧元素為-2價(jià),根據(jù)正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為0 ,硫元素的化合價(jià)為+3價(jià)。
(2)二氧化硫具有還原性,能被硝酸氧化,鹽酸中的氯化氫易揮發(fā),制得的二氧化硫不純,SO2會(huì)部分溶于10%的硫酸,70%的H2SO4產(chǎn)生二氧化硫的速率較快。
(3)SO2氣體通入甲酸鈉的堿性溶液可以生成Na2S2O4和二氧化碳,反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaOH+HCOONa+2SO2===Na2S2O4+CO2+H2O。
(4)根據(jù)題意,Na2S2O4易溶于水、難溶于乙醇。加入適量乙醇水溶液可以降低連二亞硫酸鈉的在溶液中的溶解度,有利于 Na2S2O4晶體析出。
(5)由信息可知在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定,則在包裝保存“保險(xiǎn)粉”時(shí)加入少量的Na2CO3固體,目的是Na2CO3為堿性物質(zhì),提高“保險(xiǎn)粉”的穩(wěn)定性。
(6)①NaHSO3的電離程度大于水解程度,溶液顯酸性,含硫元素的粒子濃度由大到小的順序?yàn)閏(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)。
②Na2S2O4溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉,則0~t1段發(fā)生離子反應(yīng)方程式為2S2O42-+O2+2H2O===4HSO3-,t1點(diǎn)是為0.1 mol/L的NaHSO3,根據(jù)圖像t2時(shí)pH=1,說(shuō)明NaHSO3完全被氧化生成硫酸氫鈉,t1~t2段發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為2HSO3-+O2===2H++2SO42-。
Ⅱ.(7) ①用惰性電極電解NaHSO3溶液得到Na2S2O4,反應(yīng)過(guò)程中S元素的化合降低,被還原,應(yīng)該在陰極上反應(yīng)得到Na2S2O4。
②若不加隔膜,則部分HSO3-到陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),也可能被陽(yáng)極產(chǎn)生的氯氣氧化,結(jié)果都會(huì)生成硫酸根離子,得不到連二亞硫酸鈉,使連二亞硫酸鈉產(chǎn)率下降。
答案:(1)+3 (2)C (3)NaOH+HCOONa+2SO2===Na2S2O4+CO2+H2O (4)連二亞硫酸鈉難溶于乙醇,用乙醇水溶液可降低連二亞硫酸鈉的在溶液中的溶解度,有利于 Na2S2O4晶體析出 (5)Na2CO3為堿性物質(zhì), 提高“保險(xiǎn)粉”的穩(wěn)定性 (6)①c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3)?、?HSO3-+O2===2H++2SO42- (7)①陰極 ②若不加隔膜,則部分HSO3-到陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸根離子, 得不到連二亞硫酸鈉,使連二亞硫酸鈉產(chǎn)率下降或部分HSO3-被陽(yáng)極產(chǎn)生的 Cl2氧化生成SO42-,使連二亞硫酸鈉產(chǎn)率下降
3.(2019年湖北襄陽(yáng)高三月考)高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑,其生產(chǎn)工藝如下:
(1)寫(xiě)出工業(yè)上制取Cl2的化學(xué)方程式______________________。
(2)在“反應(yīng)液1”中加入KOH固體的目的是①_____________,②提供堿性環(huán)境。
(3)寫(xiě)出Fe(NO3)3溶液與堿性KClO溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:______________________________________。
(4)K2FeO4可作為新型多功能水處理劑的原因是:
①________________________________,
②_________________________________________。
(5)從“反應(yīng)液Ⅱ”中分離出K2FeO4后,副產(chǎn)品是_____________(寫(xiě)化學(xué)式)。
(6)該工藝每得到1.98 kg K2FeO4,理論上消耗Cl2的物質(zhì)的量為_(kāi)__________ mol.
解析:(1)工業(yè)是利用電解飽和食鹽水制取氯氣.反應(yīng)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)由工藝流程可知,反應(yīng)液I中有過(guò)量的Cl2反應(yīng),加KOH固體的目的是與過(guò)量的Cl2繼續(xù)反應(yīng)生成KClO。
(3)根據(jù)分析可知,F(xiàn)e(NO3)3溶液與堿性KClO溶液反應(yīng)生成高鐵酸鉀和氯化鉀,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH===2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O。
(4)K2FeO4具有強(qiáng)氧化性,可殺菌消毒,同時(shí)被還原形成Fe(OH)3膠體,可吸附水中懸浮物形成沉淀,所以K2FeO4可作為新型多功能水處理劑的原因是①K2FeO4具有強(qiáng)氧化性,可殺菌消毒;②還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià),在水中形成Fe(OH)3膠體,可吸附水中懸浮物形成沉淀。
(5)由工藝流程及③可知,從“反應(yīng)液II”中分離出K2FeO4后,會(huì)有副產(chǎn)品KNO3、KCl。
(6)根據(jù)反應(yīng)Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O和2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO42-+3Cl-+5H2O,可得關(guān)系式2K2FeO4~3Cl2,1.98 kg K2FeO4的物質(zhì)的量為10 mol,根據(jù)關(guān)系式可知氯氣的物質(zhì)的量為15 mol。
答案:(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)與“反應(yīng)液Ⅰ”中過(guò)量的Cl2繼續(xù)反應(yīng)生成KClO
(3)2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH===2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2O
(4)K2FeO4具有強(qiáng)氧化性,可殺菌消毒;還原產(chǎn)物Fe元素為+3價(jià),在水中形成Fe(OH)3膠體,可吸附水中懸浮物形成沉淀
(5)KNO3、KCl
(6)15
4.(2019年天津六校聯(lián)考)硼和鋁位于同一主族,它們可以形成許多組成和性質(zhì)類(lèi)似的化合物。一種用硼鎂礦(Mg2B2O5·H2O)制取單質(zhì)硼的工藝流程圖如圖1:
結(jié)合流程圖回答下列問(wèn)題:
(1)溶液a、溶液b中溶質(zhì)的化學(xué)式分別為_(kāi)____________、_____________________.
(2)寫(xiě)出步驟①的化學(xué)方程式__________________________.
(3)寫(xiě)出步驟②的離子方程式___________________________.
(4)步驟③中化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生的原因是___________________.
(5)過(guò)硼酸鈉晶體(NaBO3·4H2O)是一種優(yōu)良的漂白劑,在70℃以上加熱會(huì)逐步失去結(jié)晶水.實(shí)驗(yàn)測(cè)得過(guò)硼酸鈉晶體的質(zhì)量隨溫度變化的情況如圖2所示,則T2℃時(shí)所得晶體的化學(xué)式為_(kāi)____________.
圖2
解析:硼鎂礦與氫氧化鈉溶液反應(yīng),過(guò)濾除去雜質(zhì),NaBO2溶液中,通入過(guò)量的二氧化碳,得到Na2B4O7·10H2O與NaHCO3,過(guò)濾分離,由于硼酸的酸性小于硫酸,符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理,且硼酸的溶解度較小,故Na2B4O7·10H2O晶體與硫酸反應(yīng)得到硼酸,溶液b中含有硫酸鈉,硼酸晶體加熱分解得到B2O3,最后用Mg還原得到粗硼.
(1)由上述分析可知,第①步通入過(guò)量二氧化碳,則a為NaHCO3,第③步加入硫酸,b為Na2SO4。
(2)第①步為Mg2B2O5·H2O與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaBO2與Mg(OH)2,反應(yīng)方程式為:Mg2B2O5·H2O+2NaOH===2NaBO2+2Mg(OH)2。
(3)NaBO2和二氧化碳反應(yīng)生成Na2B4O7·10H2O和碳酸氫鈉,離子方程式為2Na++4BO2-+2CO2+11H2O===Na2B4O7·10H2O↓+2HCO3-。
(4)步驟③中化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生的原因是:硼酸的酸性小于硫酸,符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理,且硼酸的溶解度較小,從溶液中析出有利于該反應(yīng)的進(jìn)行。
(5)過(guò)硼酸鈉晶體(NaBO3·4H2O)的物質(zhì)的量==0.2 mol,T2 ℃質(zhì)量變化為27.20 g,質(zhì)量變化30.8 g-27.20 g=3.6 g,減少水的質(zhì)量==0.2 mol,則1 mol NaBO3·4H2O失去水1 mol,則T2 ℃時(shí)所得晶體的化學(xué)式為NaBO3·3H2O。
答案:(1)NaHCO3;Na2SO4
(2)Mg2B2O5·H2O+2NaOH===2NaBO2+2Mg(OH)2
(3)2Na++4BO2-+2CO2+11H2O===Na2B4O7·10H2O↓+2HCO3-
(4)硼酸的酸性小于硫酸,符合復(fù)分解反應(yīng)由強(qiáng)酸制弱酸的原理,且硼酸的溶解度較小,從溶液中析出有利于該反應(yīng)的進(jìn)行
(5)NaBO3·3H2O
5.(2019年江西省高安市高三模擬考試)氯化亞銅(CuCl)常用作有機(jī)合成工業(yè)中的催化劑,在空氣中迅速被氧化變成綠色;見(jiàn)光分解變成褐色。如圖是工業(yè)上用制作印刷電路的廢液(含F(xiàn)e3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)生產(chǎn)CuCl的流程:
根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題:
(1)生產(chǎn)過(guò)程中X的化學(xué)式為_(kāi)_________。
(2)寫(xiě)出產(chǎn)生CuCl的離子方程式:__________________。
(3)實(shí)驗(yàn)探究pH對(duì)CuCl產(chǎn)率的影響如下表所示:
pH
1
2
3
4
5
6
7
CuCl產(chǎn)率/%
70
90
82
78
75
72
70
析出CuCl晶體最佳pH為_(kāi)_______,當(dāng)pH較大時(shí)CuCl產(chǎn)率變低原因是_______________________________________________。調(diào)節(jié)pH時(shí),_____(填“能”或“不能”)用相同pH的硝酸代替硫酸,理由是__________________。
(4)氯化亞銅的定量分析:
①稱(chēng)取樣品0.25 g和過(guò)量的FeCl3溶液于錐形瓶中,充分溶解。
②用0.10 mol·L-1硫酸鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。已知:CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+。三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下(平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不能超過(guò)1%):
平行實(shí)驗(yàn)次數(shù)
1
2
30
0.25 g樣品消耗硫酸鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)
24.35
24.05
23.95
則樣品中CuCl的純度為_(kāi)____________。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。
(5)由CuCl水解再熱分解可得到納米Cu2O。第一步CuCl水解的離子方程式為:CuCl(s)+H2O(l) CuOH(s)+Cl-(aq)+H+(aq),第二步CuOH熱分解的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________。第一步CuCl水解反應(yīng)的平衡常數(shù)K與此溫度下Kw、Ksp(CuOH)、Ksp(CuCl)的關(guān)系為K=______________________。
解析:廢液中含有Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-,從流程圖中知濾渣②能與濃硫酸反應(yīng)得到硫酸銅溶液和二氧化硫氣體,確定濾渣②是銅,銅和Z反應(yīng)得到CuCl2,Z是氯氣,廢液中還含有Fe3+、Fe2+,濾液①能與Cl2反應(yīng)得到蝕刻液,所以濾液①為FeCl2,濾液②能與濾液①混合,則濾渣①為鐵與銅的混合物,所以過(guò)量的Y為鹽酸,廢液中加入過(guò)量的Fe粉將Fe3+還原為Fe2+。據(jù)此答題。
(1)根據(jù)上述分析可知,生產(chǎn)過(guò)程中的X為Fe。
(2)由SO2、CuSO4、CuCl2調(diào)節(jié)pH反應(yīng)得到CuCl和H2SO4,生成CuCl的離子反應(yīng)方程式為2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O===2CuCl↓+4H++SO42-。
(3)從pH對(duì)CuCl產(chǎn)率影響表中直接能看出當(dāng)pH=2時(shí),CuCl的產(chǎn)率最大,所以析出CuCl晶體最佳pH為2;溶液中存在Cu2+的水解,Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,當(dāng)pH增大時(shí),氫離子濃度減小,反應(yīng)向正方向進(jìn)行,使得Cu2+總濃度下降,故當(dāng)pH變大時(shí),CuCl產(chǎn)率變低;硝酸具有強(qiáng)氧化性,能與CuCl反應(yīng),不能用硝酸代替硫酸調(diào)節(jié)pH。
(4)實(shí)驗(yàn)通過(guò)滴定法測(cè)定CuCl的含量,實(shí)驗(yàn)平均消耗硫酸鈰的體積為(24.05+23.95)/2=24.00 ml,所以消耗的硫酸鈰為24×10-3 ml×0.10 mol·L-1=2.4×10-3 mol,根據(jù)題意的反應(yīng)方程式CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+===Fe3++Ce3+,
得到CuCl ~ FeCl2 ~ Ce(SO4)2
1 1
n(CuCl) 2.4×10-3 mol
n(CuCl)=2.4×10-3mol,樣品中CuCl的純度為×100%=95.5%。
(5)由CuCl水解再熱分解可得到納米Cu2O。第一步CuCl水解的離子方程式為:CuCl(s)+H2O(l) CuOH(s)+Cl-(aq)+H+(aq),第二步CuOH熱分解得到Cu2O,則分解方程式為2CuOHCu2O+H2O,根據(jù)第一步水解反應(yīng)的方程式得K=c(H+)·c(Cl-),將式子進(jìn)行變形可得K=
=。
答案:(1)Fe
(2)2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O===2CuCl↓+4H++SO42-
(3)2 Cu2+水解程度增大,反應(yīng)生成CuCl減少,產(chǎn)率減小
不能 硝酸會(huì)與產(chǎn)品CuCl發(fā)生反應(yīng)
(4)95.5%
(5)2CuOHCu2O+H2O Kw×Ksp(CuCl)/Ksp(CuOH)
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