【名师一号】2021高考化学(苏教版)一轮复习课时训练：10-4实验方案的设计与评价-无机化工流程.docx

第四单元试验方案的设计与评价无机化工流程(计时：45分钟满分：100分)1(12分)(2021大纲)铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下：回答下列问题：(1)写出反应1的化学方程式_。(2)滤液中加入CaO生成的沉淀是_，反应2的离子方程式为_。(3)E可作为建筑材料，化合物C是_，写出由D制备冰晶石的化学方程式_。(4)电解制铝的化学方程式是_。以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是_。解析(1)由于铝土矿的主要成分为二氧化硅、氧化铝，前者与NaOH反应生成硅酸钠，后者与NaOH反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)。(2)CaO加入水溶液中先生成氢氧化钙，氢氧化钙电离出的Ca2与SiO反应生成CaSiO3；反应2为偏铝酸钠与CO2反应生成氢氧化铝。(3)浓硫酸与萤石反应生成HF气体和硫酸钙，故C为浓硫酸，D为HF，E为硫酸钙；结合制备冰晶石的反应物HF、碳酸钠和氢氧化铝及生成物Na3AlF6，由元素守恒可知该反应的生成物中还有二氧化碳和水。(4)工业上利用熔融的氧化铝，通过电解可制得单质铝，并有氧气生成；阳极生成物氧气可与石墨反应，生成碳的氧化物。答案(1)2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O、2NaOHAl2O3=2NaAlO2H2O(2)CaSiO32AlOCO23H2O=2Al(OH)3CO(3)浓H2SO412HF3Na2CO32Al(OH)3=2Na3AlF63CO29H2O(4)2Al2O34Al3O2O2、CO2(CO)2(14分)(2021北京)用含有Al2O3、SiO2和少量FeOxFe2O3的铝灰制备Al2(SO4)318H2O，工艺流程如下(部分操作和条件略)：.向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤；.向滤液中加入过量KMnO4溶液，调整溶液的pH约为3；.加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；.加入MnSO4至紫红色消逝，过滤；.浓缩、结晶、分别，得到产品。(1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是_。(2)将MnO氧化Fe2的离子方程式补充完整：MnOFe2_=Mn2Fe3_(3)已知：生成氢氧化物沉淀的pHAl(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3开头沉淀时3.46.31.5完全沉淀时4.78.32.8注：金属离子的起始浓度为0.1 molL1依据表中数据解释步骤的目的：_。(4)已知：肯定条件下，MnO可与Mn2反应生成MnO2。向的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是_。中加入MnSO4的目的是_。解析由题给条件，加入过量稀硫酸，发生反应：Al2O33H2SO4=Al2(SO4)33H2O，FeOxFe2O3(3x1)H2SO4=FeSO4xFe2(SO4)3(3x1)H2O，过滤后得到的滤液为Al2(SO4)3、FeSO4、Fe2(SO4)3和硫酸的混合溶液，滤渣为SiO2；向滤液中加入过量的高锰酸钾溶液，目的是将Fe2全部氧化为Fe3，然后调整pH约为3，由题给表格(生成氢氧化物沉淀的pH)信息知，此时Fe3全部转化为氢氧化铁沉淀，上层溶液为KMnO4和硫酸铝，依据题给信息，肯定条件下，MnO可与Mn2反应生成MnO2，从而把上层溶液中的MnO除去，最终浓缩、结晶、分别，得到产品。(1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是Al2O36H=2Al33H2O。(2)由题意，在酸性条件下高锰酸钾把Fe2氧化成Fe3，所以反应物中添上H，生成物中添上H2O，配平得：MnO5Fe28H=Mn25Fe34H2O。(3)步骤的目的是将Fe2全部氧化为Fe3，然后调整pH约为3，使Fe3全部转化为Fe(OH)3沉淀。(4)依据反应：MnO24HCl(浓)MnCl2Cl22H2O可知，有黄绿色气体产生时说明沉淀中有MnO2；加入MnSO4可除去过量的MnO。答案(1)Al2O36H=2Al33H2O(2)58H54H2O(3)pH约为3时，Fe2和Al3不能形成沉淀，将Fe2氧化为Fe3，可使铁完全沉淀(4)生成黄绿色气体除去过量的MnO3(14分)(2021广东)银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：(注：Al(OH)3和Cu(OH)2开头分解的温度分别为450 和80 )(1)电解精炼银时，阴极反应式为_；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中快速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为_。(2)固体混合物B的组成为_；在生成固体B的过程中，需把握NaOH的加入量。若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为_。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：_CuO_Al2O3_CuAlO2_。(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为_mol CuAlO2，至少需要1.0 molL1的Al2(SO4)3溶液_L。(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是_、过滤、洗涤和干燥。解析(1)电解精炼银时，阴极反应式为Age=Ag；气体变色是由于发生反应：2NOO2=2NO2。(2)结合工艺流程及Al(OH)3和Cu(OH)2的分解温度知固体混合物B含有CuO、Al(OH)3。若NaOH过量，则Al(OH)3会转化为NaAlO2。(3)该反应为氧化还原反应，依据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质并配平方程式。(4)生成CuAlO2的物质的量为50(mol)，至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25 mol，即至少需要1.0 molL1的Al2(SO4)3溶液25 L。(5)由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。答案(1)Age=Ag2NOO2=2NO2(2)CuO、Al(OH)3Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)424O2(4)5025(5)蒸发浓缩、冷却结晶4(14分)(2021江苏)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探究。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的试验流程如下： (1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为_。(2)加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为_。(3)滤渣2的成分是_(填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应：2MgSO4C2MgO2SO2CO2MgSO4CMgOSO2COMgSO43CMgOS3CO利用如图装置对煅烧产生的气体进行分步吸取或收集。D中收集的气体是_(填化学式)。B中盛放的溶液可以是_(填选项字母)。aNaOH溶液 bNa2CO3溶液c稀硝酸 dKMnO4溶液A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应，产物中元素的最高价态为4，写出该反应的离子方程式：_。解析(1)MgCO3与稀硫酸发生复分解反应。(2)加入H2O2将FeSO4氧化为Fe2(SO4)3。(3)加入NH3H2O调整pH4是为了沉淀Fe3，因此滤渣2的成分为Fe(OH)3。(4)煅烧产生的气体为SO2、CO2、CO，B为吸取SO2，C为吸取CO2(由于假如先吸取CO2，则SO2同时被吸取)，则D中收集的气体为CO。依据SO2具有还原性，吸取SO2可以选用KMnO4溶液。淡黄色固体为S，与NaOH发生氧化还原反应，生成Na2SO3，依据得失电子守恒可配平化学方程式。答案(1)MgCO32H=Mg2CO2H2O(2)2FeSO4H2O2H2SO4=Fe2(SO4)32H2O(3)Fe(OH)3(4)COd3S6OH2S2SO3H2O5(14分)(2021重庆)某争辩小组利用如图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。(1)MgCO3的分解产物为_。(2)装置C的作用是_，处理尾气的方法为_。(3)将争辩小组分为两组，按如图装置进行对比试验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末(纯洁物)。两组分别用产物进行以下试验。步骤操作甲组现象乙组现象1取黑色粉末加入稀盐酸溶解，无气泡溶解，有气泡2取步骤1中溶液，滴加K3Fe(CN)6溶液蓝色沉淀蓝色沉淀3取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液变红无现象4向步骤3溶液中滴加新制氯水红色褪去先变红，后褪色乙组得到的黑色粉末是_。甲组步骤1中反应的离子方程式为_。乙组步骤4中，溶液变红的缘由为_；溶液褪色可能的缘由及其验证方法为_。从试验平安考虑，如图装置还可实行的改进措施是_。解析(1)MgCO3的分解类似于CaCO3。(2)Zn粉与CO2反应制备CO时，CO2可能过量，C中氢氧化钠溶液可将过量的CO2除去。尾气中的CO会污染空气，可用点燃的方法除去。(3)依据表格中的信息可知，甲、乙两组试验所得黑色固体分别是Fe3O4、Fe。Fe3O4可视为FeOFe2O3。FeO、Fe2O3与盐酸反应的化学方程式分别为FeO2HCl=FeCl2H2O、Fe2O36HCl=2FeCl33H2O，叠加得Fe3O48HCl=FeCl22FeCl34H2O，改写成离子方程式为Fe3O48H=2Fe3Fe24H2O。乙组试验步骤3得到的溶液中含有Fe2而无Fe3，滴加新制氯水变红是由于Fe2被氧化为Fe3，溶液随后褪色，可能是由于Cl2将SCN氧化，欲验证此结论是否正确，可向溶液中重新滴加KSCN溶液，观看是否重新消灭红色。若消灭红色，则假设成立，否则不成立。B装置温度较高，若发生倒吸，则会造成玻璃管炸裂，因此可在装置B、C之间增加防倒吸装置。答案(1)MgO、CO2(2)除CO2点燃(3)FeFe3O48H=2Fe3Fe24H2OFe2被氧化为Fe3，遇SCN显红色假设SCN被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN溶液，若消灭红色，则假设成立(其他合理答案均可)在装置B、C之间添加装置E防倒吸(其他合理答案均可)6(16分)(2021福建)固体硝酸盐加热易分解且产物较简单。某学习小组以Mg(NO3)2为争辩对象，拟通过试验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想：甲：Mg(NO2)2、NO2、O2，乙：MgO、NO2、O2，丙：Mg3N2、O2，丁：MgO、NO2、N2(1)试验前，小组成员经过争辩认定猜想丁不成立，理由是_。查阅资料得知：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O针对甲、乙、丙猜想，设计如图所示的试验装置(图中加热、夹持仪器等均省略)：(2)试验过程仪器连接后，放入固体试剂之前，关闭k，微热硬质玻璃管(A)，观看到E中有气泡连续放出，表明_。称取Mg(NO3)2固体3.7 g置于A中，加热前通入N2以驱尽装置内的空气，其目的是_；关闭k，用酒精灯加热时，正确操作是先_，然后固定在管中固体部位下加热。观看到A中有红棕色气体消灭，C、D中未见明显变化。待样品完全分解，A装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.0 g。取少量剩余固体于试管中，加入适量水，未见明显现象。(3)试验结果分析争辩依据试验现象和剩余固体的质量经分析可初步确认猜想_是正确的。依据D中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O2，由于若有O2，D中将发生氧化还原反应：_(填写化学方程式)，溶液颜色会褪去；小组争辩认定分解产物中有O2存在，未检测到的缘由是_。小组争辩后达成的共识是上述试验设计仍不完善，需改进装置进一步争辩。解析(1)依据猜想丁，Mg(NO3)2MgONO2N2，只有N元素价态降低，没有元素价态上升，不符合氧化还原反应原理。(2)该步骤是检查装置的气密性，依据现象可知该装置气密性良好。装置中的空气中含有O2，甲、乙、丙猜想都有O2生成，若不用N2驱尽装置中的O2，将对分解产生的O2的检验产生干扰。用酒精灯加热时，为防止试管受热不均而裂开，首先应来回移动酒精灯加热硬质玻璃管，使其受热均匀后再集中加热。(3)依据试验过程的现象可知，产物中有NO2，排解丙。猜想乙的分解反应为：2Mg(NO3)22MgO4NO2O2，依据差值法，296 g Mg(NO3)2分解得到80 g MgO，则3.7 g Mg(NO3)2可得1.0 g MgO，与题设数据吻合，可见猜想乙成立。分解产生的NO2、O2可与B装置中的NaOH溶液发生反应4NO2O22H2O=4HNO3，所以无法用D装置中的Na2SO3溶液检测O2的存在。若有O2，Na2SO3被O2氧化为Na2SO4，导致D中溶液颜色消逝，反应方程式为2Na2SO3O2=2Na2SO4。答案(1)不符合氧化还原反应原理(或其他合理答案)(2)装置气密性良好避开对产物O2的检验产生干扰(或其他合理答案)移动酒精灯预热硬质玻璃管(3)乙2Na2SO3O2=2Na2SO4O2在通过装置B时已参与反应(或其他合理答案)7(16分)(2021江苏)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸取的高效铁制剂，可由绿矾(FeSO47H2O)通过下列反应制备：FeSO4Na2CO3=FeCO3Na2SO4FeCO3C6H8O7=FeC6H6O7CO2H2O下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开头沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)。金属离子开头沉淀的pH沉淀完全的pHFe31.13.2Al33.05.0Fe25.88.8(1)制备FeCO3时，选用的加料方式是_(填选项字母，)缘由是_。a将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中b将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中c将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是_。(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80 下搅拌反应。铁粉的作用是_。反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是_。(4)最终溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。分别过程中加入无水乙醇的目的是_。(5)某争辩性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)动身，先制备绿矾，再合成柠檬酸亚铁。请结合右图的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO47H2O晶体的试验步骤(可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液)：向肯定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，_，得到FeSO4溶液，_，得到FeSO47H2O晶体。解析(1)碳酸钠溶液水解显碱性，Fe2在碱性环境中会生成氢氧化亚铁沉淀，故应在硫酸亚铁中加入碳酸钠溶液。(2)检验FeCO3沉淀是否洗涤洁净，即检验洗涤液中是否含有SO，可以用酸化的氯化钡溶液检验，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤洁净。(3)Fe2具有还原性，易被空气中的氧气氧化，加入铁粉可以防止其被氧化。铁可与酸(柠檬酸)反应，故可用柠檬酸直接处理多余的铁粉，使之生成柠檬酸亚铁。(4)加入乙醇可以抑制柠檬酸亚铁在水中的溶解，提高柠檬酸亚铁的产率。(5)硫铁矿烧渣与稀硫酸反应，生成硫酸铁和硫酸铝，二氧化硅不溶于稀硫酸，故接下来的操作是“过滤”，滤液中含有铁离子和铝离子，向滤液中加入足量的强碱，铁离子以沉淀的形式析出，铝元素以偏铝酸根离子的形式存在于溶液中，再过滤，滤渣为氢氧化铁，加硫酸得到硫酸铁，然后再加铁粉生成硫酸亚铁；最终加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、低温干燥，即得硫酸亚铁晶体(绿矾)。答案(1)c避开生成Fe(OH)2沉淀(2)取最终一次的洗涤滤液12 mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤洁净(3)防止2价的铁元素被氧化加入适量柠檬酸让铁粉反应完全(4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出(5)过滤，向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调整反应液的pH约为5，过滤(或过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤)(滴加稀硫酸酸化)，加热浓缩得到60 饱和溶液，冷却至0 结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥