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[题型专练]
1．氯化铁是常见的水处理剂，无水FeCl3的熔点为555 K，沸点为588 K。工业上制备无水FeCl3的一种工艺流程如下：
(1)氯化铁能用作水处理剂的缘由是___________________________________
(用必要的文字和化学方程式说明)。
(2)吸取塔中吸取剂X是________________________，有关反应的离子方程式是________________________。
(3)温度超过673 K时，捕集器中捕集到的物质的相对分子质量为325，该物质的分子式为________________。
(4)从副产物FeCl3溶液中获得FeCl3·6H2O的方法是_____________________。
(5)用FeCl3溶液(32%～35%)腐蚀印刷线路板的废液中含FeCl3、FeCl2和CuCl2。用化学方法回收废液中铜的方法是__________________________(用反应式表示并简述操作要点)。
解析 (1)FeCl3是强酸弱碱盐，能水解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体可吸附并沉降水中悬浮的杂质，用作净水剂。(2)铁屑与氯气在反应炉中发生放热反应，反应炉中的温度很高，所以尾气中含有Cl2和FeCl3，用吸取剂FeCl2溶液可吸取此尾气得到FeCl3溶液。(3)FeCl3的相对分子质量为162.5，所以捕集器中相对分子质量为325的物质为Fe2Cl6。(4)FeCl3水解生成的HCl易挥发，直接在空气中加热FeCl3溶液不能得到FeCl3·6H2O，为了抑制FeCl3水解，可在HCl气氛中加热浓缩FeCl3溶液，然后冷却结晶。
答案 (1)FeCl3＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3HCl，Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质
(2)FeCl2溶液 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ (3)Fe2Cl6
(4)在HCl气氛中加热浓缩FeCl3溶液，然后冷却结晶
(5)加过量铁粉，发生反应CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu，过滤，分别得到的固体再与盐酸反应以溶解残留的铁，过滤得到铜(或过滤、洗涤、干燥后，用磁铁吸去铁可得到铜)
2．(2022·江苏化学，16)烟气脱硫能有效削减二氧化硫的排放。试验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于烟气脱硫争辩。
(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调整溶液的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， 其缘由是______________(用离子方程式表示)。
(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸取的SO2量，其主要缘由是__________________；与吸取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”)。
解析 (1)酸浸时粉煤灰中Al2O3与H2SO4反应生成可溶性Al2(SO4)3，SiO2不与H2SO4反应，过滤，滤渣Ⅰ是SiO2。(2)加CaCO3调整pH，CaCO3与H＋反应生成Ca2＋，Ca2＋遇SO生成CaSO4沉淀(滤渣Ⅱ)。若溶液pH偏高，即碱性偏强，则部分Al3＋生成沉淀Al(OH)3而导致溶液中铝元素的含量降低。其反应可以理解为：反应物有Al2(SO4)3、CaCO3，CaCO3在SO溶液中发生沉淀转化：CaCO3＋SOCaSO4＋CO，生成的CO与Al3＋发生水解相互促进反应生成Al(OH)3和CO2，则生成物有Al(OH)3、CaSO4、CO2，配平即可。(3)溶液中的SO具有较强的还原性，易被氧化生成SO从而导致完全分解放出的SO2量小于吸取的SO2量。碱式硫酸铝溶液吸取SO2，可以理解为2OH－＋SO2===SO＋H2O，相当于碱式硫酸铝转化为Al2(SO4)3和Al2(SO3)3，加热又促进了Al2(SO3)3的水解(SO与Al3＋水解相互促进)放出SO2，进而又转化为碱式硫酸铝，但在加热的过程中由于部分SO被氧化成SO留在溶液，代替了碱式硫酸铝中OH－，所以使碱式硫酸铝中x不断增大，则c(OH－)减小，pH减小。
答案 (1)Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O SiO2
(2)CaSO4 3CaCO3＋2Al3＋＋3SO＋3H2O===2Al(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑
(3)溶液中的部分SO被氧化成SO 减小
3．浅绿色的硫酸亚铁铵晶体[又名莫尔盐(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]比绿矾(FeSO4·7H2O)更稳定，常用于定量分析。莫尔盐的一种试验室制法如下：
(1)向废铁屑中加入稀硫酸后，并不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤，其目的是______________________________；证明溶液A中不含Fe3＋的最佳试剂是________(填字母序号)。
a．酚酞溶液 b．KSCN溶液
c．烧碱溶液 d．KMnO4溶液
操作Ⅰ的步骤是：加热蒸发、________、过滤。
(2)浓度均为0.1 mol·L－1莫尔盐溶液和(NH4)2SO4溶液，c(NH)前者大于后者，缘由是_____________________________________________________。
(3)用托盘天平称量(NH4)2SO4晶体，晶体要放在天平________(填“左”或“右”)盘。
(4)从下列装置中选取必要的装置制取(NH4)2SO4溶液，连接的挨次(用接口序号字母表示)：a接________；________接________。
(5)将装置C中两种液体分别开的操作名称是________。装置D的作用是________________________________。
答案 (1)防止Fe2＋被氧化为Fe3＋ b 冷却结晶
(2)莫尔盐中的Fe2＋易水解，使溶液显酸性，抑制NH水解，故c(NH)前者大于后者 (3)左 (4)d e f
(5)分液 吸取多余的NH3防止污染空气，防止倒吸
4．软锰矿是制备二氧化锰的原料，软锰矿中含有二氧化硅、氧化铜、氧化铁、氧化铝、氧化锌等杂质。工业上以软锰矿为原料制备高纯二氧化锰的工艺流程图如下：
(1)酸性条件下，FeSO4将MnO2还原为MnSO4，那么加入的酸M为________，该反应的离子方程式为______________________________。
(2)制备二氧化锰工艺流程中涉及的阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时溶液的pH如下表：
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Mn(OH)2
pH
5.2
3.2
9.7
6.7
10.4
由流程图信息和表格中数据可知滤渣b的主要成分是________(填化学式)。调整溶液pH＝5.4需加入试剂N，N可以是________。
a．CO2 b．稀硫酸
c．NH3 d．氨水
(3)部分硫化物的溶度积常数(Ksp)如下表：
硫化物
CuS
ZnS
MnS
FeS
Ksp
6.3×10－36
2.9×10－25
2.5×10－13
6.3×10－18
由表格中的数据推知流程图中向滤液B中加入MnS的作用是_____________ ________________________________________________________________。
解析 (1)硝酸具有氧化性，会氧化Fe2＋，盐酸会引入Cl－杂质，故应加入稀硫酸。(2)由表格中的数据可知pH＝5.4时，Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；由于开头时向软锰矿中加入了过量的硫酸，所以滤液A酸性很强，需要加碱性物质，使溶液pH＝5.4。(3)表格中MnS的溶度积最大，将MnS加入到含有Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋的溶液中，能够使溶度积更小的物质沉淀。
答案 (1)稀硫酸 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
(2)Fe(OH)3、Al(OH)3 cd
(3)使溶液中的Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋转化为沉淀
5．(2022·广东理综，32)石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3 (3.1%)和MgO(0.5%)等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：
(注：SiCl4的沸点为57.6 ℃，金属氯化物的沸点均高于150 ℃)
(1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是______________。
(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体Ⅰ中的碳氧化物主要为____________________，由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为________________________。
(3)步骤①为：搅拌、___________，所得溶液Ⅳ中的阴离子有__________。
(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为_____________________，100 kg初级石墨最多可获得Ⅴ的质量为________kg。
(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。
解析 (1)向反应器中通入Cl2前，通一段时间N2的主要目的是排净反应器中的空气，作为爱护气，防止石墨在高温下被氧化。(2)初级石墨中的氧化物杂质主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO，经高温反应后，均转变为相应的氯化物，则氧元素与碳(过量)在高温下结合为CO，故气体Ⅰ中的碳氧化物主要为CO，80 ℃冷凝气体Ⅰ，由于SiCl4的沸点为57.6 ℃，金属氯化物的沸点均高于150 ℃，故气体Ⅱ为SiCl4。SiCl4与NaOH溶液反应得到Na2SiO3、NaCl和H2O，其化学方程方式为SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)由(2)知，固体Ⅲ为AlCl3、FeCl3、MgCl2，加入过量NaOH溶液，Al3＋转变为AlO，而Fe3＋、Mg2＋转化为Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，故步骤①为：搅拌、过滤，所得溶液Ⅳ中的阴离子有AlO、OH－、Cl－。(4)溶液Ⅳ中加入乙酸乙酯，消耗了OH－，促进AlO的水解，最终转化为Al(OH)3沉淀，反应的离子方程式为CH3COOCH2CH3＋AlO＋2H2OAl(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH，100 kg石墨中含Al2O3为5.1 kg，依据原子守恒Al(OH)3的质量为×2×78 g·mol－1＝7 800 g＝7.8 kg。(5)用石墨爱护铜，应使用外加电流的阴极爱护法，铜作阴极，石墨作阳极，如图。
答案 (1)排出装置中的氧气，防止初级石墨被氧化
(2)Co SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O
(3)过滤 OH－、AlO和Cl－
(4)CH3COOCH2CH3＋AlO＋2H2OAl(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH 7.8
(5)
6．我国有丰富的锆英石资源，其主要成分是ZrSiO4，还含有Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质，生产锆的流程之一如下：
已知：锆(Zr)合金是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆(ZrO2)可以制造耐高温纳米陶瓷。
(1)上述流程中高温气化的反应是氧化还原反应(碳转化成CO)，其中氧化剂是________，转移1.204×1024个电子时，生成SiCl4________g。
(2)写出ZrCl4与水反应的化学方程式：______________________，写出ZrOCl2·8H2O在900℃条件下分解的化学方程式：______________________。
(3)下列关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是________。
A．1 nm＝10－10 m
B．锆合金的硬度比纯锆要高
C．二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料
(4)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。在熔融电解质中，O2－向________(填“正”或“负”)极移动。电池的负极反应式为_______________________________________________________________。
解析 (1)结合高温气化过程的反应物为Cl2、C和ZrSiO4，产物为CO、ZrCl4、SiCl4，可写出该反应的化学方程式为4C＋4Cl2＋ZrSiO4ZrCl4＋SiCl4＋4CO，即得氧化剂是Cl2；每生成1 mol SiCl4，转移4×2 mol电子，故转移1.204×1024个(2 mol)电子时，生成SiCl4 0.25 mol，即其质量为42.5 g。(2)结合流程图知，ZrCl4与水发生反应得到ZrOCl2·8H2O,900℃高温条件下ZrOCl2·8H2O分解得到ZrO2。(3)1 nm＝10－9 m，A项错误。(4)O2在正极得电子形成的O2－(阴离子)移向负极，C4H10在负极失电子后与O2－结合。
答案 (1)Cl2 42.5
(2)ZrCl4＋9H2O===ZrOCl2·8H2O＋2HCl
ZrOCl2·8H2OZrO2＋2HCl↑＋7H2O↑
(3)A
(4)负 C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O,
[对点回扣]
1．流程示意图的分析思路
2．无机化工流程题的审题角度
化工生产流程题中经常会消灭一些表述性词语，这些表述性词语就是隐性信息，它可以示意我们审题所应考虑的角度。常见的有：
(1)“把握较低温度”——常考虑物质的挥发，物质的不稳定性和物质的转化等。
(2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。
(3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。
(5)“推断沉淀是否洗净”——常取少量最终一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。
(6)“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。
(7)“把握pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
(8)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、削减损耗和提高利用率等。
3．无机化工流程题常见设问方向
(1)反应速率与平衡理论的运用；
(2)氧化还原反应的推断、化学方程式或离子方程式的书写；
(3)利用把握pH分别除杂；
(4)化学反应的能量变化；
(5)试验基本操作：除杂、分别、检验、洗涤、干燥等；
(6)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；
(7)环境爱护与绿色化学评价。
4．无机化工流程题的解题步骤
(1)认真阅读题干，了解生产目的及有用信息。
(2)整体分析工艺流程，把握生产过程分为哪几个阶段。
(3)分析每一个阶段的生产原理、物质变化、条件把握及其试验操作。
(4)了解生产过程中的有关物质的回收和原料的循环利用，以及对“绿色化学”思想的运用和所实行的环保措施。
(5)认真分析题中设问，规范作答。
[纠错]
易错点一
易错点二
[总结]
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