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1、新編高考化學(xué)備考資料
(四)工藝流程與無機知識綜合應(yīng)用
1.廢鉛蓄電池的一種回收利用工藝流程如下圖所示:
部分難溶電解質(zhì)的性質(zhì)如下表:
物質(zhì)
Ksp(25℃)
顏色
PbSO4
1.8×10-8
白色
PbCO3
1.5×10-13
白色
PbCrO4
1.8×10-14
黃色
BaCrO4
1.2×10-10
黃色
Pb(OH)2
1.4×10-20
白色
回答下列問題:
(1)鉛蓄電池在生產(chǎn)、生活中使用廣泛,鉛蓄電池的缺點有__________(寫一條)。
(2)燃燒廢塑料外殼可以發(fā)電,其一系列能量轉(zhuǎn)換過程:
化學(xué)能→________→
2、________→電能。
(3)將流程圖中的廢硫酸和濾液按一定比例混合,再將所得的混合液經(jīng)________、________等操作,可以析出十水硫酸鈉晶體。
(4)利用鉛泥中的PbSO4溶于CH3COONa溶液生成弱電解質(zhì)(CH3COO)2Pb,(CH3COO)2Pb溶液與KClO在強堿性條件下反應(yīng)制取PbO2,寫出后一步生成PbO2的離子方程式__________________。
(5)25℃時,Na2CO3溶液浸出時發(fā)生的反應(yīng)為:CO(aq)+PbSO4(s)PbCO3(s)+SO(aq),計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。以濾渣PbCO3和焦炭為原料可制備金屬鉛,用化學(xué)方
3、程式表示制備過程______________、______________。
(6)已知Pb(OH)2是既能溶于稀硝酸,又能溶于KOH溶液的兩性氫氧化物。設(shè)計實驗區(qū)別PbCrO4和BaCrO4:________。
解析:本題考查了廢鉛蓄電池的回收工藝流程。(4)書寫離子方程式時,要注意(CH3COO)2Pb為弱電解質(zhì),不能拆寫成離子形式,再由(CH3COO)2Pb轉(zhuǎn)化為PbO2可知發(fā)生了氧化還原反應(yīng),KClO中Cl元素化合價應(yīng)降低,堿性條件下得到Cl-,即:(CH3COO)2Pb+ClO-+2OH-===PbO2↓+Cl-+H2O+2CH3COO-。(5)K=====1.2×105。PbC
4、O3受熱分解得到PbO和CO2,PbO被焦炭還原成Pb。(6)PbCrO4與適量KOH溶液反應(yīng)生成更難溶的Pb(OH)2,Pb(OH)2能溶于KOH溶液,故PbCrO4能溶于過量的KOH溶液,而BaCrO4不與KOH溶液反應(yīng)[Ba(OH)2可溶],故可以用過量KOH溶液鑒別,溶解的為PbCrO4,不能溶解的為BaCrO4。
答案:(1)比能量低(或笨重、廢棄電池污染環(huán)境等)
(2)熱能 機械能 (3)蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶
(4)(CH3COO)2Pb+ClO-+2OH-===PbO2↓+Cl-+2CH3COO-+H2O
(5)1.2×105 PbCO3PbO+CO2↑ 2PbO+C2Pb
5、+CO2↑
(6)取少量待測物于兩支試管中,分別與過量KOH溶液反應(yīng),能溶解的是PbCrO4,不能溶解的是BaCrO4
2.高錳酸鉀是常用的消毒劑、除臭劑、水質(zhì)凈化劑以及強氧化劑。下圖是在實驗室中制備KMnO4晶體的流程:
回答下列問題:
(1)操作②的目的是獲得K2MnO4,同時還產(chǎn)生了KCl和H2O,試寫出該步反應(yīng)的化學(xué)方程式:__________________,操作①和②均需在坩堝中進行,根據(jù)實驗實際應(yīng)選擇________(填序號)。
a.瓷坩堝 b.氧化鋁坩堝
c.鐵坩堝 d.石英坩堝
(2)操作④是使K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4和MnO2,該轉(zhuǎn)
6、化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________。
若溶液堿性過強,則MnO又會轉(zhuǎn)化為MnO,該轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為
______________________,因此需要通入某種氣體調(diào)pH=10~11,在實際操作中一般選擇CO2而不是HCl,原因是____________________。
(3)操作⑤過濾時,選擇圖2所示裝置而不用圖1所示裝置的原因是____________________。
(4)還可采用電解K2MnO4溶液(綠色)的方法制造KMnO4(電解裝置如圖所示),電解過程中右側(cè)石墨電
極的電極反應(yīng)式為_________
7、_____________________,溶液逐漸由綠色變?yōu)樽仙?。但若電解時間過長,溶液顏色又會轉(zhuǎn)變成綠色,可能的原因是______________________。
解析:本題考查氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、化學(xué)實驗、電化學(xué)等知識。(1)由題意知,錳元素化合價升高,氯元素化合價降低,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒可寫出并配平化學(xué)方程式。瓷坩堝和石英坩堝中均含有SiO2,在加熱條件下SiO2能與KOH反應(yīng),Al2O3在加熱熔融時也可與KOH反應(yīng),故只能選用鐵坩堝。(2)K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)生成KMnO4和MnO2,根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒可寫出離子方程式。在堿性條件下,MnO轉(zhuǎn)化為MnO,錳
8、元素化合價降低,則必有元素化合價升高,推測反應(yīng)生成了O2。(3)抽濾可加快過濾速度。(4)右側(cè)石墨連接電源正極,作陽極,發(fā)生氧化反應(yīng):MnO-e-===MnO。要注意題目中的信息:高錳酸鉀溶液在強堿性條件下會轉(zhuǎn)變成錳酸鉀溶液,溶液顏色發(fā)生變化。
答案:(1) KClO3+3MnO2+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O↑ c
(2)3MnO+2H2O===2MnO+MnO2↓+4OH- 4MnO+4OH-===4MnO+O2↑+2H2O
Cl-具有還原性,可將K2MnO4和KMnO4還原
(3)過濾速度快、效果好
(4) MnO-e-===MnO 電解較長時間后,陽極產(chǎn)生的MnO
9、在陰極被還原,溶液顏色由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色(或陰極上氫離子放電生成氫氣,同時產(chǎn)生大量的氫氧根離子,溶液堿性增強,MnO轉(zhuǎn)化為MnO,溶液顏色由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色)
3.(2016·全國卷Ⅰ)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如下:
回答下列問題:
(1)NaClO2中Cl的化合價為______________。
(2)寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式__________________。
(3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時,為除去Mg2+和Ca2+,要加入的試劑分別為________、________。“電解”中陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)
10、物是________。
(4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是________。
(5)“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為________。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))
解析:本題考查無機化工流程,涉及氯及其化合物的相關(guān)知識,包括計算元素化合價、書寫陌生氧化還原反應(yīng)方程式、流程分析、電解產(chǎn)物的判斷、氧化劑與還原劑的判斷及量的分析、有效氯含量的計算。(1)根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和等于0,計算
11、出NaClO2中氯元素化合價為+3。(2)從流程圖看出,反應(yīng)物是氯酸鈉、二氧化硫、硫酸,產(chǎn)物為硫酸氫鈉、二氧化氯,根據(jù)得失電子守恒,原子守恒配平化學(xué)方程式:2NaClO3+SO2+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4。(3)粗鹽提純中加入氫氧化鈉溶液沉淀鎂離子,加入碳酸鈉溶液沉淀鈣離子。電解過程中ClO2在陰極放電得到ClO,故陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物為NaClO2。(4)依題意,用含氫氧化鈉的雙氧水吸收尾氣中的二氧化氯,發(fā)生反應(yīng):2ClO2+H2O2+2OH-===2ClO+O2+2H2O,ClO2作氧化劑,H2O2作還原劑,故氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1,氧化產(chǎn)物為O2。(5)氯氣
12、、亞氯酸鈉的氧化能力就是得電子能力,得電子數(shù)相等時,氧化能力相當。氯氣、亞氯酸鈉的最終還原產(chǎn)物為氯離子。根據(jù):NaClO2Cl-,Cl22Cl-,得電子數(shù)相等時,存在:NaClO2~2Cl2,故亞氯酸鈉的有效氯含量為≈1.57。
答案:(1)+3
(2)2NaClO3+SO2+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4
(3)NaOH溶液 Na2CO3溶液 ClO(或NaClO2)
(4)2∶1 O2 (5)1.57
4.(2015·課標全國卷Ⅰ)二氧化氯(ClO2,黃綠色易溶于水的氣體)是高效、低毒的消毒劑?;卮鹣铝袉栴}:
(1)工業(yè)上可用KClO3與Na2SO3在H2SO4存在
13、下制得ClO2,該反應(yīng)氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為________。
(2)實驗室用NH4Cl、鹽酸、NaClO2(亞氯酸鈉)為原料,通過以下過程制備ClO2:
①電解時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________。
②溶液X中大量存在的陰離子有_________________________________。
③除去ClO2中的NH3可選用的試劑是________(填標號)。
a.水 b.堿石灰
c.濃硫酸 d.飽和食鹽水
(3)用如圖裝置可以測定混合氣中ClO2的含量:
Ⅰ.在錐形瓶中加入足量的碘
14、化鉀,用50 mL水溶解后,再加入3 mL稀硫酸;
Ⅱ.在玻璃液封裝置中加入水,使液面沒過玻璃液封管的管口;
Ⅲ.將一定量的混合氣體通入錐形瓶中吸收;
Ⅳ.將玻璃液封裝置中的水倒入錐形瓶中;
Ⅴ.用0.100 0 mol·L-1硫代硫酸鈉標準溶液滴定錐形瓶中的溶液(I2+2S2O===2I-+S4O),指示劑顯示終點時共用去20.00 mL硫代硫酸鈉溶液。在此過程中:
①錐形瓶內(nèi)ClO2與碘化鉀反應(yīng)的離子方程式為______________。
②玻璃液封裝置的作用是________________。
③Ⅴ中加入的指示劑通常為________,滴定至終點的現(xiàn)象是________。
15、
④測得混合氣中ClO2的質(zhì)量為________g。
(4)用ClO2處理過的飲用水會含有一定量的亞氯酸鹽。若要除去超標的亞氯酸鹽,下列物質(zhì)最適宜的是________(填標號)。
a.明礬 b.碘化鉀
c.鹽酸 d.硫酸亞鐵
解析:本題考查ClO2的制備以及含量測定實驗,意在考查考生綜合分析實驗的能力。(1)氧化劑
為KClO3,還原劑為Na2SO3,KClO3~ClO2~e-,Na2SO3~Na2SO4~2e-,根據(jù)得失電子守恒可知,氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為2∶1。(2)①酸性條件下不能生成NH3,根據(jù)產(chǎn)物NCl3和H2,寫出電解方程式:NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl
16、3;②根據(jù)原子個數(shù)守恒可知,X中有NaCl,又因有NH3生成,則溶液中的陰離子有Cl-和OH-;③由于ClO2易溶于水,所以a和d錯誤:NH3能夠被濃硫酸吸收,應(yīng)選c。(3)①ClO2在酸性條件下與I-反應(yīng),生成I2和Cl-,離子方程式為2ClO2+10I-+8H+===5I2+2Cl-+4H2O;②ClO2易溶于水,故用于液封的水可以吸收多余的ClO2氣體;③用淀粉溶液檢驗碘單質(zhì),滴定終點時,碘單質(zhì)完全反應(yīng),則終點現(xiàn)象是溶液由藍色變?yōu)闊o色,且半分鐘內(nèi)不再改變;④根據(jù)關(guān)系式:2ClO2~5I2~10S2O,n(ClO2)=1/5n(S2O)=1/5×0.100 0×0.02=0.000 40(mol),m(ClO2)=0.000 40 mol×67.5 g/mol=0.027 00 g。(4)需加入一種還原劑,將亞氯酸鹽還原為Cl-,所以Fe2+合適,d項正確。
答案:(1)2∶1 (2)①NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3?、贑l-、OH- ③c (3)①2ClO2+10I-+8H+===5I2+4H2O+2Cl-
②吸收殘余的二氧化氯氣體(避免碘的逸出)?、鄣矸廴芤骸∪芤河伤{色變?yōu)闊o色,且半分鐘內(nèi)溶液顏色不再改變
④0.027 00 (4)d