当前位置: 首页 > >

【步步高】(广东专用)2014版高考化学 考前三个月高考冲刺练 第2题 化工流程题(含答案解析)

发布时间:

第 2 题 化工流程题
1. 锂被誉为“金属味精”,以 LiCoO2 为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。 工业上常以 β ?锂辉矿(主要成分为 LiAlSi2O6,还含有 FeO、MgO、CaO 等杂质)为原料来 制取金属锂。其中一种工艺流程如下:

已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的 pH: 氢氧化物 开始沉淀 pH 完全沉淀 pH Fe(OH)3 2.7 3.7 Al(OH)3 3.7 4.7 Mg(OH)2 9.6 11

②Li2CO3 在不同温度下的溶解度如下表: 温度/℃ Li2CO3 的 溶解度/g ③LiOH 微溶于水。 请回答下列问题: (1)用氧化物形式表示 LiAlSi2O6 的组成:______________。 (2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是______________________________________________。 (3)写出反应Ⅲ中生成沉淀 A 的离子方程式___________________________________。 (4)洗涤所得 Li2CO3 沉淀要使用__________(选填“热水”或“冷水”), 你选择的理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)将氯化锂溶液蒸干的过程中还不断通入 HCl,其作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (6)电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是 ________________________________________________________________________。 答案 (1)Li2O·Al2O3·4SiO2 (2)消耗反应Ⅰ中过量的 H2SO4;控制 pH,使 Fe 、Al 完全沉淀 (3)Mg +2OH ===Mg(OH)2↓、Ca +CO3 ===CaCO3↓ (4)热水 Li2CO3 在较高温度下溶解度小,用热水洗涤可减少 Li2CO3 的损耗
2+ - 2+ 2- 3+ 3+

20

50

75

100

1.329

1.181

0.866

0.728

(5)抑制 LiCl 的水解,防止生成 LiOH,同时 HCl 可带走水蒸气

1

(6)加热蒸干 LiCl 溶液时,LiCl 有少量水解生成 LiOH,受热分解生成 Li2O,电解时 O 放电产生 O2(其他合理答案均可) 2. (2013·新课标全国卷Ⅰ,27)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离 子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负 极发生的反应为 6C+xLi +xe ===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些 金属资源(部分条件未给出):
+ - 2-

回答下列问题: (1)LiCoO2 中,Co 元素的化合价为__________。 (2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式________________________________。 (3)“酸浸”一般在 80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ____________________;可用盐酸代替 H2SO4 和 H2O2 的混合液,但缺点是 ________________________________________________________________________。 (4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式________________________________。 (5)充放电过程中,发生 LiCoO2 与 Li1-xCoO2 之间的转化,写出放电时电池反应方程式 ________________________。 (6)上述工艺中, “放电处理”有利于锂在正极的回收, 其原因是___________________。 在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有________________(填化学式)。 答案 (1)+3 (2)2Al+2OH +2H2O===2AlO2 +3H2↑ △ △ (3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=====Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O2=====2H2O+O2↑ 气生成,污染较大 (4)CoSO4+2NH4HCO3===CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ (5)Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+6C (6)Li 从负极中脱出, 经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、 CoCO3、 Li2SO4 解析 (1)依据化合价代数和等于零可计算 Co 的化合价为+3 价。 (2)由正极“碱浸”后的物质变化流程可知,滤液中获取 Al(OH)3,滤渣再经一系列变化 得 Li2SO4、CoSO4,可推知正极“碱浸”时只有铝被 NaOH 溶解。 (3)“碱浸”后所得滤渣 LiCoO2 中 Co 的化合价为+3 价,而“酸浸”后生成 CoSO4 中 Co
2
+ - -

有氯

的化合价为+2 价,显然 H2O2 是还原剂,氧化产物只能是 O2;又 H2O2 具有不稳定性,受 热易分解,也属于氧化还原反应。 (4)“沉钴”这一步,反应物为 CoSO4、NH4HCO3,生成物中有 CoCO3,必然产生大量 H ,而 HCO3 与 H 又不能大量共存,继续反应产生 CO2。此题容易忽视 HCO3 与 H 的继续 反应,澄清了这些问题,再利用质量守恒定律,就能顺利写出化学方程式。 (5)依据充电时正极的物质变化,可写出放电时的电极反应: Li1-xCoO2+xe +xLi ===LiCoO2 依据负极充电的电极反应,写出放电时电极反应: LixC6-xe ===6C+xLi ,以上两个电极反应相加,即得总方程式。 (6)“放电处理”的一个重要目的是回收锂,Li 要沉积在正极。解答这一问题的关键是 Li 怎样沉积在正极上。放电时,离子运动的方向是“正向正,负向负”。 从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物:Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。 3. 软锰矿的主要成分是二氧化锰,用软锰矿浆吸收工业废气中的二氧化硫,可以制备高纯 度的硫酸锰晶体,其流程如下所示:
+ + - + - + + - + - +

已知:浸出液中的金属阳离子主要是 Mn ,还含有少量的 Fe 、Al 等,且 pH<2。几种 离子开始沉淀和完全沉淀时的 pH 如表所示: 离子 Fe Fe Al Mn
2+

2+

2+

3+

开始沉淀时的 pH 7.6 2.7 3.8 8.3

完全沉淀时的 pH 9.7 3.7 4.7 9.8

3+

3+

2+

根据上述流程,回答下列问题: (1)写出二氧化锰与二氧化硫反应的化学方程式:______________________________。 (2)浸出液的 pH<2,从上述流程看,可能的原因为_____________________________ (用化学用语和必要的文字说明)。 (3)用离子方程式表示加入二氧化锰的作用:__________________________________。 从表中数据来看,能不能取消“加入二氧化锰”的步骤?原因是 ________________________________________________________________________。 下列试剂能替代二氧化锰的是__________(填序号)。 A.双氧水 C.高锰酸钾溶液 B.氯水 D.次氯酸钠

(4)有同学认为可以用碳酸锰(MnCO3)或氢氧化锰[Mn(OH)2]替代石灰乳,你是否同意此观
3

点?简述理由: ________________________________________________________________________。 (5)从含硫酸锰的滤液中提取硫酸锰晶体的操作是______。 利用滤渣能提取高纯度的铁红,简述其操作过程:____________________________。 答案 (1)SO2+MnO2===MnSO4 (2)二氧化硫溶于水生成 H2SO3,H2SO3 部分电离:SO2+H2O??H2SO3??H +HSO3 (3)MnO2+2Fe +4H ===Mn +2Fe +2H2O 不能,pH=9.7 时 Fe 才完全沉淀,而 pH=8.3 时 Mn 已经开始沉淀
3+ 3+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 3+ + -

A
+ 3+

(4) 同意, Fe 、 Al 的水解程度比 Mn 的大, Fe + 3H2O??Fe(OH)3 + 3H , Al + 3H2O??Al(OH)3+3H ,加入的碳酸锰或氢氧化锰能与 H 反应,促进铁离子、铝离子水 解,进而转化为沉淀,通过过滤除去杂质 (5)蒸发浓缩、降温结晶、过滤 将滤渣溶于足量氢氧化钠溶液中,过滤、洗涤、烘干、 灼烧 解析 (1)从最终产物为硫酸锰晶体来看,二氧化硫与二氧化锰反应生成硫酸锰。(2)二 氧化硫溶于水生成亚硫酸,亚硫酸属于中强酸,部分电离。(3)从表中数据看,二价铁离 子完全沉淀时,锰离子已部分沉淀,必须用氧化剂将二价铁离子氧化成三价铁离子。选 择使用的氧化剂不能引入新杂质。 (4)利用盐类水解, 促进三价铁离子和铝离子完全水解。 (5)滤渣的主要成分是氢氧化铁、氢氧化铝,用足量氢氧化钠溶液溶解氢氧化铝,过滤后 得到氢氧化铁,灼烧后得到铁红(氧化铁)。 4. 从铝土矿(主要成分是 Al2O3,含 SiO2、Fe2O3、MgO 等杂质)中提取氧化铝的两种流程 如下:
+ +

请回答下列问题: (1)给滤液 E 中通入过量的 NH3, 其反应的离子方程式是____________________________。 (2)流程Ⅱ中加入烧碱溶液后,生成 SiO3 的离子方程式是________________________。 (3)验证滤液 A 中含 Fe ,可取少量滤液并加入__________________(填写试剂名称)。 (4)滤液 C 中溶质的主要成分是________________(填化学式),写出该溶质的一种用途 ________________________________________________________________________。 (5)滤液 F 中离子电荷守恒的关系式为___________________________________。 (6)滤液 C 和滤液 F 共同的溶质为 G,用惰性电极电解 500 mL 0.1 mol·L 的 G 溶液,
4
-1 3+ 2-

若阳极得到 56 mL 气体(标准状况),则所得溶液在常温下的 pH 为______________(忽略 电解前后溶液体积的变化)。 (7)已知 25 ℃时 Mg(OH)2 的溶度积常数 Ksp=1.8×10
-11

。取适量的滤液 A,加入一定量的

烧碱溶液至达到沉淀溶解*衡,测得该溶液的 pH=13.00,则 25 ℃时残留在溶液中的

c(Mg2+)=________ mol·L-1。
答案 (1)H +NH3·H2O===NH4 +H2O、Al +3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 (2)SiO2+2OH ===SiO3 +H2O (3)硫氰化钾(或硫氰酸钾、苯酚等) (4)NaHCO3、NaCl 制纯碱(或作发酵粉、食用盐等) (5)c(NH4 )+c(Na )+c(H )=c(Cl )+c(OH ) (6)12 (7)1.8×10
-9 + + + - - - 2- + + 3+ +

解析 (1)滤液 E 为 NaCl、AlCl3 和 HCl 的混合溶液,通入过量 NH3,离子反应有:H + NH3·H2O===NH4 +H2O、Al +3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4 。 (2)生成 SiO3 的离子反应为 SiO2+2OH ===SiO3 +H2O。 (3)滤液 A 为 FeCl3、MgCl2、AlCl3 和 HCl 的混合溶液,可以利用 KSCN 溶液或苯酚溶液检 验 Fe 的存在。 (5)滤液 F 为 NaCl、 NH4Cl 和 NH3·H2O 的混合溶液, 其中电荷守恒关系式为 c(Na )+c(NH4 ) +c(H )=c(Cl )+c(OH )。 电解 (6)G 为 NaCl,根据 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑,阳极得到标准状况下的 56 mL 0.056 L 0.005 mol - - Cl2 时,电解质溶液中 n(OH )= = -1×2=0.005 mol,c(OH )= 22.4 L·mol 0.5 L 0.01 mol·L ,常温下溶液的 pH=12。 (7)pH=13,则 c(OH )=0.1 mol·L ,c(Mg )=
- -1 2+ -1 + - - + + 3+ 2- - 2- + 3+ +



Ksp[Mg? OH? c2? OH-?

2

] -9 -1 =1.8×10 mol·L 。

5. 镍电池广泛应用于混合动力汽车系统,电极材料由 Ni(OH)2、碳粉和氧化铁等涂在铝箔 上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害,某兴趣小组对该电池电极材料进行回 收研究,设计实验流程如下:

已知:a.NiCl2 易溶于水,Fe 不能氧化 Ni 。 b.某温度下一些金属氢氧化物的 Ksp 及开始沉淀和完全沉淀时的理论 pH 如表所示: M(OH)n pH

3+

2+

Ksp

5

开始沉淀 Al(OH)3 Fe(OH)3 Ni(OH)2 回答下列问题: 1.9×10 3.9×10 1.6×10
-23

沉淀完全 4.19 2.94 9.75

3.43 2.53 7.60

-28

-14

(1)根据表中数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ________和沉淀Ⅲ________(填化学式), 则 pH1_______pH2(填“>”、 “=”或“<”), 控制两种沉淀析出可利用________(填序号)。 A.pH 试纸 B.石蕊指示剂 C.pH 计

(2)已知溶解度:NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O,则步骤③的化学方程式是 ________________________________________________________________________。 步骤③后, 过滤沉淀所需的玻璃仪器有____________。 若过滤时发现滤液中有少量浑浊, 从实验操作的角度给出两种可能的原因:____________________________________。 (3)④中阳极反应产生的气体 E 为________,验证该气体的试剂为 ________________________________________________________________________。 (4)试写出步骤⑥的离子方程式:____________________________________________。 答案 (1)Fe(OH)3 Al(OH)3 < C

(2)NiCl2+Na2C2O4+2H2O===NiC2O4·2H2O↓+2NaCl 漏斗、玻璃棒和烧杯 玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘 (3)Cl2 湿润的淀粉?KI 试纸 (4)2Ni(OH)2+2OH +Cl2===2Ni(OH)3+2Cl
- -

6. 钼是一种过渡金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂,这种元素可增强合金的强度、 硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。下图是化工生产中制备金属钼 的实验流程图:

(1)钼酸铵溶液中阳离子的检验方法:________________________________________。 (2)写出反应①的化学方程式: ______________________________________________。 (3)反应①的尾气可以用 NH3·H2O 溶液吸收用于合成肥料,写出反应的离子方程式 ________________________________________________________________________。 (4)操作 1 中使用的主要玻璃仪器有__________________________________________。 (5)某同学利用下面装置来制备氢气,利用氢气还原三氧化钼,根据要求回答问题。

6

①请设计一个实验方案验证 H2 的还原性并检验其氧化产物, 其装置连接顺序是________。 ②在烧瓶 A 中加入少量的硫酸铜目的是______________________________________。 ③两次使用 D 装置,其中所盛的药品依次是______、__________________________。 答案 (1)取少量钼酸铵溶液于试管中,加入 NaOH 溶液加热,在试管口放一张润湿的红 色石蕊试纸,若试纸变蓝,则证明钼酸铵溶液中含有铵根离子 高温 (2)2MoS2+7O2=====2MoO3+4SO2 (3)2NH3·H2O+SO2===2NH4 +SO3 +H2O (4)烧杯、漏斗、玻璃棒 (5)①A—C—B—D—D ②加快化学反应速率 ③无水硫酸铜 碱石灰 解析 (1)考查 NH4 的检验方法。(2)可使用奇数配偶法配*化学方程式。(4)操作Ⅰ是过 滤,注意是让填写玻璃仪器。(5)①检验 H2 的氧化产物 H2O,要用无水 CuSO4,显然要用 D 装置,应特别注意排除 A 中水蒸气以及空气中的水蒸气对检验结果的干扰。②形成铜、 锌原电池加快化学反应速率。
+ + 2-

7




友情链接: