2021版高考化学一轮复习课时跟踪检测十九化学工艺流程题含解析新人教版

-1-课时跟踪检测（十九）化学工艺流程题1．(2019·全国卷Ⅰ)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：回答下列问题：(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是________________________________________________________________________。(2)步骤②需要加热的目的是________________，温度保持80～95℃，采用的合适加热方式是______________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是__________________________________。分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤的具体实验操作有_______________________________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为________。解析：(1)铁屑表面的油污可以用热的氢氧化钠溶液洗涤，然后用蒸馏水洗净。(2)铁与硫酸反应，加热的目的是加快反应速率，由于温度要控制在80～95℃，应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe3＋水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。(5)由于样品失去1.5个结晶水，失重5.6%，即M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]×5.6%＝1．5×18g·mol－1，可以求得M[NH4Fe(SO4)2·xH2O]≈482g·mol－1，利用硫酸铁铵晶体的摩尔质量减去NH4Fe(SO4)2的摩尔质量可以求出晶体中水的摩尔质量之和，为216g·mol－1，-2-由此可以求出x＝12。答案：(1)碱煮水洗(2)加快反应热水浴C(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质防止Fe3＋水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O2．某工厂以重晶石(主要含BaSO4)为原料，生产“电子陶瓷工业支柱”——钛酸钡(BaTiO3)的工艺流程如下：回答下列问题：(1)为提高BaCO3的酸浸速率，可采取的措施为__________________________(写出一条即可)；常温下，TiCl4为液体且易水解，配制一定浓度的TiCl4溶液的方法是________________________________________________________________________。(2)用Na2CO3溶液浸泡重晶石(假设杂质不与Na2CO3反应)，能将BaSO4转化为BaCO3，此反应的平衡常数K＝__________________(填写计算结果)；若不考虑CO2－3的水解，要使2.33gBaSO4恰好完全转化为BaCO3，则至少需要浓度为1.0mol·L－1Na2CO3溶液__________mL。[已知：Ksp(BaSO4)＝1.0×10－10、Ksp(BaCO3)＝5.0×10－9](3)流程中“混合”溶液的钛元素在不同pH时主要以TiO(OH)＋、TiOC2O4、TiO(C2O4)2－2三种形式存在(变化曲线如图所示)。实际制备工艺中，先用氨水调节混合溶液的pH于2.8左右，再进行“沉淀”，其反应的离子方程式为_____________________________________；图中曲线c对应钛的形式为__________(填粒子符号)。(4)流程中“滤液”的主要成分为___________________；隔绝空气煅烧草酸氧钛钡晶体得到钛酸钡粉体和气态产物，试写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________。解析：(1)盐酸与BaCO3发生反应：2HCl＋BaCO3===BaCl2＋H2O＋CO2↑，为了加快反应速率可以将固体BaCO3研成粉末，以增大接触面积；也可以适当增大盐酸浓度或适当加热升高反应温度或搅拌等；TiCl4是强酸弱碱盐，在溶液中Ti4＋会发生水解反应：Ti4＋＋4H2OTi(OH)4-3-＋4H＋，使溶液变浑浊，为了配制得到澄清的TiCl4溶液，同时不引入杂质离子，通常是将TiCl4溶于浓盐酸中，然后再加适量水稀释至所需浓度。(2)在溶液中BaSO4存在沉淀溶解平衡，当向溶液中加入饱和Na2CO3溶液时，发生沉淀转化生成BaCO3：BaSO4(s)＋CO2－3(aq)BaCO3(s)＋SO2－4(aq)，待达到平衡后，移走上层清液，重复多次操作，最终BaSO4生成BaCO3；反应的平衡常数K＝cSO2－4cCO2－3＝cSO2－4cBa2＋cCO2－3cBa2＋＝KspBaSO4KspCaCO3＝1.0×10－105.0×10－9＝0.02；2.33gBaSO4物质的量为0.01mol，根据BaSO4(s)＋CO2－3(aq)BaCO3(s)＋SO2－4(aq)，完全转化需要0.01molCO2－3，同时溶液中产生0.01molSO2－4，根据K值溶液中含有n(CO2－3)＝0.01mol÷0.02＝0.5mol，需要加入Na2CO3为0.01mol＋0.5mol＝0.51mol，需要Na2CO3溶液的体积为0.51mol÷1mol·L－1＝0.51L＝510mL。(3)“混合溶液”过程中，钛元素在不同pH下主要以TiOC2O4、TiO(C2O4)2－2和TiO(OH)＋三种形式存在，调节混合液pH在2.8左右再进行沉淀，据“沉淀”时生成草酸氧钛钡晶体中含有TiO(C2O4)2－2(即b微粒)，“沉淀”时的离子方程式为：TiO(C2O4)2－2＋Ba2＋＋4H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓；随着氨水的不断加入溶液的pH不断增大，可以判断c对应钛的形式为TiO(OH)＋。(4)TiCl4和草酸混合液加入了氨水，然后与BaCl2溶液混合得到草酸氧钛钡晶体，根据原子守恒，滤液中主要成分为NH4Cl。草酸氧钛钡晶体隔绝空气煅烧得到BaTiO3，同时得到CO、CO2及水蒸气，煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3方程式为BaTiO(C2O4)2·4H2O=====高温隔绝空气BaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O。答案：(1)将BaCO3研成粉末或适当增大盐酸浓度或适当加热或搅拌等溶于浓盐酸，再加适量水稀释至所需浓度(2)0.02510(3)TiO(C2O4)2－2＋Ba2＋＋4H2O===BaTiO(C2O4)2·4H2O↓TiO(OH)＋(4)NH4ClBaTiO(C2O4)2·4H2O=====高温隔绝空气BaTiO3＋2CO↑＋2CO2↑＋4H2O3．三盐(3PbO·PbSO4·H2O)可用作聚氯乙烯的热稳定剂，200℃以上开始失去结晶水，不溶于水及有机溶剂。以200.0t铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。已知：PbSO4和PbCO3的溶解度和溶度积Ksp如下表。化合物PbSO4PbCO3-4-溶解度/g1.03×10－41.81×10－7Ksp1.82×10－81.46×10－13(1)步骤①转化的目的是_______________________________________，滤液1中的溶质为Na2CO3和________(填化学式)。(2)步骤③酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是__________________(任写一条)。其中铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO的离子方程式为____________________________。(3)滤液2中可循环利用的溶质的化学式为__________________________________。若步骤④沉铅后的滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则此时c(SO2－4)＝________mol·L－1。(4)步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为________________________________________，若得到纯净干燥的三盐99.0t，假设铅泥中的铅元素有80%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为__________________________________________。解析：(1)步骤①用纯碱溶液浸取铅泥，将PbSO4转化为PbCO3，提高铅的利用率，滤液1中的溶质为过量的Na2CO3和反应生成的Na2SO4。(2)步骤③酸溶时，可通过适当升温、适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径来提高酸溶速率；铅与硝酸反应的离子方程式为3Pb＋8H＋＋2NO－3===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O。(3)滤液2中可循环利用的溶质的化学式为HNO3；根据Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8＝c(Pb2＋)·c(SO2－4)，c(Pb2＋)＝1.82×10－5mol·L－1，则此时c(SO2－4)＝1.00×10－3mol·L－1。(4)该沉淀吸附的离子是硫酸根离子，用盐酸酸化的氯化钡溶液检验，其检验方法为：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全。(5)步骤⑥合成三盐的化学方程式为4PbSO4＋6NaOH=====50～60℃3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O，若得到纯净干燥的三盐99.0t，则含有的铅元素质量为99.0t×207×4990＝82.8t，则铅泥中铅元素的质量分数为82.8t80%×200.0t×100%＝51.75%。答案：(1)将PbSO4转化为PbCO3，提高铅的利用率Na2SO4(2)适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等)3Pb＋8H＋＋2NO－3===3Pb2＋＋2NO↑＋4H2O(3)HNO31.00×10－3-5-(4)取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全(5)4PbSO4＋6NaOH=====50～60℃3Na2SO4＋3PbO·PbSO4·H2O＋2H2O51.75%4．磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上用氯化铵焙烧锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：已知：①锰矿粉的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。②相关金属Mn＋离子c(Mn＋)＝0.1mol·L－1形成M(OH)n沉淀的pH范围如下：金属离子Al3＋Fe3＋Fe2＋Ca2＋Mn2＋Mg2＋开始沉淀的pH3.81.56.310.68.89.6沉淀完全的pH5.22.88.312.610.811.6③常温下，Ksp(CaF2)＝1.46×1