2020新课标高考化学二轮练习：非选择题规范练(四) 无机化学工艺流程综合题

非选择题规范练(四)　无机化学工艺流程综合题

(建议用时：45分钟)

1．硫酸锰在锰系产品中具有重要地位，一种由软锰矿(MnO2)和硫铁矿(FeS2)制备硫酸锰的流程如下：

回答下列问题：

(1)将软锰矿、硫铁矿和硫酸按一定比例放入反应釜中，搅拌，加热保温反应一定时间，其中搅拌、加热的目的是____________________；从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体的操作为________、降温结晶、过滤和干燥。

(2)如图是在一定条件下，不同浓度的硫酸对各元素浸出率的影响，由此得出的相关结论是①________________________；②______________________。

(3)除铁剂为H2SO5和氨水。

①H2SO5中S的化合价为＋6，其中过氧键的数目为________，加入其目的是

_________________________。

②写出Fe3＋生成沉淀黄铵铁矾[NH4Fe3(SO4)2(OH)6]的离子方程式：

________________________________________________________________________。

2．硼氢化钠(NaBH4)是有机合成中常用的还原剂。一种制备工艺如下(部分条件和产物省略)：

回答下列问题：

(1)MgH2和NaBO2合成硼氢化钠的化学方程式为

________________________________________________________________________。

(2)难溶的Mg 2B 2O 5与浓氢氧化钠溶液反应的离子方程式为______________________。

(3)SOCl 2溶于水能产生两种气体，其中一种气体能使品红溶液褪色，则灼烧时加入

SOCl 2的目的是______________________________________________________。

(4)已知镁-H 2O 2酸性燃料电池反应为Mg ＋H 2O 2＋H 2SO 4===MgSO 4＋2H 2O 。常温下，电解质溶液为200 mL 0.1 mol·L －1硫酸溶液。

①写出正极的电极反应式：______________________________________________。

②若电路转移0.038 mol 电子时，溶液pH 为________(忽略溶液体积变化，不考虑H 2O 2电离)。

(5)“有效氢含量”是衡量含氢还原剂的还原能力指标，定义为每克含氢还原剂的还原能力与多少克H 2的还原能力相当。则NaBH 4的“有效氢含量”为________(结果保留两位小数)。

(6)工业上，也可以利用NaBO 2、HCHO 和生石灰在加热条件下制备NaBH 4，并得到副产物CaCO 3，该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________。

3．(2020·山东等级考模拟)普通立德粉(BaSO 4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用

ZnSO 4和BaS 共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn 、CuO 、FeO 等杂质)和BaSO 4为原料制备立德粉的流程如下：

(1)生产ZnSO 4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，原因是

_______________________。

(2)加入锌粉的主要目的是______________________(用离子方程式表示)。

(3)已知KMnO 4在酸性溶液中被还原为Mn 2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为

MnO 2，在碱性溶液中被还原为MnO 。据流程判断，加入KMnO 4时溶液的pH 应调至2－

4________；

a ．2.2～2.4

b ．5.2～5.4

c ．12.2～12.4

滤渣Ⅲ的成分为________。

(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________；

生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%，高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO 4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉，所选试剂为

________，反应的化学方程式为__________________________________________________ (已知BaSO4相对分子质量为233, ZnS相对分子质量为97)。

4．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料，某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备，并利用黄钾矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150 ℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图所示。50 min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为________；采用H2O2做氧化剂时，其效率低的原因可能是___________________________________________________。

(2)“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH2)2]，TiO2＋转化为TiO2，写出相应的离子方程式：____________________________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是

______________________________。

(3)写出“高温煅烧”时由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：

_______________________。

(4)黄钾矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3＋时，不采用加入氨水调节pH制得Fe(OH)3的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

5．碲(Te)常用于冶金工业，也是石油裂解的催化剂。工业上用精炼铜的阳极泥(主要含

有TeO2，还含有少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如下：

已知TeO2微溶于水，易溶于较浓的强酸和强碱。

(1)从滤渣A中分离出Au的方法是__________________________________________。

(2)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5～5.0，生成TeO2沉淀。防止溶液局部酸性过强的操

作是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)写出“碱浸”时发生反应的离子方程式：___________________________。滤液B经

过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，得到的副产品是__________________(填化学式)。

(4)为了提高“碱浸”的浸出率，宜采取的措施有__________________________(写两条

即可)。“酸溶”时要控制温度，温度不宜过高，原因是_________________________。

(5)写出“还原”中发生反应的化学方程式：__________________________________

________________________________________________________________________。

参考答案与解析

1．解析：(1)从“除质2”后的溶液中得到MnSO4固体，是由溶液得到固体的过程，实

验操作为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和干燥。(2)根据图示，pH越大，即硫酸浓度越小，各

元素的浸出率越低，但锰元素有反常，即硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致。(3)①根

据化合物中各元素的正负化合价的代数和为0可知，H2SO5中5个O总化合价为－8。设－2

价氧个数为x，－1价氧个数为y，则x＋y＝5，－2x－y＝－8，解得x＝3，y＝2。2个－1价

氧形成一个过氧键。H2SO5含有过氧键，具有强氧化性，加入的目的是氧化亚铁离子，便于

之后除去。②向溶液中加入氨水生成沉淀黄铵铁矾，离子方程式为

6NH 3·H 2O ＋3Fe 3＋＋2SO ===NH 4Fe 3(SO 4)2(OH)6↓＋5NH 。2－

4＋4答案：(1)使反应物充分接触，加快反应速率　蒸发浓缩

(2)①除锰外，硫酸浓度越低(高)，浸出率越低(高)

②硫酸浓度与锰的浸出率相关性不完全一致

(3)①1　氧化亚铁离子，便于之后除去　②6NH 3·H 2O ＋3Fe 3＋＋2SO ===NH 4Fe 3(SO 4)2－

42(OH)6↓＋5NH ＋

42．解析：(1)根据原子守恒，配平MgH 2和NaBO 2合成硼氢化钠的化学方程式：

2MgH 2＋NaBO 2NaBH 4＋2MgO 。(2)滤液最终提取出溶质NaBO 2，碱性条件下=====△

Mg 2＋形成滤渣氢氧化镁。(3)依题意，其中一种气体为SO 2，结合原子守恒以及Mg 2＋水解的特性，可推测另一产物为HCl ，反应为SOCl 2＋H 2O===SO 2↑＋2HCl ↑，产生的氯化氢可抑制氯化镁水解。(4)①根据电池反应可知，电池正极发生H 2O 2的还原反应：

H 2O 2＋2e －＋2H ＋===2H 2O 。②n (H ＋)＝0.04 mol ，由电极反应式知，转移1 mol 电子消耗1

mol H ＋，转移0.038 mol 电子时溶液中c (H ＋)＝＝0.01 0.04 mol －0.038 mol 0.2 L mol·L －1，pH ＝2。(5)1 mol(即38 g)NaBH 4做还原剂时，H 元素由－1价被氧化为＋1价，失去8 mol 电子，与4 mol(即8 g)H 2做还原剂时转移电子数相等，故NaBH 4的“有效氢含量”为≈0.21。(6)该反应的化学方程式为

838NaBO 2＋2HCHO ＋2CaO NaBH 4＋2CaCO 3，甲醛中的C 为0价，被氧化为=====△

CaCO 3中的＋4价，CaCO 3为氧化产物，甲醛中的H 为＋1价，被还原为NaBH 4中的－1价，NaBH 4为还原产物，故氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1。

答案：(1)2MgH 2＋NaBO 2NaBH 4＋2MgO =====△

(2)Mg 2B 2O 5＋H 2O ＋2OH －===2Mg(OH)2＋2BO －

2(3)提供HCl 抑制MgCl 2水解

(4)①H 2O 2＋2e －＋2H ＋===2H 2O ②2　(5)0.21

(6)2∶1

3．解析：反应器Ⅰ中粗氧化锌中所含ZnO 以及Zn 、CuO 、FeO 杂质与硫酸反应，不溶性杂质以滤渣Ⅰ的形式过滤分离；反应器Ⅱ中用Zn 置换溶液中Cu 2＋；反应器Ⅲ中用KMnO 4氧化Fe 2＋，同时控制pH ，在弱酸性、弱碱性环境中，产生MnO 2和Fe(OH)3沉淀，过滤得到净化的ZnSO 4溶液；反应器Ⅳ中制备BaS ：BaSO 4＋2C===BaS ＋2CO 2↑；反应器Ⅴ

用ZnSO 4和BaS 共沉淀制备立德粉。反应器Ⅰ中Zn 与硫酸反应产生氢气，应保持强制通风，避免氢气浓度过大而发生爆炸，出现危险。反应器Ⅱ除Cu 2＋：Zn ＋Cu 2＋===Zn 2＋＋Cu 。反应器Ⅲ除Fe 2＋，同时在弱酸性环境中KMnO 4被还原为MnO 2，以滤渣形式分离。反应器Ⅳ中发生反应BaSO 4＋2C===BaS ＋2CO 2↑(可能的副反应BaSO 4＋4C===BaS ＋4CO ↑)，则投料比要大于1∶2，避免产生CO 等有毒气体；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，将BaS 氧化产生SO 2等有毒气体，需用碱液吸收。已知BaSO 4的相对分子质量为233，ZnS 的相对分子质量为97，ZnS 含量为29.4%，立德粉为BaSO 4·ZnS ；ZnS 含量为62.5%，立德粉为BaSO 4·4ZnS ；则需选用的三种试剂为ZnSO 4、BaS 和Na 2S ；故反应的化学方程式为4ZnSO 4＋BaS ＋3Na 2S===BaSO 4·4ZnS ＋3Na 2SO 4。

答案：(1)反应中产生氢气，达到一定浓度后易爆炸，出现危险，需要通风

(2)Zn ＋Cu 2＋===Zn 2＋＋Cu

(3)b MnO 2和Fe(OH)3

(4)避免产生CO 等有毒气体　尾气中含有SO 2等有毒气体

(5)ZnSO 4、BaS 、Na 2S 4ZnSO 4＋BaS ＋3Na 2S===BaSO 4·4ZnS ＋3Na 2SO 4

4．解析：(1)根据题目要求，结合图像在50 min 时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO 4和KClO 3，但KMnO 4做氧化剂引入Mn 2＋，对后续的物质分离造成干扰，故选用KClO 3做氧化剂。产物中的Fe 3＋可以催化H 2O 2的分解，所以采用H 2O 2做氧化剂时效率低。

(2)由题中信息可知，Ti 元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸

性环境中，C 、N 元素的产物为CO 2、NH ，反应的离子方程式是TiO 2＋＋CO(NH 2)2＋2H 2O ＋

4TiO 2＋CO 2↑＋2NH 。由于Fe 3＋开始沉淀需要的溶液pH 很小，直接通入NH 3=====△

＋

4会使溶液pH 快速增大，容易使Fe 3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH 3。

(3)由题中信息可知，制备CaTiO 3为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl 、H 2O ，反应的化学方程式是

TiO 2＋CaCl 2·2H 2O CaTiO 3＋2HCl ↑＋H 2O ↑。=====高温 (4)氢氧化铁为絮状沉淀不易从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH 制得Fe(OH)3。

答案：(1)KClO 3　在温度较高时H 2O 2易分解(或产物中的Fe 3＋可以催化H 2O 2的分解或H 2O 2氧化能力弱，其他答案合理也可)

(2)TiO 2＋＋CO(NH 2)2＋2H 2O TiO 2＋CO 2↑＋2NH 避免将溶液中的Fe 3＋沉=====△

＋4

淀

(3)TiO 2＋CaCl 2·2H 2O CaTiO 3＋2HCl ↑＋H 2O ↑=====高温

(4)Fe(OH)3絮状沉淀不容易分离

5．解析：(1)滤渣A 的主要成分是金、银，金不溶于硝酸。(2)为了避免溶液局部酸性过强，应缓慢加入稀硫酸，同时搅拌，并检测溶液的pH 。(3)二氧化碲类似SO 2，与氢氧化钠反应生成亚碲酸钠。“碱浸”时加入NaOH 溶液，“沉碲”时加入稀硫酸，故滤液B 经一系列操作后所得副产品是Na 2SO 4。(4)从影响化学反应速率的因素角度考虑，即从增大接触面积、升温、增大浓度等角度分析。“酸溶”时用到盐酸，温度高，盐酸挥发快。(5)二氧化硫是还原剂，还原四氯化碲生成碲、硫酸和盐酸。

答案：(1)加稀硝酸充分反应，过滤、洗涤、干燥

(2)缓慢加入稀硫酸，同时搅拌，并检测溶液的pH

(3)TeO 2＋2OH －===TeO ＋H 2O Na 2SO 42－

3(4)粉碎阳极泥、加热、增大氢氧化钠溶液的浓度、搅拌等(任选两条)　温度过高，加快盐酸挥发，降低原料的利用率

(5)TeCl 4＋2SO 2＋4H 2O===Te ↓＋2H 2SO 4＋4HCl