高中化学晶格能的应用试题

【化学—选修2化学与技术】(15分）
氯化亚铜(CuCl)是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐。从酸性电镀废液(主要含Cu^2＋、Fe^3＋)中制备氯化亚铜的工艺流程图如下：

金属离子含量与混合液pH、CuCl产率与混合液pH的关系图如图。

【已知：金属离子浓度为1 mol·L^－1时，Fe(OH)₃开始沉淀和沉淀完全的pH分别为1.4和3.0，Cu(OH)₂开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.2和6.7】
请回答下列问题：
（1）酸浸时发生反应的离子方程式是________；析出CuCl晶体时的最佳pH在_______左右。
（2）铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子反应方程式为________________。
（3）析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于70℃干燥2 h、冷却密封包装。70℃真空干燥、密封包装的目的是_____________________________________。
（4）产品滤出时所得滤液的主要分成是________，若想从滤液中获取FeSO4·7H₂O晶体，还需要知道的是__________________。
（5）若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜，试写出该反应的化学方程式：______________。为提高CuCl的产率，常在该反应体系中加入稀碱溶液，调节pH至3.5。这样做的目的是_____________。

[选修2—化学与技术]金属钒被誉为“合金的维生素”，钒及其化合物在工业生产中有着广泛的应用。从废钒催化剂(主要成分有V₂O₅，VOSO₄，K₂SO₄，SiO₂等)中回收V₂O₅的生产流程图如下：

请回答：
（1）进行步骤①前，将废钒催化剂粉碎的目的是                  。写出步骤①中发生氧化还原反应的离子方程式                           。
（2）实验室中进行萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有                    。②③变化过程可简化为(下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂)R₂(SO₄)_n(水层)+2n HA(有机层)2RA_n(有机层) + n H₂SO₄(水层)，为提高②中萃取百分率，应采取的措施是____                     ；
（3）25°C时，取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：

pH	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1
钒沉淀率%	88.1	94.8	96.5	98.0	98.8	98.8	96.4	93.1	89.3

通过上表数据分析，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为______；
（4）在焙烧NH₄VO₃的过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变化的曲线如下图所示，则NH₄VO₃在分解过程中                 。

A．先分解失去H₂O，再分解失去NH₃
B．先分解失去NH₃，再分解失去H₂O
C．同时分解失去H₂O和NH₃
D．同时分解失去H₂、N₂和H₂O
（5）全钒液储能电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂⁺＋V²⁺＋2H⁺VO²⁺＋H₂O＋V³⁺，电池放电时正极的电极反应式为          。

ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：

已知：黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤。
2Cu +O₂ +2H₂SO₄ == 2CuSO₄+2H₂O
（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺以外，还含有的金属离子有     、     ，所加试剂X为Na₂SO₄和_________的混合液。
（2）步骤②可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn²⁺，试写出相应的除去Mn²⁺的离子方程式_________________________，步骤③加入的试剂是_______，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是_____________。
（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是____________________________。
（4）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO₃·xZn(OH)₂·yH₂O]，取该样品7.18 g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86 g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00 g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是________________。

[化拳——化学与技术](15分)
粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为等。 一种利用粉煤灰制取氧化铝的工艺流程如下：

（1）粉煤灰研磨的目的是      。
（2）第1次过滤时滤渣的主要成分有   (填化学式，下同)和   ，第3次过滤时滤渣的成分是       
（3）在104℃用硫酸浸取时，铝的浸取率与时间的关系如图1，适宜的浸取时间为   h；铝的浸取率与的关系如图2所示，从浸取率角度考虑，三种助溶剂NH4F、KF及NH4F与KF的混合物，在相同时，浸取率最高的是     (填化学式)；用含氟的化合物作这种助溶剂的缺点是            (举一例)。

（4）流程中循环使用的物质有——和——。(填化学式)            
（5）用盐酸溶解硫酸铝晶体，再通入HCl气体，析出A1C1₃·6H₂0，该过程能够发生的原因是            
（6）用粉煤灰制取含铝化合物的主要意义是            

选考【化学---选修2：化学与技术】
MgSO₄·7H₂O在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣－一硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO₃，还含有其他杂质（MgO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃、MnO等）。
表1 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Mg（OH）2
pH值	5.2	3.2	9.7	10.4	11.2

表2 两种盐的溶解度（单位为g／100g水）

温度/ ℃	10	30	40	50	60
CaSO4	0.19	0.21	0.21	0.20	0.19
MgSO4·7H2O	30.9	35.5	40.8	45.6	/

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：

根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据，试回答下列问题：
（1）沉淀C的化学式是     
（2）过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是     
（3）操作Ⅰ和操作Ⅱ的名称分别为       、       
（4）滤液I中加入硼镁泥，调节溶液的pH＝5～6，可除去滤液Ⅰ中   （填离子符号）；加入NaClO溶液加热煮沸，可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺的同时，还会将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，写出Mn²⁺被氧化成MnO₂的离子反应方程式为                 
（5）硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)时的废渣。将硼镁矿(Mg₂B₂O₅·H₂O)煅烧、粉碎后加水和纯碱，在加热加压下通入CO₂可得硼砂。此反应为熵减小反应，试写出反应方程式              

硫化钠主要用于皮革、毛纺、高档纸张、染料等行业。生产硫化钠大多采用无水芒硝（Na₂SO₄）—炭粉还原法，其流程示意图如下：

（1）若煅烧所得气体为等物质的量的CO和CO₂，写出煅烧时发生的总的化学反应方程式为    。
（2）上述流程中采用稀碱液比用热水更好，理由是           。
（3）常温下，取硫化钠晶体（含少量NaOH）加入到硫酸铜溶液中，充分搅拌。若反应后测得溶液的pH＝4，则此时溶液中c( S^2－)＝   mol·L^－1。
（已知：常温时CuS、Cu(OH)₂的Ksp分别为8.8×10^－36、2.2×10^－20）
（4）①皮革工业废水中的汞常用硫化钠除去，汞的去除率与溶液的pH和x（x代表硫化钠的实际用量与理论用量的比值）有关（如图所示）。为使除汞效果最佳，应控制的条件是：x＝   ，pH控制在   范围。

②某毛纺厂废水中含0.001 mol·L^－1的硫化钠，与纸张漂白后的废水（含0.002 mol·L^－1 NaClO）按1:2的体积比混合，能同时较好处理两种废水，处理后的废水中所含的主要阴离子有     。
（5）常温下利用Fe²⁺、Fe³⁺的相互转化，可将SO₂转化为SO₄^2－而实现SO₂的处理（总反应为2SO₂+O₂+2H₂O＝2H₂SO₄）。已知，含SO₂的废气通入含Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ =4Fe³⁺ + 2H₂O，则另一反应的离子方程式为           。

(14分)铁是地壳中含量第二的金属元素,其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
（一）工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法,该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶 液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
（1）用Fe作电极的目的是       。
（2）阴极附近溶液pH升高的原因是                      (用电极反应式解释）溶液中同时生成的沉淀还有         。
（二）氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400⁰C以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮化铁。制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如下：

已知:①某赤铁矿石含60.0% Fe₂O₃、3.6% FeO,还含有A1₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：

（3）步骤②中加双氧水的目的是     ，pH控制在3. 4的作用是     。已知25°C时，，该温度下反应：Cu^2＋＋2H₂OCu(OH)₂＋2H^＋的平衡常数K=      。
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？
（5）制备氮化铁磁粉的反应：（未配平），若整个过程中消耗氨气34.0 g，消耗赤铁矿石2 kg，设整个过程中无损耗，则氮化铁磁粉的化学式为    。

实验室用氧化锌矿粉（主要含ZnO、FeCO₃、CuO等）制备碱式碳酸锌[Zn₂(OH)₂CO₃]，并将其用于合成氨工艺脱硫研究。

（1）“酸浸”时保持H₂SO₄过量的目的是     。
（2）已知：Mn²⁺开始沉淀的pH=8.1。
①写出加入KMnO₄溶液除铁的离子方程式：     。
②流程中调节pH=5.4所加试剂X为     （填化学式）；试剂X、KMnO₄溶液加入顺序能否互换？请判断并说明理由     。
（3）上述流程中的“滤液”可以用作化肥，该滤液的主要成分为     （填化学式）。
（4）合成氨原料气脱硫原理如图，碱式碳酸锌吸收硫化氢的化学方程式为     。

硼及其化合物在工业生产中应用广泛。用硼镁矿（主要成分Mg₂B₂O₅.H₂O）采用碳铵法生产硼酸主要流程如下：

（1）硼镁矿焙烧时需要粉碎，其目的是        。硼镁矿焙烧过程中只生成两种物质，写出化学方程式                    。
（2）硼酸溶解度如下所示，从NH₄H₂BO₃溶液获得硼酸晶体蒸发浓缩、冷去结晶、过滤、洗涤、干燥获得硼酸晶体。洗涤过程中需要用        （填“冷水”或“热水”），你的理由是                    。

（3）测得硼酸晶体纯度的试验方法是，取0．5000g样品与锥形瓶中，加甘油和刚冷却的废水，微热使样品溶解，迅速冷却至室温，加酚酞指示剂，用NaOH标准溶液滴定至15．80ml时，溶液恰好显粉红色且半分钟不褪色。
已知：每1．00mlNaOH滴定液相当于30．92mg的H₃BO₃
①迅速冷却锥形瓶中溶液的方法是                    ；
②滴定实验中加入甘油的目的                        ；
③测该样品中H₃BO₃的质量分数为                    ；

某工厂对工业生产钛白粉产生的废液进行综合利用，废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂（SO₄）₃、TiOSO₄，可用于生产颜料铁红和补血剂乳酸亚铁。其生产工艺流程如下：

已知：①TiOSO₄可溶于水，在水中可以电离为Ti0²⁺和SO₄：
②TiOSO₄水解的反应为：
请回答：
（1）步骤①所得滤渣的主要成分为______________________________。
（2）步骤③硫酸亚铁在空气中煅烧生成铁红和三氧化硫，该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________________。
（3）步骤④需控制反应温度低于35℃，其目的是___________________。
（4）步骤④反应的离子方程式是__________________________________。
（5）已知：，试用平衡移动原理解释步骤⑤生成乳酸亚铁的原因_________________________________________________________。
（6）溶液B常被用于电解生产（NH₄）₂S₂0₈（过二硫酸铵）。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_____________________________________。
（7）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用。利用下图（a）和（b）中的信息，按图（c）装置（连通的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的_________（填“深”或“浅”），其原因是_________________________________。

亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO₂•3H₂O。
②纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10％以下安全。
③160 g/L NaOH溶液是指160 gNaOH固体溶于水所得溶液的体积为1L。
（1）160 g/L NaOH溶液的物质的量浓度为         。
（2）发生器中鼓入空气的作用可能是      （选填序号）。
a．将SO₂氧化成SO₃，增强酸性；   
b．稀释ClO₂以防止爆炸；
c．将NaClO₃氧化成ClO₂
（3）吸收塔内的反应的化学方程式为                 。吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是                        。
（4）在碱性溶液中NaClO₂比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单实验方法是                                  。
（5）吸收塔中为防止NaClO₂被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H₂O₂外，还可以选择的还原剂是       （选填序号）。
a．Na₂O₂          b．Na₂S          c．FeCl₂
（6）从滤液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶体的实验操作依次是    （选填序号）。
a．蒸馏    
b．蒸发   
c．灼烧  
d．过滤   
e．冷却结晶
要得到更纯的NaClO₂•3H₂O晶体必须进行的操作是       （填操作名称）。

高温焙烧含硫废渣会产生SO₂废气，为了回收利用SO₂，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收SO₂，并制备硫酸锰晶体的生产流程，其流程示意图如下：

已知，浸出液的pH<2，其中的金属离子主要是Mr1²⁺，还含有少量的Fe²⁺、Al³⁺等其他金属离子。有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe^2+	7.6	9.7
Fe^3+	2.7	3.7
Al^3+	3.8	4.7
Mn^2+	8.3	9.8

请回答下列问题：
（1）高温焙烧：在实验室宜选择的主要仪器是                                。
（2）写出氧化过程中主要反应的离子方程式：                                。
（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，并调节溶液pH，pH应调节的范围是             。
（4）滤渣的主要成分有__________。
（5）工业生产中为了确定需要向浸出液中加入多少MnO₂粉，可准确量取l0．00 mL浸出液用0．02mol/L酸性KMnO₄溶液滴定，判断滴定终点的方法是____；若达滴定终点共消耗l0．00 mL酸性KMnO₄溶液，请计算浸出液中Fe²⁺浓度是                  。
（6）操作a的具体过程________。

酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下

（1）步骤①中Cu₂(OH)₂CO₃发生反应的化学方程式为                。
（2）在步骤③发生的反应中，1mol MnO₂转移2mol 电子，该反应的离子方程式为      。
（3）该小组为测定黄铵铁矾的组成，进行了如下实验：
a．称取4.800 g样品，加盐酸完全溶解后，配成100.00 mL溶液A；
b．量取25.00 mL溶液A，加入足量的KI，用0.2500 mol·L^－1Na₂S₂O₃溶液进行滴定
（反应方程式为I₂＋2Na₂S₂O₃＝2NaI＋Na₂S₄O₆），消耗30.00 mLNa₂S₂O₃溶液至终点。
c．量取25.00 mL溶液A，加入足量的NaOH溶液充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得红色粉末0.600g。
d．另取25.00 mL溶液A，加足量BaCl₂溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥得沉淀1.165 g。
①用Na₂S₂O₃溶液进行滴定时，滴定到终点的颜色变化为                   。
②通过计算确定黄铵铁矾的化学式（写出计算过程）。

(16分)硫酸铅(PbSO₄)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂(s)+2Cl^－(aq)PbCl₄^2－ (aq) △H＞0
（ⅱ）K_sp(PbSO₄)＝1.08×10^－8，K_sp(PbCl₂)＝1.6×10^－5
（ⅲ）Fe^3＋、Pb^2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、7.04
（1）步骤Ⅰ中FeCl₃溶液与PbS反应生成PbCl₂和S的离子方程式为                     ，步骤Ⅰ中另一个反应是H₂O₂与FeCl₂、盐酸反应生成FeCl₃，实现FeCl₃的重复利用，其离子方程式为          ，加入盐酸的另一个目的是为了控制pH在0.5～1.0，原因是                             。
（2）用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因                           。
（3）写出PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式                                  。
（4）滤液3是               。
（5）铅蓄电池的电解液是稀硫酸(22%~28%)，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，铅蓄电池充电时阴极的电极反应式为                                。

铬铁矿主要成分为FeO·Cr₂O₃，含有SiO₂、Al₂O₃等杂质。工业上用铬铁矿制备红矾钠(Na₂Cr₂O₇)的流程如下图所示：

煅烧时反应为：4 FeO·Cr₂O₃+7 O₂ +20 NaOH8 Na₂CrO₄ + 4 NaFeO₂+10 H₂O
（1）步骤①是在坩埚中进行煅烧，可用作此坩埚材料的是     。

A．铁

B．氧化铝

C．石英

D．陶瓷

（2）步骤①煅烧反应极慢，需要升温至NaOH呈熔融状态，反应速率才加快，其原因为______。
（3）步骤②中NaFeO₂会强烈水解生成氢氧化铁沉淀，其化学方程式为                 。
（4）将五份滤液1分别在130℃蒸发1小时，各自冷却到不同温度下结晶，保温过滤，所得实验数据如下表。根据数据分析，步骤③的最佳结晶温度为___________。

（5）步骤④中滤渣3的成分是_________________________。
（6）假设该流程中铬元素完全转化为红矾钠，则该铬铁矿中铬元素的质量分数为_____（用含m₁、m₂的代数式表示）。