高中化学晶格能的应用试题

(除标注外，每空2分，共8分)碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料。以含镍(Ni^2＋)废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如下：

（1）加入Na₂CO₃溶液时，确认Ni^2＋已经完全沉淀的实验方法是__ __。
（2）已知K_sp[Ni(OH)₂]＝2×10^－15，欲使NiSO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－5 mol·L^－1，调节pH的范围是__ _。
（3）写出在空气中加热Ni(OH)₂制取NiOOH的化学方程式：
____。
(4)若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni(OH)₂，其组成可表示为xNiOOH·yNi(OH)₂。现称取9.18 g样品溶于稀硫酸，加入100 mL 1.0 mol·L^－1 Fe^2＋标准溶液，搅拌至溶液清亮，定容至200 mL。取出20.00 mL，用0.010 mol·L^－1 KMnO₄标准溶液滴定，用去KMnO₄标准溶液20.00 mL，试通过计算确定x、y的值。涉及反应如下(均未配平)：
NiOOH＋Fe^2＋＋H^＋——Ni^2＋＋Fe^3＋＋H₂O
Fe^2＋＋MnO＋H^＋——Fe^3＋＋Mn^2＋＋H₂O
则x＝____；y＝__。

【化学──化学与技术】硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO₄·7H₂O的流程如下：

根据题意回答第（1）～（6）题：
（1）实验中需用1mol/L的硫酸800 mL，若用98%的浓硫酸（ρ=" 1.84" g/mL）来配制，量取浓硫酸时，需使用的量筒的规格为

A．10 mL

B．20 mL

C．50 mL

D．100 mL

（2）加入的NaClO可与Mn²⁺反应：Mn²⁺ + ClO^- + H₂O ＝ MnO₂↓ + 2H⁺ + Cl^-，还有一种离子也会被NaClO氧化，该反应的离子方程式为               。
（3）滤渣的主要成份除含有Fe(OH)₃、Al(OH)₃外，还有                。
（4）在“除钙”前，需检验滤液中Fe³⁺是否被除尽，简述检验方法             。
（5）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，简要说明操作步骤              。“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，          ，便得到了MgSO₄·7H₂O。
（6）实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO₄·7H₂O为172.2 g，则MgSO₄·7H₂O的产率为      。

以含钴废催化剂（主要成分为Co、Fe、SiO₂）为原料，制取氧化钴的流程如下：

（1）溶解：溶解后过滤，将滤渣洗涤2～3次，洗液与滤液合并，其目的是_________________，所得滤渣的主要成分是_________（写化学式）。
（2）氧化：加热搅拌条件下加入NaClO₃，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其离子方程式_________________。
已知：铁氰化钾化学式为K₃[Fe(CN)₆]；亚铁氰化钾化学式为K₄[Fe（CN）₆]•3H₂O．
3Fe²⁺+2[Fe(CN)₆]^3-=Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓（蓝色沉淀）
4Fe³⁺+3[Fe(CN)₆]^4-=Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓（蓝色沉淀）
确定Fe²⁺是否氧化完全的方法是______________。（可供选择的试剂：铁氰化钾溶液、亚铁氰化钾溶液、铁粉、KSCN溶液）
（3）除铁：加入适量的Na₂CO₃调节酸度，生成黄钠铁矾[Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂]沉淀，写出该反应的化学方程式______________。
（4）沉淀：生成沉淀碱式碳酸钴[(CoCO₃)₂•3Co(OH)₂]，沉淀需洗涤，洗涤的操作是______________。

（5）溶解：CoCl₂的溶解度曲线如图所示向碱式碳酸钴中加入足量稀盐酸，边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤，其原因是______________。
（6）灼烧：准确称取所得CoC₂O₄ 1.470g，在空气中充分灼烧得0.830g氧化钴，写出氧化钴的化学式_________。

锌钡白是一种白色颜料。工业上是由ZnSO₄与BaS溶液混合而成：BaS＋ZnSO₄＝ZnS↓＋BaSO₄↓。请根据以下工业生产流程回答有关问题。

Ⅰ、ZnSO₄溶液的制备与提纯：
有关资料：a．菱锌矿的主要成分是ZnCO₃，含少量SiO₂、FeCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃等；
b．Zn(OH)₂与Al(OH)₃相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na₂ZnO₂。
（1）②中使用的氧化剂最好是下列的   （选填字母代号）。

A．Cl2

B．浓HNO3

C．KMnO4

D．H2O2

（2）为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO₂可以来自于步骤     （选填①、②、③、⑤）。
（3）写出步骤④后产生滤渣3的化学式      。
（4）与Al相似，Zn也能溶于NaOH溶液。写出将Zn片和Cu片放入NaOH溶液中形成原电池的负极电极反应式：                      。
Ⅱ、BaS溶液的制备：

有关数据：Ba(s)＋S(s)＋2O₂(g)＝BaSO₄(s)  ΔH₁＝－1473.2 kJ·mol^-1
C(s)＋O₂(g)＝CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^-1
Ba(s)＋S(s)＝BaS(s) ΔH₃＝－460 kJ·mol^-1
（5）若煅烧还原的产物仅为BaS和CO，则其反应的热化学方程式为：      。
Ⅲ、制取锌钡白：
（6）如果生产流程步骤⑤硫酸过量，则ZnSO₄与BaS溶液混合制取锌钡白产生的后果是   。

工业上采用硫铁矿焙烧去硫后的烧渣(主要成分为Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃，不考虑其他杂质) 制取七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O) ，流程如下：

（1）浸取时，溶液中的Fe²⁺易被空气中的O₂氧化，其离子方程式为_____________。能提高烧渣浸取速率的措施有________________（填字母）。
A．将烧渣粉碎          B．降低硫酸的浓度           C．适当升高温度
（2）还原时，试剂X的用量与溶液pH的变化如图所示，则试剂X可能是______________（填字母）。

A．Fe粉          B．SO₂             C．NaI
还原结束时，溶液中的主要阴离子有_________________。
（3）滤渣Ⅱ主要成分的化学式为_______________；由分离出滤渣Ⅱ后的溶液得到产品，进行的操作是_____________、_____________过滤、洗涤、干燥。

(12分)【化学——化学与技术】黄铜矿在我国储量丰富，主要产地集中在长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及西藏高原等。这种铜矿石所含主要成分为CuFeS₂，某企业以其为原料炼制精铜的工艺流程示意图如下：

请回答下列问题：
（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到l000℃，矿砂与空气反应生成冰铜(由Cu₂S和FeS互相熔合而成)和大气污染物A，该过程中发生主要反应的化学方程式为_________________；A可用于海水提溴，在粗溴提纯环节中，A参与反应的化学方程式为__________________；利用反射炉中产生的矿渣可生产一种良好的无机高分子絮凝剂——聚硅酸铁，其具有净水作用。将下列各项中物质加入水中后，不具有类似聚硅酸铁的净水作用的是_____________(填下列序号字母)
a．明矾         b．硫酸镁          c．硫酸铁          d．硫酸铝
（2）冰铜所含铜元素的质量分数为20％～50％。转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的部分Cu₂S被氧化成Cu₂O，生成的Cu₂O再与Cu₂S反应，得到粗铜，用一个反应的化学方程式表示利用冰铜生产粗铜的过程________，利用这种工艺生产2 t含铜量为98％的粗铜，至少需要铜元素含量为40％的冰铜_______t。
（3）以CuSO₄溶液为电解液，电解精炼铜(粗铜中含Fe、Ag、Pt、Au等杂质)。下列说法中，正确的是______(填下列序号字母)。
a．电能全部转化为化学能    
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．电解液中Cu²⁺向阳极移动
d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属

草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备。一种利用水钴矿［主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等］制取CoC₂O₄·2H₂O工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3．7	9．6	9．2	5．2	9．8

（1）浸出过程中加入Na₂SO₃的目的是将_____________还原（填离子符号）。
（2）NaClO₃的作用是将浸出液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，产物中氯元素处于最低化合价。该反应的离子方程式为____________。
（3）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_________；使用萃取剂适宜的pH是______。

A．接近2．0          B．接近3．0         C．接近5．0
（4）“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为MgF₂、CaF₂沉淀。已知K_sp(MgF₂)=7．35×10^-11、K_sp(CaF₂)=1．05×10^-10。当加入过量NaF后，所得滤液c(Mg²⁺)/ c (Ca²⁺)=           。

亚氯酸钠(NaClO₂)常用于水的消毒和砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是用过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

己知：①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出ANClO₂.3H₂O
②
（1）吸收塔内发生反应的离子方程式为________。该工艺流程中的NaClO₃、ClO₂、NaClO₂都是强氧化剂，它们都能和浓盐酸反应制取Cl₂若用二氧化氯和浓盐酸反应制取Cl₂，当生成5molCl₂时，通过还原反应制得氯气的质量为________g。
（2）从滤液中得到NaClO₂.3H₂O晶体的所需操作依次是________（填写序号）。
a．蒸馏   
b．灼烧   
c．过滤   
d．冷却结晶   
e．加热蒸发
（3）印染工业常用亚氯酸钠(NaClO₂)漂白织物，漂白织物时真正起作用的是HClO₂。下表是25℃时HClO₂及几种常见弱酸的电离平衡常数：

①常温下，物质的量浓度相等的NaClO₂、NaF、NaCN、Na₂S四种溶液的pH由大到小的顺序为_________（用化学式表示）；
体积相等，物质的量浓度相同的NaF、NaCN两溶液中所含阴阳离子总数的大小关系为：________（填“前者大”“相等”或“后者大”）。
②是常用的沉淀剂。某工业污水中含有等浓度的Cu^2＋ 、Fe^2＋ 、Pb^2＋离子，滴加Na₂S 溶液后首先析出的沉淀是________；当最后一种离子沉淀完全时（该离子浓度为l0 mol/L），此时体系中的S^2－的浓度为____________.

硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个有一个奇迹。
（1）新型陶瓷Si₃N₄的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H₂的保护下，使SiCl₄与N₂反应生成Si₃N₄沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式      。
（2）一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺主要流程如下:

①净化N₂和H₂时，铜屑的作用是：                    ；硅胶的作用是                   。
②在氮化炉中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s） △H=－727.5kJ/mol，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度                ；体系中要通入适量的氢气是为了                            。
③X可能是                （选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）。
（3）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl₃遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式  。
②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应I中HCl的利用率为90%，反应II中H₂的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl 和H₂的物质的量之比是                 。

随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维生素”。工业上回收废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中钒的主要流程如下：

已知：（1）V₂O₅和NH₄VO₃均为难溶物，VOSO₄和(VO₂)₂SO₄均为易溶物。
（2） VO₂⁺+H₂C₂O₄+H⁺ →  VO²⁺ + CO₂↑+ H₂O
回答下列问题：
（1）步骤②的目的是                                    。
（2）步骤③的变化过程可简化为(HA表示有机萃取剂)：
VOSO₄ (水层)+ 2HA（有机层）VOA₂(有机层）+ H₂SO₄(水层)，则步骤④中可选择硫酸作反萃取的原因是                      。
（3）若ClO₃^-将被还原为Cl^-,请写出骤⑤中发生反应的离子方程式为                  。
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定操作⑤后溶液中含钒量的步骤为：取10.0mL0.1mol/LH₂C₂O₄溶液于锥形瓶中，加入指标剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时，消耗待测液的体积为10.00mL，由此可知(VO₂)₂SO₄溶液钒元素的含量为          g/L。
（5）V₂O₅可用金属(如Ca、Al)热还原法获得钒，则金属铝热还原制得钒的化学方程式为         。

软锰矿（主要成分为MnO₂）可用于制备锰及其化合物。
（1）早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn₃O₄，再利用铝热反应原理制得锰，该铝热反应的化学方程式为              。
（2）现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：

下表为t℃时，有关物质的pK_sp（注：pK_sp =－lgK_sp）。

物质	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ca(OH)2	Mn(OH)2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKsp	37.4	19.32	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

软锰矿还原浸出的反应为：12MnO₂ + C₆H₁₂O₆ + 12H₂SO₄＝12MnSO₄ + CO₂↑+18H₂O
①该反应中，还原剂为__________。写出一种能提高还原浸出速率的措施：              。
②滤液1的pH              （填“＞”、“＜”或“＝”）MnSO₄浸出液的pH。
③加入MnF₂的主要目的是除去                （填Ca²⁺、Fe³⁺或Cu²⁺）
（3）由MnSO₄制取MnCO₃
往MnSO₄溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，，该反应的离子方程式为_____________________；若往MnSO₄溶液中加入(NH₄)₂CO₃溶液，还会产生Mn(OH)₂，可能的原因有：MnCO₃(s) + 2OH^－(aq)Mn(OH)₂(s) + CO₃^2-(aq)，t℃时，计算该反应的平衡常数K＝               （填数值）。

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                         。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                             ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                     
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为                   ，加入萃取剂的目的是                              。
（4）制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是                    。
（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO₃酸化的AgNO₃ 溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是                。（答一条即可）

Ni元素化合物在生活中有非常重要的应用。纳米NiO可以制备超级电容器，NiOOH是制作二次电池的重要材料。现以NiSO₄为原料生产纳米NiO和NiOOH流程如下：

（1）制备NiOOH过程中，NiSO₄溶液配制方法__________________；过滤、洗涤后，得到Ni(OH)₂固体，如何证明Ni(OH)₂已经完全洗净______________；NaClO氧化Ni(OH)₂的离子方程式为_________________。
（2） 已知Ksp[Ni(OH)₂] ＝ 2×10^－15。室温下，欲加入一定量 NaOH固体使1L 含有0.001 mol·L^－1的NiSO₄和0.0001 mol·L^－1的H₂SO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－7 mol·L^－1，并恢复至室温，所加入的NaOH的固体质量至少为________g。
（3）NH₃·H₂O的浓度对纳米NiO的产率产生很大影响。右图为NiSO₄的物质的量一定时，不同的反应物配比对纳米氧化镍收率的影响。请解释反应物NH₄HCO₃ 和NiSO₄的物质的量比在2.5至4.0时，收率升高的原因__________________。
（4）制备纳米 NiO 时，加入一些可溶于水的有机物（如：吐温—80）能制得更优质的纳米材料，原因是__________________。
（5）沉降体积是超细粉体的一个重要参数，若颗粒在液相中分散性好，则沉降体积较小；若颗粒分散性较差，则易引起絮凝沉降体积较大。右图是吐温—80 的加入量与前体在液体石蜡中沉降体积的关系曲线。
通过右图分析，吐温—80的最佳加入量为__________mL。
（6）NiOOH是制备镍镉电池的原料，某镍镉电池的总反应为
Cd＋2NiOOH + 2H₂OCd(OH)₂+ 2Ni(OH)₂
该电池放电时正极电极反应式为______________________________。

碱式碳酸铜[CuCO₃·Cu(OH)₂]是一种用途广泛的化工原料，可用于作有机催化剂、颜料制造、原油贮存时脱碱等。用废杂铜(主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe)制取碱式碳酸铜的工艺流程如图所示。

（1）步骤①浸出时，硝酸浓度不易过大，其原因是____。
（2）步骤②分离前需将溶液pH调节在4左右，其目的是                        ，所得废渣的主要成分为____________。
（3）步骤③合成时，采用将NaHCO₃溶液迅速投入Cu(NO₃)₂溶液中，其主要原因是            ；合成时发生反应的化学方程式为____________。
（4）本实验中两次用到固液分离，本实验中最适合固液分离的设备是____________。
（5）步骤⑤洗涤主要除去的杂质离子是              。
（6）准确称取所得产品m g，放入碘量瓶中，加入2 g KI及5 ml3 mol/L稀硫酸（两试剂均过量）摇匀并静置10 min(2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂)，再加入2 mL淀粉溶液，用c mol/L的Na₂S₂O₃标准溶液滴定(I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)，到滴定终点时消耗Na₂S₂O₃标准溶液V mL，则样品中铜元素的质量分数为________。

【化学——选修2：化学与技术】
常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

（1）填充物用60℃温水溶解，目的是                                  。
（2）操作A的名称为             。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是                            （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池电解质为KOH，总反应Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为                        。
(5)滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有      mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该应的化学方程式：         。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率             。
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下       强。