高中化学晶格能的应用试题

(12分)工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO₂的工艺流程如下：

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Pb(OH)2	Mn(OH)2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	8.0	8.3
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	8.8	9.8

请问答下列问题：
（1）为了提高锰矿中锰元素的浸取率，可采取的措施为              。
（2）写出焙烧过程反应的化学方程式                                。 
（3）MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸处理，将其转化为MnSO₄和MnO₂，然后再用氧化剂将Mn²⁺转化为MnO₂，制得优质MnO₂。写出Mn₃O₄与稀硫酸反应离子方程式：
                               。
（4）某兴趣小组在实验室中除去酸浸后的溶液有少量Fe²⁺、Fe³⁺．A1³⁺、Pb²⁺等，得到只含的Mn²⁺、 SO₄^2-的溶液，其除杂过程设计如下：

①加入MnO₂氧化时发生的离子方程式为                        。  
②试剂X最好选用              (填字母)。
a．NaOH 溶液  b。KMnO₄溶液   c。稀硝酸  d．MnCO₃
③滤渣的成分是                     。

(12分)双氧水、过硫酸钾是工业上常用的氧化剂、消毒剂。工业上以铂为阳极，铅或石墨为阴极，电解NH₄HSO₄溶液得过硫酸铵【(NH₄)₂S₂O₈】溶液，其工艺流程为：

（1）将电解后的溶液送往水解器中在减压条件下水解、蒸馏、浓缩分离，精馏得过氧化氢的水溶液，剩余溶液再循环使用。
①写出电解NH₄HSO₄溶液的化学方程式             
②写出水解器中(NH₄)₂S₂O₈溶液的水解方程式              。
③铂价格昂贵，试分析电槽阳极用铂不用铅的原因            。
④试分析水解器中使用减压水解、蒸馏的原因              。
（2）在电解后的过硫酸铵溶液中加入硫酸氢钾，析出过硫酸钾固体，过硫酸钾具有强氧化性，常被还原为硫酸钾，80℃以上易发生分解。
①将0.40 mol过硫酸钾与0.20 mol硫酸配制成1 L溶液，在80 ℃条件下加热并在t时刻向溶液中滴加入少量FeCl₃溶液，测定溶液中各成分的浓度如右图所示（H⁺浓度未画出）。图中物质X的化学式为         。

②已知硫酸锰（MnSO₄）和过硫酸钾（K₂S₂O₇）两种盐溶液在银离子催化下可发生反应，得到紫红色溶液。此反应的离子反应方程式                .

工业上常用铬铁矿（有效成份为FeO·Cr₂O₃，主要杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产重铬酸钾（K₂Cr₂O₇），实验室模拟工业法用铬铁矿制重铬酸钾的主要工艺流程如下图，涉及的主要反应是：6FeO·Cr₂O₃＋24NaOH＋7KClO₃=12Na₂CrO₄＋3Fe₂O₃＋7KCl＋12H₂O，试回答下列问题：

（1）⑤中溶液金属阳离子的检验方法是                                。
（2）步骤③被沉淀的离子为（填离子符号）                             。
（3）在反应器①中，二氧化硅与纯碱反应的化学方程式为：                  。
（4）烟道气中的CO₂可与H₂合成甲醇。CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：ΔH=－725.5 kJ/mol、ΔH=－285.8 kJ/mol，写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH的热化学方程式：            。
（5）2011年云南曲靖的铬污染事件，说明含铬废渣（废水）的随意排放对人类生存环境有极大的危害。电解法是处理铬污染的一种方法，金属铁作阳极、石墨作阴极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，一段时间后产生Fe(OH)₃和Cr(OH)₃沉淀。
①写出电解法处理废水的总反应的离子方程式                               。
②已知Cr(OH)₃的K_sp=6.3×10^–31，若地表水铬含量最高限值是0.1 mg/L，要使溶液中c(Cr³⁺)降到符合地表水限值，须调节溶液的c(OH^-)≥     mol/L（只写计算表达式）。

碱式硫酸铁[Fe(OH)SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：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	Al(OH)3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列问题：
(1)工业上常用一定浓度的纯碱溶液清洗铁屑，目的是           。   
(2)加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液的pH至 a，a的范围是        。
(3)已知室温下，Al(OH)₃的Ksp=1.3×10^-33，当pH=5时，溶液中c(Al³⁺)=       
(4)在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂的物质的量为              ；O₂参与反应的离子方程式为              
(5)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)²⁺离子，可部分水解生成Fe₂(OH)₄²⁺聚合离子。该水解反应的离子方程式为               。

实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO₄·7H₂O)，过程如下：

(1)将过程②中的产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是         ；
A．品红溶液    B．紫色石蕊溶液    C．酸性KMnO₄溶液   D．溴水
(2)过程①中，FeS和O₂、H₂SO₄反应的化学方程式为：                           ；
(3)过程③中，需加入的物质是                  ；
(4)过程④中，蒸发结晶需要使用酒精灯、三角架、泥三角，还需要的仪器有
                                      ；
(5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的        (填选项序号)；
A．稀硫酸    B．CaCO₃    C．NaOH溶液
(6)过程⑥中，将溶液Z加热到70一80℃，目的是                           ；
(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.00g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥，称量，得固体质量为2.33g。若该聚铁主要成分为[(Fe(OH)(SO₄)]_n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为          。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)。

从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：

已知：①铬渣含有Na₂SO₄及少量Cr₂O₇^2-、Fe³⁺；②Fe³⁺、Cr³⁺完全沉淀（c ≤1.0×10^-5 mol·L^-1）时pH分别为3.6和5。
（1）“微热”除能加快反应速率外，同时还可以        ，滤渣A为        （填化学式）。
（2）根据溶解度（S）∽温度（T）曲线，操作B的最佳方法为        （填字母序号）

A．蒸发浓缩，趁热过滤
B．蒸发浓缩，降温结晶，过滤
（3）酸化后Cr₂O₇^2－可被SO₃^2-还原成Cr³⁺，离子方程式为：                       ；酸C为       ，Cr(OH)₃的溶度积常数Ksp[Cr(OH)₃]＝                  。
（4）根据2CrO₄^2－＋2H⁺  Cr₂O₇^2－＋H₂O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇，图中右侧电极连接电源的     极，其电极反应式为                     。

云南省曲靖的铬渣污染经媒体报道后，铬污染再次引起人们的关注。利用化学原理可以对工厂排放的含铬废水、铬渣等进行有效处理。
I．含铬废水的处理：某企业排放的含铬废水中含有较多毒性较大的Cr₂O₇^2-，某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到金属铬，设计了如下的工艺流程。

（1）加酸调节到pH=6，则用pH试纸测定溶液pH的操作是：                      。
（2）在含Cr₂O₇^2-废水中存在着平衡：Cr₂O₇^2-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺，请写出该平衡的平衡常数表达式k=            ，若继续加水稀释，平衡将    移动（填“正向”、“逆向”“不”）。
（3）请写出通入SO₂时发生的离子反应：                         。
（4）写出加入铝粒时发生反应的化学方程式               ，该反应是焓     （填“增加”或“减少”）反应。
II．铬渣的处理
铬渣烧结炼铁法：铬渣中约含有55%的氧化钙和氧化镁，此外还含有15%左右的氧化铁，这些都是炼铁所需的成份。少量的铬渣代替消石灰同铁矿粉、煤粉混合，经烧结后送入高炉冶炼，六价铬还原为三价铬或金属铬，金属铬熔入铁水，而其它成分熔入熔渣。炼铁可使铬渣彻底解毒并充分利用，是铬渣治理的良好方法之一。
碱性溶液还原法：直接在碱性铬渣中加入硫化钠等进行六价铬的还原反应，形成Cr(OH)₃沉淀后，过滤回收铬污泥。
（5）铬渣烧结炼铁法中煤粉的作用是                                  。（写两点）
（6）请配平碱性溶液还原法中发生的离子反应：□Cr₂O₇^2－+□S^2—+□H₂O=□Cr(OH)₃+□S₂O₃^2—+□OH^—

[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            

以铝灰（主要成分为Al、Al₂O₃，另有少量CuO、SiO₂、FeO和Fe₂O₃杂质）为原料，可制得液体聚合氯化铝Al_m（OH）_nCl_3m-n，生产的部分过程如下图所示（部分产物和操作已略去）。

已知某些硫化物的性质如下表：

（1）操作I是              。Al₂O₃与盐酸反应的离子方程式是                              。
（2）滤渣2为黑色，该黑色物质的化学式是                           。
（3）向滤液2中加入NaClO溶液至不再产生红褐色沉淀，此时溶液的pH约为3．7。NaClO的作用是                            。
（4）将滤液3的pH调至4．2～4．5，利用水解反应得到液体聚合氯化铝。反应的化学方程式是                                。
（5）将滤液3电解也可以得到液体聚合氯化铝。装置如图所示（阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极）。

①写出阴极室的电极反应：                                           。
②简述在反应室中生成聚合氯他铝的原理：                                        。

多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl₄为主，它环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl₄水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子），制备BaCl₂．2H₂O，工艺流程如下：

已知：
①常温下Fe³⁺、Mg²⁺完全沉淀的PH分别是3.4、12.4
②BaCO₃的相对分子质量是197；BaCl₂．2H₂O的相对分子质量是244
回答下列问题：
⑴SiCl₄发生水解反应的化学方程式_______________________________________
⑵SiCl₄用H₂还原可制取纯度很高的硅，当反应中有1mol电子转移时吸收59KJ热量，则该反应的热化学方程式为_____________________________________________
⑶加钡矿粉调节PH=7的作用是①使BaCO₃转化为BaCl₂ ②_______________________
⑷生成滤渣A的离子方程式__________________________________________
⑸BaCl₂滤液经______、________、过滤、_________，再经真空干燥后得到BaCl₂．2H₂O
⑹10吨含78.8% BaCO₃的钡矿粉理论上最多能生成BaCl₂．2H₂O___________吨。

硅藻土是由硅藻死亡后的遗骸沉积形成的，主要成分是 SiO₂和有机质，并含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO 等杂质。精制硅藻土因为吸附性强、化学性质稳定等特点被广泛应用。下图是生产精制硅藻土并获得Al(OH)₃的工艺流程。

（1）粗硅藻土高温煅烧的目的是                    。
（2）反应Ⅱ中加入过量氢氧化钠的作用是                                    。
（3）反应Ⅲ中生成Al(OH)₃沉淀的离子方程式是                              ；氢氧化铝常用作阻燃剂，其原因是                。
（3）实验室用酸碱滴定法测定硅藻土中硅含量的步骤如下：
步骤1：准确称取样品a g，加入适量KOH固体，在高温下充分灼烧，冷却，加水溶解。
步骤2：将所得溶液完全转移至塑料烧杯中，加入硝酸至强酸性，得硅酸浊液。
步骤3：向硅酸浊液中加入NH₄F溶液、饱和KCl溶液，得K₂SiF₆沉淀，用塑料漏斗过滤并洗涤。
步骤4：将K₂SiF₆转移至另一烧杯中，加入一定量蒸馏水，采用70 ℃水浴加热使其充分水解（K₂SiF₆+3H₂O=H₂SiO₃+4HF+2KF）。
步骤5：向上述水解液中加入数滴酚酞，趁热用浓度为c mol·L^－1 NaOH的标准溶液滴定至终点，消耗NaOH标准溶液VmL。
①步骤1中如何判断固体反应完成？请设计实验说明                                       。
②实验中使用塑料烧杯和塑料漏斗的原因是             。
③步骤3中采用饱和KCl溶液洗涤沉淀，其目的是                      。
④样品中SiO₂的质量分数可用公式“×100%”进行计算。由此分析步骤5中滴定反应的离子方程式为                    。

(8分)亚氯酸钠(NaClO₂)是一种重要的消毒剂。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，②ClO₂的沸点为283K，纯ClO₂易分解爆炸，③HClO₂在25℃时的电离程度与硫酸的第二步电离程度相当，可视为强酸。如图是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

(1)C1O₂发生器中所发生反应的离子方程式为                       ，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C1O₂以防止爆炸  
C．将NaClO₃氧化成C1O₂
(2)在该实验中用质量浓度来表示NaOH溶液的组成，若实验时需要450mLl60g／L的NaOH溶液，则在精确配制时，需要称取NaOH的质量是      g，所使用的仪器除托盘天平、量筒、烧杯、玻璃棒外，还必须有                                    
(3)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是否过量所需要的试剂是                       
(4)在吸收塔中，可代替H₂O₂的试剂是                 (填序号)。
A．Na₂O₂             B．Na₂S               C．FeCl₂              D．KMnO₄
(5)从滤液中得到NaClO₂·3H₂O晶体的实验操作依次是                         （填操作名称）

镍是有机合成的重要催化剂，某化工厂有含镍催化剂废品（主要成分是镍、杂质是铁、铝单质及其化合物，还有少量难溶性杂质）。某学习小组设计如下流程利用含镍催化剂废品制备硫酸镍晶体：

几种难溶碱开始沉淀和完全沉淀的pH：

沉淀物	开始沉淀	完全沉淀
Al（OH）3	3.8	5.2
Fe（OH）3	2.7	3.2
Fe（OH）2	7.6	9.7
Ni（OH）2	7.1	9.2

回答下列问题：
（1）溶液①中含金属元素的离子是_________________。
（2）用离子方程式表示加入双氧水的目的___________；双氧水可以用下列物质替代的是_______。
A．氧气           B．漂白液          C．氯气        D．硝酸
（3）操作a和c需要共同的玻璃仪器是_____________；操作C的名称是______________。
（4）如果加入双氧水量不足或“保温时间较短”，则所制备的产品可能含有的杂质为_____________；请选择合适的试剂，设计实验证明产品中是否含“杂质” ______________。
（5）含镍金属氢化物MH－Ni燃料电池是一种绝色环保电池，广泛应用于电动汽车。其中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物，电解质溶液可以是KOH水溶液．它的充、放电反应为：xNi(OH)₂+M  MH_x+xNiOOH；电池充电过程中阳极的电极反应式为_____________，放电时负极的电极反应式为___________。

CaCl₂常用于冬季道路除雪，建筑工业的防冻等，实验室常用作干燥剂。工业上常用大理石（含有少量Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等杂质）来制备。下图为实验室模拟其工艺流程：

已知：常温下，溶液中的Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀的pH分别为：3.7，4，9.7。
（1）写出反应Ⅰ中主要反应的离子方程式：             。
（2）反应Ⅱ中的化学方程式：              。
（3）反应Ⅲ中必须控制加入Ca(OH)₂的量，使溶液的pH约为8.0，此时沉淀a的成分为：            ，若pH过大，则可能发生副反应的离子方程式：                 。
（4）实验用所示装置进行反应Ⅰ时，利用制取CO₂进行有关性质实验，

①若烧杯中溶液为硅酸钠，则实验现象为                   
②若烧杯中溶液为偏铝酸钠溶液，一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为了避免固体C减少，可采取的改进措施是              。

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