2022《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)(江蘇專用)專題訓(xùn)練-專題十-化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)分類探究-3

綜合課時(shí)3化工流程型試驗(yàn)題(時(shí)間：45分鐘)1．(2022·安徽理綜，27)LiPF6是鋰離子電池中廣泛應(yīng)用的電解質(zhì)。某工廠用LiF、PCl5為原料，低溫反應(yīng)制備LiPF6，其流程如下：已知：HCl的沸點(diǎn)是－85.0℃，HF的沸點(diǎn)是19.5(1)第①步反應(yīng)中無(wú)水HF的作用是______、______。反應(yīng)設(shè)備不能用玻璃材質(zhì)的緣由是_______________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。無(wú)水HF有腐蝕性和毒性，工廠平安手冊(cè)提示：假如不當(dāng)心將HF沾到皮膚上，可馬上用2%的________溶液沖洗。(2)該流程需在無(wú)水條件下進(jìn)行，第③步反應(yīng)中PF5極易水解，其產(chǎn)物為兩種酸，寫出PF5水解的化學(xué)方程式_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)第④步分別接受的方法是______________________________________________________________；第⑤步分別尾氣中的HF、HCl接受的方法是_________________________________________________________________。(4)LiPF6產(chǎn)品中通常混有少量LiF。取樣品wg，測(cè)得Li的物質(zhì)的量為nmol，則該樣品中LiPF6的物質(zhì)的量為_(kāi)_______mol(用含w、n的代數(shù)式表示)。解析(1)LiF(s)＋HF(l)=LiHF2(aq)，即生成的LiHF2溶于無(wú)水液態(tài)HF中得飽和LiHF2溶液，無(wú)水HF的作用是作反應(yīng)物和溶劑；由于玻璃材質(zhì)的主要成分是SiO2，SiO2能和HF反應(yīng)，反應(yīng)設(shè)備不能用玻璃材質(zhì)；由于NaHCO3溶液呈堿性能中和HF，且對(duì)皮膚腐蝕性小，可用2%的NaHCO3溶液沖洗沾到皮膚上的HF。(2)PF5中P、F元素的化合價(jià)分別為＋5價(jià)和－1價(jià)，水解產(chǎn)物分別為H3PO4、HF，其水解反應(yīng)的化學(xué)方程式為PF5＋4H2O=H3PO4＋5HF。(3)第④步分別的是固態(tài)LiPF6和液態(tài)HF，則接受的方法是過(guò)濾；由于HCl和HF的沸點(diǎn)差別較大，分別尾氣中HF和HCl應(yīng)接受冷凝液化的方法(HF冷凝為液體時(shí)，HCl仍為氣體)。(4)設(shè)wg樣品中含有LiPF6、LiF的物質(zhì)的量分別為x、y，則有：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝nmol,152g·mol－1x＋26g·mol－1y＝wg，))解得：x＝eq\f(w－26n,126)mol。答案(1)反應(yīng)物溶劑SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2ONaHCO3(2)PF5＋4H2O=H3PO4＋5HF(3)過(guò)濾冷凝(4)eq\f(w－26n,126)2．(2022·廣東理綜，32)石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用，某初級(jí)石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)，設(shè)計(jì)的提純與綜合利用工藝如下：(注：SiCl4的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150(1)向反應(yīng)器中通入Cl2前，需通一段時(shí)間N2，主要目的是________________________________________________________。(2)高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為_(kāi)___________________，由氣體Ⅱ中某物質(zhì)得到水玻璃的化學(xué)反應(yīng)方程式為_(kāi)___________________________________________________________________________________________________________。(3)步驟①為：攪拌、________、所得溶液Ⅳ中的陰離子有________。(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的總反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)________________________________________________________________________________________________________________________________，100kg初級(jí)石墨最多可獲得Ⅴ的質(zhì)量為_(kāi)_______kg。(5)石墨可用于自然水體中銅件的電化學(xué)防腐，完成如圖防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。解析(1)向反應(yīng)器中通入Cl2前，通一段時(shí)間N2的主要目的是排凈反應(yīng)器中的空氣，作為疼惜氣，防止石墨在高溫下被氧化。(2)初級(jí)石墨中的氧化物雜質(zhì)主要是SiO2、Al2O3、Fe2O3和MgO，經(jīng)高溫反應(yīng)后，均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物，則氧元素與碳(過(guò)量)在高溫下結(jié)合為CO，故氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為CO,80℃冷凝氣體Ⅰ，由于SiCl4的沸點(diǎn)為57.6℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150℃，故氣體Ⅱ?yàn)镾iCl4。SiCl4與NaOH溶液反應(yīng)得到Na2SiO3、NaCl和H2O，其化學(xué)方程方式為SiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)由(2)知，固體Ⅲ為AlCl3、FeCl3、MgCl2，加入過(guò)量NaOH溶液，Al3＋轉(zhuǎn)變?yōu)锳lOeq\o\al(－,2)，而Fe3＋、Mg2＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3、Mg(OH)2沉淀，故步驟①為：攪拌、過(guò)濾，所得溶液Ⅳ中的陰離子有AlOeq\o\al(－,2)、OH－、Cl－。(4)溶液Ⅳ中加入乙酸乙酯，消耗了OH－，促進(jìn)AlOeq\o\al(－,2)的水解，最終轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，反應(yīng)的離子方程式為CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(,\s\(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH,100kg石墨中含Al2O3為5.1kg，依據(jù)原子守恒Al(OH)3的質(zhì)量為eq\f(5.1kg×1000g/kg,102g·mol－1)×2×78g·mol－1＝7800g＝7.8kg。答案(1)排出裝置中的氧氣，防止初級(jí)石墨被氧化(2)COSiCl4＋6NaOH=Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O(3)過(guò)濾OH－、AlOeq\o\al(－,2)和Cl－(4)CH3COOCH2CH3＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2Oeq\o(,\s\(△))Al(OH)3↓＋CH3COO－＋CH3CH2OH7.8(5)3．(2021·江蘇，16)氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛。硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探究。以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量FeCO3)為原料制備高純氧化鎂的試驗(yàn)流程如下：(1)MgCO3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)________________________________________________________________。(2)加入H2O2氧化時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________________________________________。(3)濾渣2的成分是________(填化學(xué)式)。(4)煅燒過(guò)程存在以下反應(yīng)：2MgSO4＋Ceq\o(=,\s\(800℃))2MgO＋2SO2↑＋CO2↑MgSO4＋Ceq\o(=,\s\(800℃))MgO＋SO2↑＋CO↑MgSO4＋3Ceq\o(=,\s\(800℃))MgO＋S↑＋3CO↑利用下圖裝置對(duì)煅燒產(chǎn)生的氣體進(jìn)行分步吸取或收集。①D中收集的氣體是________(填化學(xué)式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液③A中得到的淡黃色固體能與熱的NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)物中元素的最高價(jià)態(tài)為＋4，寫出該反應(yīng)的離子方程式：_____________________________________________________________。解析(4)題目中要求利用圖中裝置進(jìn)行氣體的分步吸取或收集。煅燒后存在四種氣體：S、SO2、CO2和CO。由③可知A中得淡黃色固體，即S，B吸取SO2，C吸取CO2，D中收集CO。B吸取SO2但不吸取CO2，可選用KMnO4溶液，留意不能用NaOH溶液或Na2CO3溶液，由于它們吸取SO2的同時(shí)也吸取CO2，題目要求是分步吸取。③中發(fā)生S與熱的NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生＋4價(jià)硫的化合物即Na2SO3，說(shuō)明另外有硫元素的化合價(jià)降低，即有－2價(jià)硫的化合物生成，其離子方程式為：3S＋6OH－eq\o(=,\s\(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O。答案(1)MgCO3＋2H＋=Mg2＋＋CO2↑＋H2O(2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4=Fe2(SO4)3＋2H2O(3)Fe(OH)3(4)①CO②d③3S＋6OH－eq\o(=,\s\(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O4．三氧化二鎳主要用作陶瓷、玻璃、搪瓷等的著色顏料，也經(jīng)常用于制造鎳電池?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收某廢舊含鎳催化劑(主要成分為NiO，另含F(xiàn)e2O3、CaO、CuO、BaO等)以生產(chǎn)Ni2O3(部分條件未給出)。(1)NiOOH中，Ni元素的化合價(jià)為_(kāi)_______價(jià)。(2)“浸出渣”含有三種主要成分：CaSO4·2H2O、Ni(OH)2、物質(zhì)a，其中“物質(zhì)a”為_(kāi)________________________________________________________________。(3)工藝流程中“副產(chǎn)品”的化學(xué)式為_(kāi)_______，酸浸過(guò)濾所得的濾液中通入H2S發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________。(4)已知有關(guān)氫氧化物開(kāi)頭沉淀和沉淀完全的pH如下表：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Ni(OH)2開(kāi)頭沉淀的pH1.56.57.7沉淀完全的pH3.79.79.2操作B是為了除去濾液中的鐵元素，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下試驗(yàn)方案：向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調(diào)整溶液pH為3.7～7.7，靜置，過(guò)濾。請(qǐng)對(duì)該試驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)：___________________________________________________________________________________________________________________________________(若原方案正確，請(qǐng)說(shuō)明理由；若原方案錯(cuò)誤，請(qǐng)說(shuō)明如何改正)。解析(1)NiOOH中，O元素的化合價(jià)為－2價(jià)，H元素的化合價(jià)為＋1價(jià)，則Ni元素的化合價(jià)為＋3價(jià)；(2)含鎳催化劑中含有BaO，因此加入稀硫酸確定會(huì)生成BaSO4沉淀；(3)工藝流程中“副產(chǎn)品”是由CuS經(jīng)灼燒、硫酸酸浸、結(jié)晶轉(zhuǎn)化得到，故最終生成物為CuSO4·5H2O；酸浸過(guò)濾所得的濾液中含有Fe3＋，F(xiàn)e3＋與H2S發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(4)由于操作A所得的濾液中鐵元素以Fe2＋的形式存在，故在調(diào)整pH前，應(yīng)先在濾液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋。答案(1)＋3(2)BaSO4(3)CuSO4·5H2O2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋2H＋＋S↓(4)方案錯(cuò)誤。在調(diào)整pH前，應(yīng)先在濾液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋5．氯酸鎂[Mg(ClO3)2]常用作催熟劑、除草劑等，試驗(yàn)室制備少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下：已知：①鹵塊主要成分為MgCl2·6H2O，含有MgSO4、FeCl2等雜質(zhì)。②四種化合物的溶解度(S)隨溫度(T)變化曲線如圖所示。(1)過(guò)濾所需要的主要玻璃儀器有________。(2)加入BaCl2的目的是________________，加MgO后過(guò)濾所得濾渣的主要成分為_(kāi)_______。(3)加入NaClO3飽和溶液后發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)產(chǎn)品中Mg(ClO3)2·6H2O含量的測(cè)定：步驟1：精確?????稱量3.50g產(chǎn)品配成100mL溶液。步驟2：取10.00mL于錐形瓶中，加入10.00mL稀硫酸和20.00mL1.000mol·L－1的FeSO4溶液，微熱。步驟3：冷卻至室溫，用0.100mol·L－1K2Cr2O7溶液滴定剩余的Fe2＋至終點(diǎn)，此過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式為：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。步驟4：將步驟2、3重復(fù)兩次，平均消耗K2Cr2O7溶液15.00mL。①寫出步驟2中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________________________________；②產(chǎn)品中Mg(ClO3)2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______。解析(1)過(guò)濾所需要的主要玻璃儀器有漏斗、燒杯和玻璃棒。(2)鹵塊中加入H2O2把其中的雜質(zhì)FeCl2氧化為FeCl3，加入BaCl2的目的是使SOeq\o\al(2－,4)轉(zhuǎn)化為BaSO4沉淀而除去，加入MgO調(diào)整pH＝4是為了促進(jìn)Fe3＋水解轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去，所以加MgO后過(guò)濾所得濾渣的主要成分為BaSO4、Fe(OH)3，此時(shí)濾液的主要成分是MgCl2。(3)依據(jù)圖中信息，可知Mg(ClO3)2的溶解度較大，而NaCl的溶解度較小，而NaClO3和MgCl2的溶解度居于二者中間，即MgCl2和NaClO3發(fā)生反應(yīng)生成易溶的Mg(ClO3)2和溶解度更小的NaCl，由此可寫出加入NaClO3飽和溶液后發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：MgCl2＋2NaClO3=Mg(ClO3)2＋2NaCl↓。(4)依據(jù)Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，可計(jì)算出反應(yīng)后剩余的Fe2＋的物質(zhì)的量為0.100mol·L－1×0.015L×6＝0.009mol，則參與步驟2反應(yīng)的Fe2＋的物質(zhì)的量為1.000mol·L－1×0.02L－0.009mol＝0.011mol，依據(jù)步驟2反應(yīng)的離子方程式ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O，可計(jì)算出10.00mL樣品溶液中含有Mg(ClO3)2的物質(zhì)的量為0.011mol×eq\f(1,6)×eq\f(1,2)＝9.17×10－4mol，則產(chǎn)品中Mg(ClO3)2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(9.17×10－4mol×\f(100mL,10.00mL)×299g·mol－1,3.50g)×100%＝78.3%。答案(1)漏斗、玻璃棒、燒杯(2)除去SOeq\o\al(2－,4)BaSO4和Fe(OH)3(3)MgCl2＋2NaClO3=Mg(ClO3)2＋2NaCl↓(4)①ClOeq\o\al(－,3)＋6Fe2＋＋6H＋=6Fe3＋＋Cl－＋3H2O②78.3%6．我國(guó)制堿專家侯德榜先生潛心爭(zhēng)辯制堿技術(shù)，制造了侯氏制堿法。制堿過(guò)程中重要的一步反應(yīng)為NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。工業(yè)上以侯氏制堿法為基礎(chǔ)生產(chǎn)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)的工藝流程如下：已知：反應(yīng)Ⅱ包含2NaHSO3Na2S2O5＋H2O等多步反應(yīng)。(1)在進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ時(shí)，往NaCl溶液中是先通入CO2還是先通入NH3？________(填“CO2”或“NH3(2)“灼燒”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知Na2S2O5與稀硫酸反應(yīng)放出SO2，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____