高中化學(xué)課件-工藝流程題

命題趨勢(shì)

--“過(guò)程和方法”能力題型鉻的原子序數(shù)為24。電子結(jié)構(gòu)為3d54s1。熔點(diǎn)1875℃，沸點(diǎn)2680℃。鉻為銀白色，微帶天藍(lán)色的脆性金屬。

鉻是脆性金屬不能單獨(dú)作為金屬材料，但與鐵、鎳、鈷、鈦、鋁、銅等組成合金后，則成為具有耐熱性、耐磨性及特殊性能的工程材料，廣泛用于航空，宇航，核反應(yīng)堆，汽車，造船，化工，軍工等行業(yè).題型示例1：某廠廢水中含5.00×10-3mol·L-1的Cr2O72-，其毒性較大。某研究性學(xué)習(xí)小組為了變廢為寶，將廢水處理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4(Fe的化合價(jià)依次為+3、+2)，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)流程：含Cr2O72-的酸性廢水①加FeSO4·7H2OCr3+Fe2+Fe3+的溶液②加NaOH

溶液至PH為9，過(guò)濾濾液濾渣③焙燒Cr0.5Fe1.5FeO4+3+2Fe2+還原Cr2O72-堿性條件三種離子都沉淀Cr(OH)3↓Fe(OH)3↓Fe(OH)2↓（1）第①步反應(yīng)的離子方程式是__________________（2）第②步中用PH試紙測(cè)定溶液PH的操作是：______（3）第②步過(guò)濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有___________________.

（4）欲使1L該廢水中的Cr2O72-完全轉(zhuǎn)化為Cr0.5Fe1.5FeO4。理論上需要加入________gFeSO4·7H2O。13.9Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O將一小塊pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待測(cè)液，點(diǎn)在pH試紙上，再與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照。Fe(OH)3、Fe(OH)21×5.00×10-3×2×5×278=13.9gM(FeSO4·7H2O)=278g/molPH試紙使用技能守恒計(jì)算技能2.工業(yè)廢水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-，它們會(huì)對(duì)人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害，必須進(jìn)行處理。常用的處理方法有兩種。方法1：還原沉淀法.該法的工藝流程為：CrO42-Cr2O72-Cr3+Cr(OH)3↓第①步存在平衡：2CrO42-(黃色)+2H+≒

Cr2O72-(橙色)+H2O（1）若平衡體系的pH=2，則溶液顯

色.（2）能說(shuō)明第①步反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的是

。

a．Cr2O72-和CrO42-的濃度相同

b．2v(Cr2O72-)=v(CrO42-)c．溶液的顏色不變橙c（3）第②步中，還原1molCr2O72-離子，需要______mol的FeSO4·7H2O。（4）第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq)

常溫下，Cr(OH)3的溶度積

Ksp＝c(Cr3+)·c3(OH-)＝10-32，要使c(Cr3+)降至10-5mol/L，溶液的pH應(yīng)調(diào)至

.65方法2：電解法.該法用Fe作電極電解含Cr2O72-的酸性廢水，隨著電解進(jìn)行，在陰極附近溶液pH升高，產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀。（5）用Fe作電極的原因?yàn)?/p>

.（6）在陰極附近溶液pH升高的原因是（用電極反應(yīng)解釋）

.

溶液中同時(shí)生成的沉淀還有

.2H++2e-＝H2↑Fe(OH)3也可加上Fe(OH)2陽(yáng)極反應(yīng)Fe-2e-＝Fe2+提供還原劑Fe2+3.重鉻酸鈉俗稱紅礬鈉（Na2Cr2O7·2H2O）是重要的化工產(chǎn)品和強(qiáng)氧化劑。工業(yè)制備的流程如下：

請(qǐng)回答：(1)已知Fe(CrO2)2中鉻元素是+3價(jià),則Fe(CrO2)2中鐵元素是____價(jià).(2)化學(xué)上可將某些鹽寫(xiě)成氧化物的形式，如Na2SiO3可寫(xiě)成Na2O·SiO2，則Fe(CrO2)2可寫(xiě)成

。(3)煅燒鉻鐵礦時(shí)，礦石中難溶的Fe(CrO2)2生成可溶于水的Na2CrO4，反應(yīng)化學(xué)方程式如下：

4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2為了加快該反應(yīng)的反應(yīng)速率，可采取的措施是

.+2FeO·Cr2O3粉碎礦石,升高溫度（4）已知CrO42-在不同的酸性溶液中有不同的反應(yīng)，如：2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O;3CrO42-+4H+=Cr3O102-+2H2O①往混合溶液甲中加入硫酸必須適量的原因是

。②混合溶液乙中溶質(zhì)的化學(xué)式是

____________。（5）+3、+6價(jià)鉻都有很強(qiáng)的毒性，+6價(jià)鉻的毒性更高，可誘發(fā)肺癌和鼻咽癌，所以制取紅礬鈉后的廢水中含有的Cr2O72-必須除去。

工業(yè)上可用電解法來(lái)處理含Cr2O72-的廢水，下圖為電解裝置示意圖(電極材料分別為鐵和石墨)。通電后，Cr2O72-在b極附近轉(zhuǎn)變?yōu)镃r3+，一段時(shí)間后Cr3+最終可在a極附近變成Cr(OH)3沉淀而被除去。a電極的電極反應(yīng)式是

，b電極附近反應(yīng)的離子方程式是________少量不能除盡Na2CO3等雜質(zhì)，過(guò)量會(huì)生成Na2Cr3O10等副產(chǎn)物Na2Cr2O7和Na2SO42H++2e-=H2↑Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O考查化合價(jià)組成形式考查影響速率的因素考查變量控制考查電解法除Cr例題4:納米TiO2在涂料、光催化、化妝品等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用.制備納米TiO2的方法之一是TiCl4水解生成TiO2·xH2O,經(jīng)過(guò)濾、水洗除去其中的Cl-,再烘干、焙燒除去水分得到粉體TiO2。用現(xiàn)代分析儀器測(cè)定TiO2粒子的大小。用氧化還原滴定法測(cè)定TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù):一定條件下，將TiO2溶解并還原為T(mén)i3+,再以KSCN溶液作指示劑，用NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：⑴TiCl4水解生成TiO2·xH2O的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________。TiCl4+(x+2)H2OTiO2·xH2O↓+4HCl⑵檢驗(yàn)TiO2·xH2O中Cl-是否被除凈的方法是_______________________________________。取少量水洗液，滴加AgNO3溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明Cl-已除凈。源于教材---Cl-離子的檢驗(yàn)⑶下列可用于測(cè)定TiO2粒子大小的方法是____(填字母代號(hào))a.核磁共振法b.紅外光譜法c.質(zhì)譜法d.電子顯微鏡法⑷配制NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，加入一定量H2SO4的原因是________________________；使用的儀器除天平、藥匙、玻璃棒、燒杯、量簡(jiǎn)外，還需要下圖中的_________（填字母代號(hào)）。d抑制NH4Fe(SO4)2水解

ac

⑸滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是_____________________。⑹滴定分析時(shí)，稱取TiO2（摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1）試樣wg，消耗cmol·L-1NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL，則TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達(dá)式為_(kāi)____________________。溶液變?yōu)榧t色

TiO2

→

Ti3+→Fe3+→NH4Fe(SO4)2

cv×10-3mol

cv×10-3mol

則TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)=M·cv×10-3/w質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算、滴定--源于教材鐵、鈦之間的氧化還原--高于教材⑺判斷下列操作對(duì)TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果的影響（填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”）①若在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程中，燒杯中的NH4Fe(SO4)2溶液有少量濺出，使測(cè)定結(jié)果______。②若在滴定終點(diǎn)讀取滴定管刻度時(shí)，俯視標(biāo)準(zhǔn)液液面，使測(cè)定結(jié)果_________。

偏高

偏低誤差分析看原理：TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)=M·cv×10-3/w源于教材選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》P50“中和滴定”TiO2TiCl4水解NH4Fe(SO4)2水解測(cè)定TiO2粒子大小配制NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)液

氧化還原反應(yīng)滴定NH4Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Ti3+TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算難易易中中難Cl-的檢驗(yàn)易5.四氯化鈦(TiCl4)是制取航天航空工業(yè)材料—鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦(主要成為是FeTiO3)制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程示意如下：

點(diǎn)撥：看懂工藝流程圖信息！回答下列問(wèn)題(1)往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性。該過(guò)程中有如下反應(yīng)發(fā)生：

2Fe3++Fe=3Fe2+2TiO2+(無(wú)色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2OTi3+(紫色)+Fe3++H2O=TiO2+(無(wú)色)+Fe2++2H+加入鐵屑的作用是________________。新信息基礎(chǔ)信息使Fe3+還原為Fe2+；生成Ti3+保護(hù)Fe2+不被氧化(2)在②→③工藝過(guò)程中需要控制條件以形成TiO2·nH2O溶液，該溶液的分散質(zhì)顆粒直徑大小在

范圍.(3)若把③中制得得固體TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的

Fe(OH)3雜質(zhì)，還可以制得鈦白粉。已知25°C時(shí)，

Ksp[Fe(OH)3]=2.79×10-39.

該溫度下反應(yīng)：Fe(OH)3+3H+

≒Fe3++3H2O

的平衡常數(shù)K=

。10-9m～10-7m2.79×103Fe(OH)3+3H+≒Fe3++3H2OK=c(Fe3+)/c3(H+)=2.79×10-39/〔c3(OH-)·c3(H+)〕=2.79×10-39/Kw3

=2.79×103沉淀酸溶解平衡（4）已知：

TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(g);⊿H=+140kJ/mol2C(s)+O2(g)=2CO(g);⊿H=-221kJ/mol

寫(xiě)出④中TiO2和焦炭、氯氣反應(yīng)生成液態(tài)TiCl4和CO氣體的熱化學(xué)方程式：______________________________.(5)上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處是

____________(只要求寫(xiě)出一項(xiàng))。(6)依據(jù)右表信息,要精制含少量SiCl4雜質(zhì)的TiCl4的,可采用

方法.TiCl4SiCl4熔點(diǎn)/℃-25.0-68.8沸點(diǎn)/℃136.457.6TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(l)+2CO(g);⊿H=-81kJ/mol產(chǎn)生三廢蒸餾(分餾或精餾)

基礎(chǔ)信息觀察信息FeTiO3FeSO4·7H2OTiO2+Fe(OH)3溶度積計(jì)算平衡常數(shù)計(jì)算H+TiCl4TiO2·nH2OFe高鐵酸鉀

是一種新型、高效、多功能水處理劑，比Cl2、O3、ClO2、KMnO4氧化性更強(qiáng)，無(wú)二次污染的綠色水處理劑。用途1.

高鐵酸鹽是一種新型殺菌劑，具有優(yōu)良的氧化菌消毒性能，生成的Fe(OH)3對(duì)各種陰陽(yáng)粒子有吸附作用，無(wú)毒，無(wú)污染。適用于飲水消毒，CN-廢水的治理。用途2.

制高能電池.化學(xué)性質(zhì)：

純品為暗紫色有光澤粉末。198℃以下穩(wěn)定。極易溶于水而成淺紫紅色溶液，靜置后會(huì)分解放出氧氣，并沉淀出水合三氧化二鐵。溶液的堿性隨分解而增大，在強(qiáng)堿性溶液中相當(dāng)穩(wěn)定，是極好的氧化劑。具有高效的消毒作用。4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2↑+8OH-6.高鐵酸鉀(K2FeO4)具有很強(qiáng)的氧化性，是一種高效水處理劑。(1)用K2FeO4處理廢水時(shí)，既利用其強(qiáng)氧化性，又利用Fe(OH)3膠體的___________作用。(2)制備K2FeO4可以采用干式氧化法或濕式氧化法。

①

干式氧化的初始反應(yīng)是：

2FeSO4+6Na2O2=2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，該反應(yīng)中每生成2molNa2FeO4時(shí)轉(zhuǎn)移電子

mol。②濕式氧化法的流程如下圖：上述流程中制備Na2FeO4的化學(xué)方程式是

.結(jié)晶過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式是

.吸附102Fe(NO3)3+3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O2K++FeO42-=K2FeO4↓（3）K2FeO4在水中不穩(wěn)定，發(fā)生反應(yīng)：4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑，其穩(wěn)定性與溫度(T)和溶液pH的關(guān)系分別如下圖所示。

圖Ⅰ.K2FeO4的穩(wěn)定性與溫度的關(guān)系圖Ⅱ.K2FeO4的穩(wěn)定性與溶液pH的關(guān)系由圖Ⅰ可得出的結(jié)論是

.圖Ⅱ中a

c(填“>”、“<”或“=”)，其原因是

.K2FeO4的穩(wěn)定性隨溫度的升高而減弱<由4FeO42-+10H2O≒4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2↑可知：c(H+)增大使平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)c(FeO42-)越小，溶液的pH越小.c(FeO42-)/mol·L-1c(FeO42-)/mol·L-1T1T2T4T3K2FeO4FeSO4Na2FeO4干式Na2O2Fe(NO3)3濕式NaClONaOHKOH4FeO42-+10H2O≒4Fe(OH)3(膠體)+8OH-+3O2不穩(wěn)定性溫度酸堿性水處理劑考平衡移動(dòng)→考氧化還原→考