北京市2021高考化学一轮复习专题二元素及其化合物专项突破二元素及其化合物综合题的突破方法同步练习 19页

- 1 - 专项突破二　元素及其化合物综合题的突破方法 类型一　信息提供型元素及其化合物综合题 　　此类题目往往起点高、落点低,考查的是对信息的获取与问题解决能力,解题的关键是理 解新信息。当遇到这一类题目时,第一步是读题,陌生度较高的信息应逐字逐句阅读,挖掘关键 字,排除定式思维的影响;第二步是联想,在读题的基础上结合题目的问题联想和分析考查的 知识模块,提取出已学的相关化学知识;第三步是解题,按要求填好相应的问题答案。 　　典例 1　工业上氰化物的用途广泛,在电镀、油漆、燃料、橡胶等行业都会用到。 (1)氢氰酸(HCN)是一种酸性很弱的酸,其中碳元素的化合价为　　　　,氢氰酸分子的结 构式为　　　　。 (2)氰化钠(NaCN)溶液显强碱性,原因是　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示)。 已知 Na2CO3 溶液能和 HCN 反应:Na2CO3+HCN NaHCO3+NaCN,则向 NaCN 溶液中通入少量 CO2 时 反应的离子方程式为　 。 (3)双氧水可消除氰化物(如 NaCN)污染:NaCN+H2O2+H2O A+NH3↑,则生成物 A 的化学式 为　　　　,H2O2 常被称为“绿色氧化剂”的理由是　 。 (4)在氯氧化法处理含 CN-的废水过程中,液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐 (其毒性仅为氰化物的千分之一),氰酸盐进一步被氧化为无毒物质。某厂废水中含 KCN,其浓度 为 650 mg·L-1。现用氯氧化法处理,发生如下反应:KCN+2KOH+Cl2 KOCN+2KCl+H2O,投入过量 液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气:2KOCN+4KOH+3Cl2 2CO2+N2+6KCl+2H2O。若处理上述废 水 20 L,使 KCN 完全转化为无毒物质,至少需液氯　　　　g。 答案　(1)+2　 (2)CN-+H2O HCN+OH-　CN-+H2O+CO2 HCO-3+HCN (3)NaHCO3　还原产物 H2O 没有污染 (4)35.5 解析　(1)根据价键规律,可知 C、N 之间以三键结合,H、C 之间以单键结合。H 显+1 价,N 的非金属性比 C 强,N 显-3 价,则 C 显+2 价。 - 2 - (2)NaCN 是强碱弱酸盐,CN-水解使溶液显碱性。HCN 和 Na2CO3 溶液反应可生成 NaHCO3,说 明 HCN 的酸性比 H2CO3 弱但比 HCO-3强,向 NaCN 溶液中通入少量 CO2 会生成 HCN 和 NaHCO3。 (3)根据质量守恒,可知 A 为 NaHCO3。H2O2 作氧化剂时,其还原产物 H2O 没有污染,故 H2O2 常被称为“绿色氧化剂”。 (4)20 L 废水中含 KCN 的质量为 650 mg·L-1×20 L=13 000 mg=13 g。合并题给两步反应 的化学方程式得 2KCN+8KOH+5Cl2 10KCl+2CO2+N2+4H2O,则 m(Cl2)=(355×13÷130) g=35.5 g。 　　1-1　用含有 Al2O3、SiO2 和少量 FeO·xFe2O3 的铝灰制备 Al2(SO4)3·18H2O,工艺流程如下 (部分操作和条件略): Ⅰ.向铝灰中加入过量稀 H2SO4,过滤; Ⅱ.向滤液中加入过量 KMnO4 溶液,调节溶液的 pH 约为 3; Ⅲ.加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色; Ⅳ.加入 MnSO4 至紫红色消失,过滤; Ⅴ.浓缩、结晶、分离,得到产品。 (1)H2SO4 溶解 Al2O3 的离子方程式是 　　　　　　。 (2)将 MnO-4氧化 Fe2+的离子方程式补充完整: 1MnO-4+　Fe2++　　　 1Mn2++　Fe3++　　　　。 (3)已知: 生成氢氧化物沉淀的 pH Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 开始沉淀时 3.4 6.3 1.5 完全沉淀时 4.7 8.3 2.8 注:金属离子的起始浓度为 0.1 mol·L-1。 根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的:　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。 (4)已知:一定条件下,MnO-4可与 Mn2+反应生成 MnO2。 ①向Ⅲ的沉淀中加入浓盐酸并加热,能说明沉淀中存在 MnO2 的现象是 　　　　　　　　　　 　。 - 3 - ②Ⅳ中加入 MnSO4 的目的是　　　　　　　　。 答案　(1)Al2O3+6H+ 2Al3++3H2O (2)5　8H+　5　4H2O (3)pH 约为 3 时,Fe2+和 Al3+不能形成沉淀,将 Fe2+氧化为 Fe3+,可使铁完全沉淀 (4)①有黄绿色气体生成　②除去过量的 MnO-4 解析　(2)根据氧化还原反应的配平方法——化合价升降法: +7 M nO-4 +2 M n2+得 5e-、 +2 Fe 2+ +3 Fe 3+ 失 e-,确定 Fe2+和 Fe3+的化学计量数为 5,再根据电荷守恒与原子守恒配平。 (4)①发生反应:MnO2+4HCl(浓) MnCl2+2H2O+Cl2↑,会产生黄绿色气体;②已知 MnO-4可 与 Mn2+反应生成 MnO2,因此加入 MnSO4 可以除去过量的 MnO-4。 　　1-2　锂、铬、铈、镍均为金属元素,这些金属元素的化合物在工业生产中有着重要作用。 (1)LiPF6 是锂离子电池中广泛应用的电解质,LiPF6 中 P 的化合价为　　　　。 (2)自然界中 Cr 主要以+3 价和+6 价形式存在。+6 价的 Cr 能引起细胞的突变,可以用亚 硫酸钠在酸性条件下将其还原为+3 价的 Cr。完成并配平下列离子方程式: 　　　　Cr2O2-7 +　　　　SO2-3 +　　　 　　　　Cr3++　　　　SO2-4 +　　　　H2O。 (3)二氧化铈(CeO2)在平板电视显示屏的制造中有着重要应用。CeO2 在稀硫酸和 H2O2 的作 用下可生成 Ce3+,写出该反应的化学方程式:　 。 (4)如图所示是由 Ce3+再生 Ce4+的装置示意图。电解总反应为 2HSO-3+4H++4Ce3+ S2O2-3 +4Ce4++3H2O。 　　①生成 Ce4+的电极反应式为　　　　　　　　。 ②生成含 Ce4+的溶液从电解槽的　　　　(填字母序号)口流出。 (5)NiSO4·nH2O 是一种绿色、易溶于水的晶体,广泛应用于镀镍、电池制造等领域。为测 定 NiSO4·nH2O 的组成,进行如下实验:称取 2.682 6 g 样品,配制成 250.00 mL 溶液,准确量取 - 4 - 配制的溶液 25.00 mL,用 0.040 00 mol·L-1 的 EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定 Ni2+(离子方程式为 Ni2++ H2Y2- NiY2-+2H+),消耗 EDTA 标准溶液 25.50 mL。则晶体样品的化学式为　　　　　　。 答案　(1)+5　(2)1　3　8H+　2　3　4　(3)2CeO2+3H2SO4+H2O2 Ce2(SO4)3+4H2O+O2↑　 (4)①Ce3+-e- Ce4+　②a　(5)NiSO4·6H2O 解析　(1)根据化合物中各元素化合价代数和为 0 的原则,计算 P 的化合价为+5。 (3)CeO2 在稀硫酸和 H2O2 的作用下可生成 Ce3+,说明 CeO2 为氧化剂,H2O2 为还原剂,由此可 写出化学方程式。 (4)Ce3+生成 Ce4+,Ce 元素的化合价升高,发生氧化反应,应为阳极反应,因此生成含 Ce4+ 的溶液从电解槽的 a 口流出。 (5)根据关系式:NiSO4·nH2O~Na2H2Y,列出计算式:0.040 00×0.025 50×10×(155+n×18)=2.682 6,解得 n=6。 类型二　主题素材确定型元素及其化合物综合题 以某一主题组织素材的综合应用题,考查范围广,不但可考查常见元素的单质及其化合物 的相互转化,还可结合基本理论进行考查,如:物质结构及元素周期律、化学平衡及电离平衡理 论、氧化还原反应及电化学知识等。解答这一类题目时,先要仔细审题,了解命题意图及考查 的知识点,然后认真分析已知条件并结合已学知识分析注意事项、补充所缺项目,使整个题目 前后连贯起来,规范写出正确答案。 典例 2　某班同学用如下实验探究 Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题: (1)甲组同学取 10 mL 0.1 mol·L-1KI 溶液,加入 6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3 溶液混合。分 别取 2 mL 此溶液于 3 支试管中进行如下实验: ①第一支试管中加入 1 mL CCl4 充分振荡、静置,CCl4 层显紫色; ②第二支试管中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀; ③第三支试管中加入 1 滴 KSCN 溶液,溶液变红。 实验②检验的离子是　　　　(填离子符号);实验①和③说明:在 I-过量的情况下,溶液 中仍含有　　　　(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为　　　　　　。 (2)乙组同学向盛有 H2O2 溶液的试管中加入几滴酸化的 FeCl2 溶液,溶液变成棕黄色,发 生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;一段时间后,溶液中有气泡 出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是　　　　　　　　　　　　,生成沉 淀的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用平衡移动原理解释)。 - 5 - 答案　(1)Fe2+　Fe3+　可逆反应 (2)H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O　Fe3+催化 H2O2 分解产生 O2　H2O2 分解反应放热,促进 Fe3+的水解平衡正向移动 解析　(1)根据 Fe2+的检验方法,向溶液中加入 1 滴 K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀,说 明一定含有 Fe2+,则实验②检验的离子是 Fe2+;I2 易溶于 CCl4,使 CCl4 呈紫色,Fe3+遇 KSCN 溶液 显红色,实验①和③说明:在 I-过量的情况下,溶液中仍含有 Fe3+,由此可以证明该氧化还原反 应为可逆反应。 (2)H2O2 溶液中加入几滴酸化的 FeCl2 溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 H2O2+2Fe2++2H+ 2Fe3++2H2O,含铁离子的溶液呈棕黄色;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放 热,随后有红褐色沉淀生成,产生气泡的原因是反应产生的 Fe3+是 H2O2 分解的催化剂,促使 H2O2 分解生成 O2,同时 H2O2 分解反应是放热反应,促使 Fe3+的水解平衡 Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+正向移动,产生较多 Fe(OH)3,聚集形成沉淀。 　　2-1　草酸钴(CoC2O4)是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为 Co2O3,含少量 Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物等)制取 CoC2O4 的工艺流程如下: (1)“550 ℃焙烧”的目的是　 。 (2)“浸出液”的主要成分是　 。 (3)“钴浸出”过程中 Co3+转化为 Co2+,反应的离子方程式 为　　　　　　　　　　　　　　　 　　。 (4)“净化除杂 1”过程中,先在 40~50 ℃加入 H2O2,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　 (用离子方程式表示);再升温至 80~85 ℃,加入 Na2CO3 溶液,调 pH 至 4.5,“滤渣 1”的主要成 分是 　　 　　。 - 6 - (5)“净化除杂 2”可将钙、镁离子转化为沉淀过滤除去,若所得滤液中c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1,则滤液中 c(Mg2+)为　　　　　　　[已知 Ksp(MgF2)=7.35×10-11、 Ksp(CaF2)=1.05×10-10]。 (6)为测定制得产品的纯度,现称取 1.00 g 样品,将其用合适试剂转化,得到草酸铵 [(NH4)2C2O4]溶液,再用过量稀硫酸酸化,用 0.100 0 mol·L-1KMnO4 溶液滴定,达到滴定终点时, 共用去 KMnO4 溶液 26.00 mL,则草酸钴样品的纯度为　　　　。 答案　(1)除去碳和有机物 (2)NaAlO2(或 NaAlO2 和 NaOH) (3)2Co3++SO2-3 +H2O 2Co2++SO2-4 +2H+ (4)2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O　Fe(OH)3 (5)7.0×10-6 mol·L-1 (6)95.55% 解析　(1)由题给条件和流程图可知,“550 ℃焙烧”是为了除去碳和有机物。 (2)含钴废料的成分中只有氧化铝能与氢氧化钠溶液反应,所以“浸出液”的主要成分是 NaAlO2(或 NaAlO2 和 NaOH)。 (3)“钴浸出”过程中 Co3+转化为 Co2+,钴元素的化合价降低,加入的 Na2SO3 具有还原性, 其被氧化成 Na2SO4,反应的离子方程式为 2Co3++SO2-3 +H2O 2Co2++SO2-4 +2H+。 (4)“净化除杂 1”过程中,先在 40~50 ℃加入 H2O2 的目的是将溶液中的 Fe2+氧化成 Fe3+, 反应的离子方程式为 2Fe2++2H++H2O2 2Fe3++2H2O;再升温至 80~85 ℃,加入 Na2CO3 溶液,调 pH 至 4.5,使 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀,故“滤渣 1”的主要成分是 Fe(OH)3。 (5)Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-),Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-),Ksp(CaF2) Ksp(MgF2)=c(Ca2+)·c2(F-) c(Mg2+)·c2(F-)=c(Ca2+) c(Mg2+)= 1.05 × 10-10 7.35 × 10-11,将 c(Ca2+)=1.0×10-5 mol·L-1 代入计算可得,c(Mg2+)=7.0×10-6 mol·L-1。 (6)草酸铵与高锰酸钾溶液反应的化学方程式为 2KMnO4+5(NH4)2C2O4+8H2SO4 2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+5(NH4)2SO4+8H2O,则参加反应的草酸铵的物质的量为 26.00×10-3 L× 0.100 0 mol·L-1×5 2=6.5×10-3 mol ,根据物料守恒,存在:CoC2O4~(NH4)2C2O4,故样品中 n(CoC2O4)= n[(NH4)2C2O4]=6.5×10-3 mol ,m(CoC2O4)=6.5×10-3 mol ×147 g·mol -1=0.955 5 g,草酸钴 样品的纯度为0.955 5 g 1.00 g ×100%=95.55%。 - 7 - 　　2-2　(2019 课标Ⅰ,26,14 分)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、 肥料等工业。一种以硼镁矿(含 Mg2B2O5·H2O、SiO2 及少量 Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻 质氧化镁的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)在 95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式 为　 。 (2)“滤渣 1”的主要成分有　　　　　　　　。为检验“过滤 1”后的滤液中是否含有 Fe3+ 离子,可选用的化学试剂是　　　　。 (3)根据 H3BO3 的解离反应:H3BO3+H2O H++B(OH)-4,Ka=5.81×10-10,可判断 H3BO3 是　　　　 酸;在“过滤 2”前,将溶液 pH 调节至 3.5,目的是　　　　 　　　　　　　　　　。 (4)在“沉镁”中生成 Mg(OH)2·MgCO3 沉淀的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,母液经加热后可返回　　　　工序循环 使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是　　　　　　。 答案　(1)NH4HCO3+NH3 (NH4)2CO3 (2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN (3)一元弱　转化为 H3BO3,促进析出 (4)2Mg2++3CO2-3 +2H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+2HCO-3[或 2Mg2++2CO2-3 +H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑]　溶浸　高温焙烧 解析　(1)“溶浸”步骤产生的“气体”是 NH3,用 NH4HCO3 溶液吸收 NH3 的化学方程式为 NH3+NH4HCO3 (NH4)2CO3。 (2)根据流程图可知,Fe2O3、Al2O3 在“过滤 1”步骤中除去,SiO2 不溶于(NH4)2SO4 溶液,故 “滤渣 1”的主要成分有 SiO2、Fe2O3、Al2O3;检验 Fe3+通常选用 KSCN 溶液。 (3)根据 H3BO3 的解离反应以及电离平衡常数,可判断 H3BO3 是一元弱酸;在“过滤 2”操作 前 B 元素主要以 B2O4-5 的形式存在,调节 pH 至 3.5 后生成了 H3BO3 沉淀,由此可推断调节 pH 的 目的是将 B2O4-5 转化成 H3BO3。 - 8 - (4)反应物有 Mg2+、CO2-3 ,生成物有 Mg(OH)2·MgCO3 沉淀,再结合电荷守恒、原子守恒可写 出反应的离子方程式;“沉镁”后的母液的主要成分为(NH4)2SO4,可供“溶浸”工序循环使 用;Mg(OH)2、MgCO3 在高温条件下均易分解生成 MgO,故高温焙烧碱式碳酸镁可以制备轻质氧化 镁。 类型三　与环境保护和绿色化学相关的元素及其化合物综合题 此类题目常结合元素及其化合物的性质,考查环境保护与绿色化学的应用,它是与社会、 生产、生活结合较为紧密的一类题目,题目中一些答案的设置经常具有一定的开放性,作答时, 要联系生产、生活实际,充分利用化学语言,敢于下笔。 　　典例 3　研究 CO2 在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1)溶于海水的 CO2 主要以 4 种无机碳形式存在,其中 HCO-3占 95%。写出 CO2 溶于水产生 HC O-3的方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)在海洋碳循环中,通过如图所示的途径固碳。 　　①写出“钙化作用”的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 ②同位素示踪法证实光合作用释放出的 O2 只来自 H2O。用 18O 标记物质的光合作用的化学 方程式如下,将其补充完整: 　　　　+　　　 (CH2O)x+x18O2+xH2O (3)海水中溶解无机碳占海水总碳的 95%以上,其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测 量溶解无机碳,可采用如下方法: ①气提、吸收 CO2。用 N2 从酸化后的海水中吹出 CO2 并用碱液吸收(装置示意图如下)。将 虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 　　②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为 NaHCO3,再用 x mol·L-1 HCl 溶液滴定,消耗 y mL HCl 溶液。海水中溶解无机碳的浓度为　　　　mol·L-1。 - 9 - (4)利用下图所示装置从海水中提取 CO2,有利于减少环境温室气体含量。 ①结合方程式简述提取 CO2 的原理： 　。 　　②用该装置产生的物质处理 b 室排出的海水,合格后排回大海。处理至合格的方法是 　　　　　　　　。 答案　(1)CO2+H2O H2CO3、H2CO3 H++HCO-3 (2)①2HCO-3+Ca2+ CaCO3↓+CO2↑+H2O　②xCO2　2xH218O (3)① 　②x·y z (4)①a 室:2H2O-4e- 4H++O2↑,H+通过阳离子交换膜进入 b 室,发生反应:H++HCO-3 CO2↑+H2O ②c 室:2H2O+2e- 2OH-+H2↑,用 c 室排出的碱液将从 b 室排出的酸性海水调至接近装 置入口海水的 pH 解析　(3)①向盛有海水的装置中通入 N2 应长进短出,酸化海水应用难挥发的 H2SO4。 ②由 NaHCO3+HCl NaCl+CO2↑+H2O 可以看出,n(NaHCO3)=n(HCl),c(C)=n(NaHCO3) V(海水) = xmol·L-1 × y × 10-3L z × 10-3L =x·y z mol·L-1。 (4)a 室为阳极室,H2O 放电生成的 H+可通过阳离子交换膜进入 b 室与 HCO-3反应产生 CO2;c 室为阴极室,H2O 放电生成的 OH-使 c 室溶液呈碱性,故用 c 室排出的碱液将从 b 室排出的酸性 海水调至接近装置入口海水的 pH 后,再将其排回大海。 　　3-1　煤燃烧排放的烟气含有 SO2 和 NOx,形成酸雨,污染大气,采用 NaClO2 溶液作为吸收 剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题: - 10 - (1)NaClO2 的化学名称为　　　　　。 (2)在鼓泡反应器中通入含有 SO2 和 NO 的烟气,反应温度为 323 K,NaClO2 溶液浓度为 5×10-3 mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。 离子 SO2-4 SO2-3 NO-3 NO-2 Cl- c/(mol·L-1) 8.35×10-4 6.87×10-6 1.5×10-4 1.2×10-5 3.4×10-3 　　①写出 NaClO2 溶液脱硝过程中主要反应的离子方程 式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。增加压强,NO 的转化率　　　　(填“提 高”“不变”或“降低”)。 ②随着吸收反应的进行,溶液的 pH 逐渐　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 ③由实验结果可知,脱硫反应速率　　　　　(填“大于”或“小于”)脱硝反应速率。原 因除了 SO2 和 NO 在烟气中的初始浓度不同,还可能 是　 。 (3)在不同温度下,NaClO2 溶液脱硫、脱硝的反应中 SO2 和 NO 的平衡分压 pc 如图所示。 ①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均　　　　(填“增大”“不 变”或“减小”)。 ②反应 ClO-2+2SO2-3 2SO2-4 +Cl-的平衡常数 K 表达式为　　　　　　　　　　。 答案　(1)亚氯酸钠 (2)①4NO+3ClO-2+4OH- 4NO-3+2H2O+3Cl-　提高　②减小　③大于　NO 溶解度较小或脱 硝反应活化能较高 (3)①减小　②K= c2(SO2-4 )·c(Cl-) c2(SO2-3 )·c(ClO-2) 解析　(1)NaClO2 的化学名称为亚氯酸钠。(2)①脱硝过程就是烟气中的 NO 被 NaClO2 溶 液吸收的过程,由题表中数据可知 NO 与 ClO-2在溶液中反应后主要生成 NO-3和 Cl-,离子方程式 为 4NO+3ClO-2+4OH- 4NO-3+2H2O+3Cl-;增加压强,NO 在溶液中的溶解度增大,NO 的转化率提高。 - 11 - ②随着吸收反应的进行,c(OH-)逐渐减小,溶液的 pH 逐渐减小。③由题表中数据可知,反应一段 时间后溶液中 SO2-4 的浓度大于 NO-3的浓度,说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率。(3)①由图像 可知,升高温度,气体的平衡分压增大,说明平衡逆向移动,平衡常数减小。 　　3-2　直接排放含 SO2 的烟气会形成酸雨,危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的 SO2。 (1)用化学方程式表示 SO2 形成硫酸型酸雨的反 应: 　 。 (2)在钠碱循环法中,Na2SO3 溶液作为吸收液,可由 NaOH 溶液吸收 SO2 制得,该反应的离子 方程式是　　　　　　　　　　　　　 。 (3)吸收液吸收 SO2 的过程中,pH 随 n(SO2-3 )∶n(HSO-3)的变化关系如下表: n(SO2-3 ) ∶ n(HS O-3) 91∶9 1∶1 9∶91 pH 8.2 7.2 6.2 ① 由上表判断,NaHSO3 溶液显　　　性,用化学平衡原理解释: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是　　　　(填字母)。 a.c(Na+)=2c(SO2-3 )+c(HSO-3) b.c(Na+)>c(HSO-3)>c(SO2-3 )>c(H+)=c(OH-) c.c(Na+)+c(H+)=c(SO2-3 )+c(HSO-3)+c(OH-) (4)当吸收液的 pH 降至约为 6 时,需送至电解槽再生。再生示意图如下: - 12 - ①HSO-3在阳极放电的电极反应式是 　　　　　　。 ②当阴极室中溶液 pH 升至 8 以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生原 理: 　 。 答案　(1)SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2 2H2SO4 (2)SO2+2OH- SO2-3 +H2O　 (3)①酸　HSO-3存在:HSO-3 SO2-3 +H+和 HSO-3+H2O H2SO3+OH-,HSO-3的电离程度大于其水 解程度　②ab (4)①HSO-3+H2O-2e- 3H++SO2-4 　②H+在阴极得电子生成 H2,溶液中的 c(H+)降低,促使 HS O-3电离生成 SO2-3 ,且 Na+进入阴极,吸收液得以再生 解析　(2)SO2 被 NaOH 溶液吸收制备 Na2SO3 的离子方程式是 SO2+2OH- SO2-3 +H2O。 (3)①根据题表中的数据可知 n(SO2-3 )∶n(HSO-3)=9∶91 时,溶液的 pH 为 6.2,故 NaHSO3 溶 液显酸性;在 NaHSO3 溶液中存在 HSO-3的电离和水解,且电离程度大于水解程度,故溶液显酸性。 ②当吸收液呈中性时,溶液中 c(H+)=c(OH-),根据电荷守 恒:c(Na+)+c(H+)=2c(SO2-3 )+c(HSO-3)+c(OH),推出 c(Na+)=2c(SO2-3 )+c(HSO-3);由于 n(SO2-3 )∶ n(HSO-3)=1∶1 时,溶液的 pH 为 7.2,故溶液呈中性时一定有 c(HSO-3)>c(SO2-3 ),可推 出:c(Na+)>c(HSO-3)>c(SO2-3 )>c(H+)=c(OH-)。 (4)①根据电解槽所示的变化,可知 HSO-3在阳极放电的电极反应式为 HSO-3+H2O-2e- 3H++SO2-4 。②H+在阴极得电子生成 H2,溶液中的 c(H+)降低,促使 HSO-3电离生成 SO2-3 ,且 Na+进入 阴极,吸收液得以再生。 1.碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气 体,再用测碳、测硫装置进行测定。 (1)采用装置 A,在高温下将 x g 钢样中碳、硫转化为 CO2、SO2。 - 13 - ①气体 a 的成分是　　　　　　　　。 ②若钢样中硫以 FeS 形式存在,A 中反应:3FeS+5O2 　　　　+　　　　。 (2)将气体 a 通入测硫装置中(如图),采用滴定法测定硫的含量。 ①H2O2 氧化 SO2 的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　。 ②用 NaOH 溶液滴定生成的 H2SO4,消耗 z mL NaOH 溶液。若消耗 1 mL NaOH 溶液相当于硫的质量 为 y g,则该钢样中硫的质量分数为　　　　。 (3)将气体 a 通入测碳装置中(如下图),采用重量法测定碳的含量。 ①气体 a 通过 B 和 C 的目的是　 。 ②计算钢样中碳的质量分数,应测量的数据是　　　　　　　　　　　　　　　。 1. 答案　(1)①O2、SO2、CO2　②Fe3O4　3SO2 (2)①H2O2+SO2 H2SO4　②yz x (3)①排除 SO2 对 CO2 测定的干扰　②吸收 CO2 前、后吸收瓶的质量 解析　(1)①钢样在 O2 中灼烧,所得气体 a 的成分是 SO2、CO2 和过量的 O2。②依据质量守恒 定律及得失电子守恒,可写出反应方程式:3FeS+5O2 Fe3O4+3SO2。(2)①H2O2 氧化 SO2 的化学 方程式为 SO2+H2O2 H2SO4。②钢样中 m(S)=yz g,故钢样中硫的质量分数为yz x 。(3)①气体 a 通过 B、C 时,SO2 被氧化吸收,排除了 SO2 对 CO2 测定的干扰。②测定 CO2 吸收瓶吸收 CO2 前、 后的质量,就可得出灼烧生成 CO2 的质量,进而求出钢样中碳的质量分数。 2.(2016 课标Ⅰ,28,14 分)NaClO2 是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生 产工艺如下: - 14 - 回答下列问题: (1)NaClO2 中 Cl 的化合价为　　　　　。 (2)写出“反应”步骤中生成 ClO2 的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去 Mg2+和 Ca2+,要加入的试剂分别为 　　　　　　、　　　　　。“电解”中阴极反应的主要产物是　　　　　。 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2。此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物 质的量之比为　　　　　,该反应中氧化产物是　　　　　。 (5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每克含氯消毒剂的氧化能力 相当于多少克 Cl2 的氧化能力。NaClO2 的有效氯含量为　　　　　(计算结果保留两位小数)。 2. 答案　(1)+3　(2)2NaClO3+SO2+H2SO4 2ClO2+2NaHSO4　(3)NaOH 溶液　Na2CO3 溶液　Cl O-2(或 NaClO2)　(4)2∶1　O2　(5)1.57 解析　(2)根据图示可确定反应物和生成物,然后根据得失电子守恒和原子守恒即可写出反 应的化学方程式。 (3)粗盐水精制时用 NaOH 溶液除 Mg2+,用 Na2CO3 溶液除 Ca2+;根据图示可知“电解”过程中发生 的反应为 2ClO2+2NaCl Cl2+2NaClO2,由此可知,在电解池的阴极上 ClO2 得电子生成 NaClO2, 故阴极反应的主要产物为 NaClO2。 (4)据图示可知反应物有 ClO2、NaOH、H2O2,生成物有 NaClO2,其中 +4 ClO2 Na +3 ClO2,Cl 的化合价 降低,则必有元素化合价升高,可推出 H2 -1 O 2 0 O2,根据得失电子守恒可得氧化剂 ClO2 与还原 剂 H2O2 的物质的量之比为 2∶1,该反应中氧化产物是 O2,还原产物是 NaClO2。 (5)NaClO2、Cl2 作为消毒剂时,还原产物均为 Cl-。设 NaClO2 的有效氯含量为 x,则 1 90.5×4= x 71×2, 解得 x≈1.57。 3.(2018 课标Ⅰ,27,14 分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。 回答下列问题: (1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3 过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 - 15 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)利用烟道气中的 SO2 生产 Na2S2O5 的工艺为: ①pH=4.1 时,Ⅰ中为　　　　　　溶液(写化学式)。 ②工艺中加入 Na2CO3 固体、并再次充入 SO2 的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)制备 Na2S2O5 也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2 碱吸收液中含有 NaHSO3 和 Na2SO3。阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。电解后,　　　室的 NaHSO3 浓度增 加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。 (4)Na2S2O5 可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5 残留量时,取 50.00mL 葡萄酒样 品,用 0.010 00 mol·L-1 的碘标准液滴定至终点,消耗 10.00 mL。滴定反应的离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,该样品中 Na2S2O5 的残留量为　　　　　　　　 　　　 g·L-1(以 SO2 计)。 3. 答案　(1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O (2)①NaHSO3　②得到 NaHSO3 过饱和溶液 (3)2H2O-4e- O2↑+4H+　a (4)S2O2-5 +2I2+3H2O 2SO2-4 +4I-+6H+　0.128 解析　(1)NaHSO3 与 Na2S2O5 中硫元素化合价均为+4 价,根据观察法配平反应方程式:2NaHSO3 Na2S2O5+H2O。 (2)①Ⅰ中所得溶液的 pH=4.1,硫元素的存在形式应为 HSO-3,故Ⅰ中为 NaHSO3 溶液。 ②过程Ⅱ是利用 Na2CO3 与 NaHSO3 反应转化为 Na2SO3,过程Ⅲ利用 SO2 与 Na2SO3 反应生成 NaHSO3:Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3,制得高浓度的 NaHSO3 溶液,更有利于 Na2S2O5 的制备。 (3)根据题给装置图可知左侧为阳极,溶质为 H2SO4,实际放电的是水电离出的 OH-,电极反应式 为 2H2O-4e- O2↑+4H+。电解过程中,阳离子(H+)向右侧移动,则 a 室中 SO2-3 +H+ HSO-3,NaHSO3 浓度增大。 - 16 - (4)Na2S2O5 作食品的抗氧化剂,则具有强还原性,被氧化为 SO2-4 ;S2O2-5 2SO2-4 ,I2 2I-, 依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可配平反应的离子方程式:S2O2-5 +2I2+3H2O 2SO2-4 +4I-+ 6H+。 根据滴定反应的离子方程式及硫原子守恒可得如下关系式: 2SO2　~　S2O2-5 　~　2I2 64 g 1 mol m(SO2) 0.010 00 mol·L-1×0.010 00 L m(SO2)=6.4×10-3g 则样品中 Na2S2O5 的残留量为6.4 × 10-3g 0.050 00 L=0.128 g·L-1。 4.(2017 课标Ⅰ,27,14 分)Li4Ti5O12 和 LiFePO4 都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主 要成分为 FeTiO3,还含有少量 MgO、SiO2 等杂质)来制备。工艺流程如下: 回答下列问题: (1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为 70%时,所采用的 实验条件为　　　　　　　　　　　　。 (2)“酸浸”后,钛主要以 TiOCl2-4 形式存在,写出相应反应的离子方程式 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。 (3)TiO2·xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验结果如下表所示: 温度/℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O 转化率/% 92 95 97 93 88 - 17 - 分析 40 ℃时 TiO2·xH2O 转化率最高的原因 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)Li2Ti5O15 中 Ti 的化合价为+4,其中过氧键的数目为　　　　　。 (5)若“滤液②”中 c(Mg2+)=0.02 mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍),使 Fe3+ 恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3+)=1.0×10-5 mol·L-1,此时是否有 Mg3(PO4)2 沉淀生成?　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2 的 Ksp 分别为 1.3×10-22、1.0×10-24。 (6)写出“高温煅烧②”中由 FePO4 制备 LiFePO4 的化学方程式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 4. 答案　(1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h (2)FeTiO3+4H++4Cl- Fe2++TiOCl2-4 +2H2O (3)低于 40 ℃,TiO2·xH2O 转化反应速率随温度升高而增加;超过 40 ℃,双氧水分解与氨气逸出 导致 TiO2·xH2O 转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(PO3-4 )=1.3 × 10-22 1.0 × 10-5 mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,c3(Mg2+)·c2(PO3-4 )值 为 0.013×(1.3×10-17)2=1.7×10-40