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- 2021-07-05 发布
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专项提能特训2 从氧化还原反应的视角分析“化工生产”中的物质变化
一、选择题:每小题有一个或两个选项符合题意。
1.分解水制氢的一种原理如图,下列关于该原理的说法正确的是( )
A.反应过程中H、O、S、I四种元素的化合价均发生变化
B.涉及的反应类型只有分解反应和化合反应
C.理论上,每生成16 g O2,就能得到标准状况下22.4 L H2
D.理论上,每分解18 g H2O,就需向体系内再补充32 g SO2
答案 AC
解析 反应Ⅰ:SO2+2H2O+I2===H2SO4+2HI;
反应Ⅱ:2HIH2↑+I2;
反应Ⅲ:2H2SO42SO2↑+2H2O+O2↑。
2.碱式硫酸铁[Fex(OH)y(SO4)z](其中Fe元素为+3价)是一种新型高效絮凝剂。一种利用废铁屑(含Fe和少量Al2O3、Fe2O3)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下 :
下列说法正确的是( )
A.x、y、z一定符合关系式:x=y=z
B.“过滤”所得滤液中只含溶质FeSO4
C.“反应Ⅰ”中包含的反应类型有置换反应、化合反应和复分解反应
D.在实际生产中,反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量,若有11.2 L(标准状况)的O2参与反应,则相当于节约4 mol NaNO2
答案 C
解析 [Fex(OH)y(SO4)z](其中Fe元素为+3价),化合价代数和为0,x、y、z一定符合关系式:3x=y+2z,故A错误;“过滤”所得滤液中除含溶质FeSO4外还有Na2SO4,故B错误;由分析可知,“反应Ⅰ”中包含的反应类型有置换反应:Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,化合反应Fe2(SO4)3+Fe===3FeSO4和复分解反应Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O、Fe2O3+
3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O,故C正确;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11.2 L(标准状况),反应过程中提供电子相等,则相当于节约NaNO2的物质的量==2 mol。
3.用还原法可以将硝酸厂烟气中的大量氮氧化物(NOx)转化为无害物质。常温下,将NO与H2的混合气体通入Ce(SO4)2与Ce2(SO4)3的混合溶液中,其转化过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.反应Ⅰ的离子反应方程式为:2Ce4++H2===2Ce3++2H+
B.反应Ⅱ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
C.反应前溶液中c(Ce4+)一定等于反应后溶液中的c(Ce4+)
D.反应过程中混合溶液内Ce3+和Ce4+的总数一定保持不变
答案 BC
解析 根据图示可知反应Ⅰ为2Ce4++H2===2Ce3++2H+,A项正确;反应Ⅱ的反应物为Ce3+、H+、NO,生成物为Ce4+、N2、H2O,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得反应方程式为4Ce3++4H++2NO===4Ce4++N2+2H2O,在该反应中NO是氧化剂,Ce3+是还原剂,故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶4=1∶2,B项错误;反应前后溶液中Ce4+的物质的量不变,但由于反应后溶液中水的物质的量增多,所以反应后溶液中c(Ce4+)减小,C项错误、D项正确。
4.(2019·山东淄博、滨州一模)以二氧化锰为原料制取高锰酸钾晶体的实验流程如下:
下列说法正确的是( )
A.“灼烧”可在石英坩埚中进行
B.母液中的溶质是KMnO4、KHCO3、KCl
C.“结晶”环节采用加热蒸发结晶的方法
D.“转化”反应中,生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1
答案 BD
解析 “灼烧”时,KOH会与石英坩埚中的二氧化硅反应,A项错误;结晶后的母液中有KMnO4、KCl、KHCO3,B项正确;“结晶”环节采用加热蒸发浓缩、冷却结晶的方法,C
项错误;由2H2O+3K2MnO4+4CO2===2KMnO4+MnO2↓+4KHCO3可知,氧化产物为KMnO4,还原产物为MnO2,氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1,D项正确。
5.五氧化二钒(V2O5)是一种两性氧化物,具有强氧化性,其制备方法如下图所示。下列关于五氧化二钒的说法中错误的是( )
A.五氧化二钒的结构式为
B.V2O5溶于碱生成VO
C.“沉钒”涉及反应的化学方程式为6NaVO3+2H2SO4+2NH4Cl===(NH4)2V6O16+2Na2SO4+2H2O+2NaCl
D.V2O5+6HCl(浓)===2VOCl2+Cl2↑+3H2O,生成1 mol Cl2转移电子数为2NA
答案 B
解析 根据五氧化二钒的化学式(V2O5)及氧元素的化合价可以推出钒元素的化合价为+5价,因此A中所示的结构式正确;根据题干信息知V2O5是一种两性氧化物,既可与酸反应,也可与碱反应,其与碱的反应属于复分解反应,各元素化合价不变,故B错误;根据题目所给流程图可知,“沉钒”是使钒元素以沉淀形式析出,发生的是复分解反应,各元素化合价不发生改变,故C正确;V2O5具有强氧化性,其与盐酸反应时可将Cl-氧化成氯气,生成1 mol Cl2失去2 mol e-,正确。
二、非选择题
6.(2019·山东日照一模)钪及其化合物具有许多优良的性能,在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用,从钛白水解工业废酸(含Sc3+、TiO2+、Mn2+、H+、SO等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图:
请回答下列问题:
(1)在钛白水解工业废酸中,加入H2O2是为了使TiO2+转化为难萃取的[Ti(O2)(OH)(H2O)4]+,
[Ti(O2)(OH)(H2O)4]+中Ti的化合价为________。
(2)钪的萃取率(E%)与O/A值[萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比]的关系如下图,应选择的
合适O/A值为________。
温度对钪、钛的萃取率影响情况见下表,合适的萃取温度为10~15 ℃,其理由是________________________________________________________________________。
T/℃
5
10
15
25
30
钪的萃取率/%
91.3
96
97.1
97.3
98.0
钛的萃取率/%
0.94
0.95
2.10
3.01
4.20
(3)已知钪与铝类似,其氢氧化物具有两性。反萃取步骤中,加入NaOH使溶液呈碱性,碱性条件下双氧水可以氧化锰离子生成滤渣Ⅰ,写出该反应的离子方程式___________________
________________________________________________________________________。
(4)草酸钪“灼烧”的化学方程式为________________________________________。
(5)若该钛白水解废酸中含Sc3+的浓度为16 mg·L-1,从1 m3该废酸中提取得到21.6 g Sc2O3,则钪的提取率为________(保留两位有效数字)。
答案 (1)+4
(2)1∶4 温度为10~15 ℃时,钪的萃取率较高,且钛的萃取率较低(合理即得分)
(3)Mn2++H2O2+2OH-===MnO2↓+2H2O
(4)2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 (5)88%
解析 (1)[Ti(O2)(OH)(H2O)4]+中存在过氧根离子(O)和OH-,故化合物中Ti为+4价。
(2)在10~15 ℃钪萃取率较大,而钛的萃取率较低,钪的相对纯度较高。
(4)草酸根中碳的化合价是+3价,在灼烧草酸钪时会被氧化为CO2,则化学方程式为2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。
(5)1 m3废酸中Sc3+的质量为16 g,21.6 g Sc2O3中钪的质量为21.6 g×≈14 g,故钪的提取率为×100%≈88%。