高考化学知识点过关培优易错试卷训练∶化学反应与能量附答案
一、化学反应与能量练习题(含详细答案解析)
1.钴和锌是重要的有色金属,其单质及化合物被广泛用于国民经济各个领域。一种从有机废催化剂中回收钴和锌的工艺流程如下:
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已知:“浸出”后溶液中含有Co2、Zn2、Mn2、Fe2、Fe3等。请回答:
(1)“煅烧”的目的为______________________________。 (2)“净化”时,与KMnO4发生反应的所有离子方程式有_____________________________。
(3)“沉钴”时,发生如下反应:(NH4)2S2O8+H2O→NH4HSO4+H2O2;H2O2→H2O+
++
O;···········;Co3+H2O→Co(OH)3+H。所缺的化学方程式为
______________________________;每生成1 molCo(OH)3,理论上消耗(NH4)2S2O8的物质的量为__________。
(4)Co(OH)3沉淀应依次用稀硫酸和水洗涤,检验沉淀是否洗涤干净的方法是____________。
(5)“沉钴”时pH不能太高,其原因为______________________________;“沉锌”时温度不能太高,其原因为________________________________________。
(6)取“沉锌”后所得固体34.1g,煅烧后得到固体24.3g,将生成的气体通过足量的浓硫酸,增重5.4g。则所得固体的化学式为____________。
【答案】除去其中的有机物(或将金属元素转化为氧化物,有利于后续浸出,合理即可) MnO4-+3Fe2++7H2O=MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+ 2Co2++O+2H+=2Co3++H2O 0.5mol 取最后一次洗涤液少许于试管中,向其加入氯化钡溶液,没有白色沉淀生成,证明洗涤干净 防止Zn2+提前沉淀 防止NH4HCO3热分解 ZnCO3?2Zn(OH)2?H2O 【解析】 【分析】
将废催化剂高温煅烧,将有机废催化剂中的有机物除去,并将金属元素转化为金属氧化
++++
物,用硫酸对煅烧产物进行酸浸,pH控制在1~5,得到含有Co2、Zn2、Mn2、Fe2、Fe3+
的浸出液,调节溶液pH值为5~5.2,加入高锰酸钾将Mn2+、Fe2+氧化并转化为Fe(OH)3
和MnO2除去,再次调节溶液pH值为4.5,加入(NH4)2S2O8将Co2+氧化为Co3+并转化为Co(OH)3沉淀除去,调节pH值为8,加入碳酸氢铵使锌离子转化为ZnCO3?xZn(OH)2?yH2O沉淀,据此分析解答。 【详解】
(1)“煅烧”可以除去其中的有机物,同时可将金属元素转化为金属氧化物,有利于后续浸
出;
(2)“净化”时,加入KMnO4的目的是除去溶液中的Fe2+和Mn2+,反应的离子方程式为:MnO4-+3Fe2+ +7H2O= MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+、3Mn2++2MnO4-+2H2O=5MnO2↓+4H+; (3)从流程中可以看出,“沉钴”时,(NH4)2S2O8为氧化剂,因此除去的是Co2+,结合所给反应过程,缺少将Co2转化为Co3的反应,则可得所缺的化学方程式为
2Co2++O+2H+=2Co3++H2O;根据电荷守恒可得,(NH4)2S2O8~H2O2~O~2Co3+~ 2Co(OH)3,每生成1mol Co(OH)3理论上消耗(NH4)2S2O8的物质的量为0.5mol;
(4) Co(OH)3沉淀应依次用稀硫酸和水洗涤,检验Co(OH)3沉淀是否洗涤干净,也就是检验是否含有硫酸根离子,可取取最后一次洗涤液少许于试管中,向其加入氯化钡溶液,没有白色沉淀生成,证明洗涤干净;
(5)“沉钴”时pH不能太高,防止Zn2+提前沉淀;“沉锌”时,加入NH4HCO3,铵盐受热易分解,温度不能太高,防止NH4HCO3热分解;
(6)取“沉锌”后所得固体34.1g,煅烧后得到固体24.3g,将生成的气体通过足量的浓硫酸,增重5.4g,增重的质量为水,根据质量守恒,煅烧生成的CO2气体的物质的量为
+
+
?34.1-24.3-5.4?g44g/mol=0.1mol,根据元素守恒可知ZnCO3?xZn(OH)2?yH2O为0.1mol,煅烧后生
24.3g=0.3mol,根据Zn元素守恒,0.1mol+0.1molx=0.3mol,则成的ZnO的物质的量为
81g/mol5.4gx=2,生成水的物质的量为=0.3mol,根据氢元素守恒,
18g/mol0.1mol×2×2+0.1mol×2y=0.3mol×2,则y=1,则所得固体的化学式为ZnCO3?2Zn(OH)2?H2O。
2.以氯化钾和硫酸亚铁为原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料,其主要流程如下:
已知:NH4HCO3溶液呈碱性,30℃以上NH4HCO3大量分解。
(1)NH4HCO3溶液呈碱性的原因是_____________________________________。
(2)写出沉淀池I中反应的化学方程式_____________________________,该反应必须控制的反应条件是________________________________________。
(3)检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是_____________________。 (4)酸化的目的是______________________________。
(5)在沉淀池II的反应中,为使反应物尽可能多地转化为生成物,可在反应过程中加入___。
a.(NH4)2SO4 b.KCl c.丙醇 d.水
(6)N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。滤液A可做复合肥料,因为其中含有
_____________等元素。
【答案】NH4+的水解程度小于HCO3-的水解程度 2NH4HCO3 + FeSO4 → FeCO3↓ + (NH4 )2SO4 + CO2↑ + H2O 反应温度低于30℃ 取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全 除去溶液中的HCO3- c N、S、K 【解析】 【分析】
FeSO4与NH4HCO3发生双水解反应生成碳酸亚铁、硫酸铵、二氧化碳等,然后过滤得到碳酸亚铁,碳酸亚铁在空气中加热得到氧化铁,因滤液中含有NH4HCO3,向滤液中加入硫酸,可除去HCO3,此时溶液中溶质为硫酸铵、硫酸,向溶液中加入足量KCl,此时溶液中因硫酸钾的溶解度较氯化铵低而发生沉淀,然后过滤,得到硫酸钾固体,以此解答。 【详解】
(1)NH4HCO3溶液中铵根离子水解显示酸性,碳酸氢根离子水解显示碱性,NH4的水解程度小于HCO3的水解程度,所以NH4HCO3溶液呈碱性,故答案为:NH4的水解程度小于HCO3的水解程度;
(2)碳酸氢根离子和亚铁离子之间发生双水解反应生成碳酸亚铁沉淀,并放出二氧化碳,反映的原理方程式为:2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O,为防止较高温度下碳酸氢铵的分解,要注意温度的选择,故答案为:
2NH4HCO3+FeSO4=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O;反应温度低于30℃;
(3)亚铁离子可以被氯气氧化为三价铁离子,亚铁离子遇到硫氰酸钾不显色,但是三价铁遇到硫氰酸钾显示红色,检验沉淀池I中Fe2+沉淀是否完全的方法是:取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全,故答案为:取沉淀池I的滤液,滴加KSCN溶液后滴加氯水,若无红色出现,说明沉淀完全;
(4)沉淀池Ⅰ中,除了生成的碳酸亚铁之外,溶液中含有过量的碳酸氢铵,加入酸,酸化的目的是除去溶液中的HCO3,故答案为:除去溶液中的HCO3;
(5)由题目看出在沉淀池II中生成的K2SO4为固体,而K2SO4在无机溶剂中溶解度是比较大的,要想使K2SO4析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K2SO4的溶解度,故选:c;
(6)滤液A的成分中含有(NH4)2SO4以及KCl,即其中含有N、S、K元素,属于复合肥料,故答案为:N、S、K。
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3.阅读下列材料,并完成相应填空
钯(Pd)是一种不活泼金属,性质与铂相似。在科研和工业生产中,含钯催化剂不仅用途广泛,且用量大,因此从废催化剂中回收钯具有巨大的经济效益。已知废催化剂的主要成分是钯和活性炭,还含有少量铁、锌。工业上采用如下流程从废催化剂中提取钯。
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