专题限时训练(十九) 以工艺流程及物质推断为载体的元素化
合物综合考查题
(时间：60分钟 分数：75分)
1．(15分)(2015·天津卷)废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：
回答下列问题： (1)反应Ⅰ是将
Cu
转化为
Cu(NH3)
2＋4
，反应中H2O2的作用是
_________________________________________________________。
写出操作①的名称：________。
(2)反应Ⅱ是铜氨溶液中的Cu(NH3)4与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：________________。操作②用到的主要仪器名称为________，其目的是(填序号)________。
a．富集铜元素
b．使铜元素与水溶液中的物质分离 c．增加Cu在水中的溶解度
2＋
2＋
(3)反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和________。若操作③使用上图装置，图中存在的错误是_________________________________________________________。
(4)操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜，阳极产物是______________________________________________________。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是__________________。 教案试题
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(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是________。循
环
使
用
的
NH4Cl
在
反
应
Ⅰ
中
的
主
要
作
用
是
_________________________________________________________。
答案：(1)作氧化剂 过滤
(2)Cu(NH3)4＋2RH===2NH4＋2NH3＋CuR2 分液漏斗 ab (3)RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁、液体过多 (4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤
(5)H2SO4 防止由于溶液中c(OH)过高，生成Cu(OH)2沉淀
解析：(1)Cu转化为Cu(NH3)4，化合价升高，发生氧化反应，故H2O2作氧化剂，将Cu氧化。从图中可以看出，经过操作①得到溶液和残渣，故操作①是过滤。
(2)铜氨溶液中的Cu(NH3)4与有机物RH反应生成NH3和NH4Cl及溶解在有机层中的CuR2，故反应的离子方程式为Cu(NH3)4＋2RH===2NH3＋2NH4＋CuR2。操作②得到溶液和有机层，故该操作是分液，用到的主要仪器是分液漏斗。其目的是使铜元素与水溶液中的物质分离，富集铜元素。
(3)根据反应Ⅲ可以判断出CuR2与稀硫酸反应生成 CuSO4和RH。图中的错误是分液漏斗的尖端未紧靠烧杯内壁，分液漏斗中的液体太多。
(4)电解CuSO4溶液，阳极是水放电，电极反应式为2H2O－4e===O2↑＋4H，故阳极产物是O2和H2SO4。将硫酸铜溶液加热浓缩、冷却结晶、过滤即得胆矾晶体。
(5)反应Ⅲ消耗H2SO4，操作④电解CuSO4溶液产生H2SO4，实现了H2SO4的循环使用。 反应Ⅰ中H2O2将铜氧化为Cu，Cu与NH3产生Cu(NH3)4，因为NH3溶于水，溶液显碱性，如果c(OH)过高，会产生Cu(OH)2沉淀，为了防止产生Cu(OH)2沉淀，在反应Ⅰ中加入了NH4Cl。
2．(15分)锌焙砂是锌精矿经焙烧后所得的产物，以锌焙砂为原料制取金属锌的流程如图所示。
－
2＋
2＋
2＋
－
＋
2＋
＋
2＋
2＋
－
2＋
＋
已知：①当溶液中Zn浓度较大时，Zn优先于H放电。 ②Mn(Ⅱ)可以被氧气氧化生成Mn(Ⅶ)。 请回答下列问题：
2＋
2＋
＋
教案试题
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(1)ZnFe2O4中Fe的化合价为________，酸浸时ZnFe2O4会生成两种盐，该反应的化学方程式为_____________________________。
(2)净化Ⅰ操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe氧化；第二步是控制溶液pH，使Fe转化为Fe(OH)3沉淀。
①写出酸性条件下H2O2与Fe反应的离子方程式：___________。
②25 ℃时，pH＝3的滤液(滤去氢氧化铁沉淀)中，c(Fe)＝________mol·L(已知25 ℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10
－38
3＋
－1
2＋
3＋
2＋
)。
(3)电解硫酸锌溶液时阳极上有气体析出，写出阳极的电极反应式__________________________________________________________；
电解时不断补充电解液的目的是_________________________。
(4)电解时，阳极附近发生化学反应生成HMnO4，使得溶液变为紫红色，生成的HMnO4，又将Mn氧化生成MnO2，一部分二氧化锰沉于槽底形成阳极泥，另一部分附于阳极表面形成保护膜。写出HMnO4将Mn氧化生成MnO2的化学方程式__________________。
答案：(1)＋3 ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O (2)①H2O2＋2Fe
3＋
－5
－
－
2＋
2＋
2＋
2＋
＋2H
＋
===2Fe＋2H2O ②4.0×10 (3)4OH－4e===2H2O＋O2↑ 保持溶液中Zn的浓度处于较高水平，以保证阴极上能稳定析出锌
(4)3MnSO4＋2HMnO4＋2H2O===5MnO2↓＋3H2SO4
解析：(1)根据化合物中元素化合价代数和为零的原则可推出ZnFe2O4中铁的化合价为＋3；稀硫酸氧化性很弱，所以生成的两种盐为硫酸铁、硫酸锌。(2)①酸性条件下H2O2与Fe发生氧化还原反应。②pH＝3的滤液中，c(OH)＝10
－38
3＋
3
－
3＋
－5
－
－11
2＋
mol/L，根据Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10
＝c(Fe)×c(OH)，可求出c(Fe)＝4.0×10 mol/L。(3)根据已知信息①，当溶液中
2＋
＋
2＋
Zn浓度较大时，Zn优先于H放电，因此不断补充电解质溶液，是为了保持Zn的浓度处于较高水平。(4)电解液中含有硫酸锌和硫酸锰，电解时，阳极附近发生化学反应生成HMnO4，使得溶液变为紫红色，说明硫酸锰与电解生成的氧气发生反应生成HMnO4，HMnO4再与硫酸锰反应生成二氧化锰。
3．(15分)工业上利用电镀污泥(主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质)回收铜和铬等金属，回收流程如下：
2＋
已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如下： 教案试题
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开始沉淀pH 完全沉淀pH Fe 2.1 3.2 3＋Cu 4.7 6.7 2＋Cr 4.3 3＋a
(1)在浸出过程中除了生成
Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3外，主要还有
_________________________________________________________。
(2)在除铁操作中，需要除去Fe和CaSO4，请完成相关操作：①加入石灰乳调节pH到约
________
，
检
验
Fe
3
＋
3＋
已经除尽的操作是
__________________________________________________________；
②将浊液加热到80 ℃，________________________________。
(3)写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体反应的离子方程式___________________________________，此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%，若NaHSO3
过量，除了浪费试剂外，还会出现的问题是
___________________________________________。
(4)当离子浓度小于或等于1×10 mol·L时可认为沉淀完全，若要使Cr完全沉淀则要保持c(OH)≥______________。[已知：Ksp[Cr(OH)3]＝6.3×10
－
－31
－5
－1
3＋
3
，63≈4.0]
3＋
答案：(1)CuSO4 (2)①3.2 取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe已除尽 ②趁热过滤
(3)2H2O＋HSO3＋2Cu===Cu2O↓＋SO4＋5H 产生SO2，污染环境 (4)4.0×10 mol·L
－1
－
2＋
2－
＋
－9
解析：(1)Fe2O3、CuO、Cr2O3均和H2SO4反应，分别生成Fe2(SO4)3、CuSO4和Cr2(SO4)3。(2)
根据表格中的数据，通过调节pH值，使Fe完全沉淀，而Cr、Cu不沉淀，应调节pH达到3.2，检验微量Fe，应选用KSCN溶液。根据CaSO4的溶解度曲线特点，应趁热过滤得到CaSO4沉淀。(3)Cu把HSO3氧化成SO4，本身还原成Cu2O，离子方程式为2H2O＋HSO3＋2Cu
＋
2＋
－
2－
－
2
3＋
3＋3＋2＋
===Cu2O↓＋SO4＋5H
在上述反应中生成H，若NaHSO3过量，会产生SO2，造成空气污染。 36.3×10－313
－26
(4)c(OH)＝6.3×10 －5＝
1×10
－
＋
2－＋
教案试题
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3－27－9－1
＝63×10≈4.0×10 mol·L。
4．(15分)亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。某工厂生产亚氯酸钠的主要流程如下：
(1)气体a的化学式为________。溶液A的名称是________。 (2)反应I的离子方程式为______________________________， 其中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
(3)反应Ⅱ的化学方程式为____________________________。 反应过程中控制温度不高于20 ℃，目的是_____________。
(4)NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O。上述生产中由NaClO2溶液得到NaClO2·3H2O粗晶体的实验操作依次是________(填字母序号)。
A．蒸馏 C．灼烧 E．冷却结晶
要得到更纯的NaClO2·3H2O晶体必须进行的操作是________(填操作名称)。
(5)为了测定NaClO2·3H2O的纯度，取上述产品10 g溶于水配成500 mL溶液，取出10 mL溶液于锥形瓶中，再加入足量酸化的KI溶液，充分反应后加入2～3滴淀粉溶液，用0.264 mol·L Na2S2O3标准液滴定。当滴入最后一滴Na2S2O3标准液时，锥形瓶中溶液________(填颜色变化)，且半分钟内不发生变化，说明滴定达终点。重复三次实验，用去标准液的平均体积为20.00 mL。则产品的纯度为________(保留小数点后两位，提示：2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI)。
－2－＋△2－
答案：(1)O2 硫酸 (2)2ClO3＋SO3＋2H=====2ClO2↑＋SO4＋H2O 2∶1 －1
B．蒸发 D．过滤
(3)2NaOH＋2ClO2＋H2O2===2NaClO2＋2H2O＋O2 防止H2O2分解
(4)B、E、D 重结晶 (5)由蓝色变为无色 95.37%
解析：(1)电解硫酸钠溶液的实质是电解水，由水电离的OH在阳极放电生成氧气，破坏水的电离平衡，溶液中H浓度增大，H和SO2－4形成硫酸。阴极由水电离的H放电生成H2，教案试题
＋
＋
＋
－
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破坏水的电离平衡，溶液中OH浓度增大，Na与OH形成NaOH。
(2)反应Ⅰ中的氧化剂是NaClO3，还原剂是Na2SO3，根据电子得失守恒可知NaClO3和Na2SO3
的物质的量之比为2∶1。
(3)反应Ⅱ中，反应物有ClO2、NaOH和H2O2，生成物有NaClO2，氯元素化合价降低，则H2O2中氧元素化合价升高，还有O2和H2O生成。
(4)NaClO2的溶解度随温度升高而增大，可先将NaClO2溶液蒸发掉一部分水，然后冷却结晶即可析出晶体，最后过滤得到晶体。
(5)NaClO2与酸化的KI溶液反应的化学方程式为ClO－2＋4I＋4H===Cl＋2I2＋2H2O，充分反应后加入2～3滴淀粉溶液，溶液变蓝，用0.264 mol·L Na2S2O3标准液滴定，发生反应：2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，故滴定终点时，溶液由蓝色变为无色，可得关系式：ClO2～2I2～4Na2S2O3，又n(Na2S2O3)＝0.264 mol·L×0.02 L＝0.005 28 mol，则n(ClO2)＝0.005 28 mol
＝0.001 32 mol，所以500 mL溶液中：n(NaClO2)＝0.001 32 mol×50＝0.066
4mol，则10 g产品中m(NaClO2·3H2O)＝0.066 mol×144.5 g·mol
－1
－1
－－
－1－
＋
－
－
＋
－
＝9.537 g，则
w(NaClO2·3H2O)＝
9.537 g
×100%＝95.37%。 10 g
5．(15分)X、Y、Z、W四种常见元素均为短周期元素。已知：①X的最高价氧化物对应的水化物为无机酸中最强的酸；②Y的氧化物是典型的两性氧化物，可用于制造一种极有前途的高温材料；③Z是无机非金属材料的主角，其单质
是制取大规模集成电路的主要原料；④W被称为军事金属，可在CO2中燃烧。
(1)X的最高价氧化物对应水化物的水溶液与Y的氧化物反应的离子方程式为______________________________________________。
(2)Z的氧化物在通信领域用来作________，工业上制Z单质的化学反应方程式为___________________________________________。
(3)在50 mL 1 mol·L的YX3溶液中逐滴加入0.5 mol·L的NaOH溶液，得到1.56 g沉淀，则加入NaOH溶液的体积最多为________mL。
－1
－1
(4)Y、W合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的三位同学为测定某Y、W合金(设不含其他元素)中W的质量分数，设计下列实验方案进行探究。称量
x g Y、W合金粉末，放在如图所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧。欲计算W的质
教案试题
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量分数，该实验中还需测定的数据是________。若用空气代替O2进行实验，对测定结果是否有影响？若有影响分析其原因
_____________________________________________________。 答案：(1)6H＋Al2O3===2Al＋3H2O 高温
(2)光导纤维 SiO2＋2C=====Si＋2CO↑
(3)360 (4)充分灼烧，冷却后粉末的质量 有影响，空气中的N2和CO2都能与镁反应 解析：由题给条件推出X、Y、Z、W分别是Cl、Al、Si、Mg。(1)Cl的最高价氧化物对应的水化物为HClO4，Al的氧化物为Al2O3，离子方程式为：Al2O3＋6H===2Al＋3H2O。(2)Si的氧化物为二氧化硅，在通信领域用来作光导纤维。(3)50 mL 1 mol·L的AlCl3溶液中AlCl3的物质的量为0.05 mol，完全形成Al(OH)3沉淀时，Al(OH)3的质量为3.9 g，所以要使加入NaOH溶液的体积最多，则应将氯化铝完全转化为沉淀，再加入氢氧化钠溶液，溶解一部分沉淀，最后得到1.56 g沉淀。发生的离子反应有：Al＋3OH===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋OH===AlO2
3＋
－
－
－
－1＋
3＋
＋
3＋
3.9－1.56＋2H2O，则需要氢氧化钠的物质的量为：0.05×3＋＝0.18 mol，加入NaOH溶液的
780.18 mol
体积为＝0.36 L＝360 mL。(4)还需要测定的数据是充分灼烧，冷却后粉末的质量，
0.5 mol/L这样列出方程组就可求得Mg的质量分数。如果用空气代替氧气进行实验，则空气中的氮气和二氧化碳都能与镁反应，对测定结果有影响。
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