2019届高考化学一轮复习 第4章 材料家族中的元素突破全国卷专题讲座(四)突破训练 鲁科版

第4章 材料家族中的元素

[突破训练]

1．(2018·湖南六校联考)重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬

铁矿(主要成分为FeO·Cr 2O 3，杂质为SiO 2、Al 2O 3)为原料生产，实验室模拟工业制法用铬铁

矿制K 2Cr 2O 7的主要工艺如图所示。涉及的主要反应是6FeO·Cr 2O 3＋24NaOH ＋7KClO 3=====

△12Na 2CrO 4＋3Fe 2O 3＋7KCl ＋12H 2O 。

(1)碱浸前将铬铁矿粉碎的作用是_________________________________________。

(2)反应器①中除发生题中所给反应外，还会发生其他反应，请任写出一个反应的化学

方程式：___________________。③中调节pH 为7～8所得滤渣为____________________。

(3)从平衡角度分析④中酸化的原因是________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)称取重铬酸钾试样2．500 0 g 配成250 mL 溶液，取出25．00 mL 于碘量瓶中，向

其中加入10 mL 2 mol·L －1 H 2SO 4溶液和足量碘化钾(铬元素转化为Cr 3＋)，置于暗处5 min 。然后加入100 mL 水和适量淀粉溶液作指示剂，用0．120 0 mol·L －1 Na 2S 2O 3标准溶液滴定(I 2＋2S 2O 2－3===2I －＋S 4O 2－6)。若实验中共用去Na 2S 2O 3标准溶液40．00 mL ，则所得产品中重

铬酸钾的纯度为(设整个过程中其他杂质不参加反应)________。(保留两位有效数字)

解析：(1)碱浸前将铬铁矿粉碎，可以增大接触面积，从而加快反应速率，使反应更充

分。(2)除题给反应外，还能发生的反应有SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O ，Al 2O 3＋2NaOH ＋

3H 2O===2Na[Al(OH)4]，SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑，Al 2O 3＋Na 2CO 3＋4H 2O===2Na[Al(OH)4]

＋CO 2↑。充分反应后过滤，由于滤液中含有Na 2SiO 3和Na[Al(OH)4]，调节pH 为7～8，使

SiO 2－3和[Al(OH)4]－分别生成H 2SiO 3沉淀和Al(OH)3沉淀而除去。(3)CrO 2－4在酸性条件下可转化成Cr 2O 2－7：2CrO 2－4＋2H ＋Cr 2O 2－7＋H 2O ，酸化时，增大了H ＋浓度，平衡向右移动，促使CrO 2－

4转化为Cr 2O 2－7。(4)根据题意知：Cr 2O 2－7――→得6e －2Cr 3＋，2I －――→失2e －I 2，根据得失电子守恒，

存在K 2Cr 2O 7～3I 2～6S 2O 2－3，故试样中n (K 2Cr 2O 7)＝16×n (S 2O 2－3)×250 mL 25.00 mL ＝16

×0．120 0 mol·L －1×40．00×10－3 L ×250 mL 25.00 mL

＝8×10－3 mol ，m (K 2Cr 2O 7)＝8×10－3 mol ×294 g ·mol －1＝2．352 g ，故K 2Cr 2O 7的纯度为2.352 g 2.500 0 g

×100%＝94%。

答案：(1)增大接触面积，加快反应速率(或增大接触面积，加快反应速率，使反应进行

更充分)

(2)SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑{或Al 2O 3＋Na 2CO 3＋4H 2O===2Na[Al(OH)4]＋CO 2↑或

SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O 或Al 2O 3＋2NaOH ＋3H 2O===2Na[Al(OH)4]} Al(OH)3、H 2SiO 3[或Al(OH)3、H 4SiO 4]

(3)2CrO 2－4＋2H ＋Cr 2O 2－7＋H 2O ，酸化时，增大了H ＋

浓度，平衡向右移动 (4)94%(或0．94)

2．(2016·高考全国卷Ⅲ，28，14分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O 5)是接触法生

产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V 2O 5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催

化剂的主要成分为

回答下列问题：

(1)“酸浸”时V 2O 5转化为VO ＋2，反应的离子方程式为_____________________，同时V 2O 4

转化成VO 2＋。“废渣1”的主要成分是__________。

(2)“氧化”中欲使3 mol 的VO 2＋变为VO ＋2，则需要氧化剂KClO 3至少为________mol 。

(3)“中和”作用之一是使钒以V 4O 4－12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有

________________________________________________________________________。

(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH ＋V 4O 4－12离子交换洗脱

R 4V 4O 12＋4OH －(ROH 为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。

(5)“流出液”中阳离子最多的是________。

(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH 4VO 3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

解析：(1)反应过程中V 的化合价不变，所以是复分解反应。注意V 2O 5在离子方程式中

不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)3 mol VO

2＋变为VO ＋2，共失去3 mol 电子，而1 mol ClO －3变为Cl －得到6 mol 电子，所以需要0．5 mol

氯酸钾。(3)中和时，Fe 3＋、Al 3＋分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要

成分。(4)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越

有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R 4V 4O 12形式存

在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。

(6)由NH 4VO 3转化为V 2O 5，V 的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N 的化合价仍为－3，一种生成物是NH 3，另一种生成物必定是H 2O 。

答案：(1)V 2O 5＋2H ＋===2VO ＋

2＋H 2O SiO 2

(2)0．5

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3

(4)碱

(5)K ＋

(6)2NH 4VO 3=====△V 2O 5＋2NH 3↑＋H 2O ↑

3．以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb 、PbO 、PbO 2、PbSO 4及炭黑等)和H 2SO 4为原料，制

备高纯PbO ，实现铅的再生利用。其工作流程如下：

(1)过程Ⅰ中，在Fe 2＋催化下，Pb 和PbO 2反应生成PbSO 4的化学方程式是

________________________________________________________________________。

(2)过程Ⅰ中，Fe 2＋

催化过程可表示为

ⅰ．2Fe 2＋＋PbO 2＋4H ＋＋SO 2－4===2Fe 3＋＋PbSO 4＋2H 2O

ⅱ．……

①写出ⅱ的离子方程式：________________________________________________。

②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。

a ．向酸化的FeSO 4溶液中加入KSCN 溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO 2，溶液变红。

b ．________________________________________________________________________。

(3)PbO 溶解在NaOH 溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq)

NaHPbO 2(aq)，其溶解度曲线如图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选

填序号)。

A ．减少PbO 的损失，提高产品的产率

B ．重复利用NaOH ，提高原料的利用率

C ．增加Na 2SO 4浓度，提高脱硫效率

②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe 2＋催化下，Pb 、PbO 2和H 2SO 4反应

生成PbSO 4和水，化学方程式为Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4=====Fe 2＋2PbSO 4＋2H 2O 。(2)①催化剂通过参加

反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。根据题给信息知，反应ⅰ中Fe 2＋被PbO 2氧化为Fe 3＋，则反应ⅱ中Fe

3＋被Pb 还原为Fe 2＋，离子方程式为2Fe 3＋＋Pb ＋SO 2－4===PbSO 4＋2Fe 2＋。②a 实验证明发生了反

应ⅰ，则b 实验须证明发生了反应ⅱ，实验方案为取a 中红色溶液少量，加入过量铅粉，充分反应后，红色退去。(3)①过程Ⅱ的目的是脱硫，操作过程中会加入过量的NaOH ，通过题给条件可知，部分PbO 溶解在NaOH 溶液中，故滤液1中会有过量的NaOH 和PbO 溶解在NaOH 溶液中产生的NaHPbO 2，重复使用滤液1，可减少PbO 的损失，提高产率，且NaOH 也得到了重复利用，提高了原料的利用率。②过程Ⅲ是从粗产品中得到纯产品，结合溶解度曲线，可选用重结晶操作。根据条件可知，粗品中含有炭黑，需要趁热过滤，然后冷却结晶，过滤得到纯产品。

答案：(1)Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4=====Fe 2＋

2PbSO 4＋2H 2O

(2)①2Fe 3＋＋Pb ＋SO 2－4===2Fe 2＋＋PbSO 4

②取a 中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色退去

(3)①AB ②向PbO 粗品中加入一定量的35%NaOH 溶液，加热至110 ℃，充分溶解后，

趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO 固体

4．(2018·厦门模拟)新型高效絮凝剂Fe(OH)SO 4(碱式硫酸铁)常用于污水处理。工业上

利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图所示：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH 如表所示：

(1)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，使溶液中的________沉淀，该工艺中“搅拌”的作用是____________________________。

(2)在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作________。若参与反应的O2有11．2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。

(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe(OH)]2＋可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子。该水解反应的离子方程式为______________________________________________。

(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国该药物的相关质量标准，产品中不得含有Fe2＋和NO－3。为检验所得产品中是否含有Fe2＋，应使用的试剂为________(填序号)。

A．氯水B．KSCN溶液

C．NaOH溶液D．酸性KMnO4溶液

解析：(1)稀硫酸浸取废铁屑后所得的溶液中含Fe2＋和少量Al3＋，根据工艺流程可知该步操作是保留Fe2＋，除去Al3＋，故加入少量NaHCO3调节溶液pH可以使Al3＋沉淀，“搅拌”可以加快化学反应速率。

(2)反应Ⅱ中有NO生成，这说明反应中亚硝酸钠是氧化剂，将亚铁离子氧化生成了铁离子，反应的离子方程式为Fe2＋＋NO－2＋2H＋===Fe3＋＋NO↑＋H2O；由于要将亚铁离子氧化为铁离子，所以O2与NaNO2在反应中均作为氧化剂；标准状况下11．2 L氧气的物质的量是11．2 L÷22．4 L/mol＝0．5 mol，0．5 mol氧气可以得到2 mol电子。亚硝酸钠中氮元素的化合价是＋3价，其还原产物中氮元素的化合价是＋2价，得到1个电子，所以根据电子守恒可知，相当于是节约了2 mol亚硝酸钠。

(3)[Fe(OH)]2＋离子可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子，则根据电荷守恒可知一定还有氢离子生成，所以该水解反应的离子方程式为2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋。

(4)因产品中含Fe3＋，检验Fe2＋时不能采用加氯水和KSCN溶液的方法，也不能加NaOH 溶液，Fe(OH)3会对检验Fe2＋产生干扰；可以用酸性KMnO4溶液检验Fe2＋的存在，如含Fe2＋，则滴入几滴酸性KMnO4溶液后，溶液紫红色会退去。

答案：(1)Al3＋加快化学反应速率(2)氧化剂 2 mol

(3)2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋(4)D