内容发布更新时间 : 2024/12/27 22:33:38星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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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·Cr2O3，杂质为SiO2、Al2O3)为原料生产，实验室模拟工业制法用铬铁矿制K2Cr2O7的主要工艺如图所示。涉及的主要反应是6FeO·Cr2O3＋24NaOH＋△

7KClO3=====12Na2CrO4＋3Fe2O3＋7KCl＋12H2O。

(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 H2SO4溶液和足量碘化钾(铬元素转化为Cr3＋)，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 Na2S2O3标准

－－2－溶液滴定(I2＋2S2O23===2I＋S4O6)。若实验中共用去Na2S2O3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SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Al2O3＋高温

2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]，SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑，Al2O3＋Na2CO3＋4H2O===2Na[Al(OH)4]＋CO2↑。充分反应后过滤，由于滤液中含有Na2SiO3

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－－和Na[Al(OH)4]，调节pH为7～8，使SiO23和[Al(OH)4]分别生成H2SiO3沉淀和Al(OH)3－2－2CrO2－＋2H＋沉淀而除去。(3)CrO24在酸性条件下可转化成Cr2O7：4

－Cr2O27＋H2O，

－2－(4)根据题意知：－酸化时，增大了H＋浓度，平衡向右移动，促使CrO2Cr2O24转化为Cr2O7。7

得6e－失2e－

－――→2Cr3＋，2I－――→I2，根据得失电子守恒，存在K2Cr2O7～3I2～6S2O23，故试样中1250 mL1250 mL

2－－1－3n(K2Cr2O7)＝×n(S2O3)×＝×0．120 0 mol·L×40．00×10 L×

625.00 mL625.00 mL＝8×10－3 mol，m(K2Cr2O7)＝8×10－3 mol×294 g·mol－1＝2．352 g，故K2Cr2O7的纯度为×100%＝94%。

2.500 0 g

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)

高温

(2)SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑{或

Al2O3＋Na2CO3＋

2.352 g

4H2O===2Na[Al(OH)4]＋CO2↑或SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O或Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]} Al(OH)3、H2SiO3[或Al(OH)3、H4SiO4]

－＋(3)2CrO24＋2H

－＋Cr2O27＋H2O，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(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5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

物质 质量分数/% V2O5 V2O4 K2SO4 22～28 SiO2 60～65 Fe2O3 1～2 Al2O3 <1 2．2～2．9 2．8～3．1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

(1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋2，反应的离子方程式为_____________________，同时

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V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。

(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO＋则需要氧化剂KClO3至少为________mol。 2，

－(3)“中和”作用之一是使钒以V4O4“废渣2”中含有12形式存在于溶液中。

________________________________________________________________________。

离子交换－－(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O4R124V4O12＋4OH(ROH洗脱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(NH4VO3)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V2O5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

＋，共失去3 mol电子，而1 mol ClO－变为Cl－得到6 mol电子，所以需要VO2＋变为VO23

0．5 mol氯酸钾。(3)中和时，Fe3＋、Al3＋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R4V4O12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NH4VO3转化为V2O5，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NH3，另一种生成物必定是H2O。

答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋2＋H2O SiO2 (2)0．5

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K＋

△

(6)2NH4VO3=====V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

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3．以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4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Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是________________________________________________________________________。

(2)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为

－3＋＋PbSO＋2HO ⅰ．2Fe2＋＋PbO2＋4H＋＋SO24===2Fe42

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FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。

b．________________________________________________________________________。 (3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq)其溶解度曲线如图所示。

NaHPbO2(aq)，

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Na2SO4浓度，提高脱硫效率

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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Fe2＋催化下，Pb、PbO2和H2SO4

Fe2＋

反应生成PbSO4和水，化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=====2PbSO4＋2H2O。(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Fe2＋被PbO2氧化为Fe3

＋，则反应ⅱ中

－Fe3＋被Pb还原为Fe2＋，离子方程式为2Fe3＋＋Pb＋SO24===PbSO4＋

2Fe2＋。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NaHPbO2，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。

Fe2＋

答案：(1)Pb＋PbO2＋2H2SO4=====2PbSO4＋2H2O

－2＋＋PbSO (2)①2Fe3＋＋Pb＋SO24===2Fe4

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)SO4(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：

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