高中化学晶格能的应用试题

蛇纹石是一种富镁硅酸盐矿物的总称，因其颜色青绿相间酷似蛇皮而得名。蛇纹石可以看作由MgO、FeO和Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成。工业上由蛇纹石制取碱式碳酸镁产品的流程如下：

（1）蛇纹石加盐酸溶解后，溶液里除了Mg^2＋、Al³⁺外，还含有的金属离子是________。
（2）向Ⅰ中加入氧化剂的作用是                           ，加入Ca(OH)₂时，  
需要控制溶液pH在7～8之间(有关氢氧化物沉淀的pH见下表)。

氢氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
开始沉淀pH	1.5	3.3	9.4

 
若pH＞8可能会导致           溶解、________沉淀。
（3）沉淀物A可作为提取红色颜料的原料，若向沉淀物A中加入           ，然
后过滤、洗涤、_________（填写实验操作名称)，即可获得红色颜料，实现废物的综合利用。
（4）物质循环使用，能节约资源。上述实验中，可以循环使用的物质是________(填写物质化学式)。
（5）若产品的化学式用aMgCO₃·bMg(OH)₂·cH₂O表示，现称取18.2 g产品并使之完全分解，收集到3.36L CO₂（标准状况下）和8.0 g MgO，通过计算确定产品的化学式中：a＝________，b＝________，c＝________。

氧化铁在工业上具有广泛的应用。
I．据报道，一定条件下利用FeO₂与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应如下：
Fe₂O₃(s)＋3CH₄(g)＝2Fe(s)＋3CO(g)＋6H₂(g) △H＞0
（1）若反应在2L的密闭容器中进行，5min后达到平衡，测得反应生成Fe的质量为l.12g。则该段时间内CH₄的平均反应速率为 ________________。
（2）反应达到平衡后，保持其他条件不变，仅改变某一相关元素，下列说法正确的是___(选填序号)。
a．若加入催化剂，v_正增大，平衡向右移动
b．若温度升高，平衡常数K减小
c．若增大Fe₂O₃的量，平衡向右移动
d．若从反应体系中移走部分CO，可提高CH₄的转化率
Ⅱ．工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂等)为原料提取Fe₂O₃，工艺
流程如下：试回答下列问题：
 
（3）步骤i烧渣中A1₂O₃溶解的离子方程式为________________。
（4）步骤i、ⅱ、ⅲ都要进行的操作名称是__________________。
（5）结合下图，判断步骤ⅱ中调节溶液的pH不高于_________________。

（6）已知

计算反应Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常数为_______。
（7）在空气中煅烧FeCO₃生成氧化铁的化学方程式为____________。
（8）结合所学化学知识，请你设计在实验室里从上述的硫铁矿烧渣中提取氧化铁的另一种简单方案。

随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维生素”。工业上回收废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中钒的主要流程如下：

已知：（1）V₂O₅和NH₄VO₃均为难溶物，VOSO₄和(VO₂)₂SO₄均为易溶物。
（2） 2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺ = 2VO²⁺ + 2CO₂↑+ 2H₂O
回答下列问题：
（1）步骤①前，粉碎的目的是_________________________。
（2）步骤②中发生反应的离子方程式为__________________________。
（3）步骤③的变化过程可简化为(HA表示有机萃取剂)：
VOSO₄ (水层)+ 2HA（有机层）VOA₂(有机层）+ H₂SO₄(水层)，则步骤④中可选择硫酸作反萃取的原因是_____________。
（4）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定操作⑤后溶液中含钒量的步骤为：取10.0mL0.1mol/LH₂C₂O₄溶液于锥形瓶中，加入指标剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时，消耗待测液的体积为10.0mL，由此可知(VO₂)₂SO₄溶液钒元素的含量为_________g/L。
（5）V₂O₅可用金属(如Ca、Al)热还原法获得钒，则金属铝热还原制得钒的化学方程式为_______________。

稀土元素是周期表中Ⅲ B族钪、钇和镧系元素的总称，它们都是很活泼的金属，性质极为相似，常见化合价为+3。其中钇（Y）元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的钇矿石（ Y₂FeBe₂Si₂O₁₀），以此矿石为原料生产氧化钇（Y₂O₃）的主要流程如下：

已知：I．有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：

	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe^3+	2.7	3.7
Y^3+	6.0	8.2

 
Ⅱ．在周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。
（1）钇矿石（Y₂ FeBe₂Si₂O₁₀）的组成用氧化物的形式可表示为              。
（2）欲从Na₂ SiO₃和Na₂BeO₂的混合溶液中制得Be(OH)₂沉淀。则
①最好选用盐酸和下列选项中的       试剂（填字母代号），
a．NaOH溶液    b．氨水    c．CO₂气    d．HNO₃
再通过     操作方可实现（填实验操作名称）。
②写出Na₂BeO₂与足量盐酸发生反应的离子方程式：                         ；
（3）为使Fe³⁺沉淀完全，须用氨水调节pH =a，则a应控制在                  
的范围内；继续加氨水调节pH =b发生反应的离子方程式为                       ，溶液中Fe³⁺完全沉淀的判定标准是                          。

氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为(MgCO₃，舍少量FeCO₃)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：

（1）通入O₂氧化时，发生反应的离子方程式为____________________。
（2）滤渣2的成分是_________（填化学式）
（3）流程图中“操作步骤”为                       、过滤等操作，得到MgSO₄·7H₂O晶体。对MgSO₄·7H₂O晶体直接加热       （填“能”或“不能”）得到无水MgSO₄固体。
（4）长时间加热MgCO₃悬浊液后生成Mg(OH)₂，该反应的化学方程式为                                  。
（5）已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如表所示：

pH	< 8.0	8.0 ~ 9.6	> 9.6
颜色	黄色	绿色	蓝色

25℃时，向Mg(OH)₂的饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂，溶液所呈现的颜色为                  [25℃时，Mg(OH)₂的溶度积Ksp=5.6×10^-12）]。
（6）煅烧过程存在以下反应：
2MgSO₄+C2MgO+2SO₂↑+CO₂↑； MgSO₄+CMgO+SO₂↑+CO↑；
MgSO₄+3CMgO+S↑+3CO↑。
①若在实验室中煅烧硫酸镁，需要的仪器除酒精灯、三脚架以外，还需要        。
A．蒸发皿      B．坩埚        C．泥三角        D．石棉网
②用下列实验装置检验煅烧产生的气体中含有SO₂、CO₂气体（加热装置略去，部分装置可以重复使用）。

正确的连接顺序是a→b→                       （按接口连接）。B中盛放的试剂是                ，确定存在二氧化碳气体的实验现象是                         。

【化学——选修2化学与技术】
由Ca₃(PO₄)₂、SiO₂、焦炭等为原料生产硅胶（SiO₂·nH₂O）、磷、磷酸及CH₃OH，下列工艺过程原料综合利用率高，废弃物少。

（1）上述反应中，属于置换反应的是     [选填：（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）]
（2）高温下进行的反应Ⅱ的化学方程式为：                 　　；
固体废弃物CaSiO₃可用于 　　                       　　。
（3）反应Ⅲ需在隔绝氧气和无水条件下进行，其原因是                。
（4）CH₃OH可用作燃料电池的燃料，在强酸性介质中，负极的电极反应式为        。
（5）指出（VI）这一环节在工业生产上的意义  　　          　　
（6）写出由P→H₃PO₄有关反应式
① 　　                       　　
② 　　                       　　

高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示。
（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄）的流程如图所示：

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：                                 。
②反应II的离子方程式为                                                  。
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌，又能净水，是一种理想的水处理剂．它能消毒杀菌是因为                它能净水的原因是                                  。
④已知25℃时Fe(OH)₃的Ksp = 4.0×10^-38，反应II后的溶液中c(Fe³⁺)=4.0×10^-5 mol/L,则需要调整        时，开始生成Fe(OH)₃（不考虑溶液体积的变化）。
（2）由流程图可见，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾。①加入饱和KOH溶液的目的是：         。
②由以上信息可知：高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠   （填“大”或“小”）。

湿法	强碱性介质中，Fe(NO3)3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法	Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物

 
（3）干法制备K₂FeO₄的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为        。
（4）高铁电池是正在研制中的可充电干电池，高铁电池具有工作电压稳定， 放电时间长等优点，有人以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸钾为电解质，用惰性电极设计成高温下使用的电池，写出该电池正极电极反应式：                      。

硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
（1）陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料，其中生产普通玻璃的主要原料有                     。
（2）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热到1600℃-1800℃除生成粗硅外，也可以生产碳化硅，则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为                       。
②在流化床反应的产物中，SiHCl₃大约占85%，还有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，粗硅生成SiHCl₃的化学反应方程式                              。
（3）有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl₃的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和       ；SiHCl₃极易水解，其完全水解的产物为       。

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

 
（4）还原炉中发生的化学反应为：                                。
（5）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是       。

废旧碱性锌锰干电池内部的黑色物质A主要含有MnO₂、NH₄CI、ZnCI₂，还有少量的FeCI₂和炭粉，用A制备高纯MnCO₃，的流程图如下。

（1）碱性锌锰干电池的负极材料是_________(填化学式)。
（2）第Ⅱ步操作的目的是________________________。
（3）第Ⅳ步操作是对滤液a进行深度除杂，除去Zn²⁺的离子方程式为____________________。 (已知：Ksp(MnS)=2.5×10^-13，Ksp(ZnS)=1.6×10^-24)
（4）为选择试剂X，在相同条件下，分别用5 g黑色物质M进行制备MnSO₄的实验，得到数据如右表：

①试剂x的最佳选择是_________。
②第Ⅲ步中用选出的最佳试剂X与M的
主要成分反应的化学方程式为_________。
（5）第V步系列操作可按以下流程进行：

已知：MaCO₃难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn(OH) ₂开
始沉淀时pH为7.7。请补充完成以下操作：
操作1：___________________；操作2：过滤，用少量水洗涤2～3次
操作3：检测滤液，表明SO已除干净； 操作4：___________________；
操作5：低温烘干。

高铁酸钾（K₂FeO₄）有强氧化性，是一种安全性很高的水处理剂。
（1）高铁酸钾中铁元素的化合价是     ，它可以将废水中的亚硝酸钾（KNO₂）氧化，同时生成具有吸附性的Fe(OH)₃，该反应的化学方程式为                。
（2）某学习小组用废铁泥（主要成分为Fe₃O₃、FeO、CuO和少量Fe）制备高铁酸钾的流程如下：

①操作Ⅰ要在通风橱中进行，其原因是           。
②溶液A中含有的金属阳离子是             。
③25℃时，若将溶液B中的金属离子完全沉淀，应调节c(H⁺)小于      。（已知：i. Ksp[Fe(OH)₃]=2.7×10^-39、Ksp[Fe(OH)₂] =4.0×10^-17、Ksp[Cu(OH)₂] =1.6×10^-20；ii. 溶液中离子浓度小于10^-5 mol·L^-1时，可视为沉淀完全。）
④该小组经多次实验，得到如图结果，他们的实验目的是                。

（3）高铁酸钾还可以用电解法制取，电解池以铁丝网为阳极，电解液使用氢氧化钾溶液，其阳极反应式为               。

随着不断向化工、石油、电力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行业推广，钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资。工业主要以二氧化钛为原料冶炼金属钛。
Ⅰ.二氧化钛可由以下两种方法制备：
方法1：可用含有Fe₂O₃的钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，其中Ti元素化合价为+4价）制取，其主要流程如下：

（1）由滤液获得绿矾晶体的操作过程是                 。
（2）甲溶液中除含TiO²⁺之外还含有的金属阳离子有                 。
（3）已知10kg该钛铁矿中铁元素的质量分数为33.6%，能够得到绿矾晶体22.24kg，试计算最少加入铁粉的质量。
方法2：TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O，过滤、水洗除去其中的Cl-，再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO₂，此方法制备得到的是纳米二氧化钛。
（4）①TiCl₄水解生成TiO₂·XH₂O的化学方程式为                 。
②检验TiO₂·XH₂O中Cl^-是否被除净的方法是                 。
Ⅱ.二氧化钛可用于制取钛单质
（5）TiO₂制取单质Ti，涉及到的步骤如下：
 
反应②的化学方程式是                 ，该反应成功需要的其他条件及原因是                 。

氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质]的流程如下：

提示：在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO₂。
回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是________。
（2）反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有________。
（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是______________。
（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO₃·xZn（OH）₂。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于________。

明矾石经处理后得到明矾[KAl（SO₄）₂·12H₂O]。从明矾制备Al、K₂SO₄和H₂SO₄的工艺过程如下所示：
焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（SO₄）₂·12H₂O＋3S=2K₂SO₄＋2Al₂O₃＋9SO₂↑＋48H₂O
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是________。
（2）从水浸后的滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是________。

（3）Al₂O₃在一定条件下可制得AlN，其晶体结构如右图所示，该晶体中Al的配位数是________。
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，该电池反应的化学方程式是________。
（5）焙烧产生的SO₂可用于制硫酸。已知25℃、101 kPa时：
2SO₂（g）＋O₂（g）2SO₃（g）　ΔH₁＝－197 kJ/mol；
H₂O（g）=H₂O（l）　ΔH₂＝－44 kJ/mol；
2SO₂（g）＋O₂（g）＋2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）　ΔH₃＝－545 kJ/mol。
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是________。焙烧948 t明矾（M＝474 g/mol），若SO₂的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸________t。

下图是利用钛白粉生产海绵钛（Ti）的一种工艺流程：

有关说法正确的是（  ）

A．反应Ⅰ中钛白粉（TiO2）做氧化剂

B．该工艺中可以循环使用的物质只有Cl2

C．可以用N2代替Ar作为反应Ⅱ中的保护气

D．反应Ⅱ的化学方程式为2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti

工业生产Na₂S常用方法是无水芒硝(Na₂SO₄)一碳还原法，其流程示意图如下：

(1)若煅烧阶段所得气体为等物质的量的CO和CO₂。写出煅烧时发生的总反应方程式：______________________。
(2)用碱液浸出产品比用热水更好，理由是__________________。
(3)废水中汞常用硫化钠除去，汞的除去率与溶液pH和硫化钠实际用量与理论用量比值x的关系如图所示。为使除汞达到最佳效果，应控制条件是________________。

(4)取Na₂S(含少量NaOH)，加入到CuSO₄溶液中，充分搅拌，若反应后溶液pH＝4，此时溶液中c(S^2－)＝________mol·L^－1[已知：CuS的K_sp＝8.8×10^－36；Cu(OH)₂的K_sp＝2.2×10^－20(保留2位有效数字)]。
(5)纳米Cu₂O常用电解法制备，制备过程用铜棒和石墨棒做电极，Cu(NO₃)₂做电解液。电解生成Cu₂O应在________；该电极pH将________(填“升高”“不变”或“降低”)，用电极方程式解释pH发生变化的原因______________________。