高中化学晶格能的应用试题

高锰酸钾在实验室和工农业生产中有广泛的用途．实验室以二氧化锰为主要原料制备高锰酸钾。其部分流程如下：

（1）第①步加热熔融应在          中进行．而不用瓷坩埚的原因是        （用化学程式表示）。
（2）第④步通入CO₂，可以使Mn片发生反应．生成MnO₄^—和MnO₂。反应的离子方程式为           。则完成反应时，转化为KMnO₄的占全部K₂MnO₄的百分率约为        （精确到0．1%）。
（3）第⑤步趁热过滤的是            。
（4）第⑥步加热浓缩至液面有细小晶体析出时．停止加热．冷却结晶、        、洗涤、干燥。干燥过程中．温度不宜过高．其原因是        （用化学方程式表示）。
（5）H₂O₂和KMnO₄，都是常用的强氧化剂。若向H₂O₂溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液．则酸性高锰酸钾溶液会褪色．写出该反应的离子方程式：        ．该反应说明H₂O₂的氧化性比KMnO₄        （填“强”或“弱”）。

工业上生产高氯酸（沸点：90°C）时还同时生产了亚氯酸钠，其工艺流程如下：

（1）实验室进行过滤操作的常用玻璃仪器有            。
（2）反应器I中的温度最佳为        （填序号）；操作②的名称为         。
A. 0°C ；          B. 20°C ；        C. 80°C ；          D. 120°C  
（3）反应器II中发生反应的离子方程式为              。
（4）加快反应器II中反应速率的措施有              （写出一种措施即可）等。从反应器II中获得NaClO₂  粗品的实验操作依次是        （填序号，下同），进一步提纯的操作名称为        。
A．过滤  B．重结晶  C．蒸馏  D．蒸发浓缩  E．蒸干灼烧  F．冷却结晶  G．萃取分液
（5）上述流程中可循环使用的物质为        ，副产品除NaClO₂、NaHSO₄外还有        （填化学式）。

某研究小组利用工业生产钛白粉产生的废液(含有大量的Fe^2＋、H^＋、SO₄^2—和少量的Fe^3＋、TiO^2＋)生产乳酸亚铁，其工艺流程如下：

(1)反应Ⅰ中，铁屑与TiO^2＋反应的离子方程式为2TiO^2＋＋Fe＋4H^＋2Ti^3＋＋Fe^2＋＋2H₂O，该反应的平衡常数表达式为K＝________。
(2)反应Ⅱ需控制反应温度低于35 ℃，其目的是________________，该反应的化学方程式是________________。检验溶液A中是否含Fe^2＋的实验操作方法是_________________________________________________________。
(3)已知：FeCO₃(s)Fe^2＋(aq)＋CO₃^2—(aq)，试用平衡移动原理解释反应Ⅲ中生成乳酸亚铁的原因______________________________________________。
(4)结晶过程必须控制在一定的真空度条件下进行，原因是_______________________________________________________。

用石灰乳、石灰氮(CaCN₂)和炼厂气(含H₂S)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的CS(NH₂)₂(硫脲)，其部分工艺流程如下：

(1)高温下，H₂S存在下列反应：2H₂S(g)2H₂(g)＋S₂(g)，其平衡常数表达式为K＝________________。
(2)用石灰乳吸收H₂S制取Ca(HS)₂需要在低温下进行，其原因是_____________________________________________________；
过滤得到的滤渣可再利用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。
(3)合成硫脲需长时间搅拌，并在较高温度(80～85 ℃)下进行，其目的是_______________________________________。
Ca(HS)₂与CaCN₂在水溶液中合成硫脲的化学方程式为________________________________。
(4)化合物X与硫脲互为同分异构体，X加入FeCl₃溶液中，溶液显红色，X的化学式为________________。

(14分)锆产业是极有发展潜力及前景的新兴产业，锆(Zr)元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆(ZrO2)可以制造耐高温纳米陶瓷。我国有丰富的锆英石(ZrSiO4)，含Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质，生产锆流程之一如下：

试回答下列问题：
(1)写出上述流程中高温气化的反应方程式(碳转化成CO)：_______________________________________________。
(2)写出ZrOCl2·8H2O在900 ℃生成ZrO2的反应方程式： ______________ ______________________________________________。
(3)关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是________(单选)。

A．二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料

B．1 nm＝10－10m

C．锆合金的硬度比纯锆要高

D．日本福岛核电站的爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气

爆炸引起的
(4)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的二氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。在熔融电解质中，O2－向________(填“正”或“负”)极移动。电池正极电极反应为__________________，负极电极反应为________________________________。

钴酸锂(LiCoO₂)锂离子电池是一种应用广泛的新型电源，实验室尝试利用废旧钴酸锂锂离子电池回收铝、铁、铜、钴、锂元素，实验过程如下：

(1)碱浸泡过程中，铝被溶解的离子方程式为__________________________
(2)滤液A中加入草酸铵溶液，使Co元素以CoC₂O₄·2H₂O沉淀形式析出。草酸钴是制备氧化钴及钴粉的重要原料。在空气中CoC₂O₄·2H₂O的热分解失重数据见下表，请补充完整表中的热分解方程式。

序号	温度范围/℃	热分解方程式	固体失重率
①	120～220		19.67%
②	280～310		56.10%

 
(3)过滤Li₂CO₃时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_____________________________________________________________
(4)最终所得的FeCl₃溶液可作净水剂，试结合离子方程式解释其净水原理________________________________________________________

丙酸的结构为CH₃—CH₂—COOH,丙酸盐是安全有效的防霉、防腐剂,一种以碱式碳酸锌为原料的生产工艺流程如下:

序号	n(丙酸)∶ n(碱式碳酸锌)	反应温度/℃	丙酸锌产率/%
1	1∶0.25	60	67.2
2	1∶0.25	80	83.5
3	1∶0.25	100	81.4
4	1∶0.31	60	89.2
5	1∶0.31	80	90.1
6	1∶0.31	100	88.8

 
(1)探究本实验中最佳工艺条件(见上表):反应时间2 h,用水量45 g,n(丙酸)∶n(碱式碳酸锌)=1∶,反应温度　　　　℃。 
(2)本工艺采用“闭路循环”方式,除具有制备工艺简便、产率高外,还具有　　　　　　　　　　　　　　　　　的优点。 
(3)某次实验时,将37.0 g丙酸溶于220 mL水中,按上述流程在上述优化的条件下制备,最终得丙酸锌49.6 g,则该次实验丙酸锌的产率为　　　　(写出计算过程)。 

我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出):

请填写下列空白:
(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t℃、p kPa时,完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气),吸收了a kJ热量。该反应的热化学方程式是　　　　　　。 
(2)上述流程中,工业上分离H₂、CO₂合理的方法是　　　。 

A．混合气先通入氢氧化钠溶液,再在溶液中加入盐酸

B．混合气加压冷却,使CO2液化

C．混合气用氨水洗涤

D．混合气先通入石灰浆中,然后高温煅烧固体

(3)为了保证顺利合成氨气,在空气进入合成塔之前必须对空气进行　　　　,目的是　　　　;在合成氨的实际生产过程中,常采取将生成的氨从混合气体中分离出来,分离出氨的方法:　　　　。 
(4)合理地利用资源不仅可以提高经济效益,也是对社会、对全人类负责的表现,请用线段和箭头画出图中的两处合理利用资源情况。

某课题组研究以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制备氯化铁晶体（FeCl₃·6H₂O）的工艺，其设计的流程如下：

回答下列问题：
（1）已知在焙烧硫铁矿石过程中铁元素转化成了Fe₃O₄，则该反应的化学方程式                 ；
（2）“酸溶”中反应的离子方程式为                                     ；
（3）“过滤”后滤液中金属阳离子有                   ；
（4）“氧化”中使用的氧化剂最好是                    ；
（5）该工艺流程中产生的SO₂会污染空气并形成酸雨，下列物质：①BaCl₂②品红③石灰乳 ④O₂，用于吸收SO₂最好的是              。

无水AlCl₃可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。工业上由铝土矿（主要成分是A1₂O₃和Fe₂O₃）和石油焦（主要成分是C）按下图所示流程进行一系列反应来制备无水AlCl₃。

（1）氯化铝在加热条件下易升华，气态氯化铝的化学式为Al₂Cl₆，每种元素的原子最外层均达到8电子稳定结构，则AlCl₃是：   晶体，其结构式为：   。
（2）氯化炉中Al₂O₃、Cl₂和C反应的化学方程式是        。
（3）冷却器排出的尾气中含有大量CO和少量Cl₂，需用Na₂SO₃溶液除去Cl₂，此反应的离子方程式为：            。
（4）升华器中主要含有AlCl₃和FeCl₃，需加入少量Al，其作用是：   。
（5）AlCl₃产品中Fe元素含量直接影响其品质，为测定产品中Fe元素的含量，现称取16.25g无水AlCl₃产品，溶于过量的NaOH溶液，过滤出沉淀物，沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重残留固体质量为0.32g。则产品中Fe元素的含量为：   。

高纯超微细草酸亚铁可用于合成新型锂电池电极材料，工业上可利用提取钛白粉的副产品绿矾（FeSO₄·7H₂O）通过下列反应制备：
FeSO₄＋2NH₃·H₂O＝Fe(OH)₂↓＋(NH₄)₂SO₄
Fe(OH)₂＋H₂C₂O₄＝FeC₂O₄＋2H₂O
（1）绿矾中含有一定量的TiOSO₄杂质。将绿矾溶于稀硫酸，加入铁粉、搅拌、充分反应并保持一段时间，过滤，可得纯净的FeSO₄溶液。在上述过程中，TiOSO₄能与水反应转化为H₂TiO₃沉淀，写出该反应的化学方程式：   ；加入铁粉的作用有   、   。
（2）由纯净的FeSO₄溶液制取FeC₂O₄时，需在真空环境下进行，原因是   。
FeC₂O₄生成后，为提高产品纯度，还需调节溶液pH＝2，若pH过低，则导致
FeC₂O₄的产率   （填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。
（3）将含有FeC₂O₄的混合液过滤，将产品先用水洗涤，再用无水乙醇清洗。无水乙醇的作用是   、   。
（4）某研究小组欲从某化工残渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出发，先制备较纯净的FeSO₄溶液，再合成FeC₂O₄。请补充完整由该化工残渣制备较纯净的FeSO₄溶液的实验步骤（可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液）：向一定量该化工残渣中加入足量的稀硫酸充分反应，过滤，   ，过滤，得到较纯净的FeSO₄溶液。

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）的流程如下图所示：

废液

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：                                  。
②反应I的化学方程式为                                                   。
③反应II的离子方程式为                                                   。
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pH=         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         。

焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）常用作食品漂白剂。其制备工艺流程如下：

已知：反应Ⅱ包含2NaHSO₃Na₂S₂O₅＋H₂O等多步反应。
（1）实验室制取氨气的化学方程式：                                    。
（2）“灼烧”时发生反应的化学方程式：                                。
（3）已知Na₂S₂O₅与稀硫酸反应放出SO₂，其离子方程式为：                 。
（4）副产品X的化学式是：         ；可循环利用的物质是：_________和_______。
（5）为了减少产品Na₂S₂O₅中杂质含量，需控制反应Ⅱ中气体与固体的物质的量之比约为                 。

钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO₃）制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下：

已知：① TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。 ②常温下，难溶电解质溶解度与pH关系图。
③25 ℃时TiO(OH)₂溶度积K_sp=1×10^-29

回答下列问题：
（1）写出钛铁矿酸浸时，反应的离子方程式                                。
（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有                                        。
（3）向“富含TiO^2＋溶液”中加入Na₂CO₃粉末的作用是                       ， TiO^2＋水解的离子方程式为                               ，当溶液pH=       时，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（4）加入铁屑将Fe³⁺转化为Fe²⁺的原因是                                 。

工业制钛白粉产生的废液中含有大量FeSO₄、H₂SO₄和少量Fe₂(SO₄)₃、TiOSO₄，可利用酸解法生产补血剂乳酸亚铁。其生产流程如下：

已知：TiOSO₄可溶于水，在水中电离为TiO²⁺和SO₄^2-。请回答下列问题：
（1）写出TiOSO₄水解生成钛酸H₄TiO₄的离子方程式                          。步骤①中加入足量铁屑的目的是              。
（2）工业上由H₄TiO₄可制得钛白粉TiO₂。TiO₂直接电解还原法（剑桥法）生产钛 是一种较先进的方法，电解质为熔融的CaCl₂，原理如图所示，阴极的电极反应为_______________。

（3）步骤②的离子方程式是                            ，所得副产品主要 是__________（填化学式）。
（4）步骤④的结晶过程中必须控制一定的真空度，原因是                     。
（5）乳酸可由乙烯经下列步骤合成：

上述合成路线的总产率为60%，乳酸与碳酸亚铁反应转化为乳酸亚铁晶体的产率为90%，则生产468 kg乳酸亚铁晶体（M＝234 g/mol）需要标准状况下的乙烯        m³。