高中化学晶格能的应用试题

铁及其化合物有重要用途，如聚合硫酸铁[Fe₂(0H)_n（S0₄)_3-n/2]_m是一种新型高效的水处理混凝剂，而高铁酸钾（其中铁的化合价为+6)是一种重要的杀菌消毒剂，某课题小组设计如下方案制备上述两种产品：

请回答下列问题：
（1）若A为H₂0(g)，可以得到Fe₃0₄，写出其转化的化学方程式：                。
（2）若C为KNO₃和KOH的混合物，写出其与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾的化学方程式 并配平：

（3）为测定溶液Ⅰ中铁元素的总含量，实验操作：准确量取20.00mL溶液Ⅰ于带塞锥形瓶中，加入足量H₂0₂，调节pH<3，加热除去过量H₂0₂；加入过量KI充分反应后,再用 O.1OOOmol.L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。
已知：2Fe^3＋+2I^－=2Fe^2＋+I₂   I₂+2S₂O₃^2-=2I^－+S₄O₆^2-
①写出滴定选用的指示剂         ,滴定终点观察到的现象              。
②溶液Ⅰ中铁元素的总含量为       g.L^-1。若滴定前溶液中H₂0₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将会           (填“偏高”“偏低”“不变”）。
（4）将3.48gFe₃O₄完全溶解在100mL 1 mol·L^-1H₂SO₄溶液中，然后加入K₂Cr₂O₇溶液25mL，恰好使溶液中的Fe²⁺全部反应，Cr₂O₇^2-转化为Cr³⁺。则K₂Cr₂O₇溶液的物质的量浓度为                 

利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如下。

其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr^3＋，其次是Fe^3＋、Al^3＋、Ca^2＋和Mg^2＋。
（1）实验室用98%(密度是1.84g/cm³)的浓硫酸配制250 mL 4.8 mol·L^－1的H₂SO₄溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需___________，需要取用________ml98%(密度是1.84g/cm³)的浓硫酸.
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有____________________(答出两点)。
（3）H₂O₂的作用是将滤液Ⅰ中的Cr^3＋转化为Cr₂O₇^2－，写出此反应的离子方程式：_________________。
（4）常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下：

阳离子	Fe^3^＋	Mg^2^＋	Al^3^＋	Cr^3^＋
开始沉淀时的pH	2.7	－	－	－
沉淀完全时的pH	3.7	11.1	8	9(>9溶解)

 
加入NaOH溶液使溶液呈碱性，Cr₂O₇^2－转化为CrO₄^2－。滤液Ⅱ中阳离子主要有________；但溶液的pH不能超过8，其理由是_________________________。
（5）钠离子交换树脂的反应原理为M^n＋＋nNaR―→MR_n＋nNa^＋，利用钠离子交换树脂除去的滤液Ⅱ中的金属阳离子是_______________________________。
（6）写出上述流程中用SO₂进行还原时发生反应的化学方程式：_______________________。

酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO₂，ZnCl₂和NH₄Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
溶解度/(g/100g水)

温度/℃ 化合物	0	20	40	60	80	100
NH4Cl	29.3	37.2	45.8	55.3	65.6	77.3
ZnCl2	343	395	452	488	541	614

 

化合物	Zn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10^-17	10^-17	10^-39

回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为                  ，电池反应的离子方程式为：             
（2）用废电池的锌皮制备ZnSO₄·7H₂O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H₂O₂溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为        时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10^-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn^2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H₂O₂后果是                         ，原因是                       。

【选修2：化学与技术】锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分)，以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为___________。
（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的____________________操作。
（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为___________        ，其作用是__________________。
（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb－Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是________。
（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为___________。

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿(主要成分为Co₂O₃、Co(OH)₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等)制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：(金属离子浓度为：0.01mol/L)

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0[	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至110~120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式_______________          _。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式________________    ___；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式_______           __。
（3）“加Na₂CO₃调pH至a ( a="6" )”，过滤所得到的沉淀成分为                      。
（4）“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是______          ___、_______          ___和过滤。制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是____________  __。
（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取    剂的目的是___    ___；其使用的最佳pH范围是___________。

A．2.0~2.5          B．3.0~3.5     C．4.0~4.5          D．5.0~5.5

工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Al、Co、Li等，已知Co、Fe都是中等活泼金属)的工艺流程如下：

已知：K_sp[Cu(OH)₂]=4.0×10^－21，K_sp[Al(OH)₃]=1.0×10^－32，K_sp[Fe(OH)₃]=1.0×10^－38，K_sp[Fe(OH)₂]=8.0×10^－19。pH=7.3时Li⁺或Co³⁺开始沉淀。
（1）金属M为              。
（2）①加入H₂O₂的作用是(用离子方程式表示)                         。
②氨水的作用是调节溶液的pH，室温下，使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去(浓度小于1.0×10^－5mol·L^－1) 。需调节溶液pH范围为                          。
（3）充分焙烧的化学方程式为                              。
（4）已知Li₂CO₃微溶于水，其饱和溶液的浓度与温度关系见下表。操作2中，蒸发浓缩后必须趁热过滤，其原因是                                                 。

温度/℃	10	30	60	90
浓度/mol・L^－1	0.21	0.17	0.14	0.10

（5）用惰性电极电解熔融Li₂CO₃制取锂，阳极生成两种气体，则阳极的电极反应式为                 。
（6）①用Li、Co形成某锂离子电池的正极是LiCoO₂，含Li⁺导电固体为电解质。充电时，Li^＋还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料碳-6(C₆)中(如图a)。电池反应为Li_xC₆+Li_1-xCoO₂C₆+LiCoO₂，
写出该电池放电时的负极反应式___________________________。
②锂硫电池的总反应为：2Li+SLi₂S，图b表示用锂离子电池给锂硫电池充电，请在图b的电极( )中填写“Li”或“S”，以达到给锂硫电池充电的目的。
   

工业上可用软锰矿(主要成分是MnO₂)和黄铁矿(主要成分是FeS₂)为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰(MnCO₃)。其工业流程如下：

已知：MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解。
回答下列问题：
（1）净化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等杂质。若测得滤液中c(F^-)=0.01mol/L^-1，滤液中残留的c(Ca²⁺)=            〔已知：K_sp(CaF₂)=1.46×10^-10〕
（2）沉锰工序中，298K、c(Mn²⁺)为1.05 mol/L^-1时，实验测得MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间的关系如图所示。根据图中信息得出的结论是          。
（3）从沉锰工序中得到纯净MnCO₃的操作方法是：过滤、                  。
（4）为测定某软锰矿中二氧化锰的质量分数，准确称量1.20g软锰矿样品，加入2.68g草酸钠固体，再加入足量的稀硫酸并加热(杂质不参加反应)，充分反应后冷却，将所得溶液转移到250mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度，从中取出25.0mL，用0.0200mol·L^-1高锰酸钾溶液进行滴定，当滴入20.0mL溶液时恰好完全反应。
已知高锰酸钾、二氧化锰在酸性条件下均能将草酸钠(Na₂C₂O₄)氧化：
2MnO₄^- + 5C₂O₄^2- + 16H⁺ ="=" 2Mn²⁺ + 10CO₂↑+ 8H₂O
MnO₂ + C₂O₄^2- + 4H⁺ ="=" Mn²⁺ + 2CO₂↑+ 2H₂O
求该软锰矿中二氧化锰的质量分数          (写出计算过程)。

辉铜矿是一种重要的铜矿石，主要含有硫化亚铜(Cu₂S)，还有Fe₂O₃、SiO₂及一些不溶性杂质。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜晶体的工艺流程如下：

已知：部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1．0 mol．L^-1计算）。

离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe^3^＋	1.1	3.2
Mn^2^＋	8.3	9.8
Cu^2^＋	4.4	6.4

回答下列问题：
（1）浸取后得到的浸出液中含有CuSO₄、MnSO₄。写出浸取时产生CuSO₄、MnSO₄反应的化学方程式                   。
（2）调节pH的目的是              ，pH的调节范围为_____________。
（3）生成MnCO₃沉淀的离子方程式为            。
（4）操作A为               。
（5）由辉铜矿制取铜的反应过程可以表示为：
2Cu₂S(s)+3O₂ (g) =2Cu₂O(s)+2SO₂(g) △H="-" 768.2 kJ.mol^-l
2Cu₂O(s)+Cu₂S(s)=6Cu(s)+SO₂ (g) △H="+116.0" kJ.mol^-l
则由Cu₂S与O₂加热反应生成Cu的热化学方程式为_____________。
（6）若用含85% Cu₂S的辉铜矿来制备无水Cu(NO₃)₂。假设浸取率为95%，调节pH时损失Cu 3%，蒸氨过程中有5%未转化为CuO，其它过程中无损耗，则1．0 kg这样的辉铜矿最多能制备        kg无水Cu(NO₃)₂。

(除标注外，每空2分，共8分)碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料。以含镍(Ni^2＋)废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如下：

（1）加入Na₂CO₃溶液时，确认Ni^2＋已经完全沉淀的实验方法是__ __。
（2）已知K_sp[Ni(OH)₂]＝2×10^－15，欲使NiSO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－5 mol·L^－1，调节pH的范围是__ _。
（3）写出在空气中加热Ni(OH)₂制取NiOOH的化学方程式：
____。
(4)若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni(OH)₂，其组成可表示为xNiOOH·yNi(OH)₂。现称取9.18 g样品溶于稀硫酸，加入100 mL 1.0 mol·L^－1 Fe^2＋标准溶液，搅拌至溶液清亮，定容至200 mL。取出20.00 mL，用0.010 mol·L^－1 KMnO₄标准溶液滴定，用去KMnO₄标准溶液20.00 mL，试通过计算确定x、y的值。涉及反应如下(均未配平)：
NiOOH＋Fe^2＋＋H^＋——Ni^2＋＋Fe^3＋＋H₂O
Fe^2＋＋MnO＋H^＋——Fe^3＋＋Mn^2＋＋H₂O
则x＝____；y＝__。

工业上采用硫铁矿焙烧去硫后的烧渣(主要成分为Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃，不考虑其他杂质) 制取七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O) ，流程如下：

（1）浸取时，溶液中的Fe²⁺易被空气中的O₂氧化，其离子方程式为_____________。能提高烧渣浸取速率的措施有________________（填字母）。
A．将烧渣粉碎          B．降低硫酸的浓度           C．适当升高温度
（2）还原时，试剂X的用量与溶液pH的变化如图所示，则试剂X可能是______________（填字母）。

A．Fe粉          B．SO₂             C．NaI
还原结束时，溶液中的主要阴离子有_________________。
（3）滤渣Ⅱ主要成分的化学式为_______________；由分离出滤渣Ⅱ后的溶液得到产品，进行的操作是_____________、_____________过滤、洗涤、干燥。

软锰矿（主要成分为MnO₂）可用于制备锰及其化合物。
（1）早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn₃O₄，再利用铝热反应原理制得锰，该铝热反应的化学方程式为              。
（2）现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：

下表为t℃时，有关物质的pK_sp（注：pK_sp =－lgK_sp）。

物质	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ca(OH)2	Mn(OH)2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKsp	37.4	19.32	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

软锰矿还原浸出的反应为：12MnO₂ + C₆H₁₂O₆ + 12H₂SO₄＝12MnSO₄ + CO₂↑+18H₂O
①该反应中，还原剂为__________。写出一种能提高还原浸出速率的措施：              。
②滤液1的pH              （填“＞”、“＜”或“＝”）MnSO₄浸出液的pH。
③加入MnF₂的主要目的是除去                （填Ca²⁺、Fe³⁺或Cu²⁺）
（3）由MnSO₄制取MnCO₃
往MnSO₄溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，，该反应的离子方程式为_____________________；若往MnSO₄溶液中加入(NH₄)₂CO₃溶液，还会产生Mn(OH)₂，可能的原因有：MnCO₃(s) + 2OH^－(aq)Mn(OH)₂(s) + CO₃^2-(aq)，t℃时，计算该反应的平衡常数K＝               （填数值）。

硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个有一个奇迹。
（1）新型陶瓷Si₃N₄的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H₂的保护下，使SiCl₄与N₂反应生成Si₃N₄沉积在石墨表面，写出该反应的化学方程式      。
（2）一种用工业硅（含少量钾、钠、铁、铜的氧化物），已知硅的熔点是1420℃，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺主要流程如下:

①净化N₂和H₂时，铜屑的作用是：                    ；硅胶的作用是                   。
②在氮化炉中3SiO₂（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s） △H=－727.5kJ/mol，开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度                ；体系中要通入适量的氢气是为了                            。
③X可能是                （选填：“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”）。
（3）工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅：

①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl₃遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式  。
②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应I中HCl的利用率为90%，反应II中H₂的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl 和H₂的物质的量之比是                 。

CoCl₂·6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂·6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂·6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶生成无水氯化钴。
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                         。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                             ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                     
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为                   ，加入萃取剂的目的是                              。
（4）制得的CoCl₂·6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是                    。
（5）为测定粗产品中CoCl₂·6H₂O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO₃酸化的AgNO₃ 溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。通过计算发现粗产品中CoCl₂·6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是                。（答一条即可）

Ni元素化合物在生活中有非常重要的应用。纳米NiO可以制备超级电容器，NiOOH是制作二次电池的重要材料。现以NiSO₄为原料生产纳米NiO和NiOOH流程如下：

（1）制备NiOOH过程中，NiSO₄溶液配制方法__________________；过滤、洗涤后，得到Ni(OH)₂固体，如何证明Ni(OH)₂已经完全洗净______________；NaClO氧化Ni(OH)₂的离子方程式为_________________。
（2） 已知Ksp[Ni(OH)₂] ＝ 2×10^－15。室温下，欲加入一定量 NaOH固体使1L 含有0.001 mol·L^－1的NiSO₄和0.0001 mol·L^－1的H₂SO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－7 mol·L^－1，并恢复至室温，所加入的NaOH的固体质量至少为________g。
（3）NH₃·H₂O的浓度对纳米NiO的产率产生很大影响。右图为NiSO₄的物质的量一定时，不同的反应物配比对纳米氧化镍收率的影响。请解释反应物NH₄HCO₃ 和NiSO₄的物质的量比在2.5至4.0时，收率升高的原因__________________。
（4）制备纳米 NiO 时，加入一些可溶于水的有机物（如：吐温—80）能制得更优质的纳米材料，原因是__________________。
（5）沉降体积是超细粉体的一个重要参数，若颗粒在液相中分散性好，则沉降体积较小；若颗粒分散性较差，则易引起絮凝沉降体积较大。右图是吐温—80 的加入量与前体在液体石蜡中沉降体积的关系曲线。
通过右图分析，吐温—80的最佳加入量为__________mL。
（6）NiOOH是制备镍镉电池的原料，某镍镉电池的总反应为
Cd＋2NiOOH + 2H₂OCd(OH)₂+ 2Ni(OH)₂
该电池放电时正极电极反应式为______________________________。

碱式碳酸铜[CuCO₃·Cu(OH)₂]是一种用途广泛的化工原料，可用于作有机催化剂、颜料制造、原油贮存时脱碱等。用废杂铜(主要成分为Cu，还含有少量杂质Fe)制取碱式碳酸铜的工艺流程如图所示。

（1）步骤①浸出时，硝酸浓度不易过大，其原因是____。
（2）步骤②分离前需将溶液pH调节在4左右，其目的是                        ，所得废渣的主要成分为____________。
（3）步骤③合成时，采用将NaHCO₃溶液迅速投入Cu(NO₃)₂溶液中，其主要原因是            ；合成时发生反应的化学方程式为____________。
（4）本实验中两次用到固液分离，本实验中最适合固液分离的设备是____________。
（5）步骤⑤洗涤主要除去的杂质离子是              。
（6）准确称取所得产品m g，放入碘量瓶中，加入2 g KI及5 ml3 mol/L稀硫酸（两试剂均过量）摇匀并静置10 min(2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂)，再加入2 mL淀粉溶液，用c mol/L的Na₂S₂O₃标准溶液滴定(I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)，到滴定终点时消耗Na₂S₂O₃标准溶液V mL，则样品中铜元素的质量分数为________。