高中化学晶格能的应用试题

镍是有机合成的重要催化剂，某化工厂有含镍催化剂废品（主要成分是镍、杂质是铁、铝单质及其化合物，还有少量难溶性杂质）。某学习小组设计如下流程利用含镍催化剂废品制备硫酸镍晶体：

几种难溶碱开始沉淀和完全沉淀的pH：

沉淀物	开始沉淀	完全沉淀
Al（OH）3	3.8	5.2
Fe（OH）3	2.7	3.2
Fe（OH）2	7.6	9.7
Ni（OH）2	7.1	9.2

回答下列问题：
（1）溶液①中含金属元素的离子是_________________。
（2）用离子方程式表示加入双氧水的目的___________；双氧水可以用下列物质替代的是_______。
A．氧气           B．漂白液          C．氯气        D．硝酸
（3）操作a和c需要共同的玻璃仪器是_____________；操作C的名称是______________。
（4）如果加入双氧水量不足或“保温时间较短”，则所制备的产品可能含有的杂质为_____________；请选择合适的试剂，设计实验证明产品中是否含“杂质” ______________。
（5）含镍金属氢化物MH－Ni燃料电池是一种绝色环保电池，广泛应用于电动汽车。其中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物，电解质溶液可以是KOH水溶液．它的充、放电反应为：xNi(OH)₂+M  MH_x+xNiOOH；电池充电过程中阳极的电极反应式为_____________，放电时负极的电极反应式为___________。

碱式氧化镍（NiOOH）可用作镍氢电池的正极材料。以含镍（Ni²⁺）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Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是______________________________，过滤时需用到的玻璃仪器有烧杯、_______________________。
（2）写出碳酸镍与稀硫酸反应的离子方程式：_____________________。
（3）硫酸镍溶液可用于制备合成氨的催化剂Co_nNi(_1-n) Fe₂ O₄。如图表示在其他条件相同时合成氨的相对初始速率随催化 剂中n值变化的曲线，由图分析可知Co²⁺、 Ni²⁺两种离子中催化效果更好的是_________。

（4）写出在空气中加热Ni(OH)₂制取NiOOH的化学方程式：__________________________。

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锌粉，其作用是__________________，反应的离子方程式为                         。
（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________。
（6）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于 “升炼倭铅”的记载：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……，冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为              。（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，倭铅是指金属锌，碳生成CO）

草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备。一种利用水钴矿［主要成分为Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等］制取CoC₂O₄·2H₂O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⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、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：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3．7	9．6	9．2	5．2	9．8

（1）浸出过程中加入Na₂SO₃的目的是将_____________还原（填离子符号）。
（2）NaClO₃的作用是将浸出液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，产物中氯元素处于最低化合价。该反应的离子方程式为____________。
（3）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_________；使用萃取剂适宜的pH是______。

A．接近2．0          B．接近3．0         C．接近5．0
（4）“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为MgF₂、CaF₂沉淀。已知K_sp(MgF₂)=7．35×10^-11、K_sp(CaF₂)=1．05×10^-10。当加入过量NaF后，所得滤液c(Mg²⁺)/ c (Ca²⁺)=           。

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                 

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。
   

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）。

磷及其化合物的应用非常广泛，以废铁屑等为原料合成磷酸亚铁锂的前驱体的制备流程如下：

回答下列问题：
（1） H₂ O₂的电子式为              ；Na₂HPO₄,的电离方程式为_____________。
（2）废铁屑要用热的Na₂CO₃溶液洗涤的目的是_____________。
（3）为了加快铁屑的溶解速率，除适当增大硫酸的浓度外，还可采取的措施是               （任写一种）；氧化时H₂O₂作              （填“氧化剂”或“还原剂”）。
（4）沉铁时，溶液中的Fe³⁺与HPO₄^2-反应生成FePO₄·2H₂O沉淀的离子方程式为               。
（5） FePO₄与Li₂CO₃及C在高温条件下生成LiFePO₄和CO的化学方程式为                 ；高温成型前，常向LiFePO₄中加入少量活性炭，其作用是可以改善成型后LiFePO4的导电性能和__________。

(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＝__。

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                       。

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） VO₂⁺+H₂C₂O₄+H⁺ →  VO²⁺ + CO₂↑+ H₂O
回答下列问题：
（1）步骤②的目的是                                    。
（2）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                      。
（3）若ClO₃^-将被还原为Cl^-,请写出骤⑤中发生反应的离子方程式为                  。
（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10.00mL，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         。

【化学—选修2：化学与技术】
金属钒素有“合金维生素”之称，普通钢中加入少量的钒（V）能极大地改善钢的弹性和强度。工业上回收废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂）中的钒的主要流程如下：

回答下列问题：
（1）滤渣l的主要成分是________________；
（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）+2HA₂（有机层）VOA₂（有机层）+H₂SO₄（水层），则步骤④中可选择硫酸作萃取剂的原因是________________；萃取和反萃取在实验室里用到的玻璃仪器有______和_____；
（4）该工艺流程中，可以循环利用的物质除了氨气以外，还有____________；
（5）调节溶液pH，可将（VO₂）SO₄转变成NH₄VO₃沉淀；25℃时，当PH为1.7～1.8时，钒沉淀率为98.8%；假设其它各步反应都完全进行，已知KC1O₃的还原产物是KCl，若每消耗1moiKC1O₃，理论上可回收金属钒___________g（计算结果保留一位小数）。

某化工厂以软锰矿、闪锌矿（除主要成分为MnO₂、ZnS外还含有少量的FeS、CuS、Al₂O₂等物质）为原料制取Zn和MnO₂．
（1）在一定条件下，将这两种矿粉在硫酸溶液中相互作用，配平如下的化学方程式：

（2）将所得含有Mn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺、Zn²⁺的酸性溶液按图1的工业流程进行处理得到溶液（Ⅳ）、电解溶液（Ⅳ）即得MnO₂和Zn．

a．操作中①中加Zn粉后发生反应的离子方程式为：              、            ．
b．操作②中加入MnO₂的作用是              ；反应的离子方程式是               ．
c．操作③中所加碳酸盐的化学式是              ．
（3）电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图（图中阳离子交换膜只允许K⁺离子通过）：

①阳极的电极反应式为              ．
②若电解开始时阳极区溶液为1.0L0.40mol/LK₂MnO₄溶液，电解一段时间后，溶液中为6：5，阴极区生成生成KOH的质量为              ．（计算结果保留3位有效数字）
（4）已知25℃时，K_sp[Mg（OH）₂]=5.6×10^﹣12，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^﹣20，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^﹣38，K_sp[Al（OH）₃]=1.1×10^﹣33，
①在25℃下，向浓度均为0.1mol•L^﹣1的AlCl₃和CuCl₂混合溶液中逐滴加入氨水，先生成           沉淀（填化学式）
②用MgCl₂和AlCl₃的混合溶液（A）与过量氨水（B）反应，为使Mg²⁺、Al³⁺同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入               反应物．
③溶液中某离子物质的量浓度低于1.0×10^﹣5mol•L^﹣1时，可认为已沉淀完全．现向一定浓度的AlCl₃和FeCl₃的混合溶液中逐滴加入氨水，当Fe³⁺完全沉淀时，测定c（Al³⁺）=0.2mol•L^﹣1．此时所得沉淀中      （填“还含有”或“不含有”）Al（OH）₃．

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