高考化学化学反应与能量-经典压轴题

高考化学化学反应与能量-经典压轴题

一、化学反应与能量练习题（含详细答案解析）

1．五氧化二钒常用作化学工业中的催化剂，广泛用于冶金、化工生产。一种以粗钒（主要含有V2O5、V2O4，还有少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等）为原料生产五氧化二钒的工艺流程如下：

已知：①部分含钒物质的溶解情况：（VO2）2SO4易溶于水，VOSO4可溶于水，NH4VO3难溶于水。

②部分金属离子[c（M n+）=0.1 mol/L]形成氢氧化物及氢氧化物溶解与pH的关系如下表：

回答下列问题：

（l）“研磨”的目的是___，“酸溶”时V2O5发生反应的化学方程式为____ 。

（2）加入NaCIO溶液，含钒元素的粒子发生反应的离子方程式为___。

（3）向三颈烧瓶中加入NaOH溶液时实验装置如图所示，虚线框中最为合适的仪器是___（填标号），调节溶液的pH范围为___，滤渣b为___（写化学式）。

（4）实验显示，沉钒率的高低与温度有关，如图是沉钒率随温度的变化曲线，则沉钒时的加热方法为___。温度高于80℃，沉钒率下降，其可能原因是____

【答案】增大固体与酸溶液的接触面积，加快反应速率，提高原料的利用率

V2O5+H2SO4=(VO2)2SO4+H2O 2VO2++ClO-+H2O=2VO2++Cl-+2H+ D 4.7≤pH＜7.8 Fe(OH)3、

Al(OH) 水浴加热(热水浴) 温度高于80℃，NH 4+水解程度增大成为主要因素，由于NH 4+浓度减小，沉钒率下降

【解析】

【分析】

粗钒(主要含有V 2O 5、V 2O 4，还有少量Fe 3O 4、Al 2O 3、SiO 2等)经过研磨粉碎，加入硫酸进行酸浸，V 2O 5、V 2O 4，还有少量Fe 3O 4、Al 2O 3被硫酸溶解形成含有VO 2+、VO 2+、Fe 2+、Fe 3+、Al 3+的浸出液，由于SiO 2不与硫酸反应，经过滤后，得到的滤渣a 为SiO 2，滤液a 为含有VO 2+、VO 2+、Fe 2+、Fe 3+、Al 3+的滤液，向滤液a 中加入具有强氧化性的NaClO 溶液，将滤液中的VO 2+、Fe 2+氧化为VO 2+、Fe 3+，再加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH 值，将滤液中的Fe 3+、Al 3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，过滤后得到的滤渣b 为Fe(OH)3、Al(OH)3、滤液b 为主要含有VO 2+的滤液，加入饱和氯化铵溶液，使VO 2+转化为NH 4VO 3沉淀，对生成的NH 4VO 3沉淀高温煅烧，获得V 2O 5，据此分析解答。

【详解】

(l)“研磨”可将块状固体变为粉末状，目的是增大固体与酸溶液的接触面积，加快反应速率，提高原料的利用率；“酸溶”时V 2O 5被硫酸溶解形成VO 2+，发生反应的化学方程式为V 2O 5+H 2SO 4=(VO 2)2SO 4+H 2O ；

(2)根据分析，向滤液a 中加入具有强氧化性的NaClO 溶液，将滤液中的VO 2+、Fe 2+氧化为VO 2+、Fe 3+，含钒元素的粒子发生反应的离子方程式为2VO 2++ClO -+H 2O=2VO 2++Cl -+2H +；

(3)加入氢氧化钠溶液，调节溶液pH 值，将滤液中的Fe 3+、Al 3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去，根据部分金属离子[c(M n+)=0.1 mol/L]形成氢氧化物及氢氧化物溶解与pH 的关系表格数据可知， pH 值为2.8时，Fe(OH)3完全沉淀，pH 值为4.7时，Al(OH)3完全沉淀，pH 值为7.8时，Al(OH)3开始溶解，调节溶液的pH 范围为4.7≤pH ＜7.8，滤渣b 为Fe(OH)3、Al(OH)3，向三颈烧瓶中加入NaOH 溶液时，虚线框中最为合适的仪器是恒压漏斗，能保证仪器内外压强相等，使氢氧化钠溶液顺利流下，答案选D ；

(4)由图像可知，当温度为80℃左右钒的沉淀率最高，酒精灯的火焰温度太高，不能直接用酒精灯加热，则在该温度下加热方法应使用水浴加热；沉钒过程中使用的是饱和氯化铵溶液，铵根离子可水解，温度越高水解程度越大，铵盐不稳定，受热易分解生成氨气，温度高于80℃，NH 4+水解程度增大成为主要因素，溶液中NH 4+浓度减小，使沉钒率下降。

2．某含镍()NiO 废料中有FeO 、23Al O 、MgO 、2SiO 等杂质，用此废料提取4NiSO 的工艺流程如图1：

已知：①有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH 如图．

②25℃时，32NH H O ⋅的电离常数5b K 1.810.HF -=⨯的电离常数4a K 7.210-=⨯，

sp K ()112MgF 7.410-=⨯．

(1)加23Na CO 调节溶液的pH 至5，得到废渣2的主要成分是______(填化学式)．

(2)Mg 能与饱和4NH Cl 溶液反应产生3NH ，请用化学平衡移动原理解释(用必要的文字和离子方程式回答)______．

(3)25℃时，11mol L -⋅的NaF 溶液中()c OH -=______ 1mol L (-⋅列出计算式即可4).NH F 溶液呈______(填“酸性”、“碱性”或“中性”)．

(4)已知沉淀前溶液中()231c Mg 1.8510mol L +--=⨯⋅，当除镁率达到99%时，溶液中()c F -=______ 1mol L -⋅．

(5)在NaOH 溶液中用NaClO 与4NiSO 反应可得()NiO OH ，化学方程式为

____________；()NiO OH 与贮氢的镧镍合金可组成镍氢碱性电池(KOH 溶液)，工作原理为：()5652LaNi H 6NiO OH LaNi 6NiO 6H O +++放电

充电，负极的电极反应式：______．

【答案】3Al(OH)、3Fe(OH) 氯化铵水解生成盐酸和一水合氨，

4232NH H O NH H O H +

++⋅+，镁和氢离子反应生成氢气，氢离子浓度减小，促进平

衡正向进行，生成的一水合氨分解生成氨气，2432Mg 2NH Mg 2NH H +++=+↑+↑

14

4

107.210--⨯酸性 32.010-⨯ ()42422NiSO NaClO 4NaOH 2Na SO NaCl 2NiO OH H O ++=+++

5652LaNi H 6OH 6e LaNi 6H O --+-=+

【解析】

【分析】

某NiO 的废料中有FeO 、23Al O 、MgO 、2SiO 等杂质，加入稀硫酸溶解后过滤得到滤渣1为2SiO ，滤液为4NiSO 、4FeSO 、243Al (SO )、4MgSO ，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，再加入碳酸钠溶液调节溶液pH ，使铁离子，铝离子全部沉淀，过滤得到滤渣2