1、1微专题强化突破 5 无机化学工艺流程题1高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：根据上述流程图填空：(1)“除杂”操作是先加入过氧化氢充分反应后，再用氨水调节溶液的 pH，使硫酸铵溶液中的少量 Fe2 氧化为 Fe3 并进一步转化为 Fe(OH)3从而除去 Fe2 ，则 Fe2 酸性条件下氧化为 Fe3 的离子方程式为_。(2)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是_。(3)“分离”操作的名称是_(填字母代号)。A蒸馏 B分液 C过滤(4)铵明矾晶体的化学式为 NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾属于_(填“纯净物”或“混合物”)，在 0.1 mol/L 铵
2、明矾的水溶液中，浓度最大的离子是_。(5)热分解中发生如下反应：6NH 4Al(SO4)2 3Al2O32NH 3 2N 2 = = = = = 6SO 2 6SO 3 9H 2O，当生成 1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为_mol。解析：(1)H 2O2溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，反应的离子方程式为 2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2O。(2)由于铝离子在溶液中能发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制铝离子的水解。(3)把晶体从混合物中“分离”操作的名称是过滤。(4)铵明矾晶体的化学式为 NH4Al(SO4)212H2O，铵明矾有固定的组成，属于
3、纯净物；在 0.1 mol/L 铵明矾的水溶液中，未水解前， c(Al3 ) c(NH )0.1 mol/L，由于铵根和 4铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，水解后浓度均小于 0.1 mol/L， c(SO )240.2 mol/L，所以在 0.1 mol/L 铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是 SO 。24(5)该反应中 N 元素化合价由3 价变为 0 价、S 元素化合价由6 价变为4 价，6NH4Al(SO4)2 3Al2O32NH 32N 26SO 26SO 39H 2O，转移= = = = = 12e ，所以当生成 1 mol Al2O3时转移电子的物质的量为 4 mol。答案：
4、(1)2Fe 2 H 2O22H = 2Fe3 2H 2O2(2)抑制 Al3 水解(3)C(4)纯净物 SO 24(5)42 铁纳米粉在现代电子工业上用途极为广泛，用赤铁矿石(含 Fe2O3、FeO，也含有Al2O3、MnO 2、CuO 等)制备纳米铁颗粒的实验流程如下：已知部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的 pH 如下：沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2pH 5.2 3.2 9.7 6.7(1)步骤中用 pH 试纸测定溶液 pH 的操作是_。步骤滤液 b 中含有的金属阳离子是_，步骤中碾碎的目的是_。(2)将第步过滤所得的 MnO2与 KClO3、
5、KOH 溶液共热，可得到 K2MnO4，此反应的化学方程式是_。(3)步骤灼烧所需的仪器有酒精灯、三脚架、_。(4)若步骤是利用电弧加热使金属熔融蒸发成蒸气，使大量颗粒状烟灰尘与周围 X 气体原子激烈碰撞进行充分的能量交换和电荷交换生成 Fe，X 气体可以为_。aO 2 bN 2cHe dH 2(5)“纳米铁”在空气中受撞击时会燃烧，其反应与铁在纯氧中燃烧相同，写出该反应的化学方程式：_。解析：(1)Fe 2O3、FeO、Al 2O3、CuO 与稀硫酸反应，滤液 a 中金属阳离子为Cu2 、Al 3 、Fe 2 、Fe 3 ，加双氧水将 Fe2 氧化为 Fe3 。根据阳离子沉淀时 pH 数据，
6、可知控制 pH4 时，铁离子已全部变成 Fe(OH)3沉淀，滤液 b 中金属阳离子主要为Cu2 、Al 3 。(2)MnO 2与 KClO3、KOH 溶液共热，MnO 2作还原剂生成 K2MnO4，KClO 3作氧化剂生成 KCl。(3)灼烧需酒精灯、三脚架、泥三角、坩埚、坩埚钳。答案：(1)将一小块 pH 试纸放在洁净的表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在 pH试纸中央，再与标准比色卡对照 Cu 2 、Al 3 增大接触面积，加快反应速率(2)3MnO26KOHKClO 3 3K2MnO4KCl3H 2O= = = = = 3(3)泥三角、坩埚、坩埚钳(4)c (5)3Fe2O 2 Fe3
7、O4= = = = =撞 击 3铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是 Al2O3和少量的 SiO2、Fe 2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3和铵明矾晶体NH4Al(SO4)212H2O的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体 a 的化学式为_，中通入足量 CO2气体生成沉淀的离子方程式为_。(2)由制取铵明矾溶液的化学方程式为_，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为_(填操作名称)、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以 1 000 kg 含氧化铝 36%的铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3，需消耗质量分数为 98%的硫酸(密度为
8、1.84 gcm3 )_L(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为 11，则投料时铝土矿中的 Al2O3和 H2SO4的物质的量之比为_。解析：(1)铝土矿中 Al2O3和 Fe2O3能溶于盐酸，SiO 2不溶于盐酸，所以固体 a 的化学式为 SiO2。AlCl 3与过量烧碱反应生成 NaAlO2溶液，向其中通入足量 CO2生成 Al(OH)3 沉淀。(2)Al(OH)3分解生成 Al2O3，Al 2O3与稀硫酸反应后通入 NH3生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)1 000 kg36%360 kg，
9、m(H2SO4) 398 360 kg102 gmol 1gmol1 1 037.6 kg，需消耗质量分数 98%的硫酸(密度为 1.84 gcm3 )的体积为575.410 3 mL575.4 L。1 037.6103 g1.84 gmL 198%(4)设制得的 Al2(SO4)3和 NH4Al(SO4)212H2O 的物质的量都是 1 mol，则 Al3 共 3 mol，SO 共 5 mol，根据铝元素和 SO 守恒原理可得，加入 Al2O3和 H2SO4的物质的量24 24之比为 5310。32答案：(1)SiO 2 AlO CO 22H 2O=HCO Al(OH) 3 2 3(2)Al
10、2O34H 2SO42NH 3=2NH4Al(SO4)23H 2O 蒸发浓缩4(3)575.4 (4)3104硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2是一种重要的工业原料，能溶于水，不溶于乙醇，其工业制法如下。请回答：(1)步骤中碱液洗涤的目的是_。若将碱液换为酸液，可能产生的问题是_。(2)步骤中 B 可以是_(填字母)，加入少量 B 的目的是_。aCuCl 2 bCuOcCu(NO 3)2 dCuSO 4 (3)步骤中要用到少量乙醇洗涤，其目的是_。(4)用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸，目的是_。工业上常用酸性 KMnO4溶液通过滴定的方法测定硫酸亚铁铵样品的纯度，反应的离子
11、方程式为_。准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于_(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。(5)硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是_，实验室的检验方法是_。 解析：(1)油脂在碱性条件下会发生水解反应，产生可溶性的物质，而且 Zn 可以与强碱溶液发生反应，实验步骤中碱液洗涤的目的是除去油污和锌层；若将碱液换为酸液，油脂在酸性条件下水解程度小，Zn、Fe 都会发生反应，实验可能产生的问题是导致铁部分损失及油污未除净。(2)带油污的镀锌铁片被 NaOH 溶液洗涤后得到纯净的 Fe，Fe 与稀硫酸会发生置换反应产生 FeSO4和 H2，若向其中加入少量的 CuO，CuO 与稀硫酸反应产
12、生CuSO4，Fe 与 CuSO4发生置换反应产生的 Cu 单质与铁及稀硫酸就会构成原电池，使反应速率加快，加入 CuSO4也可以直接与 Fe 发生置换反应产生 Cu，然后与 Fe 及稀硫酸构成原电池，加快反应速率，而 CuCl2会引入杂质 Cl ，使物质不纯；Cu(NO 3)2在酸性条件下具有强氧化性，不能得到 FeSO4，也就不能达到实验目的，故正确选项是 bd；加入少量 B 的目的是加快铁与稀硫酸的反应速率。(3)从溶液中获得的硫酸亚铁铵(NH 4)2Fe(SO4)2表面有一定量的水，为了尽快去除水分，同时避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失，在步骤中要用到少量乙醇洗涤，加快水的挥发。(4)硫
13、酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应，为了抑制盐的水解，根据盐的水解规律，在用硫酸亚铁铵晶体配制溶液时，需加入一定量硫酸；酸性 KMnO4溶液具有强氧化性，会把 Fe2 氧化为 Fe3 ，MnO 被还原为 Mn2 ，根据电子守 4恒、电荷守恒及原子守恒，可得反应的离子方程式：MnO 5Fe 2 8H =Mn2 5Fe3 4H 2O；硫酸亚铁铵是强酸弱碱盐，容易发生水解反应 45使溶液显酸性，所以准确量取硫酸亚铁铵溶液时，硫酸亚铁铵溶液应盛放于酸式滴定管中。(5)Fe2 具有还原性，容易被氧化产生 Fe3 ，所以在制取得到的硫酸亚铁铵晶体的样品中可能含有的杂质离子是 Fe3 ，实验室的检验方法是取少许样品加入到 KSCN 溶液中，观察溶液是否变红，若有红色产生，就证明含有 Fe3 ，否则不含 Fe3 。答案：(1)除去油污和锌层 铁部分损失及油污未除净(2)bd 加快铁与稀硫酸的反应速率(3)除去少量水并避免硫酸亚铁铵晶体因溶解而损失(4)避免样品水解 MnO 5Fe 2 8H =Mn2 5Fe 3 4H 2O 酸式 4(5)Fe3 (或铁离子) 取少许样品加入到 KSCN 溶液中，观察溶液是否变红
