2016年北京自主招生化学模拟试题:沉淀反应的应用
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2016年北京自主招生化学模拟试题:沉淀反应的应用
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1:某工厂排放的酸性废水中含有较多量的重金属cu,这对农作物和人畜均有害。欲采用化学药剂法除掉有害成分,应选择下列药品中的( ) A、食盐和硫酸 B、铁粉和生石灰 C、胆矾和石灰水 D、苏打和硫酸
2:下列叙述中不正确的是
A、通过化合反应与置换反应均可以制得Fe3O4
B、通过化合反应与复分解反应均可以制得Fe(OH)3、NaHCO3 C、离子化合物的熔点不一定比共价化合物的熔点高
D、向含有1mol KAl(SO4)2的溶液中加入Ba(OH)2溶液至沉淀质量最大时,沉淀的总物质的量为3 mol
3:在下列饱和溶液中分别持续通入CO2,始终不会有沉淀或晶体析出的是 ( ) A、Na2SiO3 B、Ca(OH)2 C、Ca(NO3)2 D、Na2CO3
4:化学教科书中有大量的数据,下列为某同学对数据的利用情况,其中不正确的是: A、用溶解度数据判断长时间煮沸Mg(HCO3)2溶液得到的产物是Mg(OH)2而不是MgCO3 B、用沸点数据推测一些液体混合物用分馏的方法分离开来的可能性 C、用反应热数据的大小判断不同反应的反应速率的快慢
D、用原子(或离子)半径数据推测某些原子(或离子)氧化性或还原性的强弱
2+
5:下列与处理方法对应的反应方程式不正确的是 A、用NaS去除废水中的
B、用催化法处理汽车尾气中的CO和NO:C、向污水中投放明矾,生成能凝聚悬浮物的胶体:
D、用高温催化氧化法去除烃类废气
6:运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义。 (1)合成氨反应反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡移动(填
“向左”“向右”或“不”);,使用催化剂反应的ΔH(填“增大”“减小”或“不改变”)。 (2)O2(g)= O2(g)+ePtF6(g)+ e
+
--1
-+
-
H1=" 1175.7" kJ·mol
-1
-1
PtF6(g) H2=" -" 771.1 kJ·mol
+
-
-1
O2PtF6(s)=O2(g)+PtF6 H3="482.2" kJ·mol
则反应O2(g)+ PtF6 (g) = O2PtF6(s)的H="_____________" kJ·mol。
(3)在25℃下,向浓度均为0.1 mol·L的MgCL2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成__________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为____________。已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10
-1
-1
-11
-1
+
-
-1
,KsP[Cu(OH)2]=2.2×10
*
-
-20
。
(4)在25℃下,将a mol·L的氨水与0.01 mol·L的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4)=c(Cl),则溶液显_____________性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3·H2O的电离常数Kb=__________。
7:(10分)随着工业的迅速发展,产生的废水对水体的污染也日趋严重。通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离是实际工作中经常使用的方法。下表是常温下金属氢氧化物的Ksp(沉淀溶解平衡常数)和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH(表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度;当溶液中金属离子浓度小于10mol•L时通常认为该离子沉淀完全)。
(1)某厂排出的废水中含有Cu和Fe,测得其浓度均小于0.1 mol•L。为除去其中的Fe,回收铜,需控制的pH范围是_______________________________。
(2)为了处理含有Cr2O7酸性溶液的工业废水,采用如下方法:向废水中加人适量NaCl,以Fe为电极进行电解,经过一段时间,有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出,从而使废水中铬含量低于排放标准。
2-2+
3+
-1
3+
-5
-1
①Cr2O7转变为Cr的离子方程式为______________________。
2-3+
②pH对废水中Cr2O7去除率的影响如图。你认为电解过程中溶液的pH取值在______范围内对降低废水中的铬含量最有利,请说明理由:_________________________________。
[注:去除率(%)=[(c0-c)/co]×100%,式中:co—处理前废水中Cr2O7浓度,c—处理后废水中Cr2O7的浓度
]
2-2-
2-
(3)沉淀转化在生产中也有重要应用。例如,用Na2CO3溶液可以将锅炉水垢中的CaSO4转化为较疏松而易清除的CaCO3,该沉淀转化达到平衡时,其平衡常数K=_________(写数值)。[已知Ksp (CaSO4)=9.1x10,Ksp (CaCO3)=2.8×10]
8:(12分)以硫铁矿为原料生产硫酸所得的酸性废水中砷元素含量极高,为控制砷的排放,采用化学沉降法处理含砷废水,相关数据如下表。
-9
-6
回答以下问题:
⑴该硫酸工厂排放的废水中硫酸的物质的量浓度c(H2SO4)=L
-1
。
3+
⑵写出难溶物Ca3(AsO4)2的Ksp表达式:Ksp[Ca3(AsO4)2]=,若混合溶液中Al1.0×10
-4
、Fe
3+
的浓度均为
mol·L
-1
,c(AsO4
3-
)的最大是L
-1
。
⑶工厂排放出的酸性废水中的三价砷(H3AsO3弱酸)不易沉降,可投入MnO2先将其氧化成五价砷(H3AsO4弱酸),写出该反应的离子方程式
⑷在处理含砷废水时采用分段式,先向废水中投入生石灰调节pH到2,再投入生石灰将pH调节到8左右使五价砷以Ca3(AsO4)2形式沉降。
①pH调节到2时废水中有大量沉淀产生,沉淀主要成分的化学式为 ②Ca3(AsO4)2在pH调节到8左右才开始沉淀的原因为 _____。
9:胆矾是一种常见的化合物,工业上它也是一种制取其它含铜化合物的原料,现有废铜(主要杂质为Fe)来制备胆矾。有人设计了如下流程:
请根据上述流程回答下列问题: (1)A可选用________(填字母)
a。稀H2SO4 b。浓H2SO4、加热 c。浓FeCl3溶液 d。浓HNO3
(2)Ⅰ中加H2O2的目的___________________________________________________。 (3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是___________________________________, 其优点是_____________________________________________________________。 (4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为___________________________。 (5)V中加H2SO4调节pH=1是为了_________________________________________, 某工程师认为上述流程中所加的A物质并不理想,需作改进,其理由是______________, 若你是工程师,将对所加的A物质作何改进?请提出建议______________________。
10:(7分)(1)在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有杂质Fe。在提纯时为了除去Fe,常加入合适氧化剂,使Fe氧化为Fe,下列物质可采用的是________。
2+
3+
2+
2+
A. KMnO4 B. H2O2 C. Cl2水 D. HNO3
然后再加入适当物质调整至溶液pH=4,使Fe转化为Fe(OH)3,可以达到除去 Fe而不损失CuSO4的目的,调整溶液pH可选用下列中的________。 A. NaOH B. NH3·H2O C. CuO D. Cu(OH)2
3+
3+
(2)甲同学怀疑调整至溶液pH=4是否能达到除去Fe而不损失Cu的目的,乙同学认为可以通过计算确定,他查阅有关资料得到如下数据,常温下Fe(OH)3的溶度积Ksp=8.0×10
-5
-1
-38
3+2+
,Cu(OH)2的溶度积Ksp=3.0×10
-20
,通常
-1
认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10mol·L时就认为沉淀完全,设溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L,则Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为________,Fe完全沉淀时溶液的pH为________,通过计算确定上述方案________(填“可行”或“不可行”)。
答案部分
3+
1、B
【错解分析】本题需认真审题
【正解】要除掉的有害成分应包括:废水中较多的H和Cu。抓住此关键,把握住除杂不引杂的原则,A、D项引入了H,C项引入了Cu,都排除掉,只能选B。加入生石灰CaO,遇水生成Ca(OH)2,中和酸性,可能会生成Cu(OH)2沉淀,Fe可与H反应。也可置换出Cu,题目的要求均可达到。
2、D
正确,化合3Fe+2O2
Fe3O4置换 3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2↑
+
+
2+
+
2+
正确,化合4Fe(OH)2+O2+2H2O="4Fe" (OH)3,Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3 复分解FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+
3NaCl,Ba (HCO3)2+Na2SO4=BaSO4↓+2NaHCO3 正确,有些耐高温材料,熔点很高;
不正确,1mol KAl(SO4)2的溶液中加入1.5molBa(OH)2溶液时沉淀质量最大,2.5mol,不可能达到3mol.
3、C
A中生成硅酸沉淀,B中可以生成碳酸钙沉淀,碳酸钙能溶于酸中,所以选项C中不会生成碳酸钙沉淀。碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠的,所以D中会析出碳酸氢钠晶体。答案选C。 4、C
沉淀转化是向更难溶的方向进行,A正确。分馏是根据沸点的不同进行分离的一种方法,B正确。反应速率的快慢与反应热是无关的,所以选项C是错误的,半径越小原子核对外层电子的吸引力越强,往往不易失去电子,D正确。答案选C。
5、B 略
6、(1)向左 不改变 (2)-77.6 (3)Cu(OH)2 Cu+2NH3·H2O=Cu(OH)2 ↓+2NH4 (4)中 Kb=10/( (a-0.01)mol·L.
(1)在恒压条件下加入氩气,则容积增大,导致原平衡中各物质的浓度同等比例减小,所以平衡向气体体积增大的方向即向左移动;催化剂仅是改变化学反应速率,不会影响焓变。(2)根据盖斯定律,将化学方程式①+②-③叠加。(3)Cu(OH)2 的Ksp小于Mg(OH)2的,所以离子的浓度商首先大于Cu(OH)2 的而先沉淀;由于氨水是弱碱,书写离子方程式时不能拆开。(4)由溶液的电荷守恒可得: c(H)+c(NH4)=c(Cl)+c(OH),已知c(NH4)=c(Cl),则有c(H)=c(OH),溶液显中性;电离常数只与温度有关,则此时NH3·H2O的电离常数Kb=[c(NH4)·c(OH)]/c(NH3·H2O)=" (0.01" mol·L·10mol·L)/(amol·L-0.01 mol·L)= 10/( (a-0.01)mol·L.
-1
-7
-1
-1
-1
-9
-1
*
-*
-*
*
--*
--9
-1
2+
+
7、(1)3.7≤pH<4.7(2分) (2)①Cr2O7+ 6Fe
2-
2+
+
3+
3+
+ 14H= 2Cr+ 6Fe+ 7H2O(2分)
2-
②4.3~5.6(或5~6)(2分) pH越小,Cr2O7的去除率越大,但难形成Cr(OH)3沉淀从废水中分离;pH越大,Cr2O7的去除率越小(2分) (3)3.25×10(2分)
32-
(1)由所给数据可看出,Fe在pH=3.7时已完全沉淀,而Cu在pH=4.7时才开始沉淀,所以为除去其中的Fe,回收铜,需控制的pH范围是3.7≤pH<4.7
(2)①废水以Fe为电极进行电解,铁作阳极铁电子生成Fe:Fe —2e=Fe,Fe还原Cr2O7:Cr2O7+ 6Fe+ 14H= 2Cr+ 6Fe+ 7H2O
②综合考虑所给信息,虽然pH越小,Cr2O7的去除率越大,但难形成Cr(OH)3沉淀从废水中分离(Cr在pH=4.3时才开始沉淀,在pH=5.6时完全沉淀),pH太高,Cr2O7的去除率太小,无实际意义,综合分析可知pH取值在4.3~5.6(或5~6)范围内对降低废水中的铬含量最有利
(3)由转化方程式得:K=Ksp (CaSO4)=9.1x10/ Ksp (CaCO3)= 3.25×10
8、⑴0.29 ⑵c(Ca
+
3+2+3+
2+—2+2+2-2- 2+
+3+3+
2-3+
2-
-6 3
32+
)·c(AsO4
23-
) 5.7×10
2+
-17
⑶2H+MnO2+H3AsO3=H3AsO4+Mn+H2O
3-
⑷①CaSO4 ②H3AsO4是弱酸,当溶液中pH调节到8左右时AsO4浓度增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀
(1)根据28.42 g/L可知,硫酸的浓度是28.42÷98mol/L=0.29mol/L。 (2)根据溶度积常数的表达式可知,Ksp[Ca3(AsO4)2]=c(Ca均为1.0×10
-4
32+
)·c(AsO4
23-
)。若混合溶液中Almol/L、5.7×10
-17
3+
、Fe
3+
的浓度
mol·L
-1
,则根据溶度积常数可知,c(AsO4mol/L。
2+
3-
)分别是1.6×10
-12
mol/L。所以最大
值不能超过5.7×10
-17
(3)二氧化锰的还原产物是Mn
,所以方程式为2H+MnO2+H3AsO3=H3AsO4+Mn
+
2+
+H2O。
(4)①由于废水中含有硫酸,所以最先生成的沉淀是硫酸钙沉淀。
②由于H3AsO4是弱酸,所以当溶液中pH调节到8左右时AsO4
3-
浓度增大,Ca3(AsO4)2开始沉淀。
9、
(1)b;(2分) (2)将亚铁离子氧化为铁离子;(2分) (3)除去过量的硫酸;不引入新的杂质;(2分) (4)Fe+3H2O
3+
Fe(OH)3↓+3H;(2分)(5)抑制Cu的水解;(2分 )产生污染环境的二氧化硫,硫酸利用率低;
+2+
(2分) 加热,并在稀硫酸中通入氧气。(注:本题为发散性试题,如有其它合理答案,酌情给分)(2分)
试题分析:本道题是一道工艺流程题。将理论与实际结合的一种转化。往往这类题起点高,但是落点低。工艺流程看似复杂,但考查的只是主要是化学反应原理。一旦与流程结合,题目要求就比较高了。
在这题中是用废铜(主要是Cu,但含有少量Fe)来制取胆矾。通常除杂的方法:转化成易分离的物质。通常是气体或者是沉淀。在这里是Fe、Cu两种固体。根据题目所给信息,Fe是转化成沉淀(氢氧化物的形式)而Fe存在两种价态,+2、+3。根据题目中所给信息的话,通过比较Fe(OH)3和Fe(OH)2这两种物质:一个是开始沉淀时的pH值和完全沉淀时的pH值。可以判断出Fe(OH)3更容易沉淀,再结合Cu开始沉淀时的pH值,也可以得出使Fe转化为Fe(OH)3更容易除去。因此判断出将Fe转化为三家铁后,Cu最终要转化为胆矾(CuSO4·5H2O)。显然要将Cu溶解后到CuSO4中去。要将Cu完全溶解,所以使用的是浓H2SO4加热。在这个过程中不仅溶解Cu,还溶解Fe。Fe到FeSO4或Fe2(SO4)3或两者都有。所以为了确保Fe全转化为三价铁,再加入H2O2,目的是将二价铁转化为三价铁,在III中调节溶液pH值,在这个过程中加了Cu2(OH)2CO3,目的应是调节溶液的酸碱性,原溶液中为了确保Cu、Fe全部溶解,可能硫酸过量。所以这里加Cu2(OH)2CO3中和过量的硫酸,控制好溶液的pH值为3.7。刚好此时溶液中三价铁正全转化为Fe(OH)3。接下来加热煮沸的目的,使没沉淀下来的三价铁沉淀完全。当三价铁沉淀完全后,再进行过滤,滤液中剩余的阳离子主要有Cu,阴离子有SO4。再加硫酸,调节溶液pH值=1,目的是抑制Cu的水解,再分别进行蒸发、冷却、结晶后,最终得到产品胆矾。 (1)A可选用浓H2SO4、加热,稀硫酸不能溶解Cu,而浓FeCl3溶液、浓HNO3会引入杂质。
(2)Ⅰ中加H2O2的目的将亚铁离子氧化为铁离子;H2O2与Fe发生氧化还原反应,Fe被氧化为Fe易除去。 (3)Ⅱ中加Cu2(OH)2CO3的目的是除去过量的硫酸;不引入新的杂质; (4)Ⅲ加热煮沸时发生的化学反应的离子方程式为Fe+3H2O
3+
2+
2+
3+
2+
2+
2-2+
Fe(OH)3↓+3H;
+
2+
(5)V中加H2SO4调节pH=1是为了抑制Cu的水解;不调成强酸性溶液,在加热蒸发过程中,Cu水解加重。Cu与浓硫酸反应过程中会产生SO2,会对污染环境。所以可以向稀硫酸中不断通氧气(或者加H2O2)并加热。 考点:化学反应原理与实验,工业流程相结合在一起综合考查 10、(7分)(1)B CD (2)4 3.3 可行
(1)除杂的过程中不能引进新的杂质,H2O2为绿色氧化剂,产物为水;调节溶液pH不能引进新的杂质,用 CuO和Cu(OH)2即可。
2+
(2)
方案可行。