题目内容

5．某煤矿筛选煤后的废弃煤矸石中主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用该煤矸石可生产金属Al及红色颜料Fe2O3．其生产工艺流程如下图所示：

回答下列问题：
（1）对煤矸石需要进行粉碎，使粉末状态的煤矸石在盐酸中酸浸，煤矸石粉碎操作的目的是增大与酸的接触面积，加快反应速率，“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中阳离子除H+外，还有Fe3+、Al3+．
（2）残渣主要成分的化学式为SiO2，写出该物质的一种用途制备光导纤维．
（3）“转化i”操作加入NH3除使溶液中的Al3+转化为沉淀外，其他作用是中和过量的盐酸、沉淀铁离子．
（4）“碱溶”操作中发生化学反应的离子方程式为Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O．
（5）“转化ii”操作通入了过量的气体X，X的电子式为．
（6）电解氧化铝的阳极反应式为2O2--4e-=O2↑．

分析 废弃煤矸石中主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3，用盐酸酸浸发生的反应为：Al2O3+6H+═2Al3++3H2O；Fe2O3+6H+═2Fe3++3H2O；则过滤的溶液Ⅰ为氯化铁和氯化铝的溶液，残渣为二氧化硅，滤液中通入氨气使三价铁离子、三价铝离子都生成氢氧化铁、氢氧化铝的沉淀，过滤得到沉淀中加入过量氢氧化钠，氢氧化铝溶解反应为：Al（OH）3+OH-═AlO2-+2H2O，过滤得到沉淀为氢氧化铁，煅烧得到氧化铁，所得溶液Ⅱ为偏铝酸钠溶液，再通入过量二氧化碳进一步反应又生成氢氧化铝，过滤得到氢氧化铝沉淀，煅烧得到氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝，
（1）煤矸石粉碎可以增大与酸的接触面积，加快反应速率；“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中阳离子除H+外，还存在铁离子和铝离子；
（2）残渣主要成分为二氧化硅，可以制备光导纤维传输信息；
（3）“转化i”操作加入NH3除使溶液中的Al3+转化为沉淀外，其他作用是中和过量的盐酸、沉淀铁离子；
（4）氢氧化铝是两性氢氧化物和氢氧化钠能反应生成偏铝酸钠；
（5）“转化ii”操作通入了过量的气体X是通入二氧化碳气体和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，二氧化碳是共价化合物，碳和两个氧原子间分别形成两对共用电子对；
（6）电解氧化铝的阳极反应是氧离子失电子生成氧气．

解答 解：（1）煤矸石粉碎的目的是可以增大与酸的接触面积，加快反应速率，“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中为盐酸、氯化铁和氯化铜溶液，溶液中阳离子除H+外，还存在铁离子和铝离子，
故答案为：增大与酸的接触面积，加快反应速率；Fe3+、Al3+；
（2）残渣主要成分为二氧化硅，化学式为：SiO2，二氧化硅晶体可以制备光导纤维传输信息，
故答案为：SiO2；制备光导纤维；
（3）“转化i”操作加入NH3除使溶液中的Al3+转化为沉淀外，其他作用是中和过量的盐酸、沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀，故答案为：中和过量的盐酸、沉淀铁离子；
（4）氢氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成可溶性偏铝酸钠，离子反应方程式为：Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O，
故答案为：Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；
（5）“转化ii”操作通入了过量的气体X是通入二氧化碳气体和偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀，二氧化碳是共价化合物，碳和两个氧原子间分别形成两对共用电子对，二氧化碳的电子式为：，
故答案为：；
（6）电解氧化铝的阳极反应是氧离子失电子生成氧气，电极反应为：2O2--4e-=O2↑，
故答案为：2O2--4e-=O2↑．

点评 本题以工艺流程为载体考查了物质分离提纯、物质间的反应、除杂、离子方程式书写等知识点，这种题型是高考常考题型，综合性较强，涉及知识面较广，用教材基础知识采用知识迁移的方法分析解答，题目难度中等．

练习册系列答案
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12．对于相同物质的量的SO2和SO3，下列说法中正确的是（　　）
A．硫元素的质量比为5：4B．任何情况下体积比均为1：1
C．含有的O2、O3两分子数之比为1：1D．SO2、SO3两分子数之比为1：1
16．在一定温度下将足量的炭和2mol水蒸气混合于1L的密闭容器中，发生如下反应：C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g），
（1）该反应平衡常数K的表达式K=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$
（2）已知在700℃时，该反应的平衡常数K1=0.6，1 000℃时，该反应的平衡常数K2为1.0，则该反应为的△H＞0（填“＜0”或“＞0”）．
（3）能判断该反应达到化学平衡状态的依据是ABD．（填编号）
A、容器中气体的密度不变      B、生成a mol CO的同时消耗a mol H2
C、c（H2O）=c（CO）             D、混合气体的平均相对分子质量不变
（4）在1 000℃下，某时刻CO的物质的量为1.0mol，则此时v正=v逆（填“＞”、“=”或“＜”），此时H2O（g）的转化率为50%．
13．以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝，既降低环境污染又可提高铝资源的利用率．已知铝灰的主要成分为Al2O3（含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3），其制备实验流程如下：

（1）铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O．
（2）图中“滤渣”的主要成分为SiO2（填化学式）．
（3）加30%的H2O2作用为将Fe2+氧化为Fe3+，其发生的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，
该反应需控制温度低于40℃，其目的是防止H2O2分解．
（4）煅烧硫酸铝铵晶体，发生的主要反应为：
4[NH4Al（SO4）2•12H2O]$\frac{\underline{\;1240℃\;}}{\;}$2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O，将产生的气体通过图所示的装置．

①集气瓶中收集到的气体是N2（填化学式）．
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O（g）外还有SO3、NH3（填化学式）．
③KMnO4溶液褪色（MnO4-还原为Mn2+），发生的离子方程式为2MnO4-+5SO2+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+．
20．某研究性学习小组为合成1-丁醇．查阅资料得知一条合成路线：
CH3CH=CH2+CO+H2CH3CH2CH2CHO$→_{Ni，△}^{H_{2}}$CH3CH2CH2CH2OH
CO的制备原理：HCOOH$→_{△}^{浓硫酸}$ CO↑+H2O，并设计出原料气的制备装置（如图）

请填写下列空白：
（1）实验室现有锌粒、稀硝酸、稀盐酸、浓硫酸、2-丙醇，从中选择合适的试剂制备氢气、丙烯．写出化学方程式Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑、（CH3）2CHOH $→_{△}^{催化剂}$CH2=CHCH3↑+H2O；
（2）若用以上装置制备干燥纯净的CO，装置中a和b的作用分别是恒压、防倒吸；C和d中承装的试剂分别是NaOH溶液、浓H2SO4；
（3）制丙烯时，还产生少量SO2、CO2及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是④⑤①②③（或④⑤①③②）；
①饱和Na2SO3溶液②酸性KMnO4溶液③石灰水④无水CuSO4⑤品红溶液
（4）合成正丁醛的反应为正向放热的可逆反应，为增大反应速率和提高原料气的转化率，你认为应该  采用的适宜反应条件是b；
a．低温、高压、催化剂               b．适当的温度、高压、催化剂
c．常温、常压、催化剂               d．适当的温度、常压、催化剂
（5）正丁醛经催化加氢得到含少量正丁醛的1-丁醇粗品．为纯化1-丁醇，该小组查阅文献得知：①R-CHO+NaHSO3（饱和）→RCH（OH）SO3Na↓；②沸点：乙醚34℃，1-丁醇 118℃，并设计出如下提纯路线：

试剂1为饱和NaHSO3溶液，操作1为过滤，操作2为萃取，操作3为蒸馏．
10．某温度时，反应X（g）=4Y（g）+Z（g）△H=-QkJ/mol，在2L的恒容密闭容器中进行，X的浓度随时间变化如图所示．下列说法不正确的是（　　）
A．2min内，X的平均反应速率为0.25mol/（L•min）
B．第5min时，该反应达到平衡状态
C．第5min后，Y的生成速率与X的消耗速率相等且保持不变
D．5min内，反应放出的热量为1.6QkJ
17．利用甲烷与氯气发生取代反应的副产品生产盐酸的设想在工业上已成为现实．某化学兴趣小组拟在实验室中模拟上述过程，所设计的装置如图所示：

（1）A中制取C12反应的化学方程式是MnO2+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O．
（2）C中发生反应的化学方程式是CH4+Cl2$\stackrel{光照}{→}$CH3Cl+HCl．（写出一个即可）
（3）D装置中的石棉上吸附着潮湿的KI粉末，其作用是除去过量的氯气．
（4）E装置的作用是C（填序号）．
a．收集气体      b．吸收氯气      c．吸收氯化氢
（5）E装置中除了有盐酸生成外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法是分液（填操作名称）．
（6）将l mol CH4与C12发生取代，测得4种有机取代物的物质的量相等，则消耗的氯气的物质的量是2.5mol．
14．用容量瓶配制一定物质的量浓度的溶液，该容量瓶必须是（　　）
A．干燥的B．不漏水的
C．用欲配制的溶液润洗过的D．标有刻度的
15．汽车尾气处理装置中发生如下反应，2NO+2CO═N2+2CO2，下列说法正确的是（　　）
A．NO是氧化剂B．CO发生还原反应
C．NO失去电子D．该反应是复分解反应

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