2022高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專(zhuān)題53 水凈化劑的制備講解

2022高考化學(xué) 難點(diǎn)剖析 專(zhuān)題53 水凈化劑的制備講解一、高考題再現(xiàn)1（2017天津）下列有關(guān)水處理方法不正確的是A用石灰、碳酸鈉等堿性物質(zhì)處理廢水中的酸B用可溶性的鋁鹽和鐵鹽處理水中的懸浮物C用氯氣處理水中的Cu2+、Hg+等重金屬離子D用燒堿處理含高濃度NH4+的廢水并回收利用氨【答案】C2（2017江蘇）下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與用途具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的是 ANa2O2吸收CO2產(chǎn)生O2 ，可用作呼吸面具供氧劑 BClO2具有還原性，可用于自來(lái)水的殺菌消毒 CSiO2硬度大，可用于制造光導(dǎo)纖維 DNH3易溶于水，可用作制冷劑 【答案】A【解析】A過(guò)氧化鈉可以和二氧化碳反應(yīng)生成氧氣，A正確；B因二氧化氯具有氧化性才用于自來(lái)水的殺菌消毒，B錯(cuò)誤；C二氧化硅透光性好，用于制造光導(dǎo)纖維，C錯(cuò)誤；D液氨氣化時(shí)吸收大量熱，所以氨可用作制冷劑，D錯(cuò)誤。答案選A。二、考點(diǎn)突破1、鋁凈水劑的制備典例1（2018屆江西省上高縣第二中學(xué)高三第七次月考）聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁的總濃度（用c表示）包括三類(lèi)：主要為Al3+中的單體形態(tài)鋁（用Ala表示）總濃度，主要為 AlO4Al12(OH)24(H2O)127+的中等聚合形態(tài)鋁總濃度（用Alb表示）和Al(OH)3膠體形態(tài)鋁（用Alc表示）總濃度。（1）真空碳熱還原一氧化法可實(shí)現(xiàn)由鋁土礦制備金屬鋁，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)=3AlCl(g)+3CO(g) H1=akJ·mol-16AlCl(g)=4Al(s)+2AlCl3(g) H2=bkJ·mol-1則反應(yīng)Al2O3(s) +3C(s)=2Al (s)+3CO(g) 說(shuō)明H=_kJ·mol-1（用含a、b的代數(shù)式表示）。_0( 填“>”或“<”)。反應(yīng)在常壓、1900的高溫下才能進(jìn)行，說(shuō)明H_0（填“”、“”或“=”）（2）用膜蒸餾（簡(jiǎn)稱(chēng)MD）濃縮技術(shù)將聚合氯化鋁溶液進(jìn)行濃縮，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同濃度聚合氯化鋁溶液中鋁形態(tài)分布（百分?jǐn)?shù)）如右表：AlT/（mol·L-1）Ala/%Alb/%A1c/%0.2081.486.612.00.4892.386.211.50.8842.388.19.61.6133.187.09.92.5204.588.27.3在一定溫度下，AlT越大，Al(OH)3膠體的百分含量_（填“越大”“越小”或“不變”）。若將c=2.520mol/L的聚合氧化鋁溶液加水稀釋?zhuān)瑒t稀釋過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。（3）一定條件下，向1.0mol/L的AlCl溶液中加入0.6mol/L的NaOH溶液，可制得Alb含量約為86% 的聚合氯化鋁溶液。寫(xiě)出生成AlO4Al12(OH)24(H2O)127+的離子方程式：_。（4）已知Al3+4X2，X表示顯色劑，表示有色物質(zhì)，通過(guò)比色分析得到25 時(shí)Al3+濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示（初始時(shí)X的濃度為0.194 mol·L-1）。1min時(shí)， 的濃度為_(kāi)。 03min內(nèi)該反應(yīng)的速率vx_。 第9min時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，K=_（用代數(shù)式表示）?！敬鸢浮?a+0.5b 越小 Al3+3H2O=Al(OH)3（膠體）+3H+ 13Al3+32OH-+8H2O=AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ 0.04mol/L 0.053mol/（L·min） K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5（3）Al3+和OH-在水溶液中生成AlO4Al12(OH)24(H2O)127+，根據(jù)原子守恒和電荷守恒可寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的離子方程式為：13Al3+32OH-+8H2O=AlO4Al12(OH)24(H2O)127+。（4）1分鐘內(nèi)Al3+的濃度減少0.02mol/L，根據(jù)方程式可知1min時(shí)的濃度為0.02mol/L×2=0.04mol/L。03min內(nèi)Al3+的反應(yīng)速率v=（0.05-0.01）÷3=mol/（L·min），所以v(X)= mol/（L·min）×4=0.053mol/（L·min）。反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，Al3+的濃度減少0.048mol/L，則X的濃度減少0.192mol/L，的濃度增大0.096mol/L，所以平衡時(shí)Al3+的濃度為0.002mol/L，X的濃度為0.002mol/L，的濃度為0.096mol/L，故K=(9.6×10-2)2/(2×10-3)5。2、鐵凈水劑的制備典例2（2018屆云南師大附中高三年級(jí)適應(yīng)性月考卷八）高鐵酸鉀是一種高效的多功能水處理劑，具有強(qiáng)氧化性。制備高鐵酸鉀方法很多。（1）干法制備高鐵酸鉀。將Fe2O3、KNO3、KOH混合加熱共熔生成紫紅色高鐵酸鹽和KNO2等產(chǎn)物。此制備反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)。（2）濕法制備高鐵酸鉀。工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，原理如下：a.3NaClO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2Ob.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH主要的生產(chǎn)流程如圖：流程圖中“轉(zhuǎn)化”是在某低溫下進(jìn)行的，說(shuō)明此溫度下的溶解度S(K2FeO4)_S(Na2FeO4)（填“>”“<”或“=”）。濕法制備中，反應(yīng)的溫度、原料的濃度和配比對(duì)高鐵酸鉀的產(chǎn)率都有影響。如圖，圖甲為不同的溫度下，不同質(zhì)量濃度的Fe(NO3)3對(duì)K2FeO4生成率的影響；圖乙為一定溫度下，F(xiàn)e(NO3)3質(zhì)量濃度最佳時(shí)，NaClO濃度對(duì)K2FeO4生成率的影響。工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為_(kāi)，此時(shí)Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為_(kāi)。若NaClO加入過(guò)量，氧化過(guò)程中會(huì)生成Fe(OH)3，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式：_。若Fe( NO3)3加入過(guò)量，在堿性介質(zhì)中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K3FeO4，此反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。（3）K2FeO4在水溶液中易水解：4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2。在“提純”K2FeO4中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用_溶液(填序號(hào))。AH2O BCH3COOK、異丙醇 CNH4Cl、異丙醇 DFe(NO3)3、異丙醇K2FeO4在處理水的過(guò)程中所起的作用有_。（4）室溫下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(O H)3沉淀，從而除去Fe3+。該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)。(已知常溫下的溶度積常數(shù)：KspCu(OH)2=2.0×10-20， KspFe(OH)3=4.0×10-38)?！敬鸢浮?31 26 65或1.2 3ClO+Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3HClO +Fe3+8OH=+4H2O B K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時(shí)被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì) 5.0×1015 mol/L由圖甲和圖乙可知，在26、NaClO和Fe(NO3)3的質(zhì)量濃度分別為330g/L和275g/L時(shí)，K2FeO4生成率最高，所以工業(yè)生產(chǎn)中最佳溫度為26，此時(shí)Fe(NO3)3與NaClO 兩種溶液最佳質(zhì)量濃度之比為65（或1.2 ）。若NaClO加入過(guò)量，次氯酸根離子和鐵離子發(fā)生雙水解反應(yīng)，故氧化過(guò)程中會(huì)生成Fe(OH)3，該反應(yīng)的離子方程式為3ClO+Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3HClO。若Fe( NO3)3加入過(guò)量，在堿性介質(zhì)中K2FeO4與Fe3+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成K3FeO4，此反應(yīng)的離子方程式為+Fe3+8OH=+4H2O。（3）在“提純”K2FeO4中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，因?yàn)镵2FeO4在水溶液中易水解，所以洗滌劑最好選用有機(jī)溶劑，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，為減少晶體的溶解損失，應(yīng)選用CH3COOK、異丙醇溶液，填B。K2FeO4在處理水的過(guò)程中所起的作用有：K2FeO4具有強(qiáng)氧化性，能夠消毒殺菌；同時(shí)被還原成Fe3+，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3膠體，能夠吸附水中懸浮雜質(zhì)。（4）室溫下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu(OH)2可使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(O H)3沉淀，從而除去Fe3+，該反應(yīng)的離子方程式為2Fe3+3Cu(OH)23Cu2+2Fe(OH)3。該反應(yīng)的平衡常數(shù)為5.0×1015 mol/L。3、其他凈水劑的制備典例3（湖南H11教育聯(lián)盟2018年1月高三聯(lián)考）鉬酸鈉（Na2MoO4)可作新型水處理劑，Al(OH)3是胃舒平藥品的有效成分。從某廢鉬催化劑(主要成分為MoO3、A12O3、Fe2O3等）中回收Na2MoO4和A1(OH)3，其工藝流程如下：回答下列問(wèn)題:（1）Na2MoO4 中鉬的化合價(jià)為_(kāi)。（2）MoO3、Al2O3和SiO2性質(zhì)相似，都能與碳酸鈉在高溫下反應(yīng)。寫(xiě)出三氧化鉬與碳酸鈉在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式:_；步驟II濾渣的主要成分是_ (填化學(xué)式)。（3）步驟III中加入“稀硫酸”使鋁元素轉(zhuǎn)化的離子方程式為_(kāi)，控制溶液的pH約為5，其目的是使AlO2- 完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，并防止其溶解，在滴加稀硫酸的過(guò)程中還可能觀察到的現(xiàn)象是_。有同學(xué)認(rèn)為步驟III中可用CO2替代硫酸，你是否同意? 簡(jiǎn)述理由:_。（4）取廢鉬催化劑mg，若加入agNa2CO3恰好完全反應(yīng)，經(jīng)上述實(shí)驗(yàn)操作后，最終得到bg Al(OH)3和cgNa2SO4 固體，則廢鉬催化劑中鉬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)。( 用代數(shù)式表示)【答案】 +6 MoO3+Na2CO3Na2MoO4+CO2 Fe2O3 AlO2-+H+H2O=Al(OH)3 產(chǎn)生氣泡 否，稀硫酸的作用之一是除去過(guò)量的Na2CO3 ×100%。濾渣為Al(OH)3，濾液中含有Na2SO4和Na2MoO4，由Al2O3Na2CO3=2NaAlO2CO2,2NaAlO2H2SO43H2O=Na2SO42Al(OH)3，得1Na2CO32Al(OH)3，得Al2O3消耗的n（Na2CO3）= ，已知：碳酸鈉總物質(zhì)的量為：n（Na2CO3）=ag/106g·mol1，則由Na守恒可知n（Na2MoO4）=ag/106g·mol1-bg/156g·mol1，m（Mo）=（ag/106g·mol1-bg/156g·mol1）×96g·mol1= g，（Mo）= ×100%。