高考化学 化学反应原理 综合题及答案解析

高考化学 化学反应原理 综合题及答案解析

一、化学反应原理

1．钛白粉(TiO2)是重要的白色颜料，LiFePO4是锂离子电池的正极材料。一种利用钛铁矿( 主要成分为FeTiO3 和少量Fe2O3 )进行钛白粉和LiFePO4 的联合生产工艺如下图所示:

回答下列问题:

（1） LiFePO4中Fe的化合价是_______________________。 （2）钛铁矿“酸溶”前需要进行粉碎，粉碎的目的是__________________________________。

（3）用离子方程式表示操作I加入铁粉的目的:__________________________。操作II为一系列操作，名称是加热浓缩、冷却结晶、过滤，其中用到的陶瓷仪器的名称是___________。

（4）TiO2+易水解，则其水解的离子方程式为______________________；“转化”利用的是TiO2+的水解过程，需要对溶液加热，加热的目的是________________________________。 （5）“沉铁”的的是使Fe3+生成FePO4，当溶液中c(PO43-)= 1.0×10-17mol/L时可认为Fe3+ 沉淀完全，则溶液中Fe3+沉淀完全时的c(Fe3+)=_______mol/L[已知:该温度下，Ksp(FePO4)=1.0×10-22

]。

（6）由“沉铁”到制备LiFePO4的过程中，所需17% H2O2溶液与草酸( H2C2O4)的质量比是_____。

【答案】+2 增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率 2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+ 蒸发皿 TiO2++2H2O( 或加快水解反应速率) 1.0×10-5 20:9 【解析】 【分析】

钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO)3，含有少量Fe2O3]加硫酸溶解生成TiO2+和Fe3+、Fe2+，加入铁还原铁离子：2Fe3++Fe=3Fe2+，得到硫酸亚铁和TiOSO4，对溶液蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得到绿矾晶体和TiOSO4溶液，将TiOSO4溶液加热，促进TiO2+的水解生成TiO(OH)2，TiO2++2H2O=TiO(OH)2+2H+，分解得到钛白粉(TiO2)；将绿矾与过氧化氢、H3PO4混合沉铁：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，将得到的FePO4与草酸、Li2CO3焙烧生成锂离子电池的正极材料LiFePO4。 【详解】

根据上述分析可知，

(1)LiFePO4中Li的化合价为+1价，P为+5价O为-2价，根据正负化合价的代数和为0，Fe的化合价是+2，故答案为+2；

(2)钛铁矿“酸溶”前需要进行粉碎，粉碎可以增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率，

TiO(OH)2+2H+ 促进水解

故答案为增加钛铁矿与硫酸按触面积，增大酸溶速率； (3)加入铁粉主要是还原铁离子，也会与过量的酸反应：

2H++Fe==H2↑+Fe2+、2Fe3++Fe=3Fe2+；操作II为一系列操作，名称是加热浓缩、冷却结晶、过滤，其中用到的陶瓷仪器为蒸发皿，故答案为2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+；蒸发皿；

(4)TiO2+易水解生成TiO(OH)2，其水解的离子方程式为TiO2++2H2OTiO2++2H2O

TiO(OH)2+2H+；促进水解；

3+

TiO(OH)2+2H+；“转

化”利用的是TiO2+的水解过程，需要对溶液加热，加热可以促进水解，故答案为

(5)Ksp(FePO4)= c(Fe案为1.0×10-5；

) c(PO43-)，则

Ksp?FePO4?1.0?10?22c(Fe)===1.0×10-5 mol/L，故答3??17cPO41.0?103+

??(6)“沉铁”的为绿矾与过氧化氢、H3PO4混合生成FePO4，离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H3PO4=2FePO4↓+2H2O+4H+，焙烧时的反应方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O4

2LiFePO4+H2O+3CO2↑；H2O2与草酸( H2C2O4)的物质的量之比为

1mol?34g/mol201:1，则17% H2O2溶液与草酸( H2C2O4)的质量比为=，故答案为17?mol?90g/mol20。 9

2．化学学习小组进行如下实验。

[探究反应速率的影响因素]设计了如下的方案并记录实验结果(忽略溶液混合体积变化)。限L-1H2C2O4溶液、0.010 mol·L-1KMnO4溶液(酸性)、蒸馏水、试管、选试剂和仪器：0.20 mol·量筒、秒表、恒温水浴槽 物理量 ① ② ③ V(0.20 mol·L-1 H2C2O4溶液)/mL 2.0 2.0 1.0 V（蒸馏水）/mL 0 0 0 L-1 V（0.010 mol·KMnO4溶液）/mL 4.0 4.0 4.0 T/℃ 50 25 25 乙

(1)上述实验①、②是探究__________对化学反应速率的影响；若上述实验②、③是探究浓度对化学反应速率的影响，则a为_____________；乙是实验需要测量的物理量，则表格中“乙”应填写___________ 。

[测定H2C2O4·xH2O 中x值] 已知：M(H2C2O4)=90 g·mol-1

①称取 1.260 g 纯草酸晶体，将其酸制成 100.00 mL 水溶液为待测液；

②取 25.00mL 待测液放入锥形瓶中，再加入适的稀H2SO4； L-1的 KMnO4标准溶液进行滴定。 ③用浓度为 0.05 000 mol·

(2)请写出与滴定有关反应的离子方程式_________________________________________。 (3)某学生的滴定方式(夹持部分略去)如下，最合理的是________ (选填 a、b)。

(4)由图可知消耗KMnO4溶液体积为__________________________________________mL。 (5)滴定过程中眼睛应注视________________________。

(6)通过上述数据，求得x= ____ 。以标准KMnO4溶液滴定样品溶液的浓度，未用标准KMnO4溶液润洗滴定管，引起实验结果________(偏大、偏小或没有影响) 。

【答案】温度 1.0 溶液褪色时间/s 5H2C2O4＋2MnO4－＋6H＋=10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O b 20.00 锥形瓶中颜色变色 2 偏小 【解析】 【分析】 【详解】

（1）探究影响化学反应速率因素，要求其他条件不变，即①②探究温度对化学反应速率的影响；混合溶液的总体积都是6.0mL，因此a=1.0；反应的快慢是通过酸性高锰酸钾溶液的褪色快慢来确定的，因此乙中要测定的物理量是溶液褪色时间，单位为s；

＋

（2）草酸具有还原性，高锰酸钾具有强氧化性，把C转化成CO2，本身被还原成Mn2，

根据化合价升降法，进行配平，因此离子反应方程式为：5H2C2O4＋2MnO4－＋6H＋=10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O；

（3）酸式滴定管盛放酸性溶液和氧化性物质，碱式滴定管只能盛放碱性溶液，即b正确； （4）滴定前刻度为0.90ml，滴定后刻度是20.90ml，消耗高锰酸钾的体积为(20.90－0.90)mL=20.00mL；

(5)滴定过程中，眼睛应注视锥形瓶中溶液颜色变化；

(6)100mL溶液中草酸物质的量为20×10－3×0.05×5×100/(2×25)mol=0.01mol，1.260÷(90＋18x)=0.01，解得x=2；未用待盛液润洗滴定管，稀释标准液，消耗高锰酸钾体积增大，草酸的质量增大，x偏小。

3．砂质土壤分析中常用 Karl Fischer法是测定其中微量水含量，该方法是利用I2 和SO2反应定量消耗水作为原理(假设土壤中其他成分不参加反应)，据此回答下列问题： (1)写出该反应的化学反应方程式：_______________________。 步骤I：反应样品中的水

下图是某同学在实验室模拟Karl Fischer法的实验装置图：