(四)工艺流程与无机知识综合应用
1．废铅蓄电池的一种回收利用工艺流程如下图所示：
部分难溶电解质的性质如下表： 物质 Ksp(25℃) 颜色 －8PbSO4 1.8×10 白色 －13PbCO3 1.5×10 白色 －14PbCrO4 1.8×10 黄色 －10BaCrO4 1.2×10 黄色 －20Pb(OH)2 1.4×10 白色 回答下列问题：
(1)铅蓄电池在生产、生活中使用广泛，铅蓄电池的缺点有__________(写一条)。 (2)燃烧废塑料外壳可以发电，其一系列能量转换过程： 化学能→________→________→电能。
(3)将流程图中的废硫酸和滤液按一定比例混合，再将所得的混合液经________、________等操作，可以析出十水硫酸钠晶体。
(4)利用铅泥中的PbSO4溶于CH3COONa溶液生成弱电解质(CH3COO)2Pb，(CH3COO)2Pb溶液与KClO在强碱性条件下反应制取PbO2，写出后一步生成PbO2的离子方程式__________________。
2－2－
(5)25℃时，Na2CO3溶液浸出时发生的反应为：CO3(aq)＋PbSO4(s)?PbCO3(s)＋SO4
(aq)，计算该反应的平衡常数K＝________。以滤渣PbCO3和焦炭为原料可制备金属铅，用化学方程式表示制备过程______________、______________。
(6)已知Pb(OH)2是既能溶于稀硝酸，又能溶于KOH溶液的两性氢氧化物。设计实验区别PbCrO4和BaCrO4：________。
解析：本题考查了废铅蓄电池的回收工艺流程。(4)书写离子方程式时，要注意(CH3COO)2Pb为弱电解质，不能拆写成离子形式，再由(CH3COO)2Pb转化为PbO2可知发生了氧
－－
化还原反应，KClO中Cl元素化合价应降低，碱性条件下得到Cl，即：(CH3COO)2Pb＋ClO
2－2＋2－
c?SO4?c?Pb?·c?SO4?－－－
＋2OH===PbO2↓＋Cl＋H2O＋2CH3COO。(5)K＝＝＝2－2＋2－
c?CO3?c?Pb?·c?CO3?
Ksp?PbSO4?1.8×10－85
＝PbCO3受热分解得到PbO和CO2，PbO被焦炭还原成Pb。－13＝1.2×10。
Ksp?PbCO3?1.5×10
(6)PbCrO4与适量KOH溶液反应生成更难溶的Pb(OH)2，Pb(OH)2能溶于KOH溶液，故PbCrO4能溶于过量的KOH溶液，而BaCrO4不与KOH溶液反应[Ba(OH)2可溶]，故可以用过量KOH溶液鉴别，溶解的为PbCrO4，不能溶解的为BaCrO4。
答案：(1)比能量低(或笨重、废弃电池污染环境等) (2)热能 机械能 (3)蒸发浓缩 冷却结晶
－－－－
(4)(CH3COO)2Pb＋ClO＋2OH===PbO2↓＋Cl＋2CH3COO＋H2O
△△5
(5)1.2×10 PbCO3=====PbO＋CO2↑ 2PbO＋C=====2Pb＋CO2↑
(6)取少量待测物于两支试管中，分别与过量KOH溶液反应，能溶解的是PbCrO4，不能溶解的是BaCrO4
2．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。下图是在实验室中制备KMnO4晶体的流程：
1
回答下列问题：
(1)操作②的目的是获得K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O，试写出该步反应的化学方程式：__________________，操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择________(填序号)。
a．瓷坩埚 b．氧化铝坩埚 c．铁坩埚 d．石英坩埚
(2)操作④是使K2MnO4转化为KMnO4和MnO2，该转化过程中发生反应的离子方程式为________________________。
－2－
若溶液碱性过强，则MnO4又会转化为MnO4，该转化过程中发生反应的离子方程式为
______________________，因此需要通入某种气体调pH＝10～11，在实际操作中一般选择CO2而不是HCl，原因是____________________。
(3)操作⑤过滤时，选择图2所示装置而不用图1所示装置的原因是____________________。
(4)还可采用电解K2MnO4溶液(绿色)的方法制造KMnO4(电解装置如图所示)，电解过程中右侧石墨电
极的电极反应式为______________________________，溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是______________________。
解析：本题考查氧化还原反应、离子反应、化学实验、电化学等知识。(1)由题意知，锰元素化合价升高，氯元素化合价降低，根据得失电子守恒、原子守恒可写出并配平化学方程式。瓷坩埚和石英坩埚中均含有SiO2，在加热条件下SiO2能与KOH反应，Al2O3在加热熔融时也可与KOH反应，故只能选用铁坩埚。(2)K2MnO4发生歧化反应生成KMnO4和MnO2，根据
－2－
得失电子守恒和电荷守恒可写出离子方程式。在碱性条件下，MnO4转化为MnO4，锰元素化合价降低，则必有元素化合价升高，推测反应生成了O2。(3)抽滤可加快过滤速度。(4)右侧
2－－－
石墨连接电源正极，作阳极，发生氧化反应：MnO4－e===MnO4。要注意题目中的信息：高锰酸钾溶液在强碱性条件下会转变成锰酸钾溶液，溶液颜色发生变化。
高温
答案：(1) KClO3＋3MnO2＋6KOH=====3K2MnO4＋KCl＋3H2O↑ c
2－－－－－2－
(2)3MnO4＋2H2O===2MnO4＋MnO2↓＋4OH 4MnO4＋4OH===4MnO4＋O2↑＋2H2O －
Cl具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原 (3)过滤速度快、效果好
2－－－－
(4) MnO4－e===MnO4 电解较长时间后，阳极产生的MnO4在阴极被还原，溶液颜色由紫色转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增
－2－
强，MnO4转化为MnO4，溶液颜色由紫色转变为绿色)
3．(2016·全国卷Ⅰ)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：
2
回答下列问题：
(1)NaClO2中Cl的化合价为______________。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式__________________。
2＋2＋
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg和Ca，要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是________。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________，该反应中氧化产物是________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为________。(计算结果保留两位小数)
解析：本题考查无机化工流程，涉及氯及其化合物的相关知识，包括计算元素化合价、书写陌生氧化还原反应方程式、流程分析、电解产物的判断、氧化剂与还原剂的判断及量的分析、有效氯含量的计算。(1)根据化合物中各元素化合价代数和等于0，计算出NaClO2中氯元素化合价为＋3。(2)从流程图看出，反应物是氯酸钠、二氧化硫、硫酸，产物为硫酸氢钠、二氧化氯，根据得失电子守恒，原子守恒配平化学方程式：2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4。(3)粗盐提纯中加入氢氧化钠溶液沉淀镁离子，加入碳酸钠溶液沉淀钙离子。电
－
解过程中ClO2在阴极放电得到ClO2，故阴极反应的主要产物为NaClO2。(4)依题意，用含氢
－－
氧化钠的双氧水吸收尾气中的二氧化氯，发生反应：2ClO2＋H2O2＋2OH===2ClO2＋O2＋2H2O，ClO2作氧化剂，H2O2作还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，氧化产物为O2。(5)氯气、亚氯酸钠的氧化能力就是得电子能力，得电子数相等时，氧化能力相当。氯气、
－－
得4e得2e－－
亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。根据：NaClO2――→Cl，Cl2――→2Cl，得电子数相等
71×2
时，存在：NaClO2～2Cl2，故亚氯酸钠的有效氯含量为≈1.57。
90.5
答案：(1)＋3
(2)2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4
－
(3)NaOH溶液 Na2CO3溶液 ClO2(或NaClO2) (4)2∶1 O2 (5)1.57
4．(2015·课标全国卷Ⅰ)二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题：
(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：
①电解时发生反应的化学方程式为___________________________________。 ②溶液X中大量存在的阴离子有_________________________________。 ③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是________(填标号)。 a．水 b．碱石灰 c．浓硫酸 d．饱和食盐水
3
(3)用如图装置可以测定混合气中ClO2的含量：
Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸； Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口； Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收； Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；
－12－－
Ⅴ.用0.100 0 mol·L硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O3===2I＋2－
S4O6)，指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为______________。 ②玻璃液封装置的作用是________________。
③Ⅴ中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是________。 ④测得混合气中ClO2的质量为________g。
(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是________(填标号)。
a．明矾 b．碘化钾 c．盐酸 d．硫酸亚铁
解析：本题考查ClO2的制备以及含量测定实验，意在考查考生综合分析实验的能力。(1)氧化剂
－－
为KClO3，还原剂为Na2SO3，KClO3～ClO2～e，Na2SO3～Na2SO4～2e，根据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1。(2)①酸性条件下不能生成NH3，根据产物NCl3
电解
和H2，写出电解方程式：NH4Cl＋2HCl=====3H2↑＋NCl3；②根据原子个数守恒可知，X中有
－－
NaCl，又因有NH3生成，则溶液中的阴离子有Cl和OH；③由于ClO2易溶于水，所以a和
－－
d错误：NH3能够被浓硫酸吸收，应选c。(3)①ClO2在酸性条件下与I反应，生成I2和Cl，
－＋－
离子方程式为2ClO2＋10I＋8H===5I2＋2Cl＋4H2O；②ClO2易溶于水，故用于液封的水可以吸收多余的ClO2气体；③用淀粉溶液检验碘单质，滴定终点时，碘单质完全反应，则终
2－
点现象是溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不再改变；④根据关系式：2ClO2～5I2～10S2O3，
－
n(ClO2)＝1/5n(S2O23)＝1/5×0.100 0×0.02＝0.000 40(mol)，m(ClO2)＝0.000 40
－2
mol×67.5 g/mol＝0.027 00 g。(4)需加入一种还原剂，将亚氯酸盐还原为Cl，所以Fe＋
合适，d项正确。
电解－－
答案：(1)2∶1 (2)①NH4Cl＋2HCl=====3H2↑＋NCl3 ②Cl、OH ③c (3)①2ClO2－＋－
＋10I＋8H===5I2＋4H2O＋2Cl
②吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出) ③淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变
④0.027 00 (4)d
4