《2026年薪火金卷高考仿真模拟卷化学》

15. (16分)利用某废催化剂(含${V_{2}O_{5}}$、${TiO_{2}}$及少量${MgO}$)提取${V}$、${TiO_{2}}$和${Na_{2}SO_{4}· 10H_{2}O}$的工艺流程如图所示。

已知常温下:①${K_{sp}[TiO(OH)_{2}]=1× 10^{-29}}$,${K_{sp}[Mg(OH)_{2}]=5× 10^{-12}}$;
②溶液中某离子浓度$\leqslant 10^{-5}\ {mol· L^{-1}}$时,认为该离子沉淀完全。
请回答下列问题:
(1)“滤渣${a}$”的成分为${Na_{2}TiO_{3}}$和${MgO}$,“酸浸、调${pH}$”生成${TiO(OH)_{2}}$的离子方程式为$Na_{2}TiO_{3} + 2H^{+} = TiO(OH)_{2} + 2Na^{+}$;调溶液${pH}$最小值为2。
(2)已知${Na_{2}SO_{4}}$和${MgSO_{4}}$的溶解度曲线如图所示。“滤液${b}$”含有${Na_{2}SO_{4}}$和少量${MgSO_{4}}$,从中获得${Na_{2}SO_{4}· 10H_{2}O}$的“系列操作”包含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冷水洗涤、干燥。

(3)已知常温下${NH_{4}VO_{3}}$的溶解度为$0.468\ {g}$,则${NH_{4}VO_{3}}$的溶度积常数为$1.6 × 10^{- 3}$(假设水溶解溶质后体积不变)。“沉钒”过程中,一般要加入过量铵盐,其原因是增大铵根离子浓度，使$VO^{-}_{3}$沉淀完全。
(4)常用铝热反应法由${V_{2}O_{5}}$冶炼金属钒,反应的化学方程式为$3V_{2}O_{5} + 10Al \xlongequal{高温} 6V + 5Al_{2}O_{3}$。
(5)全钒液流电池的工作原理为${VO^{+}_{2} + V^{2+} + 2H^{+}\underset{充电}{\overset{放电}{⇌}}VO^{2+} + V^{3+} + H_{2}O}$。此电池的两极区被质子交换膜隔开,则负极区溶液中的含钒离子为$V^{2 + }$、$V^{3 + }$(填“${VO^{+}_{2}}$”“${V^{2+}}$”“${VO^{2+}}$”“${V^{3+}}$”四种微粒中的两种);充电时,阳极区溶液${pH}$减小(填“增大”或“减小”)。

(6)钒的一种氧化物晶胞如图所示。已知:晶胞参数为$a\ {pm}$,$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值。该晶体的化学式为$VO_{2}$;晶体密度为$\frac{166 × 10^{30}}{a^{3} × N_{A}}$${g· cm^{-3}}$。

答案： 15.解析 废催化剂含$V_{2}O_{5}$、$TiO_{2}$及少量MgO，加氢氧化钠“碱浸”，$V_{2}O_{5}$和氢氧化钠反应生成可溶性$Na_{3}VO_{4}$，$TiO_{2}$和氢氧化钠反应生成难溶性$Na_{2}TiO_{3}$，过滤，滤渣a中含有$Na_{2}TiO_{3}$和MgO，滤液中含有$Na_{3}VO_{4}$，$Na_{3}VO_{4}$溶液加HCl调pH生成$NaVO_{3}$，再加铵盐生成$NH_{4}VO_{3}$沉淀，$NH_{4}VO_{3}$焙烧生成$V_{2}O_{5}$，$V_{2}O_{5}$发生铝热反应生成V；滤渣a加硫酸，$Na_{2}TiO_{3}$和硫酸反应生成$TiO(OH)_{2}$和$Na_{2}SO_{4}$，氧化镁和硫酸反应生成硫酸镁，过滤，得到$TiO(OH)_{2}$沉淀和滤液b，$TiO(OH)_{2}$焙烧生成$TiO_{2}$，滤液b蒸发浓缩、冷却结晶得$Na_{2}SO_{4} · 10H_{2}O$。
(1)“滤渣a”的成分为$Na_{2}TiO_{3}$和MgO，“酸浸、调pH”，$Na_{2}TiO_{3}$和硫酸反应生成$TiO(OH)_{2}$和硫酸钠，反应的离子方程式为$Na_{2}TiO_{3} + 2H^{+} = TiO(OH)_{2} + 2Na^{+}$；沉淀完全时$c(TiO^{2 + }) \leq 10^{- 5}\ mol · L^{- 1}$，$K_{sp}[TiO(OH)_{2}] = 1 × 10^{- 29}$，则$c(TiO^{2 + }) · c^{2}(OH^{-}) = 1 × 10^{- 29}$，$c(OH^{-}) = \sqrt{\frac{1 × 10^{- 29}}{1 × 10^{- 5}}} = 1 × 10^{- 12}\ mol · L^{- 1}$，所以调溶液pH最小值为2。
(2)“滤液b”含有$Na_{2}SO_{4}$和少量$MgSO_{4}$，低温时，硫酸钠的溶解度明显随温度降低而减小，从中获得$Na_{2}SO_{4} · 10H_{2}O$的“系列操作”包含蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冷水洗涤、干燥。
(3)常温下$NH_{4}VO_{3}$的溶解度为0.468 g，100 mL饱和溶液中含有0.468 g $NH_{4}VO_{3}$，$n(NH_{4}VO_{3}) = \frac{0.468\ g}{117\ g · mol^{- 1}} = 0.004\ mol$，$c(NH_{4}VO_{3}) = 0.04\ mol · L^{- 1}$，则$NH_{4}VO_{3}$的溶度积常数为$0.04\ mol · L^{- 1} × 0.04\ mol · L^{- 1} = 1.6 × 10^{- 3}$。“沉钒”过程中，一般要加入过量铵盐，其原因是增大铵根离子浓度，使$VO^{-}_{3}$沉淀完全。
(4)常用铝热反应法由$V_{2}O_{5}$冶炼金属钒，反应的化学方程式为$3V_{2}O_{5} + 10Al \xlongequal{高温} 6V + 5Al_{2}O_{3}$。
(5)根据${VO^{+}_{2} + V^{2 + } + 2H^{+} \xlongequal[充电]{放电} VO^{2 + } + V^{3 + } + H_{2}O}$，$VO^{+}_{2}$发生还原反应生成$VO^{2 + }$，$V^{2 + }$发生氧化反应生成$V^{3 + }$，原电池中负极发生氧化反应、正极发生还原反应，所以负极区溶液中的含钒离子为$V^{2 + }$、$V^{3 + }$；充电时，阳极$VO^{2 + }$发生氧化反应生成$VO^{+}_{2}$，阳极反应为$VO^{2 + } + H_{2}O - e^{-} = VO^{+}_{2} + 2H^{+}$，所以溶液pH减小。
(6)根据均摊原则，晶胞中V原子数为$8 × \frac{1}{8} + 1 = 2$、O原子数为$4 × \frac{1}{2} + 2 = 4$，该晶体的化学式为$VO_{2}$；晶体密度为$\frac{83 × 2}{(a × 10^{- 10})^{3} × N_{A}} = \frac{166 × 10^{30}}{a^{3} × N_{A}}\ g · cm^{- 3}$。
答案
(1)$Na_{2}TiO_{3} + 2H^{+} = TiO(OH)_{2} + 2Na^{+}$ 2
(2)蒸发浓缩、冷却结晶
(3)$1.6 × 10^{- 3}$ 增大铵根离子浓度，使$VO^{-}_{3}$沉淀完全
(4)$3V_{2}O_{5} + 10Al \xlongequal{高温} 6V + 5Al_{2}O_{3}$
(5)$V^{2 + }$、$V^{3 + }$ 减小
(6)$VO_{2}$ $\frac{166 × 10^{30}}{a^{3} × N_{A}}$

16. (14分)三氯化硼可用于有机反应催化剂、电子工业等。其熔点为$-107\ {^{\circ}C}$,沸点为$12.5\ {^{\circ}C}$,易水解。模拟工业以${B_{2}O_{3}}$、木炭和氯气为原料制备三氯化硼的装置如图所示(夹持装置略)。

实验步骤:回答下列问题:
(ⅰ)连接仪器,检验装置的气密性,盛装药品;打开${K_{1}}$,通一段时间${N_{2}}$;
(ⅱ)关闭${K_{1}}$,加入适量浓盐酸,接通冷凝装置,加热管式炉;
(ⅲ)待反应结束,停止加热,打开${K_{1}}$,再通一段时间${N_{2}}$。请回答下列问题:
(1)仪器甲的名称为三颈烧瓶,试剂${X}$为饱和食盐水,${F}$处碱石灰的作用是处理尾气中的氯气，防止空气中的水蒸气进入E中。
(2)装置${D}$的产物中含有极性的二元化合物分子,则该反应的化学方程式为$B_{2}O_{3} + 3Cl_{2} + 3C \xlongequal{\triangle} 2BCl_{3} + 3CO$;判断该反应结束的实验现象是冷凝管中不再有液体流下。
(3)反应结束后通入${N_{2}}$的目的是将装置内的残留气体全部排出，防止污染空气;图示装置存在的缺陷是缺少CO处理装置。
(4)已知${AgSCN}$是一种白色沉淀且${K_{sp}(AgSCN) ＜ K_{sp}(AgCl)}$。${BCl_{3}}$产率的测定方法如下(不考虑杂质的反应):
①$m\ {g}\ {B_{2}O_{3}}$与足量木炭、氯气反应,取产品的$20\%$于水解瓶中完全水解,稀释至$100.00\ {mL}$。
②取$10.00\ {mL}$该溶液于锥形瓶中,加入$V_{1}\ {mL}\ c_{1}\ {mol· L^{-1}}\ {AgNO_{3}}$溶液,加入适量硝基苯,用力摇动,将沉淀表面完全覆盖。
③以${NH_{4}Fe(SO_{4})_{2}}$溶液为指示剂,用$c_{2}\ {mol· L^{-1}}\ {KSCN}$标准溶液滴定过量${AgNO_{3}}$溶液,消耗标准溶液$V_{2}\ {mL}$。
判断滴定终点的现象是滴入最后半滴标准液，溶液由无色变为红色，且半分钟不褪色;实验所得产品的产率是$\frac{175(c_{1}V_{1} - c_{2}V_{2})}{3m}\%$,若未加硝基苯,则测定结果将偏小(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

答案： 16.解析
(1)甲指向的是三颈烧瓶，用高锰酸钾和浓盐酸制备的氯气中有HCl和水蒸气杂质，需要先通过饱和食盐水除去HCl气体，则X为饱和食盐水；氯气有毒，F处的碱石灰能处理尾气中的氯气，且三氯化硼易水解，碱石灰能防止空气中的水蒸气进入E中。
(2)D中产生的除了三氯化硼外还有二元极性化合物CO，则化学方程式为$B_{2}O_{3} + 3Cl_{2} + 3C \xlongequal{\triangle} 2BCl_{3} + 3CO$，目标产物经冷凝后呈液态，则反应结束的实验现象是冷凝管中不再有液体流下。
(3)氯气和CO有毒，反应结束后通入$N_{2}$将装置内的残留气体全部排出，防止污染空气；因为D中生成物有CO，而CO有毒，该装置的缺陷为缺少CO处理装置。
(4)达到滴定终点时过量的$SCN^{-}$与指示剂电离出的$Fe^{3 + }$生成红色物质，则终点现象为滴入最后半滴标准液，溶液由无色变为红色，且半分钟不褪色；
根据B守恒有${B_{2}O_{3} \sim 2BCl_{3}}$
70 g 235 g，$x = \frac{235m}{70} = \frac{47m}{14}$，滴定溶液中过量的硝酸银的物质的量为$10^{- 3}c_{2}V_{2}\ mol$，则10.00 mL溶液中氯离子的物质的量为$10^{- 3}(c_{1}V_{1} - c_{2}V_{2})\ mol$，则产品的产率为$\frac{\frac{10^{- 3}(c_{1}V_{1} - c_{2}V_{2})\ mol}{3} × 117.5\ g/mol × \frac{100\ mL}{10\ mL} ÷ 20\%}{\frac{47m}{14}} × 100\% = \frac{175(c_{1}V_{1} - c_{2}V_{2})}{3m}\%$；$K_{sp}(AgSCN) ＜ K_{sp}(AgCl)$，若未加硝基苯会导致原本部分AgCl转化为AgSCN，导致计算过量硝酸银偏大，从而导致计算溶液中氯离子浓度偏小，则测得结果偏小。
答案
(1)三颈烧瓶 饱和食盐水 处理尾气中的氯气，防止空气中的水蒸气进入E中
(2)$B_{2}O_{3} + 3Cl_{2} + 3C \xlongequal{\triangle} 2BCl_{3} + 3CO$ 冷凝管中不再有液体流下
(3)将装置内的残留气体全部排出，防止污染空气 缺少CO处理装置
(4)滴入最后半滴标准液，溶液由无色变为红色，且半分钟不褪色 $\frac{175(c_{1}V_{1} - c_{2}V_{2})}{3m}\%$ 偏小