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2022版高考化学选考山东专用一轮总复习课件：专题六金属及其化合物 —应用篇
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这是一份2022版高考化学选考山东专用一轮总复习课件：专题六金属及其化合物 —应用篇，共25页。
利用金属原子的物质的量守恒巧解“热重曲线”许多物质受热时会发生脱水、氧化、分解等变化而出现质量变化。热 重法是在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度变化关系的方法。 通过分析热重曲线,我们可以知道在加热时样品及可能产生的中间产物 的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息,可 以利用物质的“热重曲线”来研究物质的热变化过程。解题时要巧设 氧化物的化学式,利用金属原子的物质的量守恒,建立反应前后金属原子 的物质的量守恒等式,求解热重曲线上任何一点对应物质的相对式量,进 而推算该点对应物质的化学式和可能发生的反应。该类试题,能综合考 查学生分析图像、获取信息、处理数据以及文字表述等能力。解题要领:
固体受热失重一般先失结晶水,然后再失非金属氧化物。1.先求出晶体的物质的量(如果没有给出晶体质量可以设晶体的物质的 量为1 ml);2.根据每步固体减少的质量,计算出1 ml晶体减少的质量,进而推断产物;3.晶体中金属质量不减少,仍在m剩余中;4.失重最后得到的一般为金属氧化物,根据原子守恒,求出金属原子和氧 原子的物质的量之比,即可推求出失重后物质的化学式。
例 在空气中加热C(OH)2,加热过程中的失重曲线如图所示。已知:失 重质量分数= ×100%。下列有关判断正确的是 ( ) A.C(OH)2的加热失重过程均为分解反应
B.X点是C(OH)2和C2O3的混合物C.Y点是C2O3的纯净物D.Z点是CO的纯净物
解析 C(OH)2受热分解先失水,假设C(OH)2的物质的量为1 ml,X点失 重质量分数为10.75%,则加热后的残留率为89.25%,则残留的固体质量为 93 g×89.25%≈83 g,根据C原子守恒,m(C)=59 g,残留物质中氧元素的质 量m(O)=24 g,n(O)=1.5 ml,即为C2O3,开始阶段发生氧化还原反应,有氧 气参与反应,不是分解反应,A错误;根据以上分析,X点为C2O3,B、C错误; Z点,残留的固体质量为93 g×(1-19.35%)=75 g,C原子守恒,则残留物质中 氧元素的质量为m(O)=16 g,残留物为CO,D正确。
题目价值 能识别失重曲线,能将失重曲线和化学反应之间进行关联,然 后运用守恒原理,计算分析物质在不同温度下的分解产物,考查了学生证 据推理与模型认知的核心素养。
无机化工流程题的解题策略无机化工流程题是高考的热门和必考题型,以真实的工业生产为背景,以 中学化学知识为基础、化工流程为载体,联系化学实验基本操作、化学 反应原理和化学计算等知识,综合考查学生的基础知识及解决实际问题 的综合分析运用能力。
一、工业流程题的结构特点1.题头:介绍该生产工艺的原材料、目的、原理。2.题干:用框图形式将操作或物质转换或分离提纯等主要生产工艺流程 表示出来。
3.题尾:根据流程中涉及的化学知识设问,一般包含样品的溶解,物质的富 集原理与方法,副产物的成分,主要产品分离、提纯的化学原理与操作方 法,产品成分确定、目标产物的产率、原料转化率等。通常涉及氧化还 原反应、离子反应、化学反应速率、化学平衡移动原理、溶液的酸碱 性(或 pH)、溶度积、电化学原理应用等问题。
二、解题策略(一)读题 1.先粗读,明确原料、杂质、目标产品;然后针对问题再精读,根据题目去 分析具体细节,研究某一步或某一种物质。 2.读流程图的方法抓箭头:①主线主产品;②支线副产品;③回头循环品。3.思考要有方向——在化学基础理论框架下,结合实际问题进行思考。(二)熟悉常见工艺手段、操作的名称和目的1.样品的预处理 ①粉碎的目的:增大接触面积,加快反应速率或使反应更完全。 ②煅烧的目的:a.使一些具有还原性的物质被空气中的氧气氧化、分解;
b.改变矿样的结构,使其在后面处理中更易溶解;c.除去有机物杂质或者碳 杂质。 ③溶解:a.酸浸,与酸反应,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶 物;b.碱浸,与碱反应,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶物;c. 水浸,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶物。 2.反应条件的控制(1)改变温度①降低温度:降低反应速率,防止物质高温分解,减少(增加)固体物质的溶 解量。②升高温度:加快反应速率,减少气体的溶解量。③促进或抑制平衡移动。
④在某温度下,催化剂的催化能力最强。(2)改变压强①减压蒸馏降低温度防止物质分解。②促进或抑制平衡移动。③真空防氧气氧化。(3)调节溶液的pH①调节溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示:
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再 调溶液的pH到3.7。②调节pH所需的物质一般应满足两点要求:一是能与H+反应,使溶液pH增 大;二是不引入新杂质。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2 CO3等物质来调节溶液的pH。3.物质的分离和提纯的方法及目的 ①结晶(重结晶):固体物质从溶液中析出的过程。 ②过滤:固、液分离(主要仪器:漏斗、烧杯、玻璃棒)。③趁热过滤:防止某物质降温时析出。④洗涤:通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。
⑤蒸馏:液液分离。⑥蒸发:利用加热的方法,使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质(晶体)的过 程。
例1 (2020山东,16,12分)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O 3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下: 已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是 ,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为 。(2)保持BaS投料量不变,随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无 明显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小的原因是 。(3)滤液Ⅰ可循环使用,应当将其导入到 操作中(填操作单元的 名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的 pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5ml·L-1
时,可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
解析 (1)预先粉碎软锰矿,可以增大接触面积,充分反应,从而提高反应速 率和原料的利用率。从题给流程图中可以看出,MnO2和BaS溶液反应除 生成MnO外,还生成S和Ba(OH)2,根据得失电子守恒和原子守恒可得反应 的化学方程式为MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。(2)由题给信息可知MnO2是一种两性氧化物,故可与Ba(OH)2反应,Ba(OH)2的量会减少。 (3)蒸发结晶析出Ba(OH)2,过滤后,滤液Ⅰ是饱和的Ba(OH)2溶液,其中含有 Ba(OH)2,为循环使用,可将其导入到蒸发操作中。(4)为除尽Fe2+,可加入H2 O2将其氧化为Fe3+。由题表中相关物质的Ksp可知,Fe3+完全沉淀需要的pH 比Al3+完全沉淀所需pH小,溶液pH只需达到Al3+完全沉淀所需pH即可;设 Al3+恰好完全沉淀时溶液中OH-浓度为x ml·L-1,则1.0×10-5×x3=1×10-32.3,x=1 0-9.1,pOH=9.1,pH=14-9.1=4.9。(5)碳化过程中生成MnCO3的反应为Mn2++
HC MnCO3↓+H+,生成的H+再和所加氨水反应生成N ,故反应的离子方程式为Mn2++HC +NH3·H2O MnCO3↓+N +H2O。
答案 (1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O2 4.9(5)Mn2++HC +NH3·H2O MnCO3↓+N +H2O
例2 锡渣主要成分是SnO,还含有少量Fe、Cu、Sb、Pb、As等元素的氧 化物。可用下列流程中的方法生产锡酸钠。 已知:①砷酸钡难溶于水,Ksp[Ba3(AsO4)2]=10-24②水碎液中溶质的主要成分为Na2SnO3、Na3AsO4、Na3SbO4、Na2PbO2(1)碱熔就是在锡渣中加NaOH焙烧,SnO转变为Na2SnO3,则SnO参加反应 的化学方程式为 。(2)除杂1的目的是“除砷和铅”,加入硫化钠所发生反应的离子方程式为 。若要使0.001 ml/L的As 沉淀完
全(一般认为离子浓度小于10-6 ml/L时即沉淀完全),需等体积加入至少 ml/L的Ba(OH)2溶液。(3)除杂2中加入Sn粒的目的是 。(4)已知Na2SnO3·3H2O可溶于水,难溶于乙醇,加热至140 ℃时会失去结晶 水,所以最后一步从滤液中得到锡酸钠晶体的操作步骤为 、过滤、用 洗涤、 。(5)水碎渣中的铁元素主要以氧化物形式存在,回收比较容易,而铜冶炼过 程中的铜渣中也有铁元素,但主要以硅酸亚铁的形式存在,回收方法更复 杂:需先加CaO作置换剂,发生钙铁置换反应CaO+FeO·SiO2 CaO·SiO2+FeO,在反应过程中,加CaO的同时还需加入还原剂烟煤,则加入还原剂烟
煤的作用是 。
解析 (1)碱熔就是在锡渣中加NaOH焙烧,SnO转变为Na2SnO3,在转化过 程中,Sn由+2价升高到+4价,应有氧化剂参与反应,NaOH不可能作氧化剂, 则必有空气中的O2参与反应,由此可写出SnO参加反应的化学方程式为2 SnO+4NaOH+O2 2Na2SnO3+2H2O。(2)除杂1的目的是“除砷和铅”,加入的Na2S与Na2PbO2反应,生成PbS,由此可写出发生反应的离子方程式: Pb +S2-+2H2O PbS↓+4OH-。若要使0.001 ml/L的As 沉淀完全(一般认为离子浓度小于10-6ml/L时即沉淀完全),加入Ba(OH)2起两个作 用,一个是使As 完全沉淀,由离子方程式:3Ba2++2As Ba3(AsO4)2↓,可求出参加反应的c(Ba2+)1= =0.001 5 ml/L;另一个是溶解在溶液中,使Ba3(AsO4)2达到沉淀溶解平衡,c(Ba2+)2=[ ml/L=10-4
ml/L,此为混合溶液中的c(Ba2+),换算为原溶液中的浓度,则为2×10-4 ml/ L;从而得出c(Ba2+)=0.001 5 ml/L+2×10-4 ml/L=0.001 7 ml/L。(3)除杂2 中加入Sn粒的目的是使Na3SbO4转化为沉淀,从溶液中去除。(4)最后一步 从滤液中得到锡酸钠晶体的操作步骤为在140 ℃以下加热蒸发或蒸发浓 缩、冷却结晶、过滤,为减少水洗时的溶解损失,应使用乙醇洗涤,最后再 低温干燥。(5)在反应过程中,加CaO的同时还需加入还原剂烟煤,作用是 还原FeO,减少生成物,利于平衡正向移动。
利用金属原子的物质的量守恒巧解“热重曲线”许多物质受热时会发生脱水、氧化、分解等变化而出现质量变化。热 重法是在控制温度的条件下,测量物质的质量与温度变化关系的方法。 通过分析热重曲线,我们可以知道在加热时样品及可能产生的中间产物 的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息,可 以利用物质的“热重曲线”来研究物质的热变化过程。解题时要巧设 氧化物的化学式,利用金属原子的物质的量守恒,建立反应前后金属原子 的物质的量守恒等式,求解热重曲线上任何一点对应物质的相对式量,进 而推算该点对应物质的化学式和可能发生的反应。该类试题,能综合考 查学生分析图像、获取信息、处理数据以及文字表述等能力。解题要领:
固体受热失重一般先失结晶水,然后再失非金属氧化物。1.先求出晶体的物质的量(如果没有给出晶体质量可以设晶体的物质的 量为1 ml);2.根据每步固体减少的质量,计算出1 ml晶体减少的质量,进而推断产物;3.晶体中金属质量不减少,仍在m剩余中;4.失重最后得到的一般为金属氧化物,根据原子守恒,求出金属原子和氧 原子的物质的量之比,即可推求出失重后物质的化学式。
例 在空气中加热C(OH)2,加热过程中的失重曲线如图所示。已知:失 重质量分数= ×100%。下列有关判断正确的是 ( ) A.C(OH)2的加热失重过程均为分解反应
B.X点是C(OH)2和C2O3的混合物C.Y点是C2O3的纯净物D.Z点是CO的纯净物
解析 C(OH)2受热分解先失水,假设C(OH)2的物质的量为1 ml,X点失 重质量分数为10.75%,则加热后的残留率为89.25%,则残留的固体质量为 93 g×89.25%≈83 g,根据C原子守恒,m(C)=59 g,残留物质中氧元素的质 量m(O)=24 g,n(O)=1.5 ml,即为C2O3,开始阶段发生氧化还原反应,有氧 气参与反应,不是分解反应,A错误;根据以上分析,X点为C2O3,B、C错误; Z点,残留的固体质量为93 g×(1-19.35%)=75 g,C原子守恒,则残留物质中 氧元素的质量为m(O)=16 g,残留物为CO,D正确。
题目价值 能识别失重曲线,能将失重曲线和化学反应之间进行关联,然 后运用守恒原理,计算分析物质在不同温度下的分解产物,考查了学生证 据推理与模型认知的核心素养。
无机化工流程题的解题策略无机化工流程题是高考的热门和必考题型,以真实的工业生产为背景,以 中学化学知识为基础、化工流程为载体,联系化学实验基本操作、化学 反应原理和化学计算等知识,综合考查学生的基础知识及解决实际问题 的综合分析运用能力。
一、工业流程题的结构特点1.题头:介绍该生产工艺的原材料、目的、原理。2.题干:用框图形式将操作或物质转换或分离提纯等主要生产工艺流程 表示出来。
3.题尾:根据流程中涉及的化学知识设问,一般包含样品的溶解,物质的富 集原理与方法,副产物的成分,主要产品分离、提纯的化学原理与操作方 法,产品成分确定、目标产物的产率、原料转化率等。通常涉及氧化还 原反应、离子反应、化学反应速率、化学平衡移动原理、溶液的酸碱 性(或 pH)、溶度积、电化学原理应用等问题。
二、解题策略(一)读题 1.先粗读,明确原料、杂质、目标产品;然后针对问题再精读,根据题目去 分析具体细节,研究某一步或某一种物质。 2.读流程图的方法抓箭头:①主线主产品;②支线副产品;③回头循环品。3.思考要有方向——在化学基础理论框架下,结合实际问题进行思考。(二)熟悉常见工艺手段、操作的名称和目的1.样品的预处理 ①粉碎的目的:增大接触面积,加快反应速率或使反应更完全。 ②煅烧的目的:a.使一些具有还原性的物质被空气中的氧气氧化、分解;
b.改变矿样的结构,使其在后面处理中更易溶解;c.除去有机物杂质或者碳 杂质。 ③溶解:a.酸浸,与酸反应,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶 物;b.碱浸,与碱反应,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶物;c. 水浸,使可溶性金属离子进入溶液,通过过滤除去不溶物。 2.反应条件的控制(1)改变温度①降低温度:降低反应速率,防止物质高温分解,减少(增加)固体物质的溶 解量。②升高温度:加快反应速率,减少气体的溶解量。③促进或抑制平衡移动。
④在某温度下,催化剂的催化能力最强。(2)改变压强①减压蒸馏降低温度防止物质分解。②促进或抑制平衡移动。③真空防氧气氧化。(3)调节溶液的pH①调节溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示:
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再 调溶液的pH到3.7。②调节pH所需的物质一般应满足两点要求:一是能与H+反应,使溶液pH增 大;二是不引入新杂质。例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2 CO3等物质来调节溶液的pH。3.物质的分离和提纯的方法及目的 ①结晶(重结晶):固体物质从溶液中析出的过程。 ②过滤:固、液分离(主要仪器:漏斗、烧杯、玻璃棒)。③趁热过滤:防止某物质降温时析出。④洗涤:通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。
⑤蒸馏:液液分离。⑥蒸发:利用加热的方法,使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质(晶体)的过 程。
例1 (2020山东,16,12分)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O 3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下: 已知:MnO2是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的Ksp见下表。
回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是 ,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为 。(2)保持BaS投料量不变,随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无 明显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小的原因是 。(3)滤液Ⅰ可循环使用,应当将其导入到 操作中(填操作单元的 名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为 (填化学式),再使用氨水调溶液的 pH,则pH的理论最小值为 (当溶液中某离子浓度c≤1.0×10-5ml·L-1
时,可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
解析 (1)预先粉碎软锰矿,可以增大接触面积,充分反应,从而提高反应速 率和原料的利用率。从题给流程图中可以看出,MnO2和BaS溶液反应除 生成MnO外,还生成S和Ba(OH)2,根据得失电子守恒和原子守恒可得反应 的化学方程式为MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。(2)由题给信息可知MnO2是一种两性氧化物,故可与Ba(OH)2反应,Ba(OH)2的量会减少。 (3)蒸发结晶析出Ba(OH)2,过滤后,滤液Ⅰ是饱和的Ba(OH)2溶液,其中含有 Ba(OH)2,为循环使用,可将其导入到蒸发操作中。(4)为除尽Fe2+,可加入H2 O2将其氧化为Fe3+。由题表中相关物质的Ksp可知,Fe3+完全沉淀需要的pH 比Al3+完全沉淀所需pH小,溶液pH只需达到Al3+完全沉淀所需pH即可;设 Al3+恰好完全沉淀时溶液中OH-浓度为x ml·L-1,则1.0×10-5×x3=1×10-32.3,x=1 0-9.1,pOH=9.1,pH=14-9.1=4.9。(5)碳化过程中生成MnCO3的反应为Mn2++
HC MnCO3↓+H+,生成的H+再和所加氨水反应生成N ,故反应的离子方程式为Mn2++HC +NH3·H2O MnCO3↓+N +H2O。
答案 (1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O2 4.9(5)Mn2++HC +NH3·H2O MnCO3↓+N +H2O
例2 锡渣主要成分是SnO,还含有少量Fe、Cu、Sb、Pb、As等元素的氧 化物。可用下列流程中的方法生产锡酸钠。 已知:①砷酸钡难溶于水,Ksp[Ba3(AsO4)2]=10-24②水碎液中溶质的主要成分为Na2SnO3、Na3AsO4、Na3SbO4、Na2PbO2(1)碱熔就是在锡渣中加NaOH焙烧,SnO转变为Na2SnO3,则SnO参加反应 的化学方程式为 。(2)除杂1的目的是“除砷和铅”,加入硫化钠所发生反应的离子方程式为 。若要使0.001 ml/L的As 沉淀完
全(一般认为离子浓度小于10-6 ml/L时即沉淀完全),需等体积加入至少 ml/L的Ba(OH)2溶液。(3)除杂2中加入Sn粒的目的是 。(4)已知Na2SnO3·3H2O可溶于水,难溶于乙醇,加热至140 ℃时会失去结晶 水,所以最后一步从滤液中得到锡酸钠晶体的操作步骤为 、过滤、用 洗涤、 。(5)水碎渣中的铁元素主要以氧化物形式存在,回收比较容易,而铜冶炼过 程中的铜渣中也有铁元素,但主要以硅酸亚铁的形式存在,回收方法更复 杂:需先加CaO作置换剂,发生钙铁置换反应CaO+FeO·SiO2 CaO·SiO2+FeO,在反应过程中,加CaO的同时还需加入还原剂烟煤,则加入还原剂烟
煤的作用是 。
解析 (1)碱熔就是在锡渣中加NaOH焙烧,SnO转变为Na2SnO3,在转化过 程中,Sn由+2价升高到+4价,应有氧化剂参与反应,NaOH不可能作氧化剂, 则必有空气中的O2参与反应,由此可写出SnO参加反应的化学方程式为2 SnO+4NaOH+O2 2Na2SnO3+2H2O。(2)除杂1的目的是“除砷和铅”,加入的Na2S与Na2PbO2反应,生成PbS,由此可写出发生反应的离子方程式: Pb +S2-+2H2O PbS↓+4OH-。若要使0.001 ml/L的As 沉淀完全(一般认为离子浓度小于10-6ml/L时即沉淀完全),加入Ba(OH)2起两个作 用,一个是使As 完全沉淀,由离子方程式:3Ba2++2As Ba3(AsO4)2↓,可求出参加反应的c(Ba2+)1= =0.001 5 ml/L;另一个是溶解在溶液中,使Ba3(AsO4)2达到沉淀溶解平衡,c(Ba2+)2=[ ml/L=10-4
ml/L,此为混合溶液中的c(Ba2+),换算为原溶液中的浓度,则为2×10-4 ml/ L;从而得出c(Ba2+)=0.001 5 ml/L+2×10-4 ml/L=0.001 7 ml/L。(3)除杂2 中加入Sn粒的目的是使Na3SbO4转化为沉淀,从溶液中去除。(4)最后一步 从滤液中得到锡酸钠晶体的操作步骤为在140 ℃以下加热蒸发或蒸发浓 缩、冷却结晶、过滤,为减少水洗时的溶解损失,应使用乙醇洗涤,最后再 低温干燥。(5)在反应过程中,加CaO的同时还需加入还原剂烟煤,作用是 还原FeO,减少生成物,利于平衡正向移动。
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