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人教版新高考化学二轮复习课件 元素及其化合物
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这是一份人教版新高考化学二轮复习课件 元素及其化合物
第一编
2022
高中总复习优化设计
GAO ZHONG ZONG FU XI YOU HUA SHE JI
内容索引
考点一 常见金属及其重要化合物
考点二 常见非金属及其重要化合物
专项突破•素能提升
【高考命题研究】
【要点归纳•再提升】
1.钠及其化合物(1)钠及其化合物的“价类二维”转化。
①2Na+O2 Na2O2。②2Na2O2+2H2O === 4NaOH+O2↑。③2Na2O2+2CO2 === 2Na2CO3+O2。④CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O。⑤CO2+NaOH === NaHCO3。⑥Na2CO3+H2O+CO2 === 2NaHCO3。
(2)扫除易忘知识盲点。 钠能够置换出金属性比其弱的金属①钠与盐溶液反应,不能置换出盐中的金属,钠与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。②Na与足量O2反应无论生成Na2O还是Na2O2,只要参与反应的Na的质量相等,则转移电子的物质的量一定相等,但得到Na2O2的质量大于Na2O的质量。③Na分别与H2O和乙醇发生反应均能生成H2,但反应的剧烈程度不同,前者反应剧烈,后者反应缓慢。
④1 mol Na2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为2 mol,如1 mol Na2O2与足量CO2的反应转移电子应为1 mol。⑤除去CO2中的HCl气体,应选用饱和NaHCO3溶液;向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2,有NaHCO3晶体析出。⑥焰色试验体现的是元素的性质,无论元素是游离态还是化合态,同一元素均具有相同的焰色,焰色试验发生的不是化学变化。在观察钾元素的焰色时,应透过蓝色的钴玻璃片观察。焰色呈黄色时,一定含有钠元素,但还可能含有钾元素。
过氧化钠可只作氧化剂,也可既作氧化剂又作还原剂
阴离子为⑦Na2O、Na2O2中阴、阳离子个数比均为1∶2。⑧Na2O2与SO2反应的化学方程式是Na2O2+SO2 === Na2SO4,而非2Na2O2+2SO2 === 2Na2SO3+O2。⑨Na2O2投入品红溶液中,因溶液中有强氧化性物质,因而Na2O2可使品红溶液褪色。Na2O2投入无色酚酞溶液中,酚酞溶液先变红后褪色。Na2O2溶于水产生NaOH,溶液呈碱性;Na2O2或溶液中的H2O2的强氧化性氧化了酚酞
2.铝及其化合物(1)铝及其化合物的“价类二维”转化。
①2Al+6HCl === 2AlCl3+3H2↑。②2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑。③AlCl3+4NaOHNa === AlO2+3NaCl+2H2O。④NaAlO2+4HCl === NaCl+AlCl3+2H2O。⑤NaAlO2+2H2O+CO2 === Al(OH)3↓+NaHCO3。⑥AlCl3+3NH3·H2O === Al(OH)3↓+3NH4Cl。
(2)扫除易忘知识盲点。①铝是活泼金属,但铝的抗腐蚀性强,因为铝的表面有一层致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔点高于Al的熔点,故在酒精灯上加热铝箔直至熔化,熔化的铝并不滴落。 高熔点的氧化铝薄膜兜住了液态的铝②铝热反应不仅指铝与Fe2O3反应,铝热反应置换的金属为金属活动性比铝弱的难熔金属。 铝热剂是混合物
③Al、Al2O3、Al(OH)3都既能与盐酸反应,也能与NaOH溶液反应。Al(OH)3不溶于氨水和碳酸,所以实验室常利用铝盐与氨水反应制备Al(OH)3,偏铝酸盐与CO2反应制备Al(OH)3。④Al(OH)3可用作抗酸药;明矾常用于净水。⑤泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液,反应的离子方程式为
两者水解彻底,产生的CO2吹出混有难溶Al(OH)3的泡沫
3.铁及其化合物(1)铁及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。 因氧化剂的氧化性差异,会产生不同价态铁的产物①Fe与O2(点燃)、H2O(g)(高温)反应的固体产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时生成FeCl3,与S反应时生成FeS,说明Cl2的氧化性强于S。②常温下,Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化,但加热后能继续反应。 是化学变化③向含Fe2+的溶液中加入硝酸、氯水等具有氧化性的物质时,溶液会出现浅绿色→棕黄色的颜色变化,该现象可用于Fe2+的检验。
水解得到的酸是否有挥发性,导致蒸干盐溶液后的产物不同
④将FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得固体不同:将FeCl3溶液加热蒸干得Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3可得Fe2O3;将Fe2(SO4)3溶液蒸干得Fe2(SO4)3。⑤在用强氧化剂(H2O2或氯水)和KSCN溶液联合检验Fe2+的存在时,要特别注意加入试剂的先后顺序,先加KSCN溶液无明显变化,说明溶液中无Fe3+;再加强氧化剂(H2O2或氯水)后溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+。 顺序不可颠倒⑥除去ZnCl2溶液中的FeCl2,应先通入Cl2或加入H2O2,再加入ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3等,使Fe3+水解生成沉淀后过滤除去。消耗H+,促进Fe3+水解,又不引入新杂质
【经典对练•得高分】
考向1 常见金属及其化合物的性质与应用真题示例1- 1.(2021山东卷改编)X、Y均为短周期金属元素,同温同压下,0.1 mol X的单质与足量稀盐酸反应,生成H2体积为V1(单位:L);0.1 mol Y的单质与足量稀硫酸反应,生成H2体积为V2(单位:L)。下列说法错误的是( )。
A.X、Y生成H2的物质的量之比一定为B.X、Y消耗酸的物质的量之比一定为C.产物中X、Y化合价之比一定为D.由 一定能确定产物中X、Y的化合价
【解题思路】
答案 D
1- 2.(2021广东卷)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )。A.a可与e反应生成bB.b既可被氧化,也可被还原C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
答案 C
对点演练1- 1.(2021河北张家口第一次阶段测试)下列物质的用途描述正确的是( )。A.碳酸钠在医疗上是治疗胃酸过多的一种药剂B.镁燃烧时发出耀眼的白光,可以用镁来制造照明弹和焰火等C.明矾可以消毒杀菌,常用于净水D.磁性氧化铁可用作红色油漆和涂料
答案 B解析 碳酸钠能与胃酸(HCl)反应,但碱性较强,所以碳酸钠不可以用于治疗胃酸过多,A项错误。镁燃烧时发出耀眼的白光,并放出大量的热,可以用镁来制造照明弹和焰火等,B项正确。明矾溶于水电离产生的铝离子水解生成具有吸附作用的氢氧化铝胶体,可以净水,但是明矾不具有杀菌消毒作用,C项错误。磁性氧化铁是四氧化三铁,用作红色油漆和涂料的是三氧化二铁,D项错误。
1- 2.(2021安徽六校教育研究会第一次素养测试)已知A、B、D、E均为中学化学中的常见物质,它们之间的转化关系如图所示(部分产物略去),则下列有关物质的推断不正确的是( )。A.若A是铁,则E可能为稀硝酸B.若A是CuO,E是碳,则B为COC.若A是NaOH溶液,E是CO2,则B为NaHCO3D.若A是AlCl3溶液,E可能是氨水
答案 D
方法技巧金属元素及其化合物的性质与用途的对应关系归纳:
考向2 金属矿物的利用真题示例(2020山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )。A.浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl === MgCl2+2NH3↑+H2OB.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4ClD.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
答案 B解析 从流程可知,煅烧MgCO3可生成MgO,加入NH4Cl溶液,由于NH4Cl水解使溶液显酸性,因此会发生反应MgO+2NH4Cl === MgCl2+2NH3↑+H2O,A项正确。在沉镁过程中加入氨水,由于NH3·H2O易分解,因此该过程不能在较高温度下进行,B项错误。从整个流程中看出,沉镁后的滤液中含有NH4Cl,则可循环利用的物质是NH4Cl和NH3,C项正确。分离Mg2+、Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物的Ksp不同,D项正确。
对点演练2- 1.(2021山东济南阶段性检测)2Na2CO3·3H2O2(过碳酸钠)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂。某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案如下:
已知:2Na2CO3(aq)+3H2O2(aq) 2Na2CO3·3H2O2(s) ΔH<0,50 ℃时2Na2CO3·3H2O2(s)开始分解。下列说法错误的是( )。A.过碳酸钠是由碳酸钠、过氧化氢利用氢键所形成的不稳定的复合物B.滤液X可以循环使用C.步骤③洗涤时选用无水乙醇,可除去水分、利于干燥D.利用过碳酸钠净化水的原理与明矾净化水的原理类似
答案 D解析 过碳酸钠具有强氧化性,可以杀菌消毒,但不能吸附水中悬浮的杂质,与明矾净水原理不同,D项错误。
2- 2.(2021河北秦皇岛第二次模拟)以黄铜矿(主要成分是CuFeS2,含少量SiO2)为主要原料生产铜、铁红,原料的综合利用率较高,其主要流程如图。
已知:①CuCl为白色晶体,难溶于水和乙醇,在空气中易被氧化;可与NaCl溶液反应,生成易溶于水的Na[CuCl2]。②Cu+在酸性条件下发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。(1)固体C中含有硫单质,则反应Ⅰ的离子方程式为 。从固体C中分离出硫单质的方法是溶解、过滤、蒸馏。最适宜的溶剂为 。 A.水B.氢氧化钠溶液C.CS2D.酒精
(2)写出铁红的一种用途: ,反应Ⅰ~Ⅴ中氧化还原反应共有 步。 (3)常温下,反应Ⅱ中生成的FeCO3达到沉淀溶解平衡时,溶液中c( )=3.0×10-6 mol·L-1,需要控制溶液的pH不大于 时,才能使所得FeCO3中不含Fe(OH)2。过滤后得到的FeCO3固体应进行洗涤,检验沉淀洗涤干净的方法是 。 {已知Ksp[FeCO3]=3.0×10-11,Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-16}(4)反应Ⅲ在高温下进行,该反应的化学方程式为 。 (5)以惰性电极电解溶液D,阴极的电极反应为 。
解析 首先将黄铜矿用FeCl3溶液溶解,发生反应Ⅰ生成FeCl2溶液和S、CuCl沉淀;溶液A中加入Na2CO3溶液,生成FeCO3沉淀和NaCl溶液;FeCO3在空气中煅烧,发生反应Ⅲ,生成Fe2O3和CO2;固体B中含有CuCl、S,加入NaCl溶液发生反应Ⅳ,生成S和Na[CuCl2];溶液中加入盐酸发生反应Ⅴ,生成Cu、NaCl和CuCl2。(1)固体C中含有硫单质,则CuFeS2与FeCl3溶液发生反应Ⅰ的离子方程式为CuFeS2+3Fe3++Cl- === 4Fe2++CuCl+2S。固体C中含有硫等,分离出硫单质的方法是溶解、过滤、蒸馏,则溶解过程最适宜的溶剂为CS2,C项正确。(2)铁红的主要成分为Fe2O3,呈红棕色,它是防锈漆的成分之一,它的一种用途是作油漆涂料等。反应Ⅰ中,Fe元素由+3价降为+2价;反应Ⅱ中,没有元素的价态变化;反应Ⅲ中,Fe由+2价升高为+3价;反应Ⅳ中,没有元素的价态变化;反应Ⅴ中,Cu元素由+1价变为0、+2价,所以反应Ⅰ~Ⅴ中氧化还原反应共有3步。
所以需要控制溶液的pH不大于8.5时,才能使所得FeCO3中不含Fe(OH)2。过滤后得到的FeCO3固体应进行洗涤,检验沉淀是否洗涤干净需检验Cl-是否存在,方法是取最后一次洗涤液少许置于试管中,加入稀硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,若没有白色沉淀生成,说明沉淀已洗净。
(4)反应Ⅲ是FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3和CO2,该反应的化学方程式为4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2。(5)溶液D中含有NaCl和CuCl2,以惰性电极电解,阴极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e- === Cu。
方法技巧1.制备工艺中常用的分离方法:
2.制备工艺中提纯实例:
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)在酒精灯加热条件下,Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解。( )(2)金属钠着火时使用泡沫灭火器灭火。( )(3)在过氧化钠与水的反应中,每生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol。( )(4)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液会观察到有气体生成,溶液呈红色,说明稀硝酸将Fe氧化为Fe3+。( )
【易错防范•不失分】
×
×
×
×
(6)可利用如图装置观察Fe(OH)2的生成。( )
×
√
易错警示(1)钠及其氧化物的化学性质活泼,极易与水反应,它们与盐溶液的反应,首先与水反应,产生的NaOH可能会与盐溶液中的离子反应产生沉淀等。(2)铁及含二价铁的物质与强氧化性物质反应生成的是Fe3+,铁粉过量则会将Fe3+还原为Fe2+。
【要点归纳•再提升】
1.硅及其化合物(1)硅及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①Si的还原性强于C,但C能在高温下从SiO2中还原出Si:②酸性氧化物一般能与水反应生成相应的酸,但SiO2不溶于水;酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与氢氟酸反应。Si元素具有很强的亲氧性和亲氟性,故Si和SiO2能够与氢氟酸反应③氢氟酸不能用玻璃容器盛放;NaOH溶液能用玻璃试剂瓶盛放,但不能用玻璃塞。④硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐有硅酸钠(俗称泡花碱),其水溶液称为水玻璃。
光的全反射⑥SiO2不导电,是制作光导纤维的材料;Si是半导体,是制作芯片及光电池的材料。⑦水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料;碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。
2.氯及其化合物(1)氯及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①液氯密封在钢瓶中,而氯水、次氯酸应保存在棕色试剂瓶中。②酸性KMnO4溶液应用硫酸酸化。 酸化KMnO4溶液不能用盐酸,也不能用硝酸
③ClO-不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能体现强氧化性,如ClO-与 、I-、Fe2+均不能大量共存。④当Fe与Cl2在加热条件下反应时,不论Fe过量还是不足,由于Cl2的强氧化性,产物一定是FeCl3。
⑤“84”消毒液的有效成分为NaClO,漂粉精的有效成分为Ca(ClO)2。“84”消毒液和洁厕灵(含HCl)不能混合使用,其原因是ClO-+Cl-+2H+=== Cl2↑+H2O。 归中反应⑥由于电离常数 (H2CO3)>Ka(HClO)> (H2CO3),所以向NaClO溶液通入CO2,不论CO2过量还是少量,均发生CO2+H2O+ClO- === HClO+ ,但是与Ca(ClO)2反应时应为CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2O === CaCO3↓+2HClO。
3.硫及其化合物(1)硫及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①除去附着在试管内壁上的硫,除了用热的NaOH溶液,还可以用CS2,但不能用酒精。溶液的褪色不一定是漂白②SO2使含有酚酞的NaOH溶液褪色,表现SO2酸性氧化物的性质;使品红溶液褪色,表现SO2的漂白性;使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,表现SO2的还原性;SO2与H2S反应,表现SO2的氧化性;SO2和Cl2等体积混合通入溶液中,漂白性不但不增强,反而消失。
H2SO3的酸性比HCl的弱③把SO2气体通入BaCl2溶液中,没有沉淀生成,但再通入NH3或加入NaOH溶液,或把BaCl2溶液改成Ba(NO3)2溶液,均有白色沉淀生成,前两者生成BaSO3沉淀,后者生成BaSO4沉淀。④浓硝酸与Cu(足量)、浓硫酸与Cu(足量)、浓盐酸与MnO2(足量)在反应时,随反应的进行,产物会发生变化或反应停止。⑤C与浓硫酸反应时,反应产物的检验应按以下流程进行:无水CuSO4检验水→品红溶液检验SO2→酸性KMnO4溶液除去SO2→品红溶液检验SO2是否除净→澄清石灰水检验CO2。证明CO2存在的实验现象应该是第二个品红溶液不褪色,澄清石灰水变浑浊
4.氮及其化合物(1)氮及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①NO只能用排水法或气囊法收集;NO2的收集采用向上排空气法。②在NO2或NO与O2通入水的计算中常用到两个化学方程式:4NO+3O2+2H2O === 4HNO3,4NO2+O2+2H2O === 4HNO3。 硝酸易分解产生NO2③浓硝酸显黄色是因为溶有NO2,而工业上制备的盐酸显黄色,是因为溶有Fe3+。④硝酸、浓硫酸、次氯酸均具有强氧化性,属于氧化性酸。
⑤实验室制备NH3,除了用Ca(OH)2和NH4Cl反应外,还可用浓氨水的分解(加NaOH固体或加CaO或加热)制取。而检验 需用NaOH溶液并加热,根据湿润的红色石蕊试纸变蓝检验生成的气体是NH3,以确定 的存在。 NH3是中学阶段涉及的唯一碱性气体⑥收集NH3时,把一团干燥的棉花放在试管口,以防止氨与空气对流;收集完毕,进行尾气处理时,应在试管口放一团用稀硫酸浸湿的棉花,以吸收NH3且防止污染空气。
【经典对练•得高分】
考向1 常见非金属及其化合物的性质与应用真题示例1- 1.(2021山东卷)工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如下,下列说法错误的是( )。A.吸收过程中有气体生成B.结晶后母液中含有NaHCO3C.气流干燥湿料时温度不宜过高D.中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3
【解题思路】
答案 B
1- 2.(2021河北卷)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是( )。A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
答案 D解析 SO2为无色有刺激性气味的气体,A项错误。汽车尾气中的主要大气污染物为CO、碳氢化合物、氮氧化物、烟尘等,B项错误。氮的固定是将氮由游离态转化为化合态,植物一般利用硝酸盐作为肥料,无法利用NO和NO2,通常大气中不含有NO、NO2,C项错误。工业废气中SO2可采用石灰法进行脱除,原理为SO2+CaO CaSO3,2CaSO3+O2 2CaSO4,D项正确。
对点演练1- 1.(2021广东六校第三次联考)下列说法不正确的是( )。A.Si具有半导体性,可制作光导纤维B.CO2可用于制备饮料,也可作蔬菜大棚中的“气体肥料”C.碳纳米管比表面积大、吸附性强,可用作新型储氢材料D.用氨水吸收废气中的 SO2,再将吸收液与硫酸反应,将富集后的 SO2循环使用
答案 A解析 硅可以用来做半导体材料,二氧化硅可以用于制作光导纤维,A项错误。碳酸饮料中含有CO2,蔬菜的光合作用离不开CO2,B项正确。碳纳米管比表面积大、吸附性强,可用作新型储氢材料,C项正确。用氨水吸收废气中的SO2,达到一定浓度后,再与硫酸反应放出SO2,SO2可循环利用,D项正确。
1- 2.(双选)(2021河北秦皇岛第二次模拟)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如图所示。下列说法错误的是( )。
A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2B.整个历程的总反应为2NH3+NO2+NO 2N2+3H2OC.M表示N2和H2OD.反应③中存在极性键与非极性键的断裂和形成
答案 AD解析 反应①中没有元素化合价的变化,A项错误。整个历程的总反应为2NH3+NO2+NO 2N2+3H2O,B项正确。根据原子守恒得出M包含的物质为N2和H2O,C项正确。反应③中存在极性键的断裂和形成,还存在非极性键的生成,没有非极性键的断裂,D项错误。
方法技巧1.非金属及其化合物性质与用途的对应关系归纳:
2.元素单质及其化合物间的线形转化:
a.若X为CO2:
b.若X为强酸,如HCl:
c.若X为强碱,如NaOH:
考向2 气体的制取与性质探究实验真题示例2- 1.(2021全国甲)实验室制备下列气体的方法可行的是( )。
答案 D解析 加热氯化铵固体时,氯化铵分解生成HCl和NH3,HCl和NH3冷却时又化合生成氯化铵,故不能利用加热氯化铵的方法制备NH3,A项制备方法不可行;常温下,铝被浓硝酸钝化,不能用铝片与冷浓硝酸反应制备NO2,B项制备方法不可行;浓硫酸具有较强氧化性,能将硫化钠氧化而得不到硫化氢气体,C项制备方法不可行;实验室常用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法制备氧气,D项符合题目要求。
2- 2.(2021全国乙)在实验室采用如图装置制备气体,合理的是( )。
答案 C解析 NH3的密度小于空气的密度,收集NH3应该用向下排空气法,题干中装置采用的是向上排空气法,A项错误;MnO2与浓盐酸反应制Cl2、NaCl与浓硫酸反应制取HCl,均应该使用固-液加热型制气装置,而题干给出的装置属于固-固加热型制气装置,B、D项错误;利用MnO2与KClO3共热制取氧气,制取装置及收集装置均正确,C项符合题目要求。
对点演练2- 1.(2021江苏苏锡常镇调研)氯气是常用的化工原料,可用作消毒剂和漂白剂;实验室用MnO2与浓盐酸反应可制取氯气。氯气有毒,泄漏时需要妥善处理。实验室制取氯气时,下列实验能达到相应目的的是( )。
答案 D解析 二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,A项不符合题意;氯气会与碱石灰中的物质反应,B项不符合题意;氯气的密度大于空气的密度,收集氯气应该用向上排空气法,气体应该长进短出,C项不符合题意;氯气与氢氧化钠溶液反应,防止氯气污染环境,D项符合题意。
2- 2.(2021北京海淀一模)用如图装置(夹持装置已略去)进行NH3制备及性质实验。下列说法不正确的是( )。A.甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应B.乙中集气瓶内a导管短、b导管长C.若将丙中的CCl4换成苯,仍能防止倒吸D.向收集好的NH3中通入少量Cl2,可能观察到白烟
答案 C解析 甲为制备氨的发生装置,利用NH3·H2O受热分解制备氨的原理,A项正确。氨的密度比空气的密度小,应利用向下排空气法收集,故a短b长,B项正确。因为苯的密度比水的密度小,苯在上层,故将四氯化碳换成苯后不能防止倒吸,C项错误。氨与氯气反应可以生成氯化铵固体,产生大量白烟,D项正确。
2- 3.(2021广东佛山一模)实验室制备SO2并探究其性质及应用的方案如下,回答下列问题。(1)制备SO2(部分固定装置略)。
①制备二氧化硫可以选择装置 (填大写字母),其反应的化学方程式为 。 ②利用上图装置收集一瓶干燥的SO2,其连接顺序为发生装置→ 。(按气流方向,填小写字母)
(2)制备大苏打(Na2S2O3·5H2O)。已知Na2S2O3·5H2O在35 ℃以上的干燥空气中容易失去结晶水,难溶于乙醇。其水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和NaHSO3。
①将SO2通入装有Na2CO3、Na2S混合溶液的圆底烧瓶中,液体颜色变化依次为无色、黄色、无色,继续通入SO2气体,当液体中再次出现 现象时,反应基本结束。
②将①反应后的溶液蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤, ,可得到Na2S2O3·5H2O固体。 ③为提高结晶效果,冷却结晶时可往溶液中加入 。
(3)测定大苏打纯度。现称取a g上述样品,用少量水溶解,滴入1~2滴酚酞溶液,再注入10 mL CH3COOH-CH3COONa缓冲溶液,然后以淀粉为指示剂,用b mol·L-1的I2标准溶液滴定。已知该条件下:2Na2S2O3+I2 === Na2S4O6+2NaI。①加缓冲溶液的目的是 。 ②若滴定时平均消耗标准碘液x mL,产品纯度为 。(列表达式)
答案 (1)①A Na2SO3+H2SO4 === Na2SO4+SO2↑+H2O②g→h→d→c→e(2)①黄色 ②冷风吹干 ③乙醇(3)①已知Na2S2O3·5H2O水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和 NaHSO3,滴定过程中加入10 mL CH3COOH-CH3COONa 缓冲溶液,能使溶液的pH基本保持稳定,防止溶液呈酸性影响测定结果
解析 (1)①实验室通过亚硫酸钠固体和较浓硫酸反应制备二氧化硫,固、液混合不加热,则应选择装置A,发生反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4 === Na2SO4+SO2↑+H2O。②利用A装置制备的SO2气体,经浓硫酸干燥后,用向上排空气法收集二氧化硫,因二氧化硫有毒,需要用碱石灰进行尾气吸收,则利用题图装置收集一瓶干燥的SO2,其连接顺序为发生装置→g→h→d→c→e。(2)①将SO2通入装有Na2CO3、Na2S混合溶液的圆底烧瓶中,液体颜色变化依次为无色、黄色、无色的反应原理为SO2+Na2S+H2O === H2S+Na2SO3、2H2S+SO2 === 3S↓+2H2O,随着反应Na2SO3+S === Na2S2O3不断发生,硫不断消耗最终变无色,继续通入SO2气体,因亚硫酸溶液呈酸性,已知Na2S2O3水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和 NaHSO3,故当液体中再次出现黄色现象时,反应基本结束。
②将①反应后的溶液蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,进行干燥时,因Na2S2O3·5H2O在35 ℃以上的干燥空气中容易失去结晶水,采用冷风吹干,可得到Na2S2O3·5H2O晶体。③已知Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,为提高结晶效果,冷却结晶时可往溶液中加入乙醇。(3)②已知2Na2S2O3+I2 === Na2S4O6+2NaI,可得n(Na2S2O3)=2n(I2),若滴定时平均消耗x mL b mol·L-1的I2标准溶液,则n(Na2S2O3)=2n(I2)=2×b mol·L-1×x×10-3L=2bx×10-3 mol,Na2S2O3·5H2O的摩尔质量为248 g·mol-1,产品的
方法技巧仪器组装类试题的解题技巧:
2- 4.某化学兴趣小组在实验室用除去表面氧化物的铁钉(碳素钢)与浓硫酸共热制取SO2并完成相关性质探究(不考虑水蒸气)。(1)有同学认为制得的SO2中可能混有杂质,其化学式为 和 ,原因是 。
(2)为验证气体成分,兴趣小组同学设计了下图所示装置进行了实验探究。
①为验证并吸收SO2,装置B中加入的试剂为 ,装置C中品红溶液的作用是 ; ②装置D中加入的试剂为 ; ③装置G中可能出现的现象为 ; ④装置H的作用为 。
(3)兴趣小组设计如图装置验证二氧化硫的化学性质。
①能验证SO2具有氧化性的实验现象为 。 ②为验证SO2的还原性,取试管b中充分反应后的溶液分成三份,分别进行如下实验。
方案Ⅰ:向第一份溶液中加入品红溶液,红色褪去。方案Ⅱ:向第二份溶液中加入BaCl2溶液,产生白色沉淀。方案Ⅲ:向第三份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成。上述方案中合理的是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子方程式为 。
答案 (1)CO2 H2 铁钉中含碳元素,在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气(2)①酸性KMnO4溶液(其他合理答案也可) 验证SO2是否被完全吸收②澄清石灰水 ③无水硫酸铜变蓝色④防止空气中H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验
解析 (1)铁钉中含碳元素,在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气,故制得的SO2中可能混有杂质CO2和H2。(2)①装置B中加入的酸性KMnO4溶液能检验并吸收SO2,若SO2被吸收完全,装置C中的品红溶液不褪色。②装置D中加入的澄清石灰水,可检验气体中是否有CO2。③装置E中浓硫酸可干燥气体,装置F中CuO与H2反应生成H2O,G中无水硫酸铜吸收水蒸气后变蓝色。④装置H中装有干燥剂,其作用为防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。( )(2)向CaCl2溶液中通入CO2气体,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失。( )(3)非金属性:C>Si,则热稳定性:CH4>SiH4。( )(4)“84”消毒液的消毒原理与H2O2的相同,都是利用强氧化性。( )(5)用饱和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl。( )(6)浓硫酸具有强氧化性,所以浓硫酸不可用于干燥H2和CO。( )(7)向久置的Na2SO3溶液中加入足量BaCl2溶液,出现白色沉淀;再加入足量稀盐酸,部分沉淀溶解,则部分Na2SO3被氧化。( )
×
×
√
√
×
×
√
易错警示(1)浓硫酸具有强氧化性,但是不能氧化H2、CO和SO2。(2)硝酸为强氧化性酸,不能用于制取H2和强还原性气体H2S、SO2等。
六、化学工艺流程题解题策略
【热点专攻】1.化学工艺流程题题型分析工艺流程题是近几年高考的热点题型,工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品);题干主要用流程图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题,构成一道完整的化学试题。
此类试题集综合性、真实性、开放性于一体,包含必要的操作名称、化工术语或文字说明。题型包括选择题和非选择题,选择题主要考查元素化合物知识和工艺流程中的基本操作。非选择题考查知识面广、综合性强、思维容量大。题干的呈现形式多为流程图、表格和图像;设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等;能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力;涉及的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。
2.化学工艺流程题模型
3.掌握化工生产有关的操作方法及作用(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用:研磨——以增大接触面积而增大反应速率|酸(或水)溶——与酸(或水)接触反应或溶解|灼烧——除去可燃杂质|煅烧——促使物质转化
(2)常用的控制反应条件的方法:调节溶液的pH——使某些金属离子沉淀|控制温度、压强——增大反应速率或使平衡移动|趁热过滤——防止某物质降温而析出|冰水洗涤——洗去杂质离子而减少晶体的损耗
4.防范失分点(1)明确整个流程及每一部分的目的,仔细分析每步反应发生的条件以及得到产物的物理或化学性质,结合基本理论与实际问题进行思考,注意答题的模式与要点。(2)抓住流程图中“每步转化的物质变化”与“总过程目的”的关系,分析某步转化试剂的选择及流程中加入某试剂的原因,得出转化后生成的所有物质,从问题中获取信息,帮助解题。
【题型突破】1.(2020全国Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题。(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是 。 (2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成 ,同时还有 被氧化。写出VO+转化为 反应的离子方程式 。 (3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、 ,以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。 (5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是 。 (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是 。
【解题思路】 第一阶段:初处理阶段。(1)初处理阶段的操作是 “酸浸氧化”,此操作需要加热,其原因主要是为了加快酸浸和氧化反应速率,提高原料的利用率。(2)①分析物质的变化。“酸浸氧化”中,Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水,MnO2具有氧化性,Fe2+具有还原性,因此VO+和VO2+被氧化成 时, Fe2+也被氧化。②陌生氧化还原反应离子方程式的书写。第一步,初步确定反应物和生成物:显性的,直接从题给信息中确定;隐性的,根据氧化还原反应等反应原理分析确定。
第二步,写出氧化还原反应关系式:根据电子得失守恒配平已知参加氧化还原反应的粒子。第三步,补充缺失粒子,并配平:根据溶液的酸碱性环境和原子个数守恒补充。从电荷守恒的角度分析:反应物中缺少带正电荷的粒子,因为该操作中加入硫酸,因此可补充H+;从原子个数守恒的角度分析:生成物中的氧原子数小于反应物中的氧原子数,结合反应物中的H+,生成物中还应有H2O;第二阶段:除杂提纯阶段。
(3)根据题给信息,确定元素存在形态。
由此可知,滤液②中还存在Mn2+,另外还有部分Fe3+和Al3+。
(4)物质成分的分析:根据物质的性质及题给信息分析。
Al(OH)3→已学知识:Al(OH)3溶解生成Fe(OH)3→Fe(OH)3V2O5·xH2O→题给信息:V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解
(5)化学方程式的书写:确定反应物、反应条件,根据物质性质书写化学方程式。
失分剖析失分原因:一是没有注意新引入的Mn2+;二是没有将题给pH与金属离子沉淀时的pH进行对比分析;三是在判断为什么要加入过量氯化铵时,不能利用已学知识进行迁移应用。准确捕捉题图、题表中的重要信息用于解题,是一种能力要求,要通过平时的强化训练实现提升。
2.(2020全国Ⅲ)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题。(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是 。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式 。 (2)“滤液②”中含有的金属离子是 。
(3)“转化” 中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。 (4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式 。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是 。
【解题思路】第一阶段,初处理阶段。(1)初处理阶段的操作是“碱浸”,要判断加入NaOH溶液的作用,首先要确定废镍催化剂中的相关成分。根据题给信息可确定其成分包括四类:
此四类物质中能与NaOH反应的有三类:油脂、铝单质、铝的氧化物。由此可知,NaOH的作用是除去油脂、溶解铝及其氧化物。滤液①中含有金属元素的物质为偏铝酸钠,与酸反应生成的沉淀应为氢氧化铝,该反应的离子方程式为
(2)工艺流程各步骤元素转化分析。
第二阶段,除杂提纯阶段。
(3)工艺流程中各阶段元素成分的分析。由题给离子沉淀时的pH可知,要使Fe元素生成氢氧化物沉淀且Ni元素保留在溶液中,必须将滤液②中的Fe2+氧化为Fe3+,要不引入其他杂质,除H2O2可作氧化剂外,还可以采用向滤液中通氧气或空气的方法将Fe2+氧化为Fe3+;如果先“调pH”后“转化”,为防止Ni2+沉淀,调pH时pH不能大于7.2,此时Fe2+不会生成沉淀,再加H2O2转化后,则滤液③中会含有转化生成的Fe3+。
(4)围绕Ksp的计算——利用定义表达式的计算。
由题给信息可知,Fe3+完全沉淀的pH为3.2,因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2~6.2。
(5)陌生氧化还原反应离子方程式的书写。
第三阶段:得到产品阶段。
(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni2+,可将其收集、循环使用,从而提高镍的回收率。
答案 (1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 +H++H2O === Al(OH)3↓(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空气 Fe3+(4)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2(5)2Ni2++ClO-+4OH- === 2NiOOH↓+Cl-+H2O(6)提高镍回收率失分剖析一是分析“碱浸”中NaOH作用时,易忽视油脂和铝的氧化物;二是计算Ni(OH)2的Ksp时,因没有认真审题而无法确定Ni2+的物质的量浓度;三是判断“调pH”应控制的pH范围时,只回答最小pH或最大pH。
应考训练1.(2021湖南卷)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:
回答下列问题:(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为 ; (2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有 (至少写两条); (3)滤渣Ⅲ的主要成分是 (填化学式); (4)加入絮凝剂的目的是 ;
(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为 ,常温下加入的NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的 =4.4×10-7, =4.7×10-11); (6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为 。
(2)将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)为了使沉淀更完全,得到澄清溶液
(2)提高“水浸”效率的方法较多,如将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等措施。 (3)滤渣Ⅲ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)加入絮凝剂是为了使沉淀更完全,得到澄清溶液。
2.(2021山东日照一模)从砷化镓废料(主要成分为GaAs,含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质)中回收镓和砷的工艺流程如下:
已知:镓(Ga)既能溶于酸溶液也能溶于碱溶液,与NaOH溶液反应生成NaGaO2和H2。
回答下列问题。(1)“浆化”是将砷化镓废料转变成悬浊液的过程,其目的是 。 (2)砷化镓(GaAs)在“碱浸”时,砷转化为Na3AsO4进入溶液,该反应的化学方程式为 。 (3)“碱浸”的温度控制在70 ℃左右,温度不能过高或过低的原因是 ;“滤渣Ⅰ”的成分为 (填化学式)。
(4)向浸出液中加H2SO4进行“中和”,调节pH使镓和硅共沉淀,不同pH时沉淀率如下表所示。根据表中数据可知,“中和”的pH应调节至 范围内,沉淀的效果最好。 (5)“旋流电解”时用惰性电极,则所得“尾液”的溶质主要是 (填化学式),可进行循环利用,提高经济效益。 (6)若用240 kg含镓3%的砷化镓废料回收镓,得到纯度为99%的镓7.10 kg,则镓的回收率为 %(结果保留到0.1%)。
答案 (1)增大接触面积,提高碱浸效率(或“使碱浸更充分”等合理答案也可)(2)GaAs+4NaOH+4H2O2 === NaGaO2+Na3AsO4+6H2O(3)温度过低时碱浸速率小,温度过高易导致 H2O2分解Fe2O3、CaCO3(4)5.0~6.0(5)H2SO4(6)97.6
解析 砷化镓废料的主要成分为GaAs,含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质,加入NaOH、H2O2,GaAs转化为NaGaO2、Na3AsO4,SiO2转化为Na2SiO3进入溶液,Fe2O3、CaCO3难溶于氢氧化钠溶液形成滤渣Ⅰ;浸出液中加硫酸调节pH,生成Ga(OH)3、H2SiO3沉淀,向镓和硅共沉物中加入硫酸,硫酸与Ga(OH)3反应生成Ga2(SO4)3溶液,电解Ga2(SO4)3溶液生成Ga、氧气、硫酸。(1)将砷化镓废料转变成悬浊液,可以增大与氢氧化钠、过氧化氢溶液的接触面积,提高碱浸效率。(2)砷化镓(GaAs)在“碱浸”时, NaOH、H2O2与GaAs反应生成NaGaO2、Na3AsO4,该反应的化学方程式为GaAs+4NaOH+4H2O2 === NaGaO2+Na3AsO4+6H2O。
(3)“碱浸”的温度控制在70 ℃左右,温度过低时碱浸速率小,温度过高易导致 H2O2分解,所以温度不能过高或过低;Fe2O3、CaCO3难溶于氢氧化钠溶液,“滤渣Ⅰ”的成分为Fe2O3、CaCO3。(4)向浸出液中加H2SO4进行“中和”,调节pH使镓和硅共沉淀,pH范围在5.0~6.0时,镓和硅沉淀率高、砷沉淀率低,所以“中和”的pH应调节至5.0~6.0。(5)电解Ga2(SO4)3溶液生成Ga、氧气、硫酸,则所得“尾液”的溶质主要是H2SO4,可进行循环利用,提高经济效益。(6)若用240 kg含镓3%的砷化镓废料回收镓,得到纯度为99%的镓7.10 kg,则镓的回收率为
3.(2021广东广州六区质量检测)钨冶炼渣主要含锰、铁、钙、镁、硅的氧化物及少量重金属盐。工业上利用钨冶炼渣制备电池级硫酸锰(含MnSO4的质量分数98%以上)的工艺如下图所示。
回答下列问题。(1)为提高钨冶炼渣的浸出率,可采用的方法有 (写出2种)。“滤渣1”的主要成分是 。 (2)写出“氧化”的离子方程式 。 (3)“调pH除铁”步骤中的最优试剂是 (填字母)。 A.H2SO4 B.CO2 C.NaOH D.MnCO3(4)为使Ca2+和Mg2+完全沉淀(离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1),除钙镁后的溶液中c(F-)应不低于 mol·L-1。[已知:Ksp(CaF2)=1.5×10-10,(5)“沉锰”的化学方程式为 。
(6)硫酸锰在水中的溶解度随温度的变化如下图,晶体以MnSO4·H2O形式析出。由酸溶后的溶液得到MnSO4·H2O的操作为 。
答案 (1)将钨冶炼渣粉碎、升高温度、充分搅拌、增大硫酸浓度等(任选两项) SiO2和CaSO4(2)2Fe2++H2O2+2H+ === 2Fe3++2H2O(3)D(4)3.87×10-3(5)MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4(6)蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥)
解析 “浸出”步骤发生的反应有:2MnO2(s)+2H2SO4(浓) === 2MnSO4+O2↑+2H2O,FeO+H2SO4 === FeSO4+H2O,CaO+H2SO4 === CaSO4+H2O,MgO+H2SO4 === MgSO4+H2O等反应,硅的氧化物与硫酸不反应,生成的CaSO4为微溶物;氧化过程是将Fe2+转化为Fe3+,调节pH可以使Fe3+以Fe(OH)3的形式除去;加入MnF2将Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2的形式除去,根据Ksp可以计算出c(F-)的范围;加入碳酸钠后发生的反应为MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4,然后过滤出MnCO3后加入硫酸,制得硫酸锰溶液,再蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥可得电池级硫酸锰。(1)通常采用的提高反应速率和产率的方法有:将钨冶炼渣粉碎、升高温度、充分搅拌、适当增大硫酸浓度,由上述分析可知 “滤渣1”的主要成分是不与硫酸反应的SiO2和生成的微溶物CaSO4。
(2)“氧化”主要是将Fe2+转化为Fe3+,以便于通过调节pH转化为沉淀而除去,故该过程的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ === 2Fe3++2H2O。(3)“调pH除铁”步骤中所加试剂必须做到不引入新的杂质,且廉价易得和便于分离,该过程目的是增大溶液的pH,故A项和B项不符合题意,C项会引入新的杂质Na+,D项能消耗溶液中的H+使pH增大,同时MnCO3沉淀便于分离,故该步骤中的最优试剂是MnCO3。
(5)“沉锰”是将硫酸锰与碳酸钠反应转化为碳酸锰沉淀,故该步骤的化学方程式为MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4。(6)根据硫酸锰在水中的溶解度随温度变化的关系图,可知当温度高于20 ℃后硫酸锰的溶解度随温度的升高而减小,故由酸溶后的溶液得到MnSO4·H2O的操作为蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥)。
4.(2021山东泰安一模)铍有“超级金属”之称。以绿柱石[ Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如下:
已知Be2+可与Cl-、OH-结合成配位数为4的配离子。回答下列问题。(1)烧结冷却后,水浸之前“操作a”的名称是 。 (2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4,写出该反应的化学方程式: 。 (3)已知25 ℃时Ksp[ Be(OH)2] =4.0×10-21,计算室温时0.40 mol·L-1 Be2+开始沉淀时的pH= ,“沉氟”反应的离子方程式为 。
(4)上述流程中,“Be(OH)2→……→BeCl2”可有两种方案:
Ⅰ中操作b是 。 Ⅱ中BeO转化为BeCl2的化学方程式为 。 (5)BeCl2在气态时常以二聚体形式存在,此二聚体分子的结构式为 ;工业上电解BeCl2与NaCl熔融体制得金属铍,NaCl的作用是 ,阴极反应式为 。
答案 (1)粉碎(或研磨)(2)2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)6 === 3Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2(3)4 3Na++6F-+Fe3+ === Na3FeF6↓
解析 (1)工业上可以采用粉碎操作,实验室用研磨操作。(2)根据反应物和产物,依据原子守恒和电子守恒,结合化学环境可写成:
(4)因为Be和Al在周期表中符合对角线规则,故性质相似。所以,BeCl2在溶液中蒸发时也会发生水解生成Be(OH)2,要想抑制其水解必须在HCl气氛中加热蒸发。
5.(2021山东烟台一模)工业上用粗铜电解精炼所产生的阳极泥[主要含硒化亚铜(Cu2Se)和碲化亚铜(Cu2Te)]为原料,进行综合回收利用的某种工艺流程如下:
(1)“烧结”时的固体产物主要为Na2SeO3、Na2TeO3和Cu2O,该过程中Cu2Te反应的化学方程式为 。 (2)利用浸取渣制取硫酸铜溶液时,试剂X最好选用 。 A.SO2 B.Cl2 C.H2O2 D.浓硫酸(3)常温下,NaHTeO3溶液的pH (填“<”“>”或“=”)7。加入稀硫酸调pH时需控制pH范围为4.5~5.0,pH过大或过小都将导致碲的回收率偏低,其原因是 。
(4)还原过程的主要目的是将“烧结”时生成的少部分Na2SeO4进行转化,写出“还原”时反应的离子方程式 。 流程中可循环利用的物质是 (填化学式)。 (5)所得粗硒需精制。向粗硒浸出液中加入Na2S溶液可以将残留的Fe2+等微量杂质离子转化为沉淀而除去。已知25 ℃时Ksp(FeS)=6.0×10-18,要使溶液中Fe2+沉淀完全[c(Fe2+)≤1.0×10-5 mol·L-1],则需控制溶液中c(S2-)≥ mol·L-1。
(2)浸取渣的主要成分为Cu2O,Cu元素化合价为+1价,其转化为铜元素化合价为+2价的硫酸铜,需要加入氧化剂,选项中,SO2的氧化性很弱,无法氧化Cu2O;Cl2会引入新杂质Cl-;浓硫酸氧化Cu2O需要加热条件;过氧化氢作氧化剂的还原产物为水,不会引入新杂质。
6.(2021辽宁丹东一模)磷酸亚铁锂电池是新能源汽车的动力电池之一,采用湿法冶金工艺回收处理废旧电池正极片(主要成分为LiFePO4、石墨、铝箔等),其流程如下:
已知:Li2CO3为无色晶体,熔点618 ℃,溶于硫酸,在水中的溶解度随温度升高而减小。(1) 的空间结构为 。 (2)“碱浸”时主要发生反应的离子方程式为 , 为加快浸出速率,除可以适当加热外,还可以采取的措施有 (至少答出两点)。
(3)“氧化浸出”时,当其他条件相同,选用不同的氧化剂,测得滤液b中Li+含量如下:实际工业生产中氧化剂选用的是H2O2,请分析不能选用NaClO3的理由是 (用离子方程式回答),该步操作加热温度不宜过高的原因是 。
(4)“滤液b”中主要含有Li+、Fe3+、 及Cl-等,在一定条件下,溶液pH与FePO4沉降率的关系如图所示,综合考虑Fe、P两种元素沉降率,“沉降除杂”时选择的最佳pH为 (从1.5、2.0、2.5及3.0中选择)。 (5)最后一步“一系列操作”包括 、洗涤、干燥。
答案 (1)正四面体形(2)2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑ 将电池正极片粉碎;反应过程中不断搅拌或适当提高NaOH溶液浓度(任写其中两点)(3)5Cl-+ +6H+ === 3Cl2↑+3H2O 防止盐酸挥发和过氧化氢溶液受热分解(4)2.5(5)趁热过滤
(2)“碱浸”时主要发生铝与氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和水的反应,其反应的离子方程式为2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑,为加快浸出速率,除可以适当加热外,还可以采取的措施有将电池正极片粉碎;反应过程中不断搅拌或适当提高NaOH溶液浓度。
(3)实际工业生产中氧化剂选用的是H2O2,由于还加入了盐酸,因此不能选用NaClO3,主要是盐酸与氯酸钠反应会有氯气生成,会污染环境,反应的离子方程式为5Cl-+ +6H+ === 3Cl2↑+3H2O,由于盐酸易挥发,过氧化氢溶液受热易分解,因此该步操作加热温度不宜过高。(4)根据图中信息并综合考虑Fe、P两种元素沉降率,从图中得出“沉降除杂”时选择的最佳pH为2.5。(5)根据Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而减小,在95 ℃时已经生成Li2CO3沉淀,因此最后一步“一系列操作”包括趁热过滤、洗涤、干燥。
7.(2021湖南永州第三次模拟)以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS-2)的工艺流程如图:
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如图所示。为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是 ;调pH后再过滤主要除去 元素。
(2)Mn12O19中氧元素化合价均为-2价,锰元素的化合价有两种,则Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)的物质的量之比为 。生产过程中KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量比1∶5与K2S2O8反应,产物中硫元素全部以 的形式存在,该反应的离子方程式为 。 (3)滤液X可进一步分离出多种化合物,其一为盐类,该盐在农业生产中可用作 。
(4)OMS-2是一种纳米级的分子筛。分别用OMS-2和MnOx对甲醛进行催化氧化,在相同时间内甲醛转化率和温度的关系如图:由图可知,OMS-2与MnOx相比,催化效率较高的是 ,原因是 。
(5)甲醛(HCHO)在OMS-2催化氧化作用下生成CO2和H2O,现利用OMS-2对某密闭空间的甲醛进行催化氧化实验。实验开始时,该空间内甲醛含量为1.22 mg·L-1,CO2含量为0.59 mg·L-1,一段时间后测得CO2含量升高至1.47 mg·L-1,该实验中甲醛的转化率为 。
答案 (1)90 ℃ Fe(3)钾肥(4)OMS-2 OMS-2颗粒小,表面积大,吸附的反应物浓度更高,反应速率更快(5)49.2%
(4)由图像可以看出,相同温度下,OMS-2作催化剂时,因纳米级OMS-2比MnOx表面积大,吸附的反应物浓度更高,反应速率更快,故OMS-2与MnOx相比,催化效率较高的是OMS-2。
第一编
2022
高中总复习优化设计
GAO ZHONG ZONG FU XI YOU HUA SHE JI
内容索引
考点一 常见金属及其重要化合物
考点二 常见非金属及其重要化合物
专项突破•素能提升
【高考命题研究】
【要点归纳•再提升】
1.钠及其化合物(1)钠及其化合物的“价类二维”转化。
①2Na+O2 Na2O2。②2Na2O2+2H2O === 4NaOH+O2↑。③2Na2O2+2CO2 === 2Na2CO3+O2。④CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O。⑤CO2+NaOH === NaHCO3。⑥Na2CO3+H2O+CO2 === 2NaHCO3。
(2)扫除易忘知识盲点。 钠能够置换出金属性比其弱的金属①钠与盐溶液反应,不能置换出盐中的金属,钠与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。②Na与足量O2反应无论生成Na2O还是Na2O2,只要参与反应的Na的质量相等,则转移电子的物质的量一定相等,但得到Na2O2的质量大于Na2O的质量。③Na分别与H2O和乙醇发生反应均能生成H2,但反应的剧烈程度不同,前者反应剧烈,后者反应缓慢。
④1 mol Na2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为2 mol,如1 mol Na2O2与足量CO2的反应转移电子应为1 mol。⑤除去CO2中的HCl气体,应选用饱和NaHCO3溶液;向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2,有NaHCO3晶体析出。⑥焰色试验体现的是元素的性质,无论元素是游离态还是化合态,同一元素均具有相同的焰色,焰色试验发生的不是化学变化。在观察钾元素的焰色时,应透过蓝色的钴玻璃片观察。焰色呈黄色时,一定含有钠元素,但还可能含有钾元素。
过氧化钠可只作氧化剂,也可既作氧化剂又作还原剂
阴离子为⑦Na2O、Na2O2中阴、阳离子个数比均为1∶2。⑧Na2O2与SO2反应的化学方程式是Na2O2+SO2 === Na2SO4,而非2Na2O2+2SO2 === 2Na2SO3+O2。⑨Na2O2投入品红溶液中,因溶液中有强氧化性物质,因而Na2O2可使品红溶液褪色。Na2O2投入无色酚酞溶液中,酚酞溶液先变红后褪色。Na2O2溶于水产生NaOH,溶液呈碱性;Na2O2或溶液中的H2O2的强氧化性氧化了酚酞
2.铝及其化合物(1)铝及其化合物的“价类二维”转化。
①2Al+6HCl === 2AlCl3+3H2↑。②2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑。③AlCl3+4NaOHNa === AlO2+3NaCl+2H2O。④NaAlO2+4HCl === NaCl+AlCl3+2H2O。⑤NaAlO2+2H2O+CO2 === Al(OH)3↓+NaHCO3。⑥AlCl3+3NH3·H2O === Al(OH)3↓+3NH4Cl。
(2)扫除易忘知识盲点。①铝是活泼金属,但铝的抗腐蚀性强,因为铝的表面有一层致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔点高于Al的熔点,故在酒精灯上加热铝箔直至熔化,熔化的铝并不滴落。 高熔点的氧化铝薄膜兜住了液态的铝②铝热反应不仅指铝与Fe2O3反应,铝热反应置换的金属为金属活动性比铝弱的难熔金属。 铝热剂是混合物
③Al、Al2O3、Al(OH)3都既能与盐酸反应,也能与NaOH溶液反应。Al(OH)3不溶于氨水和碳酸,所以实验室常利用铝盐与氨水反应制备Al(OH)3,偏铝酸盐与CO2反应制备Al(OH)3。④Al(OH)3可用作抗酸药;明矾常用于净水。⑤泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液,反应的离子方程式为
两者水解彻底,产生的CO2吹出混有难溶Al(OH)3的泡沫
3.铁及其化合物(1)铁及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。 因氧化剂的氧化性差异,会产生不同价态铁的产物①Fe与O2(点燃)、H2O(g)(高温)反应的固体产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时生成FeCl3,与S反应时生成FeS,说明Cl2的氧化性强于S。②常温下,Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化,但加热后能继续反应。 是化学变化③向含Fe2+的溶液中加入硝酸、氯水等具有氧化性的物质时,溶液会出现浅绿色→棕黄色的颜色变化,该现象可用于Fe2+的检验。
水解得到的酸是否有挥发性,导致蒸干盐溶液后的产物不同
④将FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得固体不同:将FeCl3溶液加热蒸干得Fe(OH)3,灼烧Fe(OH)3可得Fe2O3;将Fe2(SO4)3溶液蒸干得Fe2(SO4)3。⑤在用强氧化剂(H2O2或氯水)和KSCN溶液联合检验Fe2+的存在时,要特别注意加入试剂的先后顺序,先加KSCN溶液无明显变化,说明溶液中无Fe3+;再加强氧化剂(H2O2或氯水)后溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+。 顺序不可颠倒⑥除去ZnCl2溶液中的FeCl2,应先通入Cl2或加入H2O2,再加入ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3等,使Fe3+水解生成沉淀后过滤除去。消耗H+,促进Fe3+水解,又不引入新杂质
【经典对练•得高分】
考向1 常见金属及其化合物的性质与应用真题示例1- 1.(2021山东卷改编)X、Y均为短周期金属元素,同温同压下,0.1 mol X的单质与足量稀盐酸反应,生成H2体积为V1(单位:L);0.1 mol Y的单质与足量稀硫酸反应,生成H2体积为V2(单位:L)。下列说法错误的是( )。
A.X、Y生成H2的物质的量之比一定为B.X、Y消耗酸的物质的量之比一定为C.产物中X、Y化合价之比一定为D.由 一定能确定产物中X、Y的化合价
【解题思路】
答案 D
1- 2.(2021广东卷)部分含铁物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )。A.a可与e反应生成bB.b既可被氧化,也可被还原C.可将e加入浓碱液中制得d的胶体D.可存在b→c→d→e→b的循环转化关系
答案 C
对点演练1- 1.(2021河北张家口第一次阶段测试)下列物质的用途描述正确的是( )。A.碳酸钠在医疗上是治疗胃酸过多的一种药剂B.镁燃烧时发出耀眼的白光,可以用镁来制造照明弹和焰火等C.明矾可以消毒杀菌,常用于净水D.磁性氧化铁可用作红色油漆和涂料
答案 B解析 碳酸钠能与胃酸(HCl)反应,但碱性较强,所以碳酸钠不可以用于治疗胃酸过多,A项错误。镁燃烧时发出耀眼的白光,并放出大量的热,可以用镁来制造照明弹和焰火等,B项正确。明矾溶于水电离产生的铝离子水解生成具有吸附作用的氢氧化铝胶体,可以净水,但是明矾不具有杀菌消毒作用,C项错误。磁性氧化铁是四氧化三铁,用作红色油漆和涂料的是三氧化二铁,D项错误。
1- 2.(2021安徽六校教育研究会第一次素养测试)已知A、B、D、E均为中学化学中的常见物质,它们之间的转化关系如图所示(部分产物略去),则下列有关物质的推断不正确的是( )。A.若A是铁,则E可能为稀硝酸B.若A是CuO,E是碳,则B为COC.若A是NaOH溶液,E是CO2,则B为NaHCO3D.若A是AlCl3溶液,E可能是氨水
答案 D
方法技巧金属元素及其化合物的性质与用途的对应关系归纳:
考向2 金属矿物的利用真题示例(2020山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )。A.浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl === MgCl2+2NH3↑+H2OB.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4ClD.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
答案 B解析 从流程可知,煅烧MgCO3可生成MgO,加入NH4Cl溶液,由于NH4Cl水解使溶液显酸性,因此会发生反应MgO+2NH4Cl === MgCl2+2NH3↑+H2O,A项正确。在沉镁过程中加入氨水,由于NH3·H2O易分解,因此该过程不能在较高温度下进行,B项错误。从整个流程中看出,沉镁后的滤液中含有NH4Cl,则可循环利用的物质是NH4Cl和NH3,C项正确。分离Mg2+、Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物的Ksp不同,D项正确。
对点演练2- 1.(2021山东济南阶段性检测)2Na2CO3·3H2O2(过碳酸钠)是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂。某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案如下:
已知:2Na2CO3(aq)+3H2O2(aq) 2Na2CO3·3H2O2(s) ΔH<0,50 ℃时2Na2CO3·3H2O2(s)开始分解。下列说法错误的是( )。A.过碳酸钠是由碳酸钠、过氧化氢利用氢键所形成的不稳定的复合物B.滤液X可以循环使用C.步骤③洗涤时选用无水乙醇,可除去水分、利于干燥D.利用过碳酸钠净化水的原理与明矾净化水的原理类似
答案 D解析 过碳酸钠具有强氧化性,可以杀菌消毒,但不能吸附水中悬浮的杂质,与明矾净水原理不同,D项错误。
2- 2.(2021河北秦皇岛第二次模拟)以黄铜矿(主要成分是CuFeS2,含少量SiO2)为主要原料生产铜、铁红,原料的综合利用率较高,其主要流程如图。
已知:①CuCl为白色晶体,难溶于水和乙醇,在空气中易被氧化;可与NaCl溶液反应,生成易溶于水的Na[CuCl2]。②Cu+在酸性条件下发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。(1)固体C中含有硫单质,则反应Ⅰ的离子方程式为 。从固体C中分离出硫单质的方法是溶解、过滤、蒸馏。最适宜的溶剂为 。 A.水B.氢氧化钠溶液C.CS2D.酒精
(2)写出铁红的一种用途: ,反应Ⅰ~Ⅴ中氧化还原反应共有 步。 (3)常温下,反应Ⅱ中生成的FeCO3达到沉淀溶解平衡时,溶液中c( )=3.0×10-6 mol·L-1,需要控制溶液的pH不大于 时,才能使所得FeCO3中不含Fe(OH)2。过滤后得到的FeCO3固体应进行洗涤,检验沉淀洗涤干净的方法是 。 {已知Ksp[FeCO3]=3.0×10-11,Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-16}(4)反应Ⅲ在高温下进行,该反应的化学方程式为 。 (5)以惰性电极电解溶液D,阴极的电极反应为 。
解析 首先将黄铜矿用FeCl3溶液溶解,发生反应Ⅰ生成FeCl2溶液和S、CuCl沉淀;溶液A中加入Na2CO3溶液,生成FeCO3沉淀和NaCl溶液;FeCO3在空气中煅烧,发生反应Ⅲ,生成Fe2O3和CO2;固体B中含有CuCl、S,加入NaCl溶液发生反应Ⅳ,生成S和Na[CuCl2];溶液中加入盐酸发生反应Ⅴ,生成Cu、NaCl和CuCl2。(1)固体C中含有硫单质,则CuFeS2与FeCl3溶液发生反应Ⅰ的离子方程式为CuFeS2+3Fe3++Cl- === 4Fe2++CuCl+2S。固体C中含有硫等,分离出硫单质的方法是溶解、过滤、蒸馏,则溶解过程最适宜的溶剂为CS2,C项正确。(2)铁红的主要成分为Fe2O3,呈红棕色,它是防锈漆的成分之一,它的一种用途是作油漆涂料等。反应Ⅰ中,Fe元素由+3价降为+2价;反应Ⅱ中,没有元素的价态变化;反应Ⅲ中,Fe由+2价升高为+3价;反应Ⅳ中,没有元素的价态变化;反应Ⅴ中,Cu元素由+1价变为0、+2价,所以反应Ⅰ~Ⅴ中氧化还原反应共有3步。
所以需要控制溶液的pH不大于8.5时,才能使所得FeCO3中不含Fe(OH)2。过滤后得到的FeCO3固体应进行洗涤,检验沉淀是否洗涤干净需检验Cl-是否存在,方法是取最后一次洗涤液少许置于试管中,加入稀硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,若没有白色沉淀生成,说明沉淀已洗净。
(4)反应Ⅲ是FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3和CO2,该反应的化学方程式为4FeCO3+O2 2Fe2O3+4CO2。(5)溶液D中含有NaCl和CuCl2,以惰性电极电解,阴极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e- === Cu。
方法技巧1.制备工艺中常用的分离方法:
2.制备工艺中提纯实例:
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)在酒精灯加热条件下,Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解。( )(2)金属钠着火时使用泡沫灭火器灭火。( )(3)在过氧化钠与水的反应中,每生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol。( )(4)将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液会观察到有气体生成,溶液呈红色,说明稀硝酸将Fe氧化为Fe3+。( )
【易错防范•不失分】
×
×
×
×
(6)可利用如图装置观察Fe(OH)2的生成。( )
×
√
易错警示(1)钠及其氧化物的化学性质活泼,极易与水反应,它们与盐溶液的反应,首先与水反应,产生的NaOH可能会与盐溶液中的离子反应产生沉淀等。(2)铁及含二价铁的物质与强氧化性物质反应生成的是Fe3+,铁粉过量则会将Fe3+还原为Fe2+。
【要点归纳•再提升】
1.硅及其化合物(1)硅及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①Si的还原性强于C,但C能在高温下从SiO2中还原出Si:②酸性氧化物一般能与水反应生成相应的酸,但SiO2不溶于水;酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与氢氟酸反应。Si元素具有很强的亲氧性和亲氟性,故Si和SiO2能够与氢氟酸反应③氢氟酸不能用玻璃容器盛放;NaOH溶液能用玻璃试剂瓶盛放,但不能用玻璃塞。④硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐有硅酸钠(俗称泡花碱),其水溶液称为水玻璃。
光的全反射⑥SiO2不导电,是制作光导纤维的材料;Si是半导体,是制作芯片及光电池的材料。⑦水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料;碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。
2.氯及其化合物(1)氯及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①液氯密封在钢瓶中,而氯水、次氯酸应保存在棕色试剂瓶中。②酸性KMnO4溶液应用硫酸酸化。 酸化KMnO4溶液不能用盐酸,也不能用硝酸
③ClO-不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能体现强氧化性,如ClO-与 、I-、Fe2+均不能大量共存。④当Fe与Cl2在加热条件下反应时,不论Fe过量还是不足,由于Cl2的强氧化性,产物一定是FeCl3。
⑤“84”消毒液的有效成分为NaClO,漂粉精的有效成分为Ca(ClO)2。“84”消毒液和洁厕灵(含HCl)不能混合使用,其原因是ClO-+Cl-+2H+=== Cl2↑+H2O。 归中反应⑥由于电离常数 (H2CO3)>Ka(HClO)> (H2CO3),所以向NaClO溶液通入CO2,不论CO2过量还是少量,均发生CO2+H2O+ClO- === HClO+ ,但是与Ca(ClO)2反应时应为CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2O === CaCO3↓+2HClO。
3.硫及其化合物(1)硫及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①除去附着在试管内壁上的硫,除了用热的NaOH溶液,还可以用CS2,但不能用酒精。溶液的褪色不一定是漂白②SO2使含有酚酞的NaOH溶液褪色,表现SO2酸性氧化物的性质;使品红溶液褪色,表现SO2的漂白性;使溴水、酸性KMnO4溶液褪色,表现SO2的还原性;SO2与H2S反应,表现SO2的氧化性;SO2和Cl2等体积混合通入溶液中,漂白性不但不增强,反而消失。
H2SO3的酸性比HCl的弱③把SO2气体通入BaCl2溶液中,没有沉淀生成,但再通入NH3或加入NaOH溶液,或把BaCl2溶液改成Ba(NO3)2溶液,均有白色沉淀生成,前两者生成BaSO3沉淀,后者生成BaSO4沉淀。④浓硝酸与Cu(足量)、浓硫酸与Cu(足量)、浓盐酸与MnO2(足量)在反应时,随反应的进行,产物会发生变化或反应停止。⑤C与浓硫酸反应时,反应产物的检验应按以下流程进行:无水CuSO4检验水→品红溶液检验SO2→酸性KMnO4溶液除去SO2→品红溶液检验SO2是否除净→澄清石灰水检验CO2。证明CO2存在的实验现象应该是第二个品红溶液不褪色,澄清石灰水变浑浊
4.氮及其化合物(1)氮及其化合物的“价类二维”转化。
(2)扫除易忘知识盲点。①NO只能用排水法或气囊法收集;NO2的收集采用向上排空气法。②在NO2或NO与O2通入水的计算中常用到两个化学方程式:4NO+3O2+2H2O === 4HNO3,4NO2+O2+2H2O === 4HNO3。 硝酸易分解产生NO2③浓硝酸显黄色是因为溶有NO2,而工业上制备的盐酸显黄色,是因为溶有Fe3+。④硝酸、浓硫酸、次氯酸均具有强氧化性,属于氧化性酸。
⑤实验室制备NH3,除了用Ca(OH)2和NH4Cl反应外,还可用浓氨水的分解(加NaOH固体或加CaO或加热)制取。而检验 需用NaOH溶液并加热,根据湿润的红色石蕊试纸变蓝检验生成的气体是NH3,以确定 的存在。 NH3是中学阶段涉及的唯一碱性气体⑥收集NH3时,把一团干燥的棉花放在试管口,以防止氨与空气对流;收集完毕,进行尾气处理时,应在试管口放一团用稀硫酸浸湿的棉花,以吸收NH3且防止污染空气。
【经典对练•得高分】
考向1 常见非金属及其化合物的性质与应用真题示例1- 1.(2021山东卷)工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如下,下列说法错误的是( )。A.吸收过程中有气体生成B.结晶后母液中含有NaHCO3C.气流干燥湿料时温度不宜过高D.中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3
【解题思路】
答案 B
1- 2.(2021河北卷)硫和氮及其化合物对人类生存和社会发展意义重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的环境问题也日益受到关注。下列说法正确的是( )。A.NO2和SO2均为红棕色且有刺激性气味的气体,是酸雨的主要成因B.汽车尾气中的主要大气污染物为NO、SO2和PM2.5C.植物直接吸收利用空气中的NO和NO2作为肥料,实现氮的固定D.工业废气中的SO2可采用石灰法进行脱除
答案 D解析 SO2为无色有刺激性气味的气体,A项错误。汽车尾气中的主要大气污染物为CO、碳氢化合物、氮氧化物、烟尘等,B项错误。氮的固定是将氮由游离态转化为化合态,植物一般利用硝酸盐作为肥料,无法利用NO和NO2,通常大气中不含有NO、NO2,C项错误。工业废气中SO2可采用石灰法进行脱除,原理为SO2+CaO CaSO3,2CaSO3+O2 2CaSO4,D项正确。
对点演练1- 1.(2021广东六校第三次联考)下列说法不正确的是( )。A.Si具有半导体性,可制作光导纤维B.CO2可用于制备饮料,也可作蔬菜大棚中的“气体肥料”C.碳纳米管比表面积大、吸附性强,可用作新型储氢材料D.用氨水吸收废气中的 SO2,再将吸收液与硫酸反应,将富集后的 SO2循环使用
答案 A解析 硅可以用来做半导体材料,二氧化硅可以用于制作光导纤维,A项错误。碳酸饮料中含有CO2,蔬菜的光合作用离不开CO2,B项正确。碳纳米管比表面积大、吸附性强,可用作新型储氢材料,C项正确。用氨水吸收废气中的SO2,达到一定浓度后,再与硫酸反应放出SO2,SO2可循环利用,D项正确。
1- 2.(双选)(2021河北秦皇岛第二次模拟)利用某分子筛作催化剂,NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2,反应机理如图所示。下列说法错误的是( )。
A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2B.整个历程的总反应为2NH3+NO2+NO 2N2+3H2OC.M表示N2和H2OD.反应③中存在极性键与非极性键的断裂和形成
答案 AD解析 反应①中没有元素化合价的变化,A项错误。整个历程的总反应为2NH3+NO2+NO 2N2+3H2O,B项正确。根据原子守恒得出M包含的物质为N2和H2O,C项正确。反应③中存在极性键的断裂和形成,还存在非极性键的生成,没有非极性键的断裂,D项错误。
方法技巧1.非金属及其化合物性质与用途的对应关系归纳:
2.元素单质及其化合物间的线形转化:
a.若X为CO2:
b.若X为强酸,如HCl:
c.若X为强碱,如NaOH:
考向2 气体的制取与性质探究实验真题示例2- 1.(2021全国甲)实验室制备下列气体的方法可行的是( )。
答案 D解析 加热氯化铵固体时,氯化铵分解生成HCl和NH3,HCl和NH3冷却时又化合生成氯化铵,故不能利用加热氯化铵的方法制备NH3,A项制备方法不可行;常温下,铝被浓硝酸钝化,不能用铝片与冷浓硝酸反应制备NO2,B项制备方法不可行;浓硫酸具有较强氧化性,能将硫化钠氧化而得不到硫化氢气体,C项制备方法不可行;实验室常用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法制备氧气,D项符合题目要求。
2- 2.(2021全国乙)在实验室采用如图装置制备气体,合理的是( )。
答案 C解析 NH3的密度小于空气的密度,收集NH3应该用向下排空气法,题干中装置采用的是向上排空气法,A项错误;MnO2与浓盐酸反应制Cl2、NaCl与浓硫酸反应制取HCl,均应该使用固-液加热型制气装置,而题干给出的装置属于固-固加热型制气装置,B、D项错误;利用MnO2与KClO3共热制取氧气,制取装置及收集装置均正确,C项符合题目要求。
对点演练2- 1.(2021江苏苏锡常镇调研)氯气是常用的化工原料,可用作消毒剂和漂白剂;实验室用MnO2与浓盐酸反应可制取氯气。氯气有毒,泄漏时需要妥善处理。实验室制取氯气时,下列实验能达到相应目的的是( )。
答案 D解析 二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,A项不符合题意;氯气会与碱石灰中的物质反应,B项不符合题意;氯气的密度大于空气的密度,收集氯气应该用向上排空气法,气体应该长进短出,C项不符合题意;氯气与氢氧化钠溶液反应,防止氯气污染环境,D项符合题意。
2- 2.(2021北京海淀一模)用如图装置(夹持装置已略去)进行NH3制备及性质实验。下列说法不正确的是( )。A.甲中制备NH3利用了NH3·H2O的分解反应B.乙中集气瓶内a导管短、b导管长C.若将丙中的CCl4换成苯,仍能防止倒吸D.向收集好的NH3中通入少量Cl2,可能观察到白烟
答案 C解析 甲为制备氨的发生装置,利用NH3·H2O受热分解制备氨的原理,A项正确。氨的密度比空气的密度小,应利用向下排空气法收集,故a短b长,B项正确。因为苯的密度比水的密度小,苯在上层,故将四氯化碳换成苯后不能防止倒吸,C项错误。氨与氯气反应可以生成氯化铵固体,产生大量白烟,D项正确。
2- 3.(2021广东佛山一模)实验室制备SO2并探究其性质及应用的方案如下,回答下列问题。(1)制备SO2(部分固定装置略)。
①制备二氧化硫可以选择装置 (填大写字母),其反应的化学方程式为 。 ②利用上图装置收集一瓶干燥的SO2,其连接顺序为发生装置→ 。(按气流方向,填小写字母)
(2)制备大苏打(Na2S2O3·5H2O)。已知Na2S2O3·5H2O在35 ℃以上的干燥空气中容易失去结晶水,难溶于乙醇。其水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和NaHSO3。
①将SO2通入装有Na2CO3、Na2S混合溶液的圆底烧瓶中,液体颜色变化依次为无色、黄色、无色,继续通入SO2气体,当液体中再次出现 现象时,反应基本结束。
②将①反应后的溶液蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤, ,可得到Na2S2O3·5H2O固体。 ③为提高结晶效果,冷却结晶时可往溶液中加入 。
(3)测定大苏打纯度。现称取a g上述样品,用少量水溶解,滴入1~2滴酚酞溶液,再注入10 mL CH3COOH-CH3COONa缓冲溶液,然后以淀粉为指示剂,用b mol·L-1的I2标准溶液滴定。已知该条件下:2Na2S2O3+I2 === Na2S4O6+2NaI。①加缓冲溶液的目的是 。 ②若滴定时平均消耗标准碘液x mL,产品纯度为 。(列表达式)
答案 (1)①A Na2SO3+H2SO4 === Na2SO4+SO2↑+H2O②g→h→d→c→e(2)①黄色 ②冷风吹干 ③乙醇(3)①已知Na2S2O3·5H2O水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和 NaHSO3,滴定过程中加入10 mL CH3COOH-CH3COONa 缓冲溶液,能使溶液的pH基本保持稳定,防止溶液呈酸性影响测定结果
解析 (1)①实验室通过亚硫酸钠固体和较浓硫酸反应制备二氧化硫,固、液混合不加热,则应选择装置A,发生反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4 === Na2SO4+SO2↑+H2O。②利用A装置制备的SO2气体,经浓硫酸干燥后,用向上排空气法收集二氧化硫,因二氧化硫有毒,需要用碱石灰进行尾气吸收,则利用题图装置收集一瓶干燥的SO2,其连接顺序为发生装置→g→h→d→c→e。(2)①将SO2通入装有Na2CO3、Na2S混合溶液的圆底烧瓶中,液体颜色变化依次为无色、黄色、无色的反应原理为SO2+Na2S+H2O === H2S+Na2SO3、2H2S+SO2 === 3S↓+2H2O,随着反应Na2SO3+S === Na2S2O3不断发生,硫不断消耗最终变无色,继续通入SO2气体,因亚硫酸溶液呈酸性,已知Na2S2O3水溶液在弱酸性条件下易反应生成S和 NaHSO3,故当液体中再次出现黄色现象时,反应基本结束。
②将①反应后的溶液蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,进行干燥时,因Na2S2O3·5H2O在35 ℃以上的干燥空气中容易失去结晶水,采用冷风吹干,可得到Na2S2O3·5H2O晶体。③已知Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,为提高结晶效果,冷却结晶时可往溶液中加入乙醇。(3)②已知2Na2S2O3+I2 === Na2S4O6+2NaI,可得n(Na2S2O3)=2n(I2),若滴定时平均消耗x mL b mol·L-1的I2标准溶液,则n(Na2S2O3)=2n(I2)=2×b mol·L-1×x×10-3L=2bx×10-3 mol,Na2S2O3·5H2O的摩尔质量为248 g·mol-1,产品的
方法技巧仪器组装类试题的解题技巧:
2- 4.某化学兴趣小组在实验室用除去表面氧化物的铁钉(碳素钢)与浓硫酸共热制取SO2并完成相关性质探究(不考虑水蒸气)。(1)有同学认为制得的SO2中可能混有杂质,其化学式为 和 ,原因是 。
(2)为验证气体成分,兴趣小组同学设计了下图所示装置进行了实验探究。
①为验证并吸收SO2,装置B中加入的试剂为 ,装置C中品红溶液的作用是 ; ②装置D中加入的试剂为 ; ③装置G中可能出现的现象为 ; ④装置H的作用为 。
(3)兴趣小组设计如图装置验证二氧化硫的化学性质。
①能验证SO2具有氧化性的实验现象为 。 ②为验证SO2的还原性,取试管b中充分反应后的溶液分成三份,分别进行如下实验。
方案Ⅰ:向第一份溶液中加入品红溶液,红色褪去。方案Ⅱ:向第二份溶液中加入BaCl2溶液,产生白色沉淀。方案Ⅲ:向第三份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成。上述方案中合理的是 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子方程式为 。
答案 (1)CO2 H2 铁钉中含碳元素,在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气(2)①酸性KMnO4溶液(其他合理答案也可) 验证SO2是否被完全吸收②澄清石灰水 ③无水硫酸铜变蓝色④防止空气中H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验
解析 (1)铁钉中含碳元素,在加热条件下会与浓硫酸反应生成CO2;随着反应进行,浓硫酸变稀,铁与稀硫酸反应产生氢气,故制得的SO2中可能混有杂质CO2和H2。(2)①装置B中加入的酸性KMnO4溶液能检验并吸收SO2,若SO2被吸收完全,装置C中的品红溶液不褪色。②装置D中加入的澄清石灰水,可检验气体中是否有CO2。③装置E中浓硫酸可干燥气体,装置F中CuO与H2反应生成H2O,G中无水硫酸铜吸收水蒸气后变蓝色。④装置H中装有干燥剂,其作用为防止空气中的H2O进入干燥管而影响杂质气体的检验。
【易错防范•不失分】
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)可用稀硝酸与FeS固体反应制取H2S。( )(2)向CaCl2溶液中通入CO2气体,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失。( )(3)非金属性:C>Si,则热稳定性:CH4>SiH4。( )(4)“84”消毒液的消毒原理与H2O2的相同,都是利用强氧化性。( )(5)用饱和NaHCO3溶液除去Cl2中混有的HCl。( )(6)浓硫酸具有强氧化性,所以浓硫酸不可用于干燥H2和CO。( )(7)向久置的Na2SO3溶液中加入足量BaCl2溶液,出现白色沉淀;再加入足量稀盐酸,部分沉淀溶解,则部分Na2SO3被氧化。( )
×
×
√
√
×
×
√
易错警示(1)浓硫酸具有强氧化性,但是不能氧化H2、CO和SO2。(2)硝酸为强氧化性酸,不能用于制取H2和强还原性气体H2S、SO2等。
六、化学工艺流程题解题策略
【热点专攻】1.化学工艺流程题题型分析工艺流程题是近几年高考的热点题型,工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品);题干主要用流程图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题,构成一道完整的化学试题。
此类试题集综合性、真实性、开放性于一体,包含必要的操作名称、化工术语或文字说明。题型包括选择题和非选择题,选择题主要考查元素化合物知识和工艺流程中的基本操作。非选择题考查知识面广、综合性强、思维容量大。题干的呈现形式多为流程图、表格和图像;设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等;能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力;涉及的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。
2.化学工艺流程题模型
3.掌握化工生产有关的操作方法及作用(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用:研磨——以增大接触面积而增大反应速率|酸(或水)溶——与酸(或水)接触反应或溶解|灼烧——除去可燃杂质|煅烧——促使物质转化
(2)常用的控制反应条件的方法:调节溶液的pH——使某些金属离子沉淀|控制温度、压强——增大反应速率或使平衡移动|趁热过滤——防止某物质降温而析出|冰水洗涤——洗去杂质离子而减少晶体的损耗
4.防范失分点(1)明确整个流程及每一部分的目的,仔细分析每步反应发生的条件以及得到产物的物理或化学性质,结合基本理论与实际问题进行思考,注意答题的模式与要点。(2)抓住流程图中“每步转化的物质变化”与“总过程目的”的关系,分析某步转化试剂的选择及流程中加入某试剂的原因,得出转化后生成的所有物质,从问题中获取信息,帮助解题。
【题型突破】1.(2020全国Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题。(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是 。 (2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成 ,同时还有 被氧化。写出VO+转化为 反应的离子方程式 。 (3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、 ,以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。 (5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是 。 (6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是 。
【解题思路】 第一阶段:初处理阶段。(1)初处理阶段的操作是 “酸浸氧化”,此操作需要加热,其原因主要是为了加快酸浸和氧化反应速率,提高原料的利用率。(2)①分析物质的变化。“酸浸氧化”中,Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水,MnO2具有氧化性,Fe2+具有还原性,因此VO+和VO2+被氧化成 时, Fe2+也被氧化。②陌生氧化还原反应离子方程式的书写。第一步,初步确定反应物和生成物:显性的,直接从题给信息中确定;隐性的,根据氧化还原反应等反应原理分析确定。
第二步,写出氧化还原反应关系式:根据电子得失守恒配平已知参加氧化还原反应的粒子。第三步,补充缺失粒子,并配平:根据溶液的酸碱性环境和原子个数守恒补充。从电荷守恒的角度分析:反应物中缺少带正电荷的粒子,因为该操作中加入硫酸,因此可补充H+;从原子个数守恒的角度分析:生成物中的氧原子数小于反应物中的氧原子数,结合反应物中的H+,生成物中还应有H2O;第二阶段:除杂提纯阶段。
(3)根据题给信息,确定元素存在形态。
由此可知,滤液②中还存在Mn2+,另外还有部分Fe3+和Al3+。
(4)物质成分的分析:根据物质的性质及题给信息分析。
Al(OH)3→已学知识:Al(OH)3溶解生成Fe(OH)3→Fe(OH)3V2O5·xH2O→题给信息:V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解
(5)化学方程式的书写:确定反应物、反应条件,根据物质性质书写化学方程式。
失分剖析失分原因:一是没有注意新引入的Mn2+;二是没有将题给pH与金属离子沉淀时的pH进行对比分析;三是在判断为什么要加入过量氯化铵时,不能利用已学知识进行迁移应用。准确捕捉题图、题表中的重要信息用于解题,是一种能力要求,要通过平时的强化训练实现提升。
2.(2020全国Ⅲ)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O ):
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列问题。(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是 。为回收金属,用稀硫酸将“滤液①”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式 。 (2)“滤液②”中含有的金属离子是 。
(3)“转化” 中可替代H2O2的物质是 。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即 ,“滤液③”中可能含有的杂质离子为 。 (4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp= (列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+ 浓度为1.0 mol·L-1,则“调pH”应控制的pH范围是 。
(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式 。 (6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是 。
【解题思路】第一阶段,初处理阶段。(1)初处理阶段的操作是“碱浸”,要判断加入NaOH溶液的作用,首先要确定废镍催化剂中的相关成分。根据题给信息可确定其成分包括四类:
此四类物质中能与NaOH反应的有三类:油脂、铝单质、铝的氧化物。由此可知,NaOH的作用是除去油脂、溶解铝及其氧化物。滤液①中含有金属元素的物质为偏铝酸钠,与酸反应生成的沉淀应为氢氧化铝,该反应的离子方程式为
(2)工艺流程各步骤元素转化分析。
第二阶段,除杂提纯阶段。
(3)工艺流程中各阶段元素成分的分析。由题给离子沉淀时的pH可知,要使Fe元素生成氢氧化物沉淀且Ni元素保留在溶液中,必须将滤液②中的Fe2+氧化为Fe3+,要不引入其他杂质,除H2O2可作氧化剂外,还可以采用向滤液中通氧气或空气的方法将Fe2+氧化为Fe3+;如果先“调pH”后“转化”,为防止Ni2+沉淀,调pH时pH不能大于7.2,此时Fe2+不会生成沉淀,再加H2O2转化后,则滤液③中会含有转化生成的Fe3+。
(4)围绕Ksp的计算——利用定义表达式的计算。
由题给信息可知,Fe3+完全沉淀的pH为3.2,因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2~6.2。
(5)陌生氧化还原反应离子方程式的书写。
第三阶段:得到产品阶段。
(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni2+,可将其收集、循环使用,从而提高镍的回收率。
答案 (1)除去油脂、溶解铝及其氧化物 +H++H2O === Al(OH)3↓(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空气 Fe3+(4)0.01×(107.2-14)2[或10-5×(108.7-14)2] 3.2~6.2(5)2Ni2++ClO-+4OH- === 2NiOOH↓+Cl-+H2O(6)提高镍回收率失分剖析一是分析“碱浸”中NaOH作用时,易忽视油脂和铝的氧化物;二是计算Ni(OH)2的Ksp时,因没有认真审题而无法确定Ni2+的物质的量浓度;三是判断“调pH”应控制的pH范围时,只回答最小pH或最大pH。
应考训练1.(2021湖南卷)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:
回答下列问题:(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为 ; (2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有 (至少写两条); (3)滤渣Ⅲ的主要成分是 (填化学式); (4)加入絮凝剂的目的是 ;
(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为 ,常温下加入的NH4HCO3溶液呈 (填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的 =4.4×10-7, =4.7×10-11); (6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为 。
(2)将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)为了使沉淀更完全,得到澄清溶液
(2)提高“水浸”效率的方法较多,如将“焙烧”所得固体粉碎、加热、搅拌等措施。 (3)滤渣Ⅲ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)加入絮凝剂是为了使沉淀更完全,得到澄清溶液。
2.(2021山东日照一模)从砷化镓废料(主要成分为GaAs,含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质)中回收镓和砷的工艺流程如下:
已知:镓(Ga)既能溶于酸溶液也能溶于碱溶液,与NaOH溶液反应生成NaGaO2和H2。
回答下列问题。(1)“浆化”是将砷化镓废料转变成悬浊液的过程,其目的是 。 (2)砷化镓(GaAs)在“碱浸”时,砷转化为Na3AsO4进入溶液,该反应的化学方程式为 。 (3)“碱浸”的温度控制在70 ℃左右,温度不能过高或过低的原因是 ;“滤渣Ⅰ”的成分为 (填化学式)。
(4)向浸出液中加H2SO4进行“中和”,调节pH使镓和硅共沉淀,不同pH时沉淀率如下表所示。根据表中数据可知,“中和”的pH应调节至 范围内,沉淀的效果最好。 (5)“旋流电解”时用惰性电极,则所得“尾液”的溶质主要是 (填化学式),可进行循环利用,提高经济效益。 (6)若用240 kg含镓3%的砷化镓废料回收镓,得到纯度为99%的镓7.10 kg,则镓的回收率为 %(结果保留到0.1%)。
答案 (1)增大接触面积,提高碱浸效率(或“使碱浸更充分”等合理答案也可)(2)GaAs+4NaOH+4H2O2 === NaGaO2+Na3AsO4+6H2O(3)温度过低时碱浸速率小,温度过高易导致 H2O2分解Fe2O3、CaCO3(4)5.0~6.0(5)H2SO4(6)97.6
解析 砷化镓废料的主要成分为GaAs,含Fe2O3、SiO2和CaCO3等杂质,加入NaOH、H2O2,GaAs转化为NaGaO2、Na3AsO4,SiO2转化为Na2SiO3进入溶液,Fe2O3、CaCO3难溶于氢氧化钠溶液形成滤渣Ⅰ;浸出液中加硫酸调节pH,生成Ga(OH)3、H2SiO3沉淀,向镓和硅共沉物中加入硫酸,硫酸与Ga(OH)3反应生成Ga2(SO4)3溶液,电解Ga2(SO4)3溶液生成Ga、氧气、硫酸。(1)将砷化镓废料转变成悬浊液,可以增大与氢氧化钠、过氧化氢溶液的接触面积,提高碱浸效率。(2)砷化镓(GaAs)在“碱浸”时, NaOH、H2O2与GaAs反应生成NaGaO2、Na3AsO4,该反应的化学方程式为GaAs+4NaOH+4H2O2 === NaGaO2+Na3AsO4+6H2O。
(3)“碱浸”的温度控制在70 ℃左右,温度过低时碱浸速率小,温度过高易导致 H2O2分解,所以温度不能过高或过低;Fe2O3、CaCO3难溶于氢氧化钠溶液,“滤渣Ⅰ”的成分为Fe2O3、CaCO3。(4)向浸出液中加H2SO4进行“中和”,调节pH使镓和硅共沉淀,pH范围在5.0~6.0时,镓和硅沉淀率高、砷沉淀率低,所以“中和”的pH应调节至5.0~6.0。(5)电解Ga2(SO4)3溶液生成Ga、氧气、硫酸,则所得“尾液”的溶质主要是H2SO4,可进行循环利用,提高经济效益。(6)若用240 kg含镓3%的砷化镓废料回收镓,得到纯度为99%的镓7.10 kg,则镓的回收率为
3.(2021广东广州六区质量检测)钨冶炼渣主要含锰、铁、钙、镁、硅的氧化物及少量重金属盐。工业上利用钨冶炼渣制备电池级硫酸锰(含MnSO4的质量分数98%以上)的工艺如下图所示。
回答下列问题。(1)为提高钨冶炼渣的浸出率,可采用的方法有 (写出2种)。“滤渣1”的主要成分是 。 (2)写出“氧化”的离子方程式 。 (3)“调pH除铁”步骤中的最优试剂是 (填字母)。 A.H2SO4 B.CO2 C.NaOH D.MnCO3(4)为使Ca2+和Mg2+完全沉淀(离子浓度小于1.0×10-5mol·L-1),除钙镁后的溶液中c(F-)应不低于 mol·L-1。[已知:Ksp(CaF2)=1.5×10-10,(5)“沉锰”的化学方程式为 。
(6)硫酸锰在水中的溶解度随温度的变化如下图,晶体以MnSO4·H2O形式析出。由酸溶后的溶液得到MnSO4·H2O的操作为 。
答案 (1)将钨冶炼渣粉碎、升高温度、充分搅拌、增大硫酸浓度等(任选两项) SiO2和CaSO4(2)2Fe2++H2O2+2H+ === 2Fe3++2H2O(3)D(4)3.87×10-3(5)MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4(6)蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥)
解析 “浸出”步骤发生的反应有:2MnO2(s)+2H2SO4(浓) === 2MnSO4+O2↑+2H2O,FeO+H2SO4 === FeSO4+H2O,CaO+H2SO4 === CaSO4+H2O,MgO+H2SO4 === MgSO4+H2O等反应,硅的氧化物与硫酸不反应,生成的CaSO4为微溶物;氧化过程是将Fe2+转化为Fe3+,调节pH可以使Fe3+以Fe(OH)3的形式除去;加入MnF2将Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2的形式除去,根据Ksp可以计算出c(F-)的范围;加入碳酸钠后发生的反应为MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4,然后过滤出MnCO3后加入硫酸,制得硫酸锰溶液,再蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥可得电池级硫酸锰。(1)通常采用的提高反应速率和产率的方法有:将钨冶炼渣粉碎、升高温度、充分搅拌、适当增大硫酸浓度,由上述分析可知 “滤渣1”的主要成分是不与硫酸反应的SiO2和生成的微溶物CaSO4。
(2)“氧化”主要是将Fe2+转化为Fe3+,以便于通过调节pH转化为沉淀而除去,故该过程的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+ === 2Fe3++2H2O。(3)“调pH除铁”步骤中所加试剂必须做到不引入新的杂质,且廉价易得和便于分离,该过程目的是增大溶液的pH,故A项和B项不符合题意,C项会引入新的杂质Na+,D项能消耗溶液中的H+使pH增大,同时MnCO3沉淀便于分离,故该步骤中的最优试剂是MnCO3。
(5)“沉锰”是将硫酸锰与碳酸钠反应转化为碳酸锰沉淀,故该步骤的化学方程式为MnSO4+Na2CO3 === MnCO3↓+Na2SO4。(6)根据硫酸锰在水中的溶解度随温度变化的关系图,可知当温度高于20 ℃后硫酸锰的溶解度随温度的升高而减小,故由酸溶后的溶液得到MnSO4·H2O的操作为蒸发结晶、趁热过滤(洗涤、干燥)。
4.(2021山东泰安一模)铍有“超级金属”之称。以绿柱石[ Be3Al2(SiO3)6]为原料制备金属铍的工艺如下:
已知Be2+可与Cl-、OH-结合成配位数为4的配离子。回答下列问题。(1)烧结冷却后,水浸之前“操作a”的名称是 。 (2)750 ℃烧结时,Na3FeF6与绿柱石作用生成易溶于水的Na2BeF4,写出该反应的化学方程式: 。 (3)已知25 ℃时Ksp[ Be(OH)2] =4.0×10-21,计算室温时0.40 mol·L-1 Be2+开始沉淀时的pH= ,“沉氟”反应的离子方程式为 。
(4)上述流程中,“Be(OH)2→……→BeCl2”可有两种方案:
Ⅰ中操作b是 。 Ⅱ中BeO转化为BeCl2的化学方程式为 。 (5)BeCl2在气态时常以二聚体形式存在,此二聚体分子的结构式为 ;工业上电解BeCl2与NaCl熔融体制得金属铍,NaCl的作用是 ,阴极反应式为 。
答案 (1)粉碎(或研磨)(2)2Na3FeF6+Be3Al2(SiO3)6 === 3Na2BeF4+Fe2O3+Al2O3+6SiO2(3)4 3Na++6F-+Fe3+ === Na3FeF6↓
解析 (1)工业上可以采用粉碎操作,实验室用研磨操作。(2)根据反应物和产物,依据原子守恒和电子守恒,结合化学环境可写成:
(4)因为Be和Al在周期表中符合对角线规则,故性质相似。所以,BeCl2在溶液中蒸发时也会发生水解生成Be(OH)2,要想抑制其水解必须在HCl气氛中加热蒸发。
5.(2021山东烟台一模)工业上用粗铜电解精炼所产生的阳极泥[主要含硒化亚铜(Cu2Se)和碲化亚铜(Cu2Te)]为原料,进行综合回收利用的某种工艺流程如下:
(1)“烧结”时的固体产物主要为Na2SeO3、Na2TeO3和Cu2O,该过程中Cu2Te反应的化学方程式为 。 (2)利用浸取渣制取硫酸铜溶液时,试剂X最好选用 。 A.SO2 B.Cl2 C.H2O2 D.浓硫酸(3)常温下,NaHTeO3溶液的pH (填“<”“>”或“=”)7。加入稀硫酸调pH时需控制pH范围为4.5~5.0,pH过大或过小都将导致碲的回收率偏低,其原因是 。
(4)还原过程的主要目的是将“烧结”时生成的少部分Na2SeO4进行转化,写出“还原”时反应的离子方程式 。 流程中可循环利用的物质是 (填化学式)。 (5)所得粗硒需精制。向粗硒浸出液中加入Na2S溶液可以将残留的Fe2+等微量杂质离子转化为沉淀而除去。已知25 ℃时Ksp(FeS)=6.0×10-18,要使溶液中Fe2+沉淀完全[c(Fe2+)≤1.0×10-5 mol·L-1],则需控制溶液中c(S2-)≥ mol·L-1。
(2)浸取渣的主要成分为Cu2O,Cu元素化合价为+1价,其转化为铜元素化合价为+2价的硫酸铜,需要加入氧化剂,选项中,SO2的氧化性很弱,无法氧化Cu2O;Cl2会引入新杂质Cl-;浓硫酸氧化Cu2O需要加热条件;过氧化氢作氧化剂的还原产物为水,不会引入新杂质。
6.(2021辽宁丹东一模)磷酸亚铁锂电池是新能源汽车的动力电池之一,采用湿法冶金工艺回收处理废旧电池正极片(主要成分为LiFePO4、石墨、铝箔等),其流程如下:
已知:Li2CO3为无色晶体,熔点618 ℃,溶于硫酸,在水中的溶解度随温度升高而减小。(1) 的空间结构为 。 (2)“碱浸”时主要发生反应的离子方程式为 , 为加快浸出速率,除可以适当加热外,还可以采取的措施有 (至少答出两点)。
(3)“氧化浸出”时,当其他条件相同,选用不同的氧化剂,测得滤液b中Li+含量如下:实际工业生产中氧化剂选用的是H2O2,请分析不能选用NaClO3的理由是 (用离子方程式回答),该步操作加热温度不宜过高的原因是 。
(4)“滤液b”中主要含有Li+、Fe3+、 及Cl-等,在一定条件下,溶液pH与FePO4沉降率的关系如图所示,综合考虑Fe、P两种元素沉降率,“沉降除杂”时选择的最佳pH为 (从1.5、2.0、2.5及3.0中选择)。 (5)最后一步“一系列操作”包括 、洗涤、干燥。
答案 (1)正四面体形(2)2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑ 将电池正极片粉碎;反应过程中不断搅拌或适当提高NaOH溶液浓度(任写其中两点)(3)5Cl-+ +6H+ === 3Cl2↑+3H2O 防止盐酸挥发和过氧化氢溶液受热分解(4)2.5(5)趁热过滤
(2)“碱浸”时主要发生铝与氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和水的反应,其反应的离子方程式为2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2↑,为加快浸出速率,除可以适当加热外,还可以采取的措施有将电池正极片粉碎;反应过程中不断搅拌或适当提高NaOH溶液浓度。
(3)实际工业生产中氧化剂选用的是H2O2,由于还加入了盐酸,因此不能选用NaClO3,主要是盐酸与氯酸钠反应会有氯气生成,会污染环境,反应的离子方程式为5Cl-+ +6H+ === 3Cl2↑+3H2O,由于盐酸易挥发,过氧化氢溶液受热易分解,因此该步操作加热温度不宜过高。(4)根据图中信息并综合考虑Fe、P两种元素沉降率,从图中得出“沉降除杂”时选择的最佳pH为2.5。(5)根据Li2CO3在水中的溶解度随温度升高而减小,在95 ℃时已经生成Li2CO3沉淀,因此最后一步“一系列操作”包括趁热过滤、洗涤、干燥。
7.(2021湖南永州第三次模拟)以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS-2)的工艺流程如图:
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如图所示。为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是 ;调pH后再过滤主要除去 元素。
(2)Mn12O19中氧元素化合价均为-2价,锰元素的化合价有两种,则Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)的物质的量之比为 。生产过程中KMnO4、MnSO4·H2O按物质的量比1∶5与K2S2O8反应,产物中硫元素全部以 的形式存在,该反应的离子方程式为 。 (3)滤液X可进一步分离出多种化合物,其一为盐类,该盐在农业生产中可用作 。
(4)OMS-2是一种纳米级的分子筛。分别用OMS-2和MnOx对甲醛进行催化氧化,在相同时间内甲醛转化率和温度的关系如图:由图可知,OMS-2与MnOx相比,催化效率较高的是 ,原因是 。
(5)甲醛(HCHO)在OMS-2催化氧化作用下生成CO2和H2O,现利用OMS-2对某密闭空间的甲醛进行催化氧化实验。实验开始时,该空间内甲醛含量为1.22 mg·L-1,CO2含量为0.59 mg·L-1,一段时间后测得CO2含量升高至1.47 mg·L-1,该实验中甲醛的转化率为 。
答案 (1)90 ℃ Fe(3)钾肥(4)OMS-2 OMS-2颗粒小,表面积大,吸附的反应物浓度更高,反应速率更快(5)49.2%
(4)由图像可以看出,相同温度下,OMS-2作催化剂时,因纳米级OMS-2比MnOx表面积大,吸附的反应物浓度更高,反应速率更快,故OMS-2与MnOx相比,催化效率较高的是OMS-2。
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