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2023届高三化学二轮总复习 元素及其化合物课件PPT
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这是一份2023届高三化学二轮总复习 元素及其化合物课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了专题体系构建，重要的化学方程式，重要的方程式，答案A等内容，欢迎下载使用。
[核心回顾]1.常见金属及其化合物的性质与用途的对应关系
2.常见非金属及其化合物的性质与用途的对应关系
[命题角度]角度1金属及其化合物的性质与用途【典例】 (2022广东卷,6)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是( )
角度拓展判断下列有关物质的性质与其应用是否具有对应关系,正确的打“√”,错误的打“×”。1.(2022湖南衡阳模拟)铝的金属活动性强,可用于制作铝金属制品。( )2.(2022湖南衡阳模拟)氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料。( )
提示 用于制作铝金属制品是利用了铝的导热性、延展性等,与其活动性无关。
提示 用氧化铝作电解冶炼铝的原料是利用其在熔融状态下能导电,与其熔点高无关。
3.(2022辽宁抚顺模拟)Fe2(SO4)3易溶于水,可用作净水剂。( )4.(2022河南六市调研)“祝融号”火星探测器上使用的钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特性。( )5.(2022广东茂名二模)过氧化钠用作呼吸面具或潜水艇中的供氧剂,过氧化钠具有氧化性。( )
提示 Fe2(SO4)3用作净水剂,其原因是Fe2(SO4)3易溶于水发生电离,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,胶体具有较强的吸附性,能吸附水中的悬浮杂质,起到净水作用。
提示 Na2O2与呼出的CO2反应生成碳酸钠和氧气,Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
6.(2022广东粤港澳大湾区模拟)用FeCl3溶液刻蚀电路板,Cu与FeCl3溶液发生了置换反应。( )7.(2022山东德州二模)利用非金属性C>Si,工业上用C与SiO2反应制备粗Si。( )
提示 可以用FeCl3溶液刻蚀电路板,是由于Cu与FeCl3溶液发生反应: Cu+2FeCl3 ══ 2FeCl2+CuCl2,该反应的类型不是置换反应。
提示 非金属性是指非金属元素的单质在化学反应中得到电子的能力,而工业上用C与SiO2反应制备粗Si中所表现出来的是碳失去电子的能力。
8.(2022山东济南一模)小苏打不稳定,受热分解生成CO2,用于泡沫灭火器。( )9.(2022山东济南一模)Al(OH)3受热分解生成高熔点物质和水,用作塑料的阻燃剂。( )10.(2022江苏连云港调研)镁锂合金密度小、硬度和强度大,可用于制造火箭、导弹、航天器等。( )
提示 泡沫灭火器的原理是Al2(SO4)3+6NaHCO3 ══ 2Al(OH)3↓+6CO2↑+3Na2SO4,是利用Al3+和 发生相互促进的水解反应,不是利用NaHCO3的不稳定性。
角度2非金属及其化合物的性质与用途【典例】 (2021河北卷,10)关于非金属含氧酸及其盐的性质,下列说法正确的是( )A.浓硫酸具有强吸水性,能吸收糖类化合物中的水分并使其炭化B.NaClO、KClO3等氯的含氧酸盐的氧化性会随溶液的pH减小而增强C.加热NaI与浓磷酸混合物可制备HI,说明H3PO4比HI酸性强D.浓硝酸和稀硝酸与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀硝酸氧化性更强
角度拓展判断下列有关物质的性质与其应用是否具有对应关系,正确的打“√”,错误的打“×”。1.(2022内蒙古包头二模)用活性炭去除冰箱中的异味,活性炭具有杀菌消毒的作用。( )2.(2022内蒙古包头二模)用“84”消毒液对学校桌椅消毒,含氯消毒剂具有强氧化性。( )
提示 用活性炭去除冰箱中的异味是由于活性炭表面积大,吸附力强,能够吸附异味,但不具有杀菌消毒作用。
3.(2022江苏南京模拟)Cl2能溶于水,可用于工业制盐酸。( )4.(2022江苏南京模拟)HClO不稳定,可用于漂白棉、麻等。( )5.(2022湖北黄石模拟)硝酸见光易分解,可用于制氮肥。( )6.(2022湖北黄石模拟)二氧化氮密度比空气大,可用于制硝酸。( )
提示 Cl2用于工业制盐酸是利用Cl2与H2反应生成HCl,与Cl2的水溶性无关。
提示 HClO用于漂白棉、麻是利用了其强氧化性,与HClO的不稳定性无关。
提示 N为植物生长的营养元素,则硝酸可用于制氮肥,与硝酸见光易分解的性质无关,见光易分解是硝酸的不稳定性。
提示 二氧化氮能与水反应生成硝酸,可用于制硝酸,与其密度比空气大无关。
7.(2022山东聊城一模)SO2具有漂白性,可用作葡萄酒的添加剂。( )8.(2022江苏四市调研)浓硫酸具有脱水性,可用作干燥剂。( )
提示 葡萄酒中的少量SO2具有防腐、抗氧化的作用,且少量的SO2对人体是无害的,不是因为二氧化硫的漂白性。
提示 浓硫酸用作干燥剂是利用浓硫酸的吸水性而不是脱水性。
[核心回顾]基于元素及其化合物的“价—类”二维图,从物质类别、元素化合价两个维度掌握元素及其化合物的性质及相互转化关系。
1.钠及其重要化合物
2.铁及其重要化合物
3.铝及其重要化合物
4.氯及其重要化合物
5.硫及其重要化合物
6.氮及其重要化合物
[命题角度]角度1金属及其化合物的性质与转化【典例】 (2021广东卷,10)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
角度拓展1.(2022四川宜宾模拟)“价—类”二维图是学习元素及其化合物知识的重要模型,下图为铁元素的“价—类”二维图,判断正误:
(1)铁丝在少量氧气中燃烧生成FeO。( )(2)Fe(OH)2在潮湿的空气中容易转化为Fe(OH)3。( )(3)含 的盐具有强氧化性,可用于自来水的杀菌、消毒和净化。( )
提示 (1)铁丝在氧气中燃烧,无论O2是否足量,反应均生成Fe3O4。
2.(2022辽宁营口模拟)下图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,判断下列说法的正误:
(1)铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①。( )(2)FeO不稳定,在空气中受热迅速转化为Fe2O3。( )(3)加热Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3加水也能转化为Fe(OH)3。 ( )(4) Fe2+遇氯水、H2O2溶液、酸性KMnO4溶液等强氧化剂可转化为Fe3+ 。( )
提示 (1)铁与高温水蒸气的反应生成Fe3O4和氢气。(2)FeO不稳定,在空气中受热迅速转化为Fe3O4。(3)Fe(OH)3难溶于水,加热Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3与水不反应。
角度2非金属及其化合物的性质与转化【典例】 (2022辽宁本溪模拟)下图是某元素常见物质的“价—类”二维图,其中d为红棕色气体,f和g均为正盐且焰色反应为黄色。。下列说法不正确的是( )
A.e的浓溶液可以用铝槽车运输B.气体a、c均可用浓硫酸干燥C.常温下,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,烧瓶内红棕色变浅D.d可与NaOH溶液反应生成f和g
提示 d为红棕色气体,且是+4价氧化物,则d为NO2;结合图中物质元素化合价及物质类别推知,a为NH3,b为N2,c为NO,e为HNO3。f和g均为正盐且焰色试验都为黄色,则含Na元素,结合图示推知,f为NaNO3,g为NaNO2。
角度拓展1.(2022山东泰安三模)在“价—类”二维图中融入“杠杆模型”,可直观辨析部分物质转化及其定量关系。如图中的字母分别代表硫及其常见化合物,判断相关推断是否正确:
(1)b既具有氧化性又具有还原性。( )(2)硫酸型酸雨的形成过程涉及b到c的转化。( )(3)a溶液与b溶液反应过程中有淡黄色沉淀生成。( )(4)d在加热时与强碱溶液反应生成e和f,且n(e)∶n(f)=1∶2。( )
2.(2022陕西渭南第一次模拟)“价—类”二维图是学习元素化合物的工具,a~ g 分别表示氮元素的不同价态所对应的物质,其关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.f属于强电解质B.可用湿润的蓝色石蕊试纸检验aC.b常温下可转化为c从而实现氮的固定D.通过a与c、d反应可以消除氮氧化物污染
提示 由“价—类”二维图可知,a为NH3,b为N2,c为NO,d为NO2,e为HNO3。NH3·H2O为弱碱,为弱电解质,A错误;检验NH3应使用湿润的红色石蕊试纸,B错误;N2在常温下不能转化为NO,C错误;氨气和一氧化氮或二氧化氮在一定条件下可以反应生成无污染的氮气和水,故可以消除氮氧化物污染,D正确。
——突破一 命题篇——
新教材新考向 元素及其化合物的性质、转化与应用1.元素及其化合物的性质与应用基于“结构决定性质,性质决定用途”,认识元素及其化合物的性质与应用的对应关系,分析和探讨某些化学过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响,并对这些影响从多个方面进行评估,从而更加科学、合理地选择和应用物质及其变化。
典例突破1(2022山东烟台一模)下列关于物质的应用分析错误的是( )A.常温下,用铁槽车运输浓硝酸利用了浓硝酸的强氧化性B.用维生素C做NaNO2中毒的急救药是利用了维生素C的强还原性C.用FeCl3止血是因为其能水解生成Fe(OH)3D.用甘油做皮肤保湿剂是因为甘油中有多个羟基
答案 C解析 常温下,铁在浓硝酸中发生钝化,铁表面生成的致密氧化膜可阻止内层铁与浓硝酸继续反应,体现浓硝酸的强氧化性,A正确;NaNO2具有强氧化性,用维生素C作急救药,利用了维生素C的强还原性,B正确;血液是胶体,FeCl3是电解质,用FeCl3止血利用了电解质可使胶体发生聚沉的性质,与FeCl3水解生成Fe(OH)3无关,C错误;甘油(丙三醇)的一个分子中有3个羟基,可与水形成分子间氢键,故常用甘油做皮肤保湿剂,D正确。
2.元素及其化合物的性质与转化基于“价—类”二维图,从物质类别、元素化合价的角度,依据氧化还原反应的转化规律和复分解反应原理,预测钠、铁、铝及其化合物,以及氯、硫、氮及其化合物的性质及物质之间的转化,从物质类别和元素化合价变化的视角说明物质的转化路径。
典例突破2(2022辽宁名校协作体联考)下图是硫元素部分“价—类”二维图。下列相关说法错误的是( )
A.图中C和D两点对应的物质可能互相反应生成硫单质B.可以实现B→E→A→B物质循环C.图中A点对应的物质可以使品红溶液褪色D.化学式为Na2S2O3的物质在图中对应点为F点,可表现出强氧化性
答案 D解析 C为H2S,D为H2SO3,二者可以发生归中反应生成硫单质,A正确;B为SO3,E为H2SO4,A为SO2,SO3与水反应生成H2SO4,H2SO4与还原剂反应可以得到SO2,SO2发生催化氧化反应可以生成SO3,B正确;A为SO2,可以漂白品红溶液,C正确;Na2S2O3中硫元素的平均化合价为+2价,对应的点为F点,该物质既有氧化性又有还原性,但是氧化性较弱,D错误。
新材料新情境 “神舟十三号”与新材料新材料 北京时间2022年4月16日9时56分,“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,大量新材料的使用助力“神舟十三号”载人飞船执行任务取得圆满成功。飞船的“推进舱”使用大量碳纤维复合材料,“返回舱”侧壁金属壳体使用了铝合金材料,“轨道舱”窗口使用了耐辐射石英玻璃,部分装置使用了钛合金材料。
判断(1)“神舟十三号”飞船使用的碳纤维材料和石英玻璃都属于无机非金属材料。( )(2)“神舟十三号”飞船使用铝合金和钛合金材料,利用了其高强度、高韧性、耐腐蚀以及超塑性等性质。( )
典例突破3(2022新疆乌鲁木齐一模)2021年10月16日,“神舟十三号”载人飞船成功发射,标志着中国太空计划再次迈出重要一步。下列说法不正确的是( )A.舱外航天服使用的镀铝胶布是一种复合材料B.飞船采用了大量的碳纤维复合产品,原因之一是这类产品密度小、强度高C.返回舱表面的烧蚀层可以保护返回舱不因高温而烧毁,因为这种材料硬度大D.硅橡胶密封材料因其既耐高温又耐低温在飞船上得到了很好的应用
答案 C解析 镀铝胶布是一种复合材料,A正确;制造飞船要求材料密度小且强度高,B正确;返回舱在返回地面的时候,外面的涂层和空气摩擦会产生高温,因此要求其可以承受较高的温度,对硬度要求不大,C错误;外太空温差较大,故需要可以耐高温和耐低温的材料,D正确。
——突破二 解题篇——
素养命题+题型突破1.化学工艺流程的“微设计”及分析(证据推理与模型认知)化学工艺流程“微设计”是基于元素及其化合物的性质与转化而设计,依据氧化还原反应规律和复分解反应原理,分析物质的性质及物质之间的转化,立足工艺流程的目的(制备或提纯物质),从问题和“微设计”出发,运用化学实验、理论模型等方法进行探索,提升解决实际问题的能力。
典例突破1(2022湖南卷,7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:下列说法错误的是( )A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
答案 C解析 HF能与陶瓷中的SiO2反应,故吸收塔不宜用陶瓷作内衬材料,A项说法正确;溶液喷淋可以使烟气与溶液充分接触,提高吸收效率,B项说法正确;烟气(含HF)通入吸收塔,加入过量的碳酸钠,发生的反应为Na2CO3+HF ══ NaF+NaHCO3,合成槽中的反应为NaAlO2+6NaF+4NaHCO3 ══ Na3AlF6↓+4Na2CO3+2H2O,C项说法错误;滤液中主要成分为Na2CO3,可以进入吸收塔回收利用,D项说法正确。
方法点拨化工流程“微设计”及分析侧重考查物质的性质与转化、物质的分离与提纯、氧化还原反应、离子反应等。(1)化工流程“微设计”的一般思路
(2)抓住“六个”关键,突破化工流程“微设计”类题目
针对训练1(2022山东济宁一模)2022年北京冬奥会国家速滑馆又称为“冰丝带”,所用的碲化镉(CdTe)发电玻璃被誉为“挂在墙上的油田”。一种以镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质)为原料制备镉的工艺流程如图所示:
已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH
下列说法错误的是( )A.调节pH=5目的是除去Cu等杂质元素B.“滤渣2”的主要成分为MnO2C.“置换”后滤液溶质的主要成分是ZnSO4D.“熔炼”过程利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离
答案 B解析 根据工艺流程图,镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO等),加入硫酸溶解生成多种硫酸盐,加入石灰乳调节pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4;在滤液中加入KMnO4,把Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化为MnO2;向滤液中加入锌置换出Cd,得到海绵镉,用氢氧化钠溶解海绵镉中含有的锌,得到Cd和Na2ZnO2。调节pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4,A正确;向滤液中加入KMnO4,将Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化为MnO2,则“滤渣2”的主要成分为MnO2、Fe(OH)3,B错误;向滤液中加入锌置换出Cd,“置换”后滤液中溶质的主要成分是ZnSO4,C正确;用氢氧化钠溶解海绵镉中含有的锌,“熔炼”过程利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离,D正确。
2.化学实验的“微设计”及分析(科学探究与创新意识)化学实验的“微设计”是基于物质的制备及性质而设计,侧重考查物质的性质及转化、实验操作及目的、实验现象及原因等;要求考生根据实验现象或数据对物质的性质及变化进行合理分析、推理,侧重考查实验探究能力和创新意识。
典例突破2(2022湖北部分重点学校二模)溴化亚铁(FeBr2)是一种常用的催化剂,易潮解变质,800 ℃以上可升华,高温时溴化铁(FeBr3)迅速分解可生成溴化亚铁。利用如图所示装置制备溴化亚铁(部分夹持仪器未画出),下列说法错误的是( )
A.若用浓硫酸代替浓磷酸,则会导致产品的纯度降低B.常温下浓硫酸比浓磷酸黏度较大主要是由于分子间有氢键C.浓磷酸在与溴化钠反应中体现了难挥发性D.碱石灰不能用无水氯化钙代替
解析 浓磷酸和NaBr反应可制备HBr,经过安全瓶及干燥后,HBr在加热条件下与铁反应生成FeBr2,发生反应Fe+2HBr FeBr2+H2,碱石灰用来吸收未反应的HBr,并防止空气中的水蒸气进入装置,实验结束时要关闭热源并继续通入氮气一段时间,使装置中残留的溴化氢被充分吸收,避免造成污染。若将浓磷酸换成浓硫酸,会发生副反应:2NaBr+2H2SO4(浓) SO2↑+Br2+2H2O+Na2SO4,生成的SO2与铁不反应,溴与铁反应生成的FeBr3在高温下会迅速分解生成FeBr2,对产品的纯度无影响,A错误;分子间有氢键的液体物质,一般黏度较大,常温下浓硫酸比浓磷酸黏度较大主要是由于分子间有氢键,B正确;浓磷酸能用于制备HBr的原因是浓磷酸具有难挥发性,从而生成易挥发的HBr,C正确;碱石灰是用来吸收未反应的HBr,而无水CaCl2不能吸收HBr,D正确。
方法点拨化学实验的“微设计”及分析是高考实验选择题的重点题型之一,此类试题大多以某种气体(如Cl2、SO2、NH3等)的制备为基础,再利用气体为原料制备其他物质或探究该气体的性质。(1)化学实验“微设计”的一般思路
(2)突破化学实验“微设计”类题的四个步骤
针对训练2(2022河南洛阳二模)Li和N2在450 ℃时反应制得储氢材料Li3N,Li3N易水解,在空气中加热可发生剧烈燃烧。下图是某实验小组设计的实验室制备少量Li3N的装置图。下面有关说法不正确的是( )
A.洗气瓶a中盛放NaOH溶液B.浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气和氧气进入d,避免Li3N水解和燃烧C.反应时,先对d加热,再点燃c处酒精灯D.取少量反应后的固体,滴加酚酞溶液,若溶液变红不能说明反应后固体中含Li3N
答案 C解析 装置a的作用是除去空气中的CO2,可盛放NaOH溶液,装置b中盛有碱石灰等用于除去水蒸气,A正确;Li3N易水解,在空气中加热时能剧烈燃烧,故浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气和氧气进入d,避免Li3N水解和燃烧,B正确;反应时先点燃c处酒精灯,利用铜粉除去装置内的O2,再对d加热,使Li与N2反应生成Li3N,C错误;Li能与水反应生成LiOH和H2,溶液显碱性,也能使酚酞变红,D正确。
——突破三 热点专攻——
化学工艺流程及分析高考必备1.命题分析化学工艺流程题是高考热点题型之一,主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力,具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。该题型不但能综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识,而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力及逻辑推理能力。
2.化学工艺流程题的基本结构
3.化学工艺流程题中的重要操作及目的
4.化学工艺流程题中常考操作及答题角度
5.控制反应温度的目的(1)防止副反应的发生。使化学平衡发生移动,控制化学反应的方向。(2)控制固体的溶解与结晶。(3)控制反应速率:使催化剂达到最大活性。(4)升温:促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点而挥发。(5)加热煮沸:促进水解,聚沉后利于过滤分离。(6)趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量。(7)降温:防止物质高温分解或挥发;降温(或减压)可以减少能源成本,降低对设备的要求。
真题感悟1.(2022全国甲卷,26)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料,在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备,菱锌矿的主要成分为ZnCO3,杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下:
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表:
回答下列问题:(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 。 (2)为了提高锌的浸取效果,可采取的措施有 、 。 (3)加入物质X调溶液pH=5,最适宜使用的X是 (填字母)。 A.NH3·H2OB.Ca(OH)2C.NaOH滤渣①的主要成分是 、 、 。
(4)向80~90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤,滤渣②中有MnO2,该步反应的离子方程式为 。 (5)滤液②中加入锌粉的目的是 。 (6)滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用,同时得到的副产物是 、 。
答案 (1)ZnCO3 ZnO+CO2↑(2)将焙烧后的产物碾碎、适当增大所用稀硫酸的浓度、加热或搅拌等(填其中两项措施,合理即可)(3)B SiO2 Fe(OH)3 CaSO4(5)将Cu2+置换出来,除去溶液中的Cu2+(6)CaSO4 MgSO4
解析 (1)菱锌矿中的ZnCO3焙烧时可分解为氧化锌和二氧化碳,反应的化学方程式为ZnCO3 ZnO+CO2↑。(2)由于是加入硫酸浸取氧化锌,为加快“浸取”速率,可采取的措施有:将焙烧后的产物碾碎、适当增大所用稀硫酸的浓度、加热或搅拌等。(3)加入物质X的作用是中和剩余硫酸,调节溶液pH=5,为了不引进新杂质,且从经济效益等方面综合考虑可加入Ca(OH)2。当沉淀完全时,金属离子浓度小于1.0×10-5 ml·L-1,根据各金属离子的氢氧化物的Ksp大小及流程图信息可知,调节pH=5并过滤所除去的主要离子是Fe3+,又因为产物CaSO4微溶于水,杂质SiO2不溶于酸,所以滤渣①的主要成分为SiO2、Fe(OH)3、CaSO4。
2.(2022全国乙卷,26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源,通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表:
一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表:
回答下列问题:(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为 。用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因 。 (2)在“脱硫”中,加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化,原因是 。
(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(CH3COOH),还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是 ; (ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为(CH3COO)2Pb,其化学方程式为 ; (ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为(CH3COO)2Pb,H2O2的作用是 。 (4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9,滤渣的主要成分是 。 (5)“沉铅”的滤液中,金属离子有 。
(3)(ⅰ)Fe2+(ⅱ)Pb+H2O2+2CH3COOH ══(CH3COO)2Pb+2H2O(ⅲ)作还原剂(4)Al(OH)3、Fe(OH)3(5)Na+、Ba2+
(2)根据第(1)小题的解题思路,仍然根据题给溶度积常数分析,与(1)不同的是,BaSO4转化为BaCO3的平衡常数非常小,因此反应程度较小。(3)(ⅰ)H2O2有较强的氧化性,是工业生产中较为优良的氧化剂,由铅膏中含有的杂质元素可知,该步反应氧化的离子应为Fe2+。(ⅱ)由题给信息“H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为(CH3COO)2Pb”可知,反应物为Pb、H2O2、CH3COOH,生成物中有(CH3COO)2Pb,由此可写出该反应的化学方程式:Pb+H2O2+2CH3COOH ══(CH3COO)2Pb+2H2O。(ⅲ)PbO2中Pb的化合价为+4价,(CH3COO)2Pb中Pb的化合价为+2价,PbO2中Pb的化合价降低作氧化剂,因此该反应中H2O2作还原剂。
(4)由题给金属氢氧化物沉淀时的pH可知,当pH=4.9时,Fe3+、Al3+可完全沉淀,因此滤渣的主要成分是Al(OH)3、Fe(OH)3。(5)杂质中的Ba元素不能完全转化为硫酸钡,Fe、Al元素转化为氢氧化物沉淀,而反应过程中引入的金属离子只有Na+,因此沉铅后滤液中的金属离子为Na+和Ba2+。
名师点拨 1.分析化学工艺流程题的方法
2.化学工艺流程题中物质的确定(1)滤渣、滤液中成分的确定要考虑样品中原料和杂质在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:①反应过程中哪些物质(或离子)消失了;②所加试剂是否过量,离子间发生反应又产生了哪些新离子。(2)副产物的确定①从流程图示看,流程中的支线产物;②从制备的目的进行判断,不是主产品。(3)循环物质的确定①从流程图示看,箭头返回的物质;②从物质的转化上看,在流程图中加入的物质,后续步骤中又会重新生成的物质(在滤液、滤渣或气体中寻找)。
考向预测1.(物质的制备为基础的工艺流程)(2022新疆昌吉模拟)As2O3在医药、电子科技等领域有重要应用。某含砷元素(As)的工业废水[砷主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在]通过如下流程转化为粗As2O3。
已知:Ⅰ.As2S3+6NaOH ══ Na3AsO3+Na3AsS3+3H2OⅢ.砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性,能被SO2、氢碘酸等还原。
(1)As2S3中砷元素的化合价为 价。 (2)“沉砷”过程中FeS是否可以用过量的Na2S替换 (填“是”或“否”);请从平衡移动的角度解释原因: 。 (3)向滤液Ⅱ中通入氧气进行“氧化脱硫”,写出脱硫反应的离子方程式 。 (4)用SO2“还原”过程中,发生反应的化学方程式为 。 若需检验还原后溶液中是否仍存在砷酸,则还需要的实验试剂有 。
(5)“还原”后加热溶液,H3AsO3分解为As2O3,同时结晶得到粗As2O3,As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为了提高粗As2O3的沉淀率,“结晶”需要控制的具体条件是 。
(6)含砷废水也可采用另一种化学沉降法处理:向废水中先加入适量氧化剂,再加入生石灰调节pH,将砷元素转化为Ca3(AsO4)2沉淀。若沉降后上层清液中c(Ca2+)为2×10-3 ml·L-1,则溶液中 的浓度为 ml·L-1。(已知Ksp[Ca3(AsO4)2]=8×10-19)
解析 含砷废水中含有亚砷酸(H3AsO3),加入FeS可将砷元素转化为As2S3,过滤后向滤渣中加入NaOH溶液,此时As2S3溶解,FeS成为滤渣;加入NaOH溶液后,As2S3溶解得Na3AsO3和Na3AsS3;氧化脱硫后生成Na3AsO4和S,将Na3AsO4酸化生成H3AsO4,加入还原剂处理,再经一定操作最终生成As2O3。(1)As2S3中S元素显-2价,依据化合物中各元素化合价的代数和为0的原则,可计算出砷元素的化合价为+3价。
(5)从As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线可以看出,As2O3的溶解度最小的点,就是沉淀率最高的点,从而得出“结晶”需要控制的具体条件是调硫酸浓度约为7 ml·L-1,冷却至25 ℃。
2.(物质的分离提纯为基础的工艺流程)(2022广西南宁测试)抗氧化的营养元素硒(Se)是人体必需的微量元素,工业上从电解精炼铜的阳极泥(主要含Au、Ag、Cu、Se、CuSe、Ag2Se等)中提取硒,同时回收部分金属,工艺流程如下:
已知:①硒(Se)的熔点为217 ℃,沸点为684.9 ℃,带有金属光泽。②硒(Se)可做半导体材料,500 ℃时可与氧气反应。回答下列问题:(1)“硫酸化焙烧”即将阳极泥与浓硫酸混合均匀,在350~500 ℃时焙烧,为了加快该过程反应速率,该过程中可采取的措施有 、 (回答两点即可)。 (2)“烟气”的主要成分为SO2、SeO2,是焙烧中CuSe与浓硫酸反应而产生,该反应的化学方程式为 ; “吸收与还原”过程中SeO2极易溶解于水生成亚硒酸(H2SeO3),亚硒酸被烟气中的SO2还原为单质硒,若该过程中有13.44 L SO2(标准状况下)参加反应,则还原得到单质Se的质量为 g 。
(3)粗硒需用减压蒸馏提纯得到单质硒,其原因是 。 (4)上述流程中萃取与反萃取的原理为2RH+Cu2+ R2Cu+2H+,“反萃取剂”最好选用 (填化学式)溶液;“操作Ⅱ”为 、 、过滤、洗涤、干燥。
(5)已知常温下的Ag2SO4、AgCl饱和溶液中阳离子和阴离子浓度关系如图所示,其中L1表示AgCl,L2表示Ag2SO4,固体X加入NaCl溶液后,发生反应①Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+ (aq),反应①的平衡常数K= 。
答案 (1)搅拌 将阳极泥粉碎(合理即可)(2)CuSe+4H2SO4(浓) CuSO4+3SO2↑+SeO2+4H2O 23.7(3)减小压强,能够使Se在较低的温度下汽化,便于物质的分离提纯(4)H2SO4 蒸发浓缩 冷却结晶(5)1014.5
解析 向电解精炼铜的阳极泥(含有Se、Au、Ag、Cu、CuSe、Ag2Se等)中加入98%的浓硫酸并搅拌,然后通入氧气焙烧,得到的“烧渣”中含有CuSO4、Ag2SO4和Au等,得到的“烟气”中含有SO2、SeO2,烟气通入水中可得到H2SeO3溶液,SO2和H2SeO3反应生成Se和H2SO4。“粗硒”经减压蒸馏得到单质硒。向滤液中加入萃取剂使Cu2+变为R2Cu进入“有机相”,然后加入稀硫酸作反萃取剂分离得到CuSO4溶液,然后经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到胆矾。在固体X中含有Ag2SO4和Au,向其中加入NaCl溶液,发生沉淀转化Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+ (aq),得到AgCl沉淀,然后经一系列处理得到粗银。(1)“硫酸化焙烧”即将阳极泥与浓硫酸混合均匀,在350~500 ℃时焙烧,为了加快该过程的反应速率,可采取的措施有搅拌、将阳极泥粉碎等。
(3)根据已知信息可知Se的熔、沸点比较高,可利用压强对物质熔、沸点的影响,通过减小压强,使Se在较低的温度下汽化,便于物质的分离提纯。(4)根据2RH+Cu2+ R2Cu+2H+可知,增大氢离子浓度,平衡逆向移动,反萃取得到硫酸铜溶液,则“反萃取剂”最好选用H2SO4溶液;得到的水相中含有CuSO4溶液,根据CuSO4的溶解度受温度的影响变化较大,可采用的“操作Ⅱ”为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
[核心回顾]1.常见金属及其化合物的性质与用途的对应关系
2.常见非金属及其化合物的性质与用途的对应关系
[命题角度]角度1金属及其化合物的性质与用途【典例】 (2022广东卷,6)劳动开创未来。下列劳动项目与所述的化学知识没有关联的是( )
角度拓展判断下列有关物质的性质与其应用是否具有对应关系,正确的打“√”,错误的打“×”。1.(2022湖南衡阳模拟)铝的金属活动性强,可用于制作铝金属制品。( )2.(2022湖南衡阳模拟)氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料。( )
提示 用于制作铝金属制品是利用了铝的导热性、延展性等,与其活动性无关。
提示 用氧化铝作电解冶炼铝的原料是利用其在熔融状态下能导电,与其熔点高无关。
3.(2022辽宁抚顺模拟)Fe2(SO4)3易溶于水,可用作净水剂。( )4.(2022河南六市调研)“祝融号”火星探测器上使用的钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特性。( )5.(2022广东茂名二模)过氧化钠用作呼吸面具或潜水艇中的供氧剂,过氧化钠具有氧化性。( )
提示 Fe2(SO4)3用作净水剂,其原因是Fe2(SO4)3易溶于水发生电离,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体,胶体具有较强的吸附性,能吸附水中的悬浮杂质,起到净水作用。
提示 Na2O2与呼出的CO2反应生成碳酸钠和氧气,Na2O2既是氧化剂又是还原剂。
6.(2022广东粤港澳大湾区模拟)用FeCl3溶液刻蚀电路板,Cu与FeCl3溶液发生了置换反应。( )7.(2022山东德州二模)利用非金属性C>Si,工业上用C与SiO2反应制备粗Si。( )
提示 可以用FeCl3溶液刻蚀电路板,是由于Cu与FeCl3溶液发生反应: Cu+2FeCl3 ══ 2FeCl2+CuCl2,该反应的类型不是置换反应。
提示 非金属性是指非金属元素的单质在化学反应中得到电子的能力,而工业上用C与SiO2反应制备粗Si中所表现出来的是碳失去电子的能力。
8.(2022山东济南一模)小苏打不稳定,受热分解生成CO2,用于泡沫灭火器。( )9.(2022山东济南一模)Al(OH)3受热分解生成高熔点物质和水,用作塑料的阻燃剂。( )10.(2022江苏连云港调研)镁锂合金密度小、硬度和强度大,可用于制造火箭、导弹、航天器等。( )
提示 泡沫灭火器的原理是Al2(SO4)3+6NaHCO3 ══ 2Al(OH)3↓+6CO2↑+3Na2SO4,是利用Al3+和 发生相互促进的水解反应,不是利用NaHCO3的不稳定性。
角度2非金属及其化合物的性质与用途【典例】 (2021河北卷,10)关于非金属含氧酸及其盐的性质,下列说法正确的是( )A.浓硫酸具有强吸水性,能吸收糖类化合物中的水分并使其炭化B.NaClO、KClO3等氯的含氧酸盐的氧化性会随溶液的pH减小而增强C.加热NaI与浓磷酸混合物可制备HI,说明H3PO4比HI酸性强D.浓硝酸和稀硝酸与Cu反应的还原产物分别为NO2和NO,故稀硝酸氧化性更强
角度拓展判断下列有关物质的性质与其应用是否具有对应关系,正确的打“√”,错误的打“×”。1.(2022内蒙古包头二模)用活性炭去除冰箱中的异味,活性炭具有杀菌消毒的作用。( )2.(2022内蒙古包头二模)用“84”消毒液对学校桌椅消毒,含氯消毒剂具有强氧化性。( )
提示 用活性炭去除冰箱中的异味是由于活性炭表面积大,吸附力强,能够吸附异味,但不具有杀菌消毒作用。
3.(2022江苏南京模拟)Cl2能溶于水,可用于工业制盐酸。( )4.(2022江苏南京模拟)HClO不稳定,可用于漂白棉、麻等。( )5.(2022湖北黄石模拟)硝酸见光易分解,可用于制氮肥。( )6.(2022湖北黄石模拟)二氧化氮密度比空气大,可用于制硝酸。( )
提示 Cl2用于工业制盐酸是利用Cl2与H2反应生成HCl,与Cl2的水溶性无关。
提示 HClO用于漂白棉、麻是利用了其强氧化性,与HClO的不稳定性无关。
提示 N为植物生长的营养元素,则硝酸可用于制氮肥,与硝酸见光易分解的性质无关,见光易分解是硝酸的不稳定性。
提示 二氧化氮能与水反应生成硝酸,可用于制硝酸,与其密度比空气大无关。
7.(2022山东聊城一模)SO2具有漂白性,可用作葡萄酒的添加剂。( )8.(2022江苏四市调研)浓硫酸具有脱水性,可用作干燥剂。( )
提示 葡萄酒中的少量SO2具有防腐、抗氧化的作用,且少量的SO2对人体是无害的,不是因为二氧化硫的漂白性。
提示 浓硫酸用作干燥剂是利用浓硫酸的吸水性而不是脱水性。
[核心回顾]基于元素及其化合物的“价—类”二维图,从物质类别、元素化合价两个维度掌握元素及其化合物的性质及相互转化关系。
1.钠及其重要化合物
2.铁及其重要化合物
3.铝及其重要化合物
4.氯及其重要化合物
5.硫及其重要化合物
6.氮及其重要化合物
[命题角度]角度1金属及其化合物的性质与转化【典例】 (2021广东卷,10)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
角度拓展1.(2022四川宜宾模拟)“价—类”二维图是学习元素及其化合物知识的重要模型,下图为铁元素的“价—类”二维图,判断正误:
(1)铁丝在少量氧气中燃烧生成FeO。( )(2)Fe(OH)2在潮湿的空气中容易转化为Fe(OH)3。( )(3)含 的盐具有强氧化性,可用于自来水的杀菌、消毒和净化。( )
提示 (1)铁丝在氧气中燃烧,无论O2是否足量,反应均生成Fe3O4。
2.(2022辽宁营口模拟)下图为铁元素的“价—类”二维图,其中的箭头表示部分物质间的转化关系,判断下列说法的正误:
(1)铁与高温水蒸气的反应可实现上述转化①。( )(2)FeO不稳定,在空气中受热迅速转化为Fe2O3。( )(3)加热Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3加水也能转化为Fe(OH)3。 ( )(4) Fe2+遇氯水、H2O2溶液、酸性KMnO4溶液等强氧化剂可转化为Fe3+ 。( )
提示 (1)铁与高温水蒸气的反应生成Fe3O4和氢气。(2)FeO不稳定,在空气中受热迅速转化为Fe3O4。(3)Fe(OH)3难溶于水,加热Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3与水不反应。
角度2非金属及其化合物的性质与转化【典例】 (2022辽宁本溪模拟)下图是某元素常见物质的“价—类”二维图,其中d为红棕色气体,f和g均为正盐且焰色反应为黄色。。下列说法不正确的是( )
A.e的浓溶液可以用铝槽车运输B.气体a、c均可用浓硫酸干燥C.常温下,将充满d的密闭烧瓶置于冰水中,烧瓶内红棕色变浅D.d可与NaOH溶液反应生成f和g
提示 d为红棕色气体,且是+4价氧化物,则d为NO2;结合图中物质元素化合价及物质类别推知,a为NH3,b为N2,c为NO,e为HNO3。f和g均为正盐且焰色试验都为黄色,则含Na元素,结合图示推知,f为NaNO3,g为NaNO2。
角度拓展1.(2022山东泰安三模)在“价—类”二维图中融入“杠杆模型”,可直观辨析部分物质转化及其定量关系。如图中的字母分别代表硫及其常见化合物,判断相关推断是否正确:
(1)b既具有氧化性又具有还原性。( )(2)硫酸型酸雨的形成过程涉及b到c的转化。( )(3)a溶液与b溶液反应过程中有淡黄色沉淀生成。( )(4)d在加热时与强碱溶液反应生成e和f,且n(e)∶n(f)=1∶2。( )
2.(2022陕西渭南第一次模拟)“价—类”二维图是学习元素化合物的工具,a~ g 分别表示氮元素的不同价态所对应的物质,其关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.f属于强电解质B.可用湿润的蓝色石蕊试纸检验aC.b常温下可转化为c从而实现氮的固定D.通过a与c、d反应可以消除氮氧化物污染
提示 由“价—类”二维图可知,a为NH3,b为N2,c为NO,d为NO2,e为HNO3。NH3·H2O为弱碱,为弱电解质,A错误;检验NH3应使用湿润的红色石蕊试纸,B错误;N2在常温下不能转化为NO,C错误;氨气和一氧化氮或二氧化氮在一定条件下可以反应生成无污染的氮气和水,故可以消除氮氧化物污染,D正确。
——突破一 命题篇——
新教材新考向 元素及其化合物的性质、转化与应用1.元素及其化合物的性质与应用基于“结构决定性质,性质决定用途”,认识元素及其化合物的性质与应用的对应关系,分析和探讨某些化学过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响,并对这些影响从多个方面进行评估,从而更加科学、合理地选择和应用物质及其变化。
典例突破1(2022山东烟台一模)下列关于物质的应用分析错误的是( )A.常温下,用铁槽车运输浓硝酸利用了浓硝酸的强氧化性B.用维生素C做NaNO2中毒的急救药是利用了维生素C的强还原性C.用FeCl3止血是因为其能水解生成Fe(OH)3D.用甘油做皮肤保湿剂是因为甘油中有多个羟基
答案 C解析 常温下,铁在浓硝酸中发生钝化,铁表面生成的致密氧化膜可阻止内层铁与浓硝酸继续反应,体现浓硝酸的强氧化性,A正确;NaNO2具有强氧化性,用维生素C作急救药,利用了维生素C的强还原性,B正确;血液是胶体,FeCl3是电解质,用FeCl3止血利用了电解质可使胶体发生聚沉的性质,与FeCl3水解生成Fe(OH)3无关,C错误;甘油(丙三醇)的一个分子中有3个羟基,可与水形成分子间氢键,故常用甘油做皮肤保湿剂,D正确。
2.元素及其化合物的性质与转化基于“价—类”二维图,从物质类别、元素化合价的角度,依据氧化还原反应的转化规律和复分解反应原理,预测钠、铁、铝及其化合物,以及氯、硫、氮及其化合物的性质及物质之间的转化,从物质类别和元素化合价变化的视角说明物质的转化路径。
典例突破2(2022辽宁名校协作体联考)下图是硫元素部分“价—类”二维图。下列相关说法错误的是( )
A.图中C和D两点对应的物质可能互相反应生成硫单质B.可以实现B→E→A→B物质循环C.图中A点对应的物质可以使品红溶液褪色D.化学式为Na2S2O3的物质在图中对应点为F点,可表现出强氧化性
答案 D解析 C为H2S,D为H2SO3,二者可以发生归中反应生成硫单质,A正确;B为SO3,E为H2SO4,A为SO2,SO3与水反应生成H2SO4,H2SO4与还原剂反应可以得到SO2,SO2发生催化氧化反应可以生成SO3,B正确;A为SO2,可以漂白品红溶液,C正确;Na2S2O3中硫元素的平均化合价为+2价,对应的点为F点,该物质既有氧化性又有还原性,但是氧化性较弱,D错误。
新材料新情境 “神舟十三号”与新材料新材料 北京时间2022年4月16日9时56分,“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,大量新材料的使用助力“神舟十三号”载人飞船执行任务取得圆满成功。飞船的“推进舱”使用大量碳纤维复合材料,“返回舱”侧壁金属壳体使用了铝合金材料,“轨道舱”窗口使用了耐辐射石英玻璃,部分装置使用了钛合金材料。
判断(1)“神舟十三号”飞船使用的碳纤维材料和石英玻璃都属于无机非金属材料。( )(2)“神舟十三号”飞船使用铝合金和钛合金材料,利用了其高强度、高韧性、耐腐蚀以及超塑性等性质。( )
典例突破3(2022新疆乌鲁木齐一模)2021年10月16日,“神舟十三号”载人飞船成功发射,标志着中国太空计划再次迈出重要一步。下列说法不正确的是( )A.舱外航天服使用的镀铝胶布是一种复合材料B.飞船采用了大量的碳纤维复合产品,原因之一是这类产品密度小、强度高C.返回舱表面的烧蚀层可以保护返回舱不因高温而烧毁,因为这种材料硬度大D.硅橡胶密封材料因其既耐高温又耐低温在飞船上得到了很好的应用
答案 C解析 镀铝胶布是一种复合材料,A正确;制造飞船要求材料密度小且强度高,B正确;返回舱在返回地面的时候,外面的涂层和空气摩擦会产生高温,因此要求其可以承受较高的温度,对硬度要求不大,C错误;外太空温差较大,故需要可以耐高温和耐低温的材料,D正确。
——突破二 解题篇——
素养命题+题型突破1.化学工艺流程的“微设计”及分析(证据推理与模型认知)化学工艺流程“微设计”是基于元素及其化合物的性质与转化而设计,依据氧化还原反应规律和复分解反应原理,分析物质的性质及物质之间的转化,立足工艺流程的目的(制备或提纯物质),从问题和“微设计”出发,运用化学实验、理论模型等方法进行探索,提升解决实际问题的能力。
典例突破1(2022湖南卷,7)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:下列说法错误的是( )A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
答案 C解析 HF能与陶瓷中的SiO2反应,故吸收塔不宜用陶瓷作内衬材料,A项说法正确;溶液喷淋可以使烟气与溶液充分接触,提高吸收效率,B项说法正确;烟气(含HF)通入吸收塔,加入过量的碳酸钠,发生的反应为Na2CO3+HF ══ NaF+NaHCO3,合成槽中的反应为NaAlO2+6NaF+4NaHCO3 ══ Na3AlF6↓+4Na2CO3+2H2O,C项说法错误;滤液中主要成分为Na2CO3,可以进入吸收塔回收利用,D项说法正确。
方法点拨化工流程“微设计”及分析侧重考查物质的性质与转化、物质的分离与提纯、氧化还原反应、离子反应等。(1)化工流程“微设计”的一般思路
(2)抓住“六个”关键,突破化工流程“微设计”类题目
针对训练1(2022山东济宁一模)2022年北京冬奥会国家速滑馆又称为“冰丝带”,所用的碲化镉(CdTe)发电玻璃被誉为“挂在墙上的油田”。一种以镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO杂质)为原料制备镉的工艺流程如图所示:
已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH
下列说法错误的是( )A.调节pH=5目的是除去Cu等杂质元素B.“滤渣2”的主要成分为MnO2C.“置换”后滤液溶质的主要成分是ZnSO4D.“熔炼”过程利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离
答案 B解析 根据工艺流程图,镉废渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO等),加入硫酸溶解生成多种硫酸盐,加入石灰乳调节pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4;在滤液中加入KMnO4,把Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化为MnO2;向滤液中加入锌置换出Cd,得到海绵镉,用氢氧化钠溶解海绵镉中含有的锌,得到Cd和Na2ZnO2。调节pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4,A正确;向滤液中加入KMnO4,将Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化为MnO2,则“滤渣2”的主要成分为MnO2、Fe(OH)3,B错误;向滤液中加入锌置换出Cd,“置换”后滤液中溶质的主要成分是ZnSO4,C正确;用氢氧化钠溶解海绵镉中含有的锌,“熔炼”过程利用Cd与Na2ZnO2的密度差异可以将二者分离,D正确。
2.化学实验的“微设计”及分析(科学探究与创新意识)化学实验的“微设计”是基于物质的制备及性质而设计,侧重考查物质的性质及转化、实验操作及目的、实验现象及原因等;要求考生根据实验现象或数据对物质的性质及变化进行合理分析、推理,侧重考查实验探究能力和创新意识。
典例突破2(2022湖北部分重点学校二模)溴化亚铁(FeBr2)是一种常用的催化剂,易潮解变质,800 ℃以上可升华,高温时溴化铁(FeBr3)迅速分解可生成溴化亚铁。利用如图所示装置制备溴化亚铁(部分夹持仪器未画出),下列说法错误的是( )
A.若用浓硫酸代替浓磷酸,则会导致产品的纯度降低B.常温下浓硫酸比浓磷酸黏度较大主要是由于分子间有氢键C.浓磷酸在与溴化钠反应中体现了难挥发性D.碱石灰不能用无水氯化钙代替
解析 浓磷酸和NaBr反应可制备HBr,经过安全瓶及干燥后,HBr在加热条件下与铁反应生成FeBr2,发生反应Fe+2HBr FeBr2+H2,碱石灰用来吸收未反应的HBr,并防止空气中的水蒸气进入装置,实验结束时要关闭热源并继续通入氮气一段时间,使装置中残留的溴化氢被充分吸收,避免造成污染。若将浓磷酸换成浓硫酸,会发生副反应:2NaBr+2H2SO4(浓) SO2↑+Br2+2H2O+Na2SO4,生成的SO2与铁不反应,溴与铁反应生成的FeBr3在高温下会迅速分解生成FeBr2,对产品的纯度无影响,A错误;分子间有氢键的液体物质,一般黏度较大,常温下浓硫酸比浓磷酸黏度较大主要是由于分子间有氢键,B正确;浓磷酸能用于制备HBr的原因是浓磷酸具有难挥发性,从而生成易挥发的HBr,C正确;碱石灰是用来吸收未反应的HBr,而无水CaCl2不能吸收HBr,D正确。
方法点拨化学实验的“微设计”及分析是高考实验选择题的重点题型之一,此类试题大多以某种气体(如Cl2、SO2、NH3等)的制备为基础,再利用气体为原料制备其他物质或探究该气体的性质。(1)化学实验“微设计”的一般思路
(2)突破化学实验“微设计”类题的四个步骤
针对训练2(2022河南洛阳二模)Li和N2在450 ℃时反应制得储氢材料Li3N,Li3N易水解,在空气中加热可发生剧烈燃烧。下图是某实验小组设计的实验室制备少量Li3N的装置图。下面有关说法不正确的是( )
A.洗气瓶a中盛放NaOH溶液B.浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气和氧气进入d,避免Li3N水解和燃烧C.反应时,先对d加热,再点燃c处酒精灯D.取少量反应后的固体,滴加酚酞溶液,若溶液变红不能说明反应后固体中含Li3N
答案 C解析 装置a的作用是除去空气中的CO2,可盛放NaOH溶液,装置b中盛有碱石灰等用于除去水蒸气,A正确;Li3N易水解,在空气中加热时能剧烈燃烧,故浓硫酸的作用是防止空气中的水蒸气和氧气进入d,避免Li3N水解和燃烧,B正确;反应时先点燃c处酒精灯,利用铜粉除去装置内的O2,再对d加热,使Li与N2反应生成Li3N,C错误;Li能与水反应生成LiOH和H2,溶液显碱性,也能使酚酞变红,D正确。
——突破三 热点专攻——
化学工艺流程及分析高考必备1.命题分析化学工艺流程题是高考热点题型之一,主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力,具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。该题型不但能综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识,而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力及逻辑推理能力。
2.化学工艺流程题的基本结构
3.化学工艺流程题中的重要操作及目的
4.化学工艺流程题中常考操作及答题角度
5.控制反应温度的目的(1)防止副反应的发生。使化学平衡发生移动,控制化学反应的方向。(2)控制固体的溶解与结晶。(3)控制反应速率:使催化剂达到最大活性。(4)升温:促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点而挥发。(5)加热煮沸:促进水解,聚沉后利于过滤分离。(6)趁热过滤:减少因降温而析出的溶质的量。(7)降温:防止物质高温分解或挥发;降温(或减压)可以减少能源成本,降低对设备的要求。
真题感悟1.(2022全国甲卷,26)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料,在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备,菱锌矿的主要成分为ZnCO3,杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下:
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表:
回答下列问题:(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 。 (2)为了提高锌的浸取效果,可采取的措施有 、 。 (3)加入物质X调溶液pH=5,最适宜使用的X是 (填字母)。 A.NH3·H2OB.Ca(OH)2C.NaOH滤渣①的主要成分是 、 、 。
(4)向80~90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤,滤渣②中有MnO2,该步反应的离子方程式为 。 (5)滤液②中加入锌粉的目的是 。 (6)滤渣④与浓硫酸反应可以释放HF并循环利用,同时得到的副产物是 、 。
答案 (1)ZnCO3 ZnO+CO2↑(2)将焙烧后的产物碾碎、适当增大所用稀硫酸的浓度、加热或搅拌等(填其中两项措施,合理即可)(3)B SiO2 Fe(OH)3 CaSO4(5)将Cu2+置换出来,除去溶液中的Cu2+(6)CaSO4 MgSO4
解析 (1)菱锌矿中的ZnCO3焙烧时可分解为氧化锌和二氧化碳,反应的化学方程式为ZnCO3 ZnO+CO2↑。(2)由于是加入硫酸浸取氧化锌,为加快“浸取”速率,可采取的措施有:将焙烧后的产物碾碎、适当增大所用稀硫酸的浓度、加热或搅拌等。(3)加入物质X的作用是中和剩余硫酸,调节溶液pH=5,为了不引进新杂质,且从经济效益等方面综合考虑可加入Ca(OH)2。当沉淀完全时,金属离子浓度小于1.0×10-5 ml·L-1,根据各金属离子的氢氧化物的Ksp大小及流程图信息可知,调节pH=5并过滤所除去的主要离子是Fe3+,又因为产物CaSO4微溶于水,杂质SiO2不溶于酸,所以滤渣①的主要成分为SiO2、Fe(OH)3、CaSO4。
2.(2022全国乙卷,26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb,还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源,通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表:
一定条件下,一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表:
回答下列问题:(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为 。用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因 。 (2)在“脱硫”中,加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化,原因是 。
(3)在“酸浸”中,除加入醋酸(CH3COOH),还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是 ; (ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为(CH3COO)2Pb,其化学方程式为 ; (ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为(CH3COO)2Pb,H2O2的作用是 。 (4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9,滤渣的主要成分是 。 (5)“沉铅”的滤液中,金属离子有 。
(3)(ⅰ)Fe2+(ⅱ)Pb+H2O2+2CH3COOH ══(CH3COO)2Pb+2H2O(ⅲ)作还原剂(4)Al(OH)3、Fe(OH)3(5)Na+、Ba2+
(2)根据第(1)小题的解题思路,仍然根据题给溶度积常数分析,与(1)不同的是,BaSO4转化为BaCO3的平衡常数非常小,因此反应程度较小。(3)(ⅰ)H2O2有较强的氧化性,是工业生产中较为优良的氧化剂,由铅膏中含有的杂质元素可知,该步反应氧化的离子应为Fe2+。(ⅱ)由题给信息“H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为(CH3COO)2Pb”可知,反应物为Pb、H2O2、CH3COOH,生成物中有(CH3COO)2Pb,由此可写出该反应的化学方程式:Pb+H2O2+2CH3COOH ══(CH3COO)2Pb+2H2O。(ⅲ)PbO2中Pb的化合价为+4价,(CH3COO)2Pb中Pb的化合价为+2价,PbO2中Pb的化合价降低作氧化剂,因此该反应中H2O2作还原剂。
(4)由题给金属氢氧化物沉淀时的pH可知,当pH=4.9时,Fe3+、Al3+可完全沉淀,因此滤渣的主要成分是Al(OH)3、Fe(OH)3。(5)杂质中的Ba元素不能完全转化为硫酸钡,Fe、Al元素转化为氢氧化物沉淀,而反应过程中引入的金属离子只有Na+,因此沉铅后滤液中的金属离子为Na+和Ba2+。
名师点拨 1.分析化学工艺流程题的方法
2.化学工艺流程题中物质的确定(1)滤渣、滤液中成分的确定要考虑样品中原料和杂质在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:①反应过程中哪些物质(或离子)消失了;②所加试剂是否过量,离子间发生反应又产生了哪些新离子。(2)副产物的确定①从流程图示看,流程中的支线产物;②从制备的目的进行判断,不是主产品。(3)循环物质的确定①从流程图示看,箭头返回的物质;②从物质的转化上看,在流程图中加入的物质,后续步骤中又会重新生成的物质(在滤液、滤渣或气体中寻找)。
考向预测1.(物质的制备为基础的工艺流程)(2022新疆昌吉模拟)As2O3在医药、电子科技等领域有重要应用。某含砷元素(As)的工业废水[砷主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在]通过如下流程转化为粗As2O3。
已知:Ⅰ.As2S3+6NaOH ══ Na3AsO3+Na3AsS3+3H2OⅢ.砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性,能被SO2、氢碘酸等还原。
(1)As2S3中砷元素的化合价为 价。 (2)“沉砷”过程中FeS是否可以用过量的Na2S替换 (填“是”或“否”);请从平衡移动的角度解释原因: 。 (3)向滤液Ⅱ中通入氧气进行“氧化脱硫”,写出脱硫反应的离子方程式 。 (4)用SO2“还原”过程中,发生反应的化学方程式为 。 若需检验还原后溶液中是否仍存在砷酸,则还需要的实验试剂有 。
(5)“还原”后加热溶液,H3AsO3分解为As2O3,同时结晶得到粗As2O3,As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线如图所示。为了提高粗As2O3的沉淀率,“结晶”需要控制的具体条件是 。
(6)含砷废水也可采用另一种化学沉降法处理:向废水中先加入适量氧化剂,再加入生石灰调节pH,将砷元素转化为Ca3(AsO4)2沉淀。若沉降后上层清液中c(Ca2+)为2×10-3 ml·L-1,则溶液中 的浓度为 ml·L-1。(已知Ksp[Ca3(AsO4)2]=8×10-19)
解析 含砷废水中含有亚砷酸(H3AsO3),加入FeS可将砷元素转化为As2S3,过滤后向滤渣中加入NaOH溶液,此时As2S3溶解,FeS成为滤渣;加入NaOH溶液后,As2S3溶解得Na3AsO3和Na3AsS3;氧化脱硫后生成Na3AsO4和S,将Na3AsO4酸化生成H3AsO4,加入还原剂处理,再经一定操作最终生成As2O3。(1)As2S3中S元素显-2价,依据化合物中各元素化合价的代数和为0的原则,可计算出砷元素的化合价为+3价。
(5)从As2O3在不同温度和不同浓度硫酸中的溶解度(S)曲线可以看出,As2O3的溶解度最小的点,就是沉淀率最高的点,从而得出“结晶”需要控制的具体条件是调硫酸浓度约为7 ml·L-1,冷却至25 ℃。
2.(物质的分离提纯为基础的工艺流程)(2022广西南宁测试)抗氧化的营养元素硒(Se)是人体必需的微量元素,工业上从电解精炼铜的阳极泥(主要含Au、Ag、Cu、Se、CuSe、Ag2Se等)中提取硒,同时回收部分金属,工艺流程如下:
已知:①硒(Se)的熔点为217 ℃,沸点为684.9 ℃,带有金属光泽。②硒(Se)可做半导体材料,500 ℃时可与氧气反应。回答下列问题:(1)“硫酸化焙烧”即将阳极泥与浓硫酸混合均匀,在350~500 ℃时焙烧,为了加快该过程反应速率,该过程中可采取的措施有 、 (回答两点即可)。 (2)“烟气”的主要成分为SO2、SeO2,是焙烧中CuSe与浓硫酸反应而产生,该反应的化学方程式为 ; “吸收与还原”过程中SeO2极易溶解于水生成亚硒酸(H2SeO3),亚硒酸被烟气中的SO2还原为单质硒,若该过程中有13.44 L SO2(标准状况下)参加反应,则还原得到单质Se的质量为 g 。
(3)粗硒需用减压蒸馏提纯得到单质硒,其原因是 。 (4)上述流程中萃取与反萃取的原理为2RH+Cu2+ R2Cu+2H+,“反萃取剂”最好选用 (填化学式)溶液;“操作Ⅱ”为 、 、过滤、洗涤、干燥。
(5)已知常温下的Ag2SO4、AgCl饱和溶液中阳离子和阴离子浓度关系如图所示,其中L1表示AgCl,L2表示Ag2SO4,固体X加入NaCl溶液后,发生反应①Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+ (aq),反应①的平衡常数K= 。
答案 (1)搅拌 将阳极泥粉碎(合理即可)(2)CuSe+4H2SO4(浓) CuSO4+3SO2↑+SeO2+4H2O 23.7(3)减小压强,能够使Se在较低的温度下汽化,便于物质的分离提纯(4)H2SO4 蒸发浓缩 冷却结晶(5)1014.5
解析 向电解精炼铜的阳极泥(含有Se、Au、Ag、Cu、CuSe、Ag2Se等)中加入98%的浓硫酸并搅拌,然后通入氧气焙烧,得到的“烧渣”中含有CuSO4、Ag2SO4和Au等,得到的“烟气”中含有SO2、SeO2,烟气通入水中可得到H2SeO3溶液,SO2和H2SeO3反应生成Se和H2SO4。“粗硒”经减压蒸馏得到单质硒。向滤液中加入萃取剂使Cu2+变为R2Cu进入“有机相”,然后加入稀硫酸作反萃取剂分离得到CuSO4溶液,然后经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到胆矾。在固体X中含有Ag2SO4和Au,向其中加入NaCl溶液,发生沉淀转化Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+ (aq),得到AgCl沉淀,然后经一系列处理得到粗银。(1)“硫酸化焙烧”即将阳极泥与浓硫酸混合均匀,在350~500 ℃时焙烧,为了加快该过程的反应速率,可采取的措施有搅拌、将阳极泥粉碎等。
(3)根据已知信息可知Se的熔、沸点比较高,可利用压强对物质熔、沸点的影响,通过减小压强,使Se在较低的温度下汽化,便于物质的分离提纯。(4)根据2RH+Cu2+ R2Cu+2H+可知,增大氢离子浓度,平衡逆向移动,反萃取得到硫酸铜溶液,则“反萃取剂”最好选用H2SO4溶液;得到的水相中含有CuSO4溶液,根据CuSO4的溶解度受温度的影响变化较大,可采用的“操作Ⅱ”为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
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