2019年高考化学二轮复习专题05元素化合物与化工流程考点讲解学案.doc
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1、1专题 5 元素化合物与化工流程【考情报告】考查角度 考查内容 命题特点无机化工流程中的物质的分离、制备等实验基本操作、物质转化分析、离子方程书写、关系式法计算等无机工业流程中的除杂、提纯、分离等物质分离提纯方法、仪器、基本操作、离子方程式、物质转化、计算等无机工艺流程题已逐渐成为高考试卷的主角,尤其是 2013 年的高考中,全国 15 套理综(化学)试卷,含有无机化工流程题就有 13 套。该类型题目的特点是:1.试题源于生产实际,以解决课堂互动探究化学实际问题为思路进行设问,充分体现了理论与实践相结合的观点。2.试题内容丰富,涉及基础知识较为全面,综合度高,较好地考查学生对“双基”的掌握情况
2、。3.题目难度为中等以上,分值较大,区分度强。预计 2019 高考中更为命题中心青睐。【考向预测】化学工艺流程试题是各地新课程改革催生的一种新题型,也是目前各省市高考试题的普遍选择,成为近几年高考的热点,所占的分值也相当重。但由于此类试题陌生度高,对学生的能力要求也大,加上有的试题文字量大,学生在没做之前往往就会产生畏惧感,所以这类题的得分不是很理想。无机工业流程题以真实的工业生产过程为背景,体现能力立意的命题为指导思想,能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。这类题常呈现的形式:流程图、表格、图像,常围绕以下几个知识点进行设问:(1)反应速率与平衡理论
3、的运用;反应物颗粒大小:反应速率、原料的利用率等温度:反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等(2)氧化还原反应的判断、陌生化学方程式或离子方程式的书写;(3)利用控制 pH 分离除杂;(4)化学反应的能量变化;(5)实验基本操作:除杂、分离、检验、洗涤、干燥等;(6)流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用;(7)环境保护与绿色化学评价。由于无机化工流程题很好的贯彻了考试大纲和命题中心的“能力考查”的指导思想,且命制试题材料2新颖、综合度较高、社会反响较好。迅速成为各地新课程考试的“宠儿” 。预计 2014 高考中,命制化工流程题的省份将更多,大多以工业生产流程中某些金属及其化合物的分离提纯、制
4、备等知识为载体,综合考察实验基础、条件控制、重要化学性质、反应原理、绿色化学思想、守恒计算等知识。复习时要做针对性复习和训练。【经典在线】1.知识梳理化学工艺流程试题就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。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);题干部分主要用框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置成系列问题,构成一道完整的化学试题。高考中“化学工艺流程试题”命题内容广泛,密
5、切联系生产、生活实际,设问方式灵活,充分体现了“化学是真实的”的命题指导思想,主要特征如下:(1)以化工生产为背景,用框图的形式表述生产流程,主题内容广泛,密切联系生产、生活实际,题材丰富。(2)工艺流程所包含的学科知识比较基础,具有一定的代表性和典型性,流程图中可能出现超纲知识,但试题设问时不会涉及。(4)解答流程题不必将图中每一种物质都推出,一般是问什么推什么。试题的设问一般没有“连带效应” ,即前一问不会回答没关系,不影响后面回答问题。主要考查学生对已学知识的掌握、理解、迁移、转换、重组和解决实际问题的能力。1、工业生产流程主线规律:主线主产品、分支副产品、回头为循环(有进有出是循环、只
6、出不进是产品)核心考点:物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制2解答无机化工流程试题的程序基本步骤:从题干中获取有用信息,了解生产的产品。然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A、反应物是什么 B、发生了什么反应 C、该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。从问题中获取信息,帮助解题。解题思路: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的产物的物理或化学性质结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点 33熟悉工业流程常见的操作与名词工业流程
7、题目在流程上一般分为 3 个过程: 原 料 处 理 分 离 提 纯 获 得 产 品(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词加快反应速率:矿石的粉碎。溶解:通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸:与水接触反应或溶解。浸出:固体加水(酸)溶解得到离子。浸出率:固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少(更多转化)。酸浸:在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的溶解过程。灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解。控制反应条件的方法:加入反应的物质调节 PH 值。(2)分离提纯阶段的常见考点调 pH 值除杂a控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物
8、沉淀例如:已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的 pH 如下表所示物质 开始沉淀 沉淀完全Fe(OH)3 2.7 3.7Fe(OH)2 7.6 9.6Mn(OH)2 8.3 9.8若要除去 Mn2 溶液中含有的 Fe2 ,应该怎样做?提示:先用氧化剂把 Fe2 氧化为 Fe3 ,再调溶液的 pH 到 3.7。b调节 pH 所需的物质一般应满足两点:能与 H 反应,使溶液 pH 值增大;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、Cu 2(OH)2CO3等物质来调节溶液的 pH 值。试剂除杂加热:加快反应速率或促进平衡向某个方向移动如果在制备过程中出
9、现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。如:侯德榜制碱中的NaHCO3;还有如 H2O2、Ca(HCO 3)2、KMnO 4、AgNO 3、HNO 3(浓)等物质。降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动萃取(3)获得产品阶段的常见考点:洗涤(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出 FeCl3、AlCl 3、MgCl 2等溶质时,应在 HCl 的气4流中加热,以防其水解。蒸发浓缩、冷却结晶:如除去 KNO3中的少量 NaCl。蒸发结晶、趁热过滤:如除去 NaCl 中的少
10、量 KNO3。重结晶(4)其他常见考点化学方程式 实验仪器 计算 信息 4注重答案的文字叙述规范(1)洗涤沉淀:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作 23 次。(2)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。(3)在写某一步骤是为了除杂时,应该注明“是为了除去 XX 杂质” ,只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式,注意配平。2.经典精讲例 1、 【2018 新课标 1 卷】焦亚硫酸钠(Na 2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3过饱和溶液
11、经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的 SO2生产 Na2S2O5的工艺为:pH=4.1 时,中为_溶液(写化学式) 。工艺中加入 Na2CO3固体、并再次充入 SO2的目的是_。(3)制备 Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2碱吸收液中含有 NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的 NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。调 pH 约为 5适量高锰酸钾溶液过滤5(4)Na 2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5残留量时,取 50.00 mL 葡萄酒样品,用 0.
12、01000 molL1的碘标准液滴定至终点,消耗 10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中 Na2S2O5的残留量为_gL 1(以 SO2计) 。【答案】2NaHSO 3Na 2S2O5+H2O NaHSO3 得到 NaHSO3过饱和溶液 2H 2O4e 4H +O2 a S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H 0.128详解:(1)亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠,根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3Na 2S2O5+H2O;(2)碳酸钠饱和溶液吸收 SO2后的溶液显酸性,说明生成物是酸式盐,即中为 NaHSO3;要制备焦亚硫酸钠,需要制备亚硫酸
13、氢钠过饱和溶液,因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到 NaHSO3过饱和溶液;6例 2、 【2018 江苏卷】以高硫铝土矿(主要成分为 Al2O3、Fe 2O3、SiO 2,少量 FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得 Fe3O4的部分工艺流程如下:(1)焙烧过程均会产生 SO2,用 NaOH 溶液吸收过量 SO2的离子方程式为_。(2)添加 1%CaO 和不添加 CaO 的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如题 16 图所示。已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于 600 硫去除率=(1 )100%不添加 CaO 的矿粉在低于 500 焙烧时,去除的硫元素主要来源于
14、_。700焙烧时,添加 1%CaO 的矿粉硫去除率比不添加 CaO 的矿粉硫去除率低,其主要原因是_。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量 CO2,铝元素存在的形式由_(填化学式)转化为_(填化学式) 。(4) “过滤”得到的滤渣中含大量的 Fe2O3。Fe 2O3与 FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4和 SO2,7理论上完全反应消耗的 n(FeS 2) n(Fe 2O3)=_。【答案】 (1)SO 2+OH HSO3(2)FeS 2硫元素转化为 CaSO4而留在矿粉中(3)NaAlO 2 Al(OH)3(4)116添加 CaO,CaO 起固硫作用,根据硫去除率的含义,700焙烧时
15、,添加 1%CaO 的矿粉硫去除率比不添加 CaO 的矿粉硫去除率低。(3) “碱浸”时 Al2O3、SiO 2转化为溶于水的 NaAlO2、Na 2SiO3,向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,CO 2与 NaAlO2反应生成 NaHCO3和 Al(OH) 3。(4)Fe 2O3与 FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4和 SO2,反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O3 11Fe3O4+2SO2。详解:(1)过量 SO2与 NaOH 反应生成 NaHSO3和 H2O,反应的化学方程式为 SO2+NaOH=NaHSO3,离子方程式为 SO2+OH-=HSO3-。(4)Fe 2O3
16、与 FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成 Fe3O4和 SO2,反应的化学方程式为8FeS2+16Fe2O3 11Fe3O4+2SO2,理论上完全反应消耗的 n(FeS 2):n(Fe 2O3)=1:16。例 3、氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为 MgCO3,含少量 FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为 。(2)加入 H2O2氧化时,发生反应的化学方程式为 。(3)滤渣 2 的成分是 (填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应:2MgSO4C 2MgO2SO 2CO 2MgSO4
17、C MgOSO 2COMgSO43C MgOS3CO利用右图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。D 中收集的气体可以是 (填化学式)。B 中盛放的溶液可以是 (填字母)。a.NaOH 溶液 b.Na 2CO3溶液 c.稀硝酸 d.KMnO 4溶液A 中得到的淡黄色固体与热的 NaOH 溶液反应,产物中元素最高价态为4,写出该反应的离子方程式: 。答案:(1)MgCO 32H = Mg2 CO 2H 2O(2)2FeSO4H 2O2H 2SO4= Fe2(SO4)32H 2O(3)Fe(OH)3(4)CO d 3S6OH 2S2 SO 32 3H 2O9例 4、 【2018 北京卷】磷精矿湿
18、法制备磷酸的一种工艺流程如下:已知:磷精矿主要成分为 Ca5(PO4)3(OH),还含有 Ca5(PO4)3F 和有机碳等。溶解度:Ca 5(PO4)3(OH)”或“” ) 。结合元素周期律解释中结论:P 和 S 电子层数相同,_。(3)酸浸时,磷精矿中 Ca5(PO4)3F 所含氟转化为 HF,并进一步转化为 SiF4除去。写出生成 HF 的化学方程式:_。(4)H 2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为 CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80后脱除率变化的原因:_。(5)脱硫时,CaCO 3稍过量,充分反应后仍有 SO42残留,原因是_;
19、加入 BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是_。(6)取 a g 所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用 b molL1NaOH 溶液滴定至10终点时生成 Na2HPO4,消耗 NaOH 溶液 c mL,精制磷酸中 H3PO4的质量分数是_。 (已知:H3PO4摩尔质量为 98 gmol1)【答案】 研磨、加热 核电荷数 PS,原子半径 PS,得电子能力 PS,非金属性 PS 2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF 80 后,H 2O2分解速率大,浓度显著降低 CaSO 4微溶 BaCO 3+S+2H3PO4
20、BaSO4+CO2+H 2O+2 -4 0.9bca【解析】分析:磷精矿粉酸浸后生成粗磷酸和磷石膏,粗磷酸经过脱有机碳、脱硫等步骤获得精制磷酸。(1)根据外界条件对化学反应速率的影响分析,流程中能加快反应速率的措施有:研磨、加热。(2)根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律,酸性:H 3PO4H2SO4。用元素周期律解释,P 和 S 电子层数相同,核电荷数 P S,原子半径 PS,得电子能力 PS,非金属性 PS。(6)根据题意关系式为 H3PO42NaOH,由消耗的 NaOH 计算 H3PO4。详解:(1)研磨能增大反应物的接触面积,加快反应速率,加热,升高温度加快反应速率;流程中能加快反应速率
21、的措施有:研磨、加热。(2)根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律,酸性:H 3PO4H2SO4。用元素周期律解释酸性:H 3PO4H2SO4,P 和 S 电子层数相同,核电荷数 P S,原子半径 PS,得电子能力 PS,非金属性 P S。(3)根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律,Ca 5(PO 4) 3F 与 H2SO4反应生成 HF、磷石膏和磷酸,生成 HF 的化学方程式为 2Ca5(PO 4) 3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF。(4)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;
22、80后温度升高,H 2O2分解速率大,H 2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。11例 5.TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。(1)实验室利用反应 TiO2(s)+2CCl 4(g)=TiCl 4(g)+CO 2(g) ,在无水无氧条件下,制取 TiCl4实验装置示意图如下有关性质如下表物质 熔点/ 沸点/ 其他CCl4 -23 76 与 TiCl4互溶TiCl4 -25 136 遇潮湿空气产生白雾仪器 A 的名称是 ,装置 E 中的试剂是 。反应开始前依次进行如下操作:停止通氮气熄灭酒精灯冷却至室温。正确的顺序为 (填序号) 。欲分离
23、D 中的液态混合物,所采用操作的名称是 。(2)工业上由钛铁矿(FeTiO 3)(含 Fe2O3、SiO 2等杂质)制备 TiO2的有关反应包括:酸溶 FeTiO3(s)+2H 2SO4(aq)=FeSO 4(aq)+ TiOSO 4(aq)+ 2H 2O(l)水解 TiOSO4(aq)+ 2H 2O(l)= H 2TiO3(s)+H 2SO4(aq) 简要工艺流程如下:9012 冷 却 结 晶 过 滤试剂 A 为 。钛液需冷却至 70左右,若温度过高会导致产品收率降低,原因是 取少量酸洗后的 H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加 KSCN 溶液后无明显现象,再加 H2O2后出现微红色,说明 H
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