（山西專用版）高考化學大一輪復習 專題三 專項突破（一）課件-人教版高三全冊化學課件

1、專項突破（一）專項突破（一） 金屬及其化合物在金屬及其化合物在化工流程中的轉(zhuǎn)化化工流程中的轉(zhuǎn)化化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來,并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關的化學知識步步設問,是無機框圖題的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎,與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融合,考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離、提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應用,要求考生依據(jù)流程圖分析原理,緊扣信息、抓住關鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性,是近幾年高考化學試題的?？碱}型。類型一以物質(zhì)制備為目的的化學工藝流程類型一以物質(zhì)制備為目的的化學工藝流程1.工藝流程圖工藝流程圖 2.原料處理階段的常見考查點

2、原料處理階段的常見考查點(1)加快反應速率的方法。(2)溶解:酸浸(用硫酸、鹽酸等)和堿浸(NaOH溶液等)。(3)灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構,使一些物質(zhì)在高溫下被氧化或分解。3.分離提純階段的常見考查點分離提純階段的常見考查點(1)調(diào)pH除雜控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如除去含Al3+、Mn2+溶液中混有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)節(jié)溶液的pH。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應滿足兩點:一是能與H+反應,使溶液pH增大;二是不引入新雜質(zhì)。例如,若要除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液

3、的pH。(2)加熱:加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì),則要注意對溫度的控制。如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、濃HNO3等物質(zhì)。(3)降溫:防止某物質(zhì)在高溫時分解或使化學平衡向題目要求的方向移動。4.獲得產(chǎn)品階段的常見考查點獲得產(chǎn)品階段的常見考查點(1)洗滌(冰水、熱水或乙醇):洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。(2)蒸發(fā)時在某氣體氛圍中進行以抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時,應在HCl的氣流中加熱,以抑制Fe3+、Al3+、Mg2+等的水解。(3)蒸發(fā)濃

4、縮、冷卻結(jié)晶:如NaCl和KNO3混合溶液,若將混合溶液加熱蒸發(fā)后再降溫結(jié)晶,則析出的固體主要是KNO3,這樣就可分離出大部分KNO3。(4)蒸發(fā)結(jié)晶:如NaCl和KNO3混合溶液,若將混合溶液蒸發(fā)至析出固體,析出的固體主要是NaCl。典例典例1 (2017課標,27,15分)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeOCr2O3,還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示:回答下列問題:(1)步驟的主要反應為:FeOCr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反應配平后FeOCr2O3與NaNO3的系數(shù)比為 。該步驟不能使用陶

5、瓷容器,原因是 。(2)濾渣1中含量最多的金屬元素是 ,濾渣2的主要成分是 及含硅雜質(zhì)。(3)步驟調(diào)濾液2的pH使之變 (填“大”或“小”),原因是 (用離子方程式表示)。(4)有關物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl,蒸發(fā)濃縮,冷卻結(jié)晶,過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到 (填標號)得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。a.80 b.60 c.40 d.10 步驟的反應類型是 。(5)某工廠用m1 kg鉻鐵礦粉(含Cr2O3 40%)制備K2Cr2O7,最終得到產(chǎn)品m2 kg,產(chǎn)率為 。解題流程答案答案(1)2 7陶瓷在高溫下會與Na2CO3反應(2)FeAl(OH)3(3)小2C

6、r+2H+ Cr2+H2O(4)d復分解反應(5)100%24O27O21190147mm解析解析本題以K2Cr2O7的制備為載體,考查氧化還原反應原理、平衡移動原理等。由題中所給反應可知濾渣1為Fe2O3,濾液1中含有Al3+、Si,調(diào)節(jié)pH=7,則濾渣2中含Al(OH)3及含硅雜質(zhì),濾液2中含有Cr、Na+,此時調(diào)節(jié)pH促使平衡2Cr+2H+ Cr2+H2O正向移動,再加入KCl得到K2Cr2O7。(1)利用得失電子守恒方法配平:2FeOCr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2+7NaNO2,則FeOCr2O3與NaNO3的系數(shù)比為2 7。陶瓷中含有

7、SiO2,在高溫下能與Na2CO3反應,會損壞儀器。23O24O24O27O(2)由步驟可知熔塊中含有NaNO2、Na2CrO4、Fe2O3等,故濾渣1中含量最多的金屬元素為Fe,而步驟需除去Al3+及含硅物質(zhì),故濾渣2中應主要含Al(OH)3及含硅雜質(zhì)。(3)步驟調(diào)pH的目的是促進Cr轉(zhuǎn)化為Cr2,根據(jù)2Cr+2H+ Cr2+H2O,可知應增大c(H+),故pH要變小。(4)根據(jù)溶解度曲線圖可知,選擇K2Cr2O7溶解度小于溶液中其他溶質(zhì)溶解度且溶解度最小的溫度區(qū),故選d。反應為2K+Cr2 K2Cr2O7,此反應為復分解反應。24O27O24O27O27O(5)根據(jù)Cr原子守恒建立關系式:

8、 Cr2O3 K2Cr2O7152 294 m140% kg m(K2Cr2O7)m(K2Cr2O7)= kg故產(chǎn)率為100%=100%。129440%152m2129440%152m kgmkg21190147mm1.(2017課標,27,14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備。工藝流程如下:回答下列問題: (1)“酸浸”實驗中,鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知,當鐵的浸出率為70%時,所采用的實驗條件為 。(2)“酸浸”后,鈦主要以TiOC形式存在,寫出相應反應的離子方程式 。24

9、l(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結(jié)果如下表所示:溫度/3035404550TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40 時TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因 。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數(shù)目為 。(5)若“濾液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5 molL-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成? (列式計算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.310-22、1.010-24。(6)寫出“高溫煅燒”

10、中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式 。答案答案(1)100 、2 h,90 、5 h(2)FeTiO3+4H+4Cl- Fe2+TiOC+2H2O(3)低于40 ,TiO2xH2O轉(zhuǎn)化反應速率隨溫度升高而增加;超過40 ,雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉(zhuǎn)化反應速率下降(4)4(5)Fe3+恰好沉淀完全時,c(P)= molL-1=1.310-17molL-1,c3(Mg2+)c2(P)值為0.013(1.310-17)2=1.710-40KspMg3(PO4)2,因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀24l34O2251.3 101.0 1034O(6)2FePO4+Li2CO

11、3+H2C2O4 2LiFePO4+3CO2+H2O 解析解析本題為化學工藝流程題,考查了實驗條件的選擇,離子方程式、化學方程式的書寫,沉淀溶解平衡等知識。(1)由圖像可以看出,當鐵的浸出率為70%時,實驗條件有兩個:100 、2 h,90 、5 h。(2)FeTiO3為難溶物,在書寫離子方程式時不能拆寫成離子形式。(4)Li2Ti5O15中,Ti的化合價為+4,Li的化合價為+1,所以正化合價的和為45+12=22。設過氧鍵數(shù)目為x,則x2+(15-2x)2=22,解得x=4。(6)FePO4中Fe顯+3價,LiFePO4中Fe顯+2價,FePO4作氧化劑,則H2C2O4作還原劑,高溫煅燒時

12、應生成CO2,據(jù)此可寫出反應的化學方程式。2.(2018江蘇單科,16,12分)以高硫鋁土礦(主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金屬硫酸鹽)為原料,生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下:(1)焙燒過程均會產(chǎn)生SO2,用NaOH溶液吸收過量SO2的離子方程式為 。(2)添加1% CaO和不添加CaO的礦粉焙燒,其硫去除率隨溫度變化曲線如圖所示。已知:多數(shù)金屬硫酸鹽的分解溫度都高于600 硫去除率=(1-)100%不添加CaO的礦粉在低于500 焙燒時,去除的硫元素主要來源于 。700 焙燒時,添加1% CaO的礦粉硫去除率比不添加CaO的礦粉硫去除率低,其主要原因

13、是 。(3)向“過濾”得到的濾液中通入過量CO2,鋁元素存在的形式由 (填化學式)轉(zhuǎn)化為 (填化學式)。(4)“過濾”得到的濾渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧焙燒后礦粉中硫元素總質(zhì)量焙燒前礦粉中硫元素總質(zhì)量條件下焙燒生成Fe3O4和SO2,理論上完全反應消耗的n(FeS2) n(Fe2O3)= 。答案答案(1)SO2+OH- HS(2)FeS2硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中(3)NaAlO2Al(OH)3(4)1 163O解析解析本題考查化學工藝流程的分析、硫及其化合物,氧化還原反應的計算。(1)用NaOH溶液吸收過量SO2生成NaHSO3,離子方程式為OH-+SO

14、2 HS。(2)FeS2在低于500 焙燒時能與空氣中的O2反應生成Fe2O3和SO2,發(fā)生的反應為4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,故不添加CaO的礦粉在焙燒時去除的硫元素主要來源于FeS2;700 焙燒時,添加CaO后,硫元素轉(zhuǎn)化為CaSO4而留在礦粉中,使礦粉硫去除率降低。3O(3)礦粉焙燒后加NaOH溶液堿浸時,Al2O3能與NaOH溶液反應生成NaA-lO2,發(fā)生的反應為Al2O3+2NaOH 2NaAlO2+H2O,過濾后,NaAlO2在濾液中,向濾液中通入過量CO2時,發(fā)生反應NaAlO2+CO2+2H2O Al(OH)3+NaHCO3,所以鋁元素存在的形式由NaAlO

15、2轉(zhuǎn)化為Al(OH)3。(4)分析反應前后元素化合價的變化,利用得失電子守恒知:n(FeS2)+52n(FeS2)=2n(Fe2O3),解得=,即理論上完全反應消耗的n(FeS2)n(Fe2O3)=1 16。2313223(FeS )(Fe O )nn1163.(2015課標,27,14分)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示:回答下列問題:(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式 。為提高浸出速率,除適當增加硫酸濃度外,還可采

16、取的措施有 (寫出兩條)。(2)利用 的磁性,可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是 。(寫化學式)(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是 。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5,目的是 。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是 (填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機合成中的重要還原劑,其電子式為 。(6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼,用化學方程式表示制備過程 。答案答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)將Fe2+氧

17、化成Fe3+使Fe3+與Al3+形成氫氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸鎂(5)Na+HH-(6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgOHHB解析解析(1)硫酸可與硼酸鹽反應制取酸性較弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式為:Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。為提高浸出速率,除適當增加硫酸濃度外,還可采取提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑等措施。(2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性將其從“浸渣”中分離;“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是SiO2和CaSO4。(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化為Fe3+,然后

18、調(diào)節(jié)溶液的pH約為5,使Al3+和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉降而除去。(4)“粗硼酸”中所含雜質(zhì)主要是沒有除去的易溶性鎂鹽,故為(七水)硫酸鎂。(5)硼氫化鈉的電子式為Na+HH-。(6)利用Mg的還原性制取硼的化學方程式為2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO。HHB思維建模思維建模無機物制備工藝流程題的破解方法1.首尾分析法對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為“一條龍”的生產(chǎn)工序)題,首先對比分析流程圖中第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品),從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關系,弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和分離、提純產(chǎn)品的化工

19、工藝,然后結(jié)合題設的問題,逐一推敲解答。 2.截段分析法對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工藝流程題,用截段分析法更容易找到解題的切入點。用截段分析法解工藝流程題關鍵在于看清主、副產(chǎn)品是如何分開的,以此確定如何截段,截幾段更合適,一般截段以產(chǎn)品為準點。類型二以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W工藝流程類型二以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W工藝流程1.物質(zhì)分離提純的原則物質(zhì)分離提純的原則(1)不增:不引入新的雜質(zhì)。(2)不減:不減少被提純的物質(zhì)。(3)易分離:被提純物與雜質(zhì)易于分離。(4)易復原:被提純的物質(zhì)易恢復原來的組成、狀態(tài)。2.常用的提純方法常用的提純方法水溶法除去可溶性雜質(zhì)酸溶法

20、除去堿性雜質(zhì)堿溶法除去酸性雜質(zhì)氧化法或還原法除去還原性或氧化性雜質(zhì)加熱灼燒法除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH法如除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+等3.常用的分離方法常用的分離方法過濾過濾分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾的方法萃取和分液萃取和分液利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度受溫度變化影響不大的溶質(zhì),如NaCl冷卻結(jié)晶冷卻結(jié)晶提取溶解度受溫度變化影響較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等蒸餾或分餾蒸餾或分餾分離沸

21、點相差較大且互溶的液體混合物,如分離乙醇和甘油物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分數(shù)/%2.22.92.83.122286065121典例典例2 (2016課標,28,14分)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為: 以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線:回答下列問題:(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為V,反應的離子方程式為 ,同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+。“廢渣1”的主要成分是 。2O(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂,則需要氧化劑KClO3至少為 mo

22、l。(3)“中和”作用之一是使釩以V4形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有 。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為:4ROH+V4 R4V4O12+4OH-(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應該呈 性(填“酸”“堿”或“中”)。(5)“流出液”中陽離子最多的是 。2O412O412O(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式 。解題流程 答案答案(1)V2O5+2H+ 2V+H2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)堿(5)K+(6)2NH4VO3 V2O5+2NH3+H2O2O解析解析(1)V2O5及

23、V中的V化合價均為+5價,“酸浸”時,發(fā)生非氧化還原反應,根據(jù)原子守恒及電荷守恒不難寫出離子方程式;“酸浸”時,V2O5轉(zhuǎn)化成V,V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+,K2SO4可溶于水,Fe2O3及Al2O3分別轉(zhuǎn)化成Fe3+和Al3+,所以“廢渣1”的主要成分是SiO2。(2)欲使3 mol VO2+變?yōu)閂需轉(zhuǎn)移3 mol e-,1 mol KClO3作氧化劑生成Cl-轉(zhuǎn)移6 mol e-,所以需KClO3至少0.5 mol。(3)“中和”時加入KOH溶液,釩以V4形式存在于溶液中,K2SO4可溶,Fe3+和Al3+分別轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀進入“廢渣2”。2O2O2O412O(4)該反應的逆反應為洗脫過程,增大c(OH-),有利于平衡向左移動,所以淋洗液應呈堿性。(5)由流程圖可以看出,H+在酸浸時損耗,釩轉(zhuǎn)化為V4(陰離子),Fe3+及Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀,所以“流出液”中陽離子最多的是K+。(6)“煅燒”時肯定得到V2O5,其他物質(zhì)自然寫出。對點訓練412O4.(2017課標,26,14分)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示:回答下列問題:(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是 ,還可使用