2024屆新高考化學(xué)熱點(diǎn)沖刺復(fù)習(xí)：科學(xué)探究-以金屬及其化合物為主體的化學(xué)工藝流程分析

2024屆新高考化學(xué)熱點(diǎn)沖刺復(fù)習(xí)科學(xué)探究——以金屬及其化合物為主體的化學(xué)工藝流程分析探究命題角度發(fā)展核心素養(yǎng)以金屬及其化合物的制備為主體的化學(xué)工藝流程分析是高考命題的熱點(diǎn)之一,考查金屬及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、反應(yīng)條件的控制等,突出考查考生的綜合分析能力、變化觀念、創(chuàng)新思維能力等[變化觀念與平衡思想]通過(guò)對(duì)金屬及其化合物為主體的化學(xué)工藝流程分析,考查學(xué)生對(duì)金屬元素及其化合物的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的應(yīng)用能力及轉(zhuǎn)化過(guò)程中制備、分離、提純常用的方法,促進(jìn)學(xué)生建立變化觀念,提升利用轉(zhuǎn)化關(guān)系解決實(shí)際問(wèn)題的能力探究點(diǎn)1

以金屬及其化合物為主體的“微流程”“六看法”突破金屬及其化合物的制備“微流程”例1LiBr溶液可作為替代氟利昂的綠色制冷劑。合成LiBr工藝流程如下:下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.還原工序逸出的Br2用NaOH溶液吸收,吸收液直接返回還原工序B.除雜工序中產(chǎn)生的濾渣可用煤油進(jìn)行組分分離C.中和工序中的化學(xué)反應(yīng)為L(zhǎng)i2CO3+2HBrCO2↑+2LiBr+H2OD.參與反應(yīng)的n(Br2)∶n(BaS)∶n(H2SO4)為1∶1∶1A

變式題

工廠的工業(yè)廢水中含有大量的FeSO4和較多的Cu2+。某興趣小組模擬工業(yè)從該廢水中回收金屬銅,并制備Fe(OH)SO4,流程如下:下列說(shuō)法不正確的是(

)A.操作1和操作2均為過(guò)濾B.甲為鐵粉,乙為稀硫酸C.往溶液1與溶液2中加入NaNO2反應(yīng)生成NO,欲制備1.5molFe(OH)SO4,理論上至少需要1.5molNaNO2

D.取少量產(chǎn)品Fe(OH)SO4溶于鹽酸,滴入酸性KMnO4溶液,若紫紅色褪去,則產(chǎn)品中含F(xiàn)e2+D

探究點(diǎn)2

以金屬及其化合物為主體的化學(xué)工藝流程分析1.化學(xué)工藝流程思維模型2.化學(xué)工藝流程中原料預(yù)處理的5種常用方法方法目的研磨增大固體與液體或氣體間的接觸面積,加快反應(yīng)速率水浸與水接觸反應(yīng)或溶解酸浸與酸接觸反應(yīng)或溶解,使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過(guò)過(guò)濾除去灼燒除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化,如從海帶中提取碘時(shí)的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)煅燒改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解,如煅燒高嶺土3.化學(xué)工藝流程中控制反應(yīng)條件的6種方法方法目的調(diào)節(jié)溶液的pH常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀控制溫度根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng)控制壓強(qiáng)改變速率,影響平衡使用合適的催化劑改變反應(yīng)速率,控制達(dá)到平衡需要的時(shí)間趁熱過(guò)濾防止某物質(zhì)在降溫時(shí)析出冰水洗滌洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損耗[注意]調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn):①能與H+反應(yīng),使溶液pH變大;②不引入新雜質(zhì)。例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。例2某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3,含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4,工藝流程如下:已知:①焙燒時(shí)過(guò)量的MnO2分解為Mn2O3,FeS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3;②金屬活動(dòng)性:Fe>(H)>Bi>Cu;③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下:

開始沉淀pH完全沉淀pHFe2+6.58.3Fe3+1.62.8Mn2+8.110.1回答下列問(wèn)題:(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為

。

a.進(jìn)一步粉碎礦石b.鼓入適當(dāng)過(guò)量的空氣c.降低焙燒溫度ab[解析](1)聯(lián)合焙燒時(shí),進(jìn)一步粉碎礦石,可以增大礦石與空氣的接觸面積,能夠提高焙燒效率,a符合題意;鼓入適當(dāng)過(guò)量的空氣有利于礦石充分反應(yīng),b符合題意;降低焙燒溫度,反應(yīng)速率減慢,不利于提高焙燒效率,c不符合題意。(2)Bi2S2在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(3)“酸浸”中過(guò)量濃鹽酸的作用為:①充分浸出Bi3+和Mn2+;②

。

[解析](2)Bi2S3在空氣中單獨(dú)焙燒生成Bi2O3,根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成SO2,結(jié)合得失電子守恒,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2。2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2抑制金屬離子水解(3)加入濃鹽酸后,溶液中含有的離子主要為Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化,故要防止金屬離子水解生成沉淀,進(jìn)入濾渣,造成制得的BiOCl產(chǎn)率偏低。(4)濾渣的主要成分為

(填化學(xué)式)。

(5)生成氣體A的離子方程式為

。

(6)加入金屬Bi的目的是

。

[解析](6)由已知信息③知,調(diào)pH=2.6時(shí),Fe3+會(huì)水解生成Fe(OH)3沉淀,但Fe2+還沒(méi)開始沉淀,故要將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液,為了不引入新的雜質(zhì),加入Bi作還原劑。Mn2O3+6H++2Cl-2Mn2++Cl2↑+3H2O將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+SiO2變式題

膽礬(CuSO4·5H2O)是一種重要化工原料。某研究小組以生銹的銅屑為原料[主要成分是Cu,含有少量的油污、CuO、CuCO3、Cu(OH)2]制備膽礬。流程如下?；卮饐?wèn)題:(1)步驟①的目的是

。

(2)步驟②中,若僅用濃H2SO4溶解固體B,將生成

(填化學(xué)式)污染環(huán)境。

除油污[解析]由流程中的信息可知,原料經(jīng)碳酸鈉溶液浸洗后過(guò)濾,可以除去原料表面的油污;固體B與過(guò)量的稀硫酸、雙氧水反應(yīng),其中的Cu、CuO、CuCO3、Cu(OH)2均轉(zhuǎn)化為CuSO4,溶液C為硫酸銅和稀硫酸的混合液,加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾后得到膽礬。(1)原料表面含有少量的油污,Na2CO3溶液呈堿性,可以除去原料表面的油污。(2)在加熱的條件下,銅可以與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)生成CuSO4、SO2和H2O,二氧化硫是一種大氣污染物。SO2(3)步驟②中,在H2O2存在下Cu溶于稀H2SO4,反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(4)經(jīng)步驟④得到的膽礬,不能用水洗滌的主要原因是

。

Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O[解析](3)步驟②中,在H2O2存在下Cu溶于稀H2SO4,生成CuSO4和H2O,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。膽礬晶體易溶于水(4)膽礬是一種易溶于水的晶體,用水洗滌會(huì)導(dǎo)致膽礬的產(chǎn)率降低,因此,經(jīng)步驟④得到的膽礬不能用水洗滌。(5)實(shí)驗(yàn)證明,濾液D能將I-氧化為I2。ⅰ.甲同學(xué)認(rèn)為不可能是步驟②中過(guò)量H2O2將I-氧化為I2,理由是

。

ⅱ.乙同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),只能是Cu2+將I-氧化為I2,寫出乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果:

(不要求寫具體操作過(guò)程)。

溶液C經(jīng)步驟③加熱濃縮后H2O2已完全分解取濾液,向其中加入適量硫化鈉溶液,使銅離子恰好完全沉淀,再加入I-,溶液不變色,I-不能被氧化[解析](5)ⅰ.H2O2常溫下即能發(fā)生分解反應(yīng),在加熱的條件下,其分解速率更快,溶液C經(jīng)步驟③加熱濃縮后H2O2已完全分解,因此,甲同學(xué)認(rèn)為不可能是步驟②中過(guò)量H2O2將I-氧化為I2。ⅱ.I-被氧化為I2時(shí)溶液的顏色會(huì)發(fā)生變化;濾液D中含有CuSO4和H2SO4,乙同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),只能是Cu2+將I-氧化為I2,較簡(jiǎn)單的方案是除去溶液中的Cu2+,然后再向其中加入含有I-的溶液,觀察溶液是否變色;除去溶液中的Cu2+的方法有多種,可以加入適當(dāng)?shù)某恋韯⑵滢D(zhuǎn)化為難溶物,如加入Na2S將其轉(zhuǎn)化為CuS沉淀,因此,乙同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案為取少量濾液D,向其中加入適量Na2S溶液,直至不再有沉淀生成,靜置后向上層清液中加入少量KI溶液;實(shí)驗(yàn)結(jié)果為上層清液不變色,證明I-不能被除去Cu2+的溶液氧化,故只能是Cu2+將I-氧化為I2。探究點(diǎn)一以金屬及其化合物為主體的“微流程”1.一種工業(yè)制備無(wú)水氯化鎂的工藝流程如下:下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.物質(zhì)X常選用生石灰B.工業(yè)上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂C.“氯化”過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)為MgO+C+Cl2MgCl2+COD.“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸,將所得溶液加熱蒸發(fā)也可得到無(wú)水MgCl2D[解析]流程梳理:物質(zhì)X常選用生石灰,“沉鎂”發(fā)生反應(yīng):CaO+H2OCa(OH)2,MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2,使Mg2+轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2,A正確;工業(yè)上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂,B正確;“氯化”過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)為MgO+C+Cl2MgCl2+CO,C正確;“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸轉(zhuǎn)化成MgCl2,不能通過(guò)加熱蒸發(fā)MgCl2溶液得到無(wú)水MgCl2,需在氯化氫氣流中加熱得到無(wú)水氯化鎂,D錯(cuò)誤。2.

BiOCl是一種具有珍珠光澤的材料,利用金屬Bi制備BiOCl的工藝流程如圖:下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反應(yīng)劇烈程度B.轉(zhuǎn)化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成D[解析]酸浸工序中分次加入稀HNO3相當(dāng)于減小了酸的濃度,也就減小了金屬與酸的反應(yīng)速率,即降低反應(yīng)劇烈程度,A項(xiàng)正確;轉(zhuǎn)化工序中,Bi(NO3)3+H2OBiONO3+2HNO3,加入稀HCl能夠抑制該水解平衡正向移動(dòng),也就抑制生成BiONO3,B項(xiàng)正確;水解工序中,BiCl3+H2OBiOCl+2HCl,加入的少量CH3COONa(s)與HCl反應(yīng),有利于水解平衡正向移動(dòng),提高了Bi3+水解程度,C項(xiàng)正確;NH4NO3水解顯酸性,BiCl3+H2OBiOCl+2HCl,不利于水解平衡正向移動(dòng),不利于BiOCl的生成,D項(xiàng)錯(cuò)誤。123456783.以菱鎂礦(主要成分為MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下:已知浸出時(shí)產(chǎn)生的廢渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.浸出鎂的反應(yīng)為MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2OB.“浸出”和“沉鎂”的操作均應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行C.流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有NH3、NH4ClD.分離Mg2+與Al3+、Fe3+是利用了它們氫氧化物Ksp

的不同B[解析]煅燒菱鎂礦,MgCO3分解為MgO,根據(jù)已知中浸出時(shí)產(chǎn)生的廢渣可知,浸出液中鎂以Mg2+形式存在并釋放出NH3,則浸出鎂的反應(yīng)為MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O,A項(xiàng)正確;“浸出”過(guò)程中,為促進(jìn)Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀的形成以及氨氣的逸出,提高分離效果,應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行,而“沉鎂”過(guò)程中若在較高溫度下進(jìn)行,會(huì)促進(jìn)一水合氨的分解,對(duì)沉鎂效果不利,B項(xiàng)錯(cuò)誤;浸出過(guò)程產(chǎn)生的氨氣和沉鎂過(guò)程中產(chǎn)生的NH4Cl可以循環(huán)使用,C項(xiàng)正確;在相同的條件下,Fe3+、Al3+形成沉淀,而鎂以Mg2+形式存在,說(shuō)明它們氫氧化物的Ksp

差異較大,D項(xiàng)正確。4.

SnCl2易水解,是常見的抗氧化劑。實(shí)驗(yàn)室以SnCl2為原料制備SnSO4·2H2O的流程如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(

)A.氣體為NH3B.反應(yīng)1只發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)C.溶解時(shí),再加入適量Sn粉可以提高產(chǎn)品純度D.操作1為蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥C[解析]SnCl2易水解,SnCl2固體溶解后溶液顯酸性,在溶液中加入碳酸氫銨,生成二氧化碳?xì)怏w,最終得到SnO,SnO溶于硫酸得到SnSO4溶液,再通過(guò)操作1得到SnSO4·2H2O。氣體應(yīng)為二氧化碳,A錯(cuò)誤;反應(yīng)1中首先發(fā)生雙水解反應(yīng)(屬于復(fù)分解反應(yīng))得到Sn(OH)2,Sn(OH)2分解得到SnO(分解反應(yīng)),B錯(cuò)誤;SnCl2常作抗氧化劑,說(shuō)明其易被氧化,適量Sn粉可防止SnCl2被氧氣氧化,從而提高產(chǎn)品純度,C正確;SnSO4溶液通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等操作會(huì)發(fā)生氧化,得不到SnSO4·2H2O,D錯(cuò)誤。123456785.氟化鉀是一種重要的無(wú)機(jī)化合物,應(yīng)用廣泛。其一種制備工藝流程如下:探究點(diǎn)二以金屬及其化合物為主體的化工工藝流程分析回答下列問(wèn)題:(1)“濾渣”中的主要成分是

(填化學(xué)式),寫出該成分的一種用途:

。

CaSO4(或CaSO4·2H2O)制石膏繃帶,調(diào)節(jié)水泥硬化速率等(合理答案均可)[解析]本題是一道無(wú)機(jī)物制備類的實(shí)驗(yàn)題,首先用硫酸、二氧化硅與氟化鈣反應(yīng)生成H2SiF6,再加入氯化鉀將H2SiF6轉(zhuǎn)化為K2SiF6,再用濃氨水將K2SiF6轉(zhuǎn)化為KF,處理后得到晶體。(1)氟化鈣、硫酸和二氧化硅反應(yīng)生成H2SiF6,同時(shí)生成硫酸鈣,硫酸鈣難溶于水,故“濾渣”中的主要成分是CaSO4(或CaSO4·2H2O);硫酸鈣在醫(yī)療上可用來(lái)制備石膏繃帶,故其作用是制石膏繃帶,調(diào)節(jié)水泥硬化速率等。(2)寫出制備H2SiF6的反應(yīng)的化學(xué)方程式:

;配制18.4g50%的濃硫酸,需要用量筒量取密度為1.84g·cm-3的98%的濃硫酸

mL。

(3)制備K2SiF6的反應(yīng)其基本反應(yīng)類型為

。

SiO2+3H2SO4+3CaF23CaSO4+H2SiF6+2H2O5.1[解析](2)由第一問(wèn)可知,氟化鈣和硫酸和二氧化硅反應(yīng)生成H2SiF6,相應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+3H2SO4+3CaF23CaSO4+H2SiF6+2H2O;配制溶液的過(guò)程中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變,設(shè)需要硫酸的體積為V,則1.84g·cm-3V×98%=18.4g×50%,解得V=5.1mL。復(fù)分解反應(yīng)(3)H2SiF6和KCl反應(yīng)生成K2SiF6和HCl,屬于復(fù)分解反應(yīng)。(4)寫出“轉(zhuǎn)化”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

(5)“系列操作”包括

、過(guò)濾分離和干燥。

K2SiF6+4NH3·H2O2KF+4NH4F+SiO2+2H2O[解析](4)“轉(zhuǎn)化”時(shí)濃氨水和K2SiF6反應(yīng)生成二氧化硅和氟化銨、氟化鉀,化學(xué)方程式為K2SiF6+4NH3·H2O2KF+4NH4F+SiO2+2H2O。(5)“系列操作”屬于晶體的制備操作,包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾分離和干燥的方法。蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶6.鎳粉作為導(dǎo)電填料廣泛應(yīng)用于電路保護(hù)的熱敏器件,其具有明顯降低電阻率的優(yōu)點(diǎn)。某工廠以氧化鎳廢渣(主要含有NiO、Fe3O4及少量SiO2)為主要原料制備鎳粉,其工藝流程如圖所示:25℃時(shí),溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金屬離子Ni2+Fe3+Fe2+開始沉淀時(shí)(c=0.01mol·L-1)的pH7.22.27.5沉淀完全時(shí)(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH8.73.2a12345678回答下列問(wèn)題:(1)“酸浸”時(shí)Fe3O4發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

,“濾渣1”中主要成分的一種用途是

。

Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O制光導(dǎo)纖維或制玻璃[解析]氧化鎳廢渣加稀硫酸酸浸,SiO2不溶,過(guò)濾除去,濾液中加入H2O2溶液,將Fe2+氧化為Fe3+,再加NiO調(diào)節(jié)溶液的pH,將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去,濾液中加草酸銨,將Ni2+沉淀為NiC2O4,最后用H2還原NiC2O4得到鎳。(1)“酸浸”時(shí)Fe3O4和稀硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵和水,離子方程式為Fe3O4+8H+2Fe3++Fe2++4H2O?！盀V渣1”中主要成分是SiO2,可以用來(lái)制光導(dǎo)纖維、制玻璃等。(2)“轉(zhuǎn)化”時(shí)理論上消耗的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為

。

[解析](2)“轉(zhuǎn)化”時(shí)Fe2+被H2O2氧化為Fe3+,氧化劑是H2O2,1molH2O2得到2mol電子,Fe2+是還原劑,1molFe2+失去1mol電子,根據(jù)得失電子守恒,理論上消耗的氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1∶2。1∶2(3)“調(diào)pH”時(shí)應(yīng)控制的pH范圍是

,

表中a=

。

3.2~7.29(4)“沉鎳”時(shí)不宜用草酸鈉代替草酸銨,其原因是______________________________________________________________________________________________________

,

“濾液”中溶質(zhì)的主要成分為

(寫化學(xué)式)。

草酸鈉溶液堿性較強(qiáng),會(huì)生成Ni(OH)2沉淀,草酸銨中草酸根離子和銨根離子都水解,使溶液的酸堿性保持在一個(gè)適合草酸鎳生成沉淀而Ni(OH)2不沉淀的環(huán)境(NH4)2SO4[解析](4)草酸鈉溶液堿性較強(qiáng),可能會(huì)生成Ni(OH)2沉淀,草酸銨中草酸根離子和銨根離子都水解,使溶液的酸堿性保持在一個(gè)適合草酸鎳生成沉淀而Ni(OH)2不沉淀的環(huán)境,所以不能用草酸鈉代替草酸銨;根據(jù)流程中加入的物質(zhì),濾液的主要成分是(NH4)2SO4。(5)“還原”時(shí)NiC2O4與H2反應(yīng),氣體產(chǎn)物為CO、CO2,且物質(zhì)的量之比為1∶1,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

[解析](5)“還原”時(shí)NiC2O4與H2反應(yīng),氣體產(chǎn)物為CO、CO2,且物質(zhì)的量之比為1∶