高考化学总复习 第三章 金属及其化合物（课时4）无机化学工艺流程练习 新人教版.doc

课时4无机化学工艺流程课时诠释化学工艺流程题是将化工生产中的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，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型，如2016全国卷28题，2016北京理综27等。附思维主线：此类题目多以金属矿物加工为载体，综合考查无机元素化合物、化学原理和实验，由于难度大，综合性强，也可放到一轮结束以后作为能力专题使用！微点聚焦一以物质制备为目的的工艺流程典题示例【示例1】 题头挖掘题头信息(2015课标全国，27)(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为mg2b2o5h2o和fe3o4，还有少量fe2o3、feo、cao、al2o3和sio2等)为原料制备硼酸(h3bo3)题干分析题干流程题尾知道题尾考查哪些问题(1)写出mg2b2o5h2o与硫酸反应的化学方程式_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条)。(2)利用_的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是_(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加h2o2溶液，作用是_。然后再调节溶液的ph约为5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(nabh4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_。标准答案(1)mg2b2o5h2o2h2so42mgso42h3bo3(3分)提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2分)(2)fe3o4(1分)sio2和caso4(1分)(3)将fe2氧化为fe3(1分)使al3和fe3形成氢氧化物沉淀而除去(1分)(4)(七水)硫酸镁(1分)(5) (1分)(6)2h3bo3b2o33h2o、b2o33mg 2b3mgo(3分)评分细则(1)不配平不得分，漏写条件扣1分(2)简答每条1分，其他合理答案也给分(3)写名称不给分，多写此空判0分(4)写化学式不给分，出现白字不给分(5)漏写离子符号不给分(6)不配平不得分，漏写条件扣1分【解法指导】1制备过程中原料预处理的5种常用方法看方法想目的研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率水浸与水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土2.制备过程中控制反应条件的6种方法看方法想目的调节溶液的ph常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀控制温度根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动控制压强改变速率，影响平衡使用合适的催化剂改变反应速率，控制达到平衡所需要的时间趁热过滤防止某物质降温时析出冰水洗涤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注意调节ph所需的物质一般应满足两点：能与h反应，使溶液ph变大；不引入新杂质。例如若要除去cu2中混有的fe3，可加入cuo、cu(oh)2或cu2(oh)2co3等物质来调节溶液的ph，不可加入naoh溶液、氨水等。体验感悟1(2013全国新课标，27)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(licoo2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6cxlixe=lixc6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：(1)licoo2中，co元素的化合价为_。(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_。(3)“酸浸”一般在80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_；可用盐酸代替h2so4和h2o2的混合液，但缺点是_。(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_。(5)充放电过程中，发生licoo2与li1xcoo2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。(6)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_ (填化学式)。解析(1)依据化合价代数和等于零可计算co的化合价为3价。(2)由正极碱浸后的物质变化流程可知，滤液中获取al(oh)3，滤渣再经一系列变化得li2so4、coso4，可推知正极碱浸时只有铝被naoh溶解。(3)碱浸后所得滤渣licoo2中co的化合价为3价，而酸浸后生成coso4中co的化合价为2价，显然h2o2是还原剂，氧化产物只能是o2；又h2o2具有不稳定性，受热易分解，也属于氧化还原反应。(4)沉钴这一步，反应物为coso4、nh4hco3，生成物中有coco3必然产生大量h，而hco与h又不能大量共存，继续反应产生co2。此题容易忽视hco与h的继续反应，澄清了这些问题，再利用质量守恒定律，就能顺利写出化学方程式。(5)依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：li1xcoo2xexli=licoo2依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应lixc6xe=6cxli，以上两个电极反应相加，即得总方程式。(6)“放电处理”的一个重要目的是“回收锂”，li要沉积正极。解答这一问题的关键是li怎样沉积在正极上的。放电时，离子运动的方向是“正向正，负向负”。从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物：al(oh)3、coco3、li2so4。答案(1)3(2)2al2oh2h2o=2alo3h2(或2al2oh6h2o=2al(oh)43h2)(3)2licoo23h2so4h2o2li2so42coso4o24h2o,2h2o22h2oo2有氯气生成污染较大(4)coso42nh4hco3=coco3(nh4)2so4h2oco2(5)li1xcoo2lixc6=licoo26c(6)li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中al(oh)3、coco3、li2so42(2016四川理综，11节选)资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含ca5(po4)3f和caco3mgco3。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案，制备具有重要工业用途的caco3、mg(oh)2、p4和h2，其简化流程如下：已知：ca5(po4)3f在950 不分解；4ca5(po4)3f18sio230c2caf230co18casio33p4。请回答下列问题：(1)950 煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是_。(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是_。(3)nh4no3溶液能从磷矿中浸取出ca2的原因是_。(4)在浸取液中通入nh3，发生反应的化学方程式是_。解析(1)磷尾矿中除ca5(po4)3f外还有caco3mgco3，950 时ca5(po4)3f不分解，caco3mgco3分解生成cao、mgo和co2。(2)过滤需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒。(3)nh4no3溶液因nh水解使溶液呈酸性，溶解cao、ca(oh)2，使之转化为ca2。(4)由图可知浸取液中通nh3将mg2转化为mg(oh)2沉淀。答案(1)co2(2)烧杯、漏斗、玻璃棒(3)nh水解使溶液呈酸性，与cao、ca(oh)2反应生成ca2(4)mgso42nh32h2o=mg(oh)2(nh4)2so4【解题策略】化工流程题中表述性词汇“八大答题方向”化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语中，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有：(1)“控制较低温度”常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。(2)“加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、产率等。(3)“能否加其他物质”常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。(4)“在空气中或在其他气体中”主要考虑o2、h2o、co2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检验某物质的设计方案”通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。(7)“控制ph”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。微点聚焦二以分离提纯为目的的工艺流程典题示例【示例2】 从废钒催化剂(主要成分v2o5、voso4、k2so4、sio2等)中回收v2o5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：(1)步骤中废渣的主要成分是_，中x试剂为_。(2)实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是_ _。(3)的变化过程可简化为(下式r表示vo2，ha表示有机萃取剂)r2(so4)n(水层)2nha(有机层)2ran(有机层)nh2so4(水层)为提高中萃取百分率，应采取的措施是_ _。(4)请完成中的反应离子方程式：clovo2h=vo3_。(5)25 时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液ph之间关系如下表：ph1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3结合上表，在实际生产中，中加入氨水，调节溶液的最佳ph为_。(6)该工艺流程中，可以循环利用的物质有_。思维提示标准答案(1)sio2h2so4(2)打开分液漏斗上口塞子(或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔)；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中(3)加入碱中和硫酸使平衡正移或多次连续萃取(4)16661cl3h2o(5)1.71.8(6)氨气、有机萃取剂【解题方法】1把握物质提纯的“6种”常用方法看目的选方法除去可溶性杂质水溶法除去碱性杂质酸溶法除去酸性杂质碱溶法除去还原性或氧化性杂质氧化还原法除去受热易分解或易挥发的杂质加热灼烧法除去酸性cu2溶液中的fe3等调ph法2.正确选择物质分离的“6种”常用方法看目的选方法分离难溶物质和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法过滤(热滤或抽滤)利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提纯分离物质，如用ccl4或苯萃取溴水中的溴萃取和分液提纯溶解度随温度变化不大的溶质，如nacl蒸发结晶提纯溶解度随温度变化较大的溶质，易水解的溶质或结晶水合物。如kno3、fecl3、cucl2、cuso45h2o、feso47h2o等冷却结晶分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油蒸馏与分馏利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气冷却法体验感悟1(2016北京理综，27)以废旧铅酸电池中的含铅废料(pb、pbo、pbo2、pbso4及炭黑等)和h2so4为原料，制备高纯pbo，实现铅的再生利用。其工作流程如下：(1)过程中，在fe2催化下，pb和pbo2反应生成pbso4的化学方程式是_。(2)过程中，fe2催化过程可表示为：2fe2pbo24hso=2fe3pbso42h2o：写出的离子方程式：_。下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a向酸化的feso4溶液中加入kscn溶液，溶液几乎无色，再加入少量pbo2，溶液变红。b_。(3)pbo溶解在naoh溶液中，存在平衡：pbo(s)naoh(aq)nahpbo2(aq)，其溶解度曲线如图所示。过程的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程中重复使用，其目的是_(选填序号)。a减少pbo的损失，提高产品的产率b重复利用naoh，提高原料的利用率c增加na2so4浓度，提高脱硫效率过程的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程的操作：_。解析(1)由题意可知，过程中，在fe2催化下，pb、pbo2和h2so4反应生成pbso4和h2o，pb与pbo2在酸性条件下发生氧化还原反应，pb为还原剂，pbo2为氧化剂，pbso4既是氧化产物又是还原产物，化学方程式为pbpbo22h2so42pbso42h2o。(2)催化剂在反应前后本身的质量和化学性质保持不变，但参加反应，反应特点是先消耗再生成，且消耗与生成的量相等。fe2为该反应的催化剂，又知反应中fe2被pbo2氧化为fe3，则在反应中fe3与pb反应生成fe2，离子方程式为2fe3pbso=pbso42fe2；a实验证明发生反应生成fe3，则b实验需证明发生反应，fe3转化为fe2，实验方案为取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，充分反应，红色褪去。(3)过程的目的是脱硫。化学方程式为pbso42naoh=pbona2so4h2o；滤液1中含有未反应的naoh和少量溶解的pbo，经处理后可重复利用减少pbo的损失，同时能提高naoh的利用率。利用pbo不同温度下在不同氢氧化钠溶液中的溶解度曲线，可向pbo粗品中加入35%的naoh溶液，加热至高温(110 )，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤可得pbo固体。答案(1)pbpbo22h2so42pbso42h2o(2)2fe3pbso=pbso42fe2取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去(3)ab向pbo粗品加入一定量的35%naoh溶液，加热至110 ，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到pbo固体2.(2016课标全国，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(v2o5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收v2o5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质v2o5v2o4k2so4sio2fe2o3al2o3质量分数/%2.22.92.83.12228606512cu2，则fe3一定放电成fe2后才有cu单质析出；cl2的实验室制法为mno2与浓盐酸反应，则cl2中混有hcl、h2o等杂质，干燥cl2用，吸收cl2用；cl2的检验方法是用湿润的淀粉ki试纸。答案(1)稀盐酸(2)烧杯、玻璃棒(3)2fecl3cu=2fecl2cucl2(4)mno24h2cl mn2cl22h2o(5)将湿润的ki淀粉试纸靠近集气瓶口，试纸变蓝，证明该气体为cl22(2016金考卷)镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由ni(oh)2、碳粉和氧化铁等涂在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行回收研究，设计实验流程如下：已知：a.nicl2易溶于水，fe3不能氧化ni2。b某温度下一些金属氢氧化物的ksp及开始沉淀和完全沉淀时的理论ph如表所示：m(oh)nkspph开始沉淀沉淀完全al(oh)31.910333.434.19fe(oh)33.910382.532.94ni(oh)21.610147.609.75回答下列问题：(1)根据表中数据判断步骤依次析出的沉淀_和沉淀_(填化学式)，则ph1_ph2(填“”、“”或“nic2o4h2onic2o42h2o，则步骤的化学方程式是_。步骤后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有_。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_。(3)中阳极反应产生的气体e为_，验证该气体的试剂为_。(4)试写出步骤的离子方程式：_。解析注意电极材料的成分以及和盐酸反应后的离子；a呈酸性，加入nio的目的，是为了降低h浓度，促进fe3、al3的水解，根据表中提供信息，fe3先形成沉淀；只要注意到表中ph的数据，即可选出答案；溶解度越小，越先形成沉淀；注意只要求写出玻璃仪器；注意d的成分为nacl溶液；看准要求。答案(1)fe(oh)3al(oh)3”、“”或“”)。(3)向滤液中加入稍过量kcl固体可将ca(clo3)2转化为kclo3，若溶液中kclo3的含量为100 gl1，从该溶液中尽可能多地析出kclo3固体的方法是_。 解析(1)cl2与ca(oh)2反应生成ca(clo)2和cacl2，配平。适当缓慢通氯气，气液充分接触，提高cl2的吸收率，a正确；充分搅拌，增大气液接触面积，提高cl2的吸收率，b正确；由于ca(oh)2溶解度小，加水使ca(oh)2溶解，生成ca(clo3)2浓度小，无法提高cl2的转化率，错误。(2)电石渣中含有不溶于水的caco3及溶解度小的ca(oh)2，滤渣为caco3、ca(oh)2。因为ca(oh)2与cl2还可以发生反应生成ca(clo)2和cacl2，ca(clo)2少量分解也会生成cacl2，所以ca(clo3)2含量偏低。(3)由溶解度图可知，kclo3随温度升高溶解度变大，可以采用蒸发浓缩，冷却结晶的方法生成沉淀。答案(1)2cl22ca(oh)2=ca(clo)2cacl22h2oab(2)caco3、ca(oh)2(3)蒸发浓缩、冷却结晶近年来，高考化学实验命题的一个突出特点是“既来源于教材又高于教材”，很多高考题就是教材实验的改编，如2016全国卷理综26“氨气的制取”；2016全国卷理综26“过滤操作”就是教材实验装置的创新，这都启示我们：对教材内容要多问几个“为什么”，对教材中的实验装置不能盲目认为是唯一方案，要多想想“如何改进”，多想几次“还可怎么办”；要注重知识的“形成过程和生长方向”，用综合的观点建立知识网络，用探究的方式指导学习过程，尽量挖掘教材的潜在价值。增分点1套管实验知识查补套管实验是将一只较小的玻璃仪器装入另一玻璃仪器中，经组装来完成原来需要两套或多套普通玻璃仪器进行的实验。因其具有许多优点，近年来被广泛开发，并应用于化学实验中。套管实验具有操作简便、节约原料、现象连续，易于对比、减少污染的优点，宜在中学化学实验中大力推广，也是我们高考出题的一个热点。增分题例类型一实验室制h2的实验迁移【例1】用锌粒和稀硫酸用下图制取氢气，并收集一试管，锌粒和稀硫酸应放在_试管中(填：大、小)组成发生装置，理由是：_，该反应的离子方程式为_。答案小大试管倒套有利于空气的排出zn2h=zn2h2类型二教材实验na2co3、nahco3热稳定性验证实验【例2】请观察实验装置，分析实验原理，回答下列问题：如图小试管内塞有沾有无水硫铜粉末的棉花球。(1)从点燃酒精灯开始，试管及烧杯a、b中能观察到的现象有_。(2)整个实验结束时，在操作上需要特别注意的问题是_ _。(3)通过该实验可以得出的结论是_ _。答案(1)棉花球变蓝；b中石灰水变浑浊；开始时a中有气泡产生；小试管内有液滴出现(2)防止倒吸(3)nahco3的热稳定性比na2co3的差，nahco3分解有co2和h2o生成类型三教材实验氨气的制取实验拓展【例3】在氨气的喷泉实验中，将圆底烧瓶集满氨气的操作很麻烦。请设计一个简单的操作方法，只用一支试管(如下图)，选用下列药品：a.氯化铵固体，b.氢氧化钠固体，c.浓氨水，d.浓硫酸，e.湿润的红色石蕊试纸，采用“套管法”在圆底烧瓶中集满喷泉实验的氨气。试回答下列问题：(1)所用的试剂为_。(2)请简述所设计的操作及判定集满氨气的现象：_ _。(3)产生氨气的化学反应方程式为_ _。答案(1)bc(e)或abc(e)(2)将圆底烧瓶倒置，向试管中分别加入所选试剂，迅速将试管的上口伸至烧瓶的底部，过一会将湿润的红色石蕊试纸置于烧瓶口处，若试纸变蓝，则说明nh3已集满(3)nh3h2o=nh3h2o(或同时有：nh4clnaoh=nh3naclh2o)增分点2教材启普发生器原理装置的拓展知识查补启普发生器的操作原理是利用气压知识使固、液接触或脱离，控制对气体反应随时产生或停止，使之控制反应的发生。以启普发生器原理为发散源可设计出多种简易启普发生器。设计说明：图中装置()()：若打开活塞，则酸液与块状固体接触，发生反应，产生的气体由导管导出；若关闭活塞，则酸液与块状固体脱离接触，反应自行停止。需要时再打开活塞，又可以使气体发生。装置()：依靠铜丝向下或向上提取，使固、液接触或脱离，控制反应产生或停止，实现对反应的控制。增分题例【例4】下图所示装置若用于实验室制备co2，可起到随时使反应发生，也可以随时使反应停止效果的是(双选)()解析装置a中液体不能与固体完全分离，c中的导管口在液面以下，无法收集到co2气体。答案bd【例5】某课外探究活动小组使用常用仪器，运用实验室制备氢气的原理，巧妙设计了如图所示的简单实验装置。(1)甲同学设计了如图甲所示装置：检查该装置气密性的方法是_。实验时若液面不能与锌粒接触，又无酸液可加，且该装置已固定，则使反应发生的操作是_。(2)乙同学把试管底部钻一小洞，并和广口瓶组装成如图乙所示具有启普发生器功能的装置，若该装置中的隔板是用铁丝制成的，则在不腐蚀铁丝的情况下_(填“能”或“不能”)制备氢气。写出反应的离子方程式：_(如不能，此空不填)(3)丙同学设计了如图丙所示装置，即用橡皮塞代替铁架台来固定试管，则丙同学的做法_(填“可行”或“不可行”)，理由是_。解析检查装置气密性的关键是使装置内外的气体形成压强差，通常采用的方法有“微热法”和“液差法”。根据装置甲的特点，可选用“液差法”来检验其气密性。锌粒必须与酸接触才能产生氢气，在没有酸的情况下可加入蒸馏水使液面上升与锌粒接触。答案(1)关闭活塞，从长颈漏斗向u形管中加水，若长颈漏斗中形成一段稳定的水柱，说明装置气密性良好从长颈漏斗加入少量蒸馏水使溶液与锌粒接触(2)能2al2oh2h2o=2alo3h2(3)不可行广口瓶被橡皮塞密封后，瓶内的气压会随液体的加入而增大，使试管中的液体不能在关闭阀门时排入广口瓶中，因而不能使反应随时停止，甚至会由于容器中气压过高而发生危险增分点3排液法测量气体体积的实验拓展知识查补利用气体不溶于某些液体的性质，可用排液法粗略测量气体的体积，根据给出的仪器和实验目的不同，教材中的装置(发散源)可拓展和发散成以下几种量气装置，如下图。设计说明：图中，装置()读数时应