高考化学化工流程全突破专题03实验条件的控制和目的知识讲解

1、专题03实验条件的控制和目的一.掌握核心化学反应1. 元素及其化合物知识：化工生产将原料转变成产品的过程，也是物质经历相互转化 的过程。理解物质之间的转化关系，就要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题，需要掌握这些 元素及其化合物的知识2. 还要掌握有关化工生产的知识，熟悉的有纯碱工业、氨工业、硅单质的制备、氯碱 工业、海水中提取镁、海水中提取溴等；3. 化学反应原理：化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程，从化学 反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等，是化工生产的基本思路。化学反应原理 的相关知识包括

2、质量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等，做到能 综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。 调节溶液的 pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水 解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。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)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn (OH8.39.8若要除去Mn*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。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除

3、去Cu2+溶液中混有的Fe3+ ,可加入CuO Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO等物质来调节溶液的 pH值。调节溶液的pH: “酸作用还可以除去氧化物（膜）；“碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅。控制体系的温度a .控制低温：防止物质的分解，如NaHCO NHHCD H2Q、HNQ浓）等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大 气体反应物的溶解度，使其被充分吸收；b 采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸 出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂

4、 质；c 控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防 止副反应发生等。VeCAi典例1辉铜矿石主要含有硫化亚铜 (CU2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备 硝酸铜的工艺流程如下所示：溶液席液-10 -輕養磁逊晶体冷却结晶回收S -矿诜滤液M50-60 您滤淹(1) 写出“浸取”过程中 CL2S溶解时发生反应的离子方程式： “回收S”过程中温度控制在5060 C之间，不宜过高或过低的原因是(3)气体NO与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该反应的化学方程式为；向滤液M中加入(或通入)(填字母)，可得到另一种可循环利用的物质。a.铁

5、b.氯气c .高锰酸钾“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是; “蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO溶液调节溶液的 pH,其理由。【答案】Ci2S+4FM=2Cu2+4Fe2+S温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小4NO+(5-2x)O 2+2H2O=4HNQb调节溶液的pH,使铁完全转化为 Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+的水解【解析】釋铜旷力臥氯化钱濬液溶解浸取过滤，得到矿渣扣入苯水浴加热回收轨单质扣入在滤淹中 加入铁还煩钱离子和铜冉子过液滤滝M中iJOA.气氧化反应主成氯化铁循环使用，保温除轶期入稀硝釀 溢液和氧化*阪尬调节潯液pH除去杂质离子，过滤得到滌酒为磕酸亚铁濤瀛在稀硝酸濬浹中蒸

6、发浓缩 冷却结晶过谑洗?蕪得到晶体 铁离子作氧化剂被还原为亚铁离子Q&S；被氧化，生成铜离子和磕单険苯沸点比较低，温度过高苯容易挥发，从反应动力学看溫度过低溶解速率小孑N6做还惊剂，依据质量守恒和电子守恒写岀方程式：+NOX+ 5-2x) Or+2EfaCMHNOj,向滤酒M 中通入S将FeS氧化为Fed,可以循环使用；(4) FL + +JH j (X=Fe(OH)占+3H J扣入CuO使水解平衝IE向进行，调节濬液的pH使铁元素完全 转北为氢氧化轶沉启加热过程中厲1*会水解，加入硝醸抑制的水解，不别入新的杂尽(1) Fc3 +作氧化剂j CaiS被氧化，离子方程式为：答案：OuS-HlFZ

7、Cu-KFc-bSi 苯沸点比较低，温度过高苯容易挥发从反应动力学来看，温度过低溶解速率旳答案：潟度过高苯容易挥岌，温農过低濬解速率小；C3JNOX作还原剂.根据质量守恒和电子得失写出方程式：斗NWO2x)5十2H2CMHN5 $向源液M中通 入CH将FeC匕氧化成FeCh,可猖环使用，选虬答秦：4NKVg)Or+2H44HNO巧 b?(4)Fe 十加2 O72的化学方程式为 2li+2Ca(OH2=Ca(aO)r+CACk+2H20 *儿适当漩缓iflAch速率可臥使孰气披氢暫化钙充分吸收而反瓦 可S提高訓气的辕化率，盘正确; B充分扌甜荥料可以增大反应物的接触面札使氯气被氢氧化钙充分服收而

8、反应,可汰提高氯气的丰訛茲 B正确以C加水使完全濬解氢氧化钙浓度降低不利于氯气的吸收 服 答案选AB。(2)碳馥钙不诲于水，与氯气不反应，氢氧化钙徽溥，因此滅渣的主要成分为CaCCK Ca(OH)io 由于氯气还能与氢氧化钙反应生成次氯釀钙氯化钙和水，因此滤浦中Ca(G5h与的物质的 IZtt HCa(ClCX)i : CaCh 1 :久(i)根捉團像可知戟釀钾的濬睥度曼温度影响最大，因11从该谐液中尽可能多地析出Edd固体的方 法杲蒼发浓编、冷土瞄晶。【名师点晴】无机工业流程题能够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

9、在生产实际中解决问题 的能力，所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每 一部分的目的t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t结合基础 理论与实际问题思考t注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：(1 )从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)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。(3)分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：反应 物是什么；发生了什么反应；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。3、注意实验条件的控制和目的化工流程题在除

10、去杂质或物质转化时常控制一定的实验条件，这种情况下一定要明确条件控制的目的，是考虑易挥发还是易水解，或控制pH使某种离子沉淀，疑惑时还要注意题中所给信息的使用。典例3过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：(一)碳酸钙的制备石灰石(含少At铁的耙化物盐瑋取氧水和枢水过遮 小火煮沸 滤液CaCQj(1) 步骤加入氨水的目的是 。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于(2) 右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是 (填标号)。a.漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b玻璃棒用作引流c 将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁d .滤纸边缘高出漏斗e

11、 .用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度(二)过氧化钙的制备沁 T煮沸、空滤液準弊瞠白色结晶冰浴(3) 步骤的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈性(填“酸”、“碱”或“中”)。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是 (4 )步骤中反应的化学方程式为 ，该反应需要在冰浴下进行，原因是(5) 将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是 。(6) 制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是 ，产品的缺点是 。【答案】(1 )调节溶液pH使Fe(0H)3沉淀；过滤分离；(2) ade

12、 ; (3)酸；除去溶液中 溶解的CO;(4 ) CaCl2 + 2NH H 2O+ HOFCaO J + 2NHCI + 2HzO 或 CaCL + 2NH H 2O+ H2O2 + 6fO=CaO 8H2OJ+ 2NHCI;温度过高时过氧化氢分解； (5)去除结晶表面水分；(6) 工艺简 单、操作方便；纯度较低。【解析】（1）反应中盐酸过量.且滚液中含有铁离子*因此歩骡D加入氨水的目的罡中和参余的盐釀 沉淀铁高子勺 火煮潦的忙用罡使沉淙颗桂长大，有利于过iS &（2） a.过滤时漏斗末端颈尖应该紧靠烧杯壁3错误j肌玻玉器用作引浚b正确将滅纸湿润 使其紧贴漏斗矍防止有气泡，心正确滤纸边绦应该

13、低于漏斗日错误i “用玻璃棒在漏斗中轻轻損 动容易弄碎谑纸；亡错误，答案迭込步骤的具体挨作为邈商加入稀盐酸，至潯液中尚存有少量固也濬液中有二氧化碳生成，因此 潯港呈酸性。濬液中含有二氧址碳而过氧化钙能与釀反应，因此将诸港煮沸的作用杲除去滂液中瀋解的 COjo 4）根据原子守恒可知反应中还有氯化较和水生成，则步骥中反应的化学方程式为ClCb + 2NH3-ftO +讯5=4血1+2眄1亠独6取氧水不稳定，受熱易廿解,因此该反应需要在冰浴Rffi亍的原因是防止 过氧化氢分解卩 过氧化钙不濬于乙酢使用乙酢洗涤的目的是去除结晶表面的水分。（6）制备过氧化哲的另一种方进是：将石灰石懐烧氐 直接加入双氧水

14、反应，过谑后可得到过氧化钙 产品。该工艺方法的优点是原料来沥丰富i操作方便，产品的缺点是得到产品的纯度较低。【名师点睛】本试题考查物质的制备、实验基本操作、盐类水解、实验方案的设计与评价、元素及其化合物的性质等知识，这些问题属于基础知识的应用，意在考查考生的知识运用能力。制备碳酸钙，需要除去石灰石中的杂质，铁的氧化物和盐酸反应产生铁离子，然后利用过氧化氢，把Fe2+氧化成Fe： 利用氢氧化铁在 pH=2出现沉淀，当pH=3.7时沉淀完全，加入氨水调节pH,让Fe3+转化成Fe（OH）3,然后进行过滤，除去杂质。做题过程中注意题目中信息，信息会告诉你解题的思路，“沉淀颗粒长大”，便于得到沉淀，便

15、于过滤分离；实验操作中实验获得成功，一定要注意操作的规范性，如过滤的注意事项：“一贴” “二低”“三靠”；物质的制备为了得到纯净的物质，一定要把杂质除去，但不能引入新的杂质，把有可能引入杂质的情况考虑进去。CaC耐2HCI=CaCl2+ COf+ HO,但CO能溶于水，会有一部分CO溶解，加入氨水时会产生（NH）2CO,制备的过氧化钙不纯净，所以需要除去溶解CO,加热煮沸，即可除去溶解 CQ。在实验题目中往往以元素及其化合物的性质为基础进行考查，过氧化氢不稳定受热易分解，在冰浴中进行，为防止过氧化氢的分解；在物质的制备中也要注意题给信息，因为这往往解某题的关键，如“过氧化钙微溶于水”，用蒸馏水

16、洗涤中会有部分 溶解，为了减少溶解，利用过氧化钙难溶于乙醇进行洗涤。典例4钨（74W是熔点最高的金属，是重要的战略物资。自然界中钨矿石的主要成分是铁和锰的钨酸盐（FeWO、MnWO,还含少量Si、P、As的化合物。由黑钨矿冶炼钨的工艺流程如下:HjSO.桓件筑T申軒量 帕逮履F|悶三I。札化剧叽肚咼一轉跛怙進(NVOJ 浊渣U-UM-W0j-+t14已知：滤渣I的主要成份是 FezQ、MnQ上述流程中，除最后一步外，其余步骤钨的化合价未变。常温下钨酸难溶于水。回答下列问题：(1) 钨酸中钨元素的化合价为 ，写出MnW(在熔融条件下发生碱分解反应生成MnO的化学方程式。(2) 上述流程中向粗钨酸

17、钠溶液中加硫酸调pH=10后，溶液中的杂质阴离子为 SiOs2-、HAsO2-、2-2-HAsO、HPO等，则净化”过程中，加入H2Q时发生反应的离子方程式为(3) 已知氢氧化钙和钨酸钙(CaWO都是微溶电解质，两者的溶解度均随温度升高而减小。图为不同温度下 Ca(OH)2、CaWO勺沉淀溶解平衡曲线。则 Ti填“”或“ Q + 4NaOH2MnO+ 2Na2WO 2fOHAsO+ HQ=HAsO2+ HOwOT_3I+ Ca(OH)2 (s) =CaWO( s) + 20H1X 10 WCF6H2O- 10e=H2WOj + COf + 10H【解析】由茨程可知钩酸亚和氢氧化钠、氧气反应生成

18、氧化铁和钩酸钠，钩酸猛和氢氧化钠反应 生成棉酸钠和氢氧化盂 水浸时氧化钱和氢氧化猛不潯于水，筲酸钠溶于水，故过遽后得到的漩漓含铛 酸钠遽渣I的主姜成份是Fg、MnOs钧酸钠W備酸反应生成钩酸和硫酸钠加入过氧化氢.氧化 巧价的餌対乂价，加入氯化镁，生成难潯于水的MgSig關gHAsg MHPO4.过滤，滤液为餌酸钠， 酸化力口熱分解产生三氧化铛和水用还原剂还原三氧化鹄生成鸨.(1)根据在化合物中正员化合价代数和为零.确罡钩酸盐(FeWOi. MnWO.)中鹤元素的化合价：根携溢 程囲的提示猛的钙陵盐和氮氧化钠和氧气反应生成Mn3等物屈2)根据以上分析，加入Hid的目的是将軌心“氧化成HAQ匚 据此书写离子阪应方程式已去嗨氧化钙和鸭酸钙W6)都罡微濬电解除两者的濬解度均随温度升高而减小。由團读出濬解度 和温度的关茲确走温度的高低；将铛酸钠溶港加入石灰乳得到芻酸轲沉淙和氢氧根禽子，將此书写离子 反应式，反应平新常数K等于生成物平衡浓度系数次方之积和反应物平衡浓度系数次方之积的比，据此计 算8时该反