专题10无机综合题型透析

2019专题10无机综合题型透析10考能探究知识整合目录对点集训一、无机综合题型的特点全国卷必考一道无机综合题,一般以无机流程型呈现。此类试题以真实的工艺生产流程为背景,情境新,集综合性、真实性、开放性于一体,考查的内容广泛,主要考查元素化合物的性质、物质推断、盐类的水解、溶解平衡、电化学原理、混合物分离和提纯的方法、化学实验基本操作方法、陌生情境中化学方程式或离子方程式的书写及简单计算能力,体现以能力立意的命题思想,能够综合考查考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。无机综合题一般分为工艺流程型和元素化合物型。二、无机综合题的解题方法及思路有关物质制备、分离与提纯的工艺流程题以工艺流程为主线,解题时要根据题目要求,理清每步流程的目的及反应原理。如图所示:箭头:箭头进入的是投料即反应物,出去的是生成物(包括主产物和副产物)。三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环使用。1.工艺流程题的分析思路(1)浏览全题,首尾呼应,找到流程主线①运用首(原料)尾(产品)呼应法,分析从原料到产品,需要发生什么核心反应和除去哪些杂质,明确流程的主要任务。②依据流程图两端的原料和产品,确定工艺流程的主线和支线,找到为发生核心反应而加入的核心辅助原料。(2)分段剖析,明晰细节,贯通整个流程①以核心辅助原料为准,把流程划分为原料预处理、发生核心反应和产品的分离、提纯三个阶段。②结合箭头的指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,实现对整个流程的全盘分析。③某些暂时琢磨不透的环节可“跳过去”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回过头来进行有针对性的分析。(3)由易到难,变换角度,逐一破解答案①先易后难:先回答与工艺流程非密切相关的简单问题,确保易拿的分数先拿,增强答题信心。②变换角度:从基本理论(氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学等)、反应条件(温度、压强、催化剂、原料配比、pH调节、溶剂选择、除杂、产品分离等)的控制、绿色化学观点(原子经济性、循环操作、环保)、经济角度(提高产量与产率、原料廉价易得、降低能耗、设备简单)、安全生产(防爆、防中毒、防污染)等多角度答题。③对于棘手的问题:不要忘了尝试从题给信息中寻找问题的答案。2.原料预处理的五种措施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3.制备过程中控制反应条件的四种方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:①能与H+反应,使溶液pH变大;②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,一般不加入NaOH溶液、氨水等。(2)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。(3)控制压强。改变速率,影响平衡。(4)使用合适的催化剂。加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间。4.获得产品阶段的四种常用操作(1)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;乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体的溶解损耗,还可以加快晶体干燥。(2)蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防止其水解。(3)蒸发浓缩、冷却结晶:如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,母液中是NaCl和少量K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。(4)蒸发结晶、趁热过滤:如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是少量K2Cr2O7和NaCl;同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。5.物质分离、提纯的方法(1)正确选择物质分离的六种常用方法①过滤;②萃取和分液;③蒸发结晶;④冷却结晶;⑤蒸馏与分馏;⑥冷却法:利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业中采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。(2)准确把握物质提纯的六种常用方法①水溶法:除去可溶性杂质;②酸溶法:除去碱性杂质;③碱溶法:除去酸性杂质;④氧化还原法:除去还原性或氧化性杂质;⑤灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质;⑥调pH法:除去酸性溶液中的Fe3+等。三、化工流程题中常见的答题模板1.增大原料浸出率的措施:搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)、增大气液或固液的接触面积。2.加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。3.温度不高于××℃的原因:适当加快反应速率,但温度过高会造成(如催化剂酶)失效、(如浓硝酸、盐酸)挥发、(如H2O2)分解、(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等,影响产品的生成。4.控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀:调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等(大多为难溶物),以避免引入新的杂质。物质分离时pH的范围确定、范围过小的后果(导致某离子沉淀不完全)或过大的后果(导致主要离子开始沉淀)。5.证明沉淀完全的操作:静置,取少许上层清液于试管中,再加入××试剂,若无沉淀生成,说明沉淀完全。6.洗涤沉淀的操作:将沉淀放入过滤装置中,沿玻璃棒加蒸馏水至浸没沉淀,静置,待水流尽后,重复操作2~3次。(若沉淀易溶于水,可用无水乙醇进行洗涤。可减少沉淀损失,无水乙醇易挥发,不引入杂质)7.判断沉淀洗净的方法:取少许最后一次洗涤液于试管中,滴加××试剂(可与某些杂质离子发生沉淀反应),若无沉淀生成,说明沉淀洗涤干净。8.洗涤的目的:①除去附着在沉淀表面的可溶性杂质;②提高可溶性物质的产率。9.冰水洗涤的目的:洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗。10.乙醇洗涤的目的:降低被洗涤物质的溶解度,减少其在洗涤过程中的溶解损耗,得到较干燥的产物。11.蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时,为获得AlCl3固体,需在HCl气流中进行。12.事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的气体(如氧气),防止某物质被氧化。考向1工艺流程型典型例题答案1.(2018年全国Ⅲ卷,27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO3的化学名称是

。

(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如图所示:碘酸钾答案解析“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是

。“滤液”中的溶质主要是_____。“调pH”中发生反应的化学方程式为

______________________________________________。(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。加热KCl

KH(IO3)2+KOH

2KIO3+H2O(或HIO3+KOHKIO3+H2O)答案解析①写出电解时阴极的电极反应式:

。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为

,其迁移方向是

。

③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有_________________

(写出一点)。

2H2O+2e-2OH-+H2↑K+由a到b产生Cl2,易污染环境解析▶

(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低,所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的;KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同,采用结晶法分离,滤液中的溶质主要是KCl;要使KH(IO3)2转化为KIO3,可以加入KOH调节pH,发生反应KH(IO3)2+KOH2KIO3+H2O或HIO3+KOHKIO3+H2O,从而避免引入新的杂质离子。解析▶(3)①电解液是KOH溶液,阴极的电极反应式为2H2O+2e-

2OH-+H2↑。②电解过程中阳极反应式为I-+6OH--6e-+3H2O,阳极的K+通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。③“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2,易污染环境。突破训练1.(2018年福建莆田高三测试)电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程如图1所示:答案解析(1)氯金酸(HAuCl4)中Au元素的化合价为

。

(2)“焙烧渣”在“①酸浸”时发生反应的离子方程式为

。

(3)铜阳极泥氧化时,采用“低温焙烧”而不采用“高温焙烧”的原因是

。

(4)已知N2H4被银氨溶液氧化的产物是氮气,则每生成1molAg,需要消耗

gN2H4。

(5)氯金酸(HAuCl4)在pH为2~3的条件下被草酸还原为Au,同时放出二氧化碳气体,则该反应的化学方程式为

_______________________。+3Ag2O+2H++2Cl-2AgCl+H2O高温焙烧时,生成的Ag2O又分解为Ag和O2(或2Ag2O4Ag+O2↑)82HAuCl4+3H2C2O42Au↓+8HCl+6CO2↑答案解析(6)阳极泥中的铜可以用FeCl3溶液浸出,所得溶液中主要含有的阳离子为Cu2+、Fe3+和Fe2+。结合图2分析(纵坐标代表金属阳离子浓度的对数):①要从浸出液中提纯铜,最好先加入酸化的双氧水,目的是

,然后加入适量的CuO调节pH=3.7,除去____

(填离子符号)。

②常温下,从图中数据计算可得Cu(OH)2的Ksp约为

。

将Fe2+氧化为Fe3+Fe3+1.0×10-20解析▶

(2)由流程图可知,“焙烧渣”在“酸浸”时,Ag2O与盐酸反应生成AgCl和H2O,反应的离子方程式为Ag2O+2H++2Cl-2AgCl+H2O。(3)因为Ag2O高温焙烧分解为Ag和O2,所以铜阳极泥氧化时,采用“低温焙烧”而不采用“高温焙烧”,防止反应生成的Ag2O又分解为Ag和O2。(4)由题意可知,N2H4被

氧化为N2,被N2H4还原为Ag,反应的离子方程式为4+N2H4+4OH-4Ag↓+N2↑+4H2O+8NH3↑,每生成1molAg,需要消耗0.25molN2H4,质量为0.25mol×32g·mol-1=8g。解析▶

(6)①要从浸出液中提取铜,需要先将Fe2+氧化为Fe3+,然后加入适量的CuO调节pH=3.7,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,除去了Fe3+。②Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),由图可知,pH=6时,lgc(Cu2+)=-4,c(Cu2+)=10-4mol·L-1,c(OH-)=1.0×10-8mol·L-1,则Ksp[Cu(OH)2]=1.0×10-20。点石成金1.在书写陌生的方程式时,结合前后流程正确推断出反应物和生成物,注意是写离子方程式还是化学方程式。2.在混合溶液过程中,通过Qc和Ksp的对比判断溶液中是否有沉淀生成时,混合后某溶液浓度的求算需要注意总体积变化引起的溶液浓度变化。3.检验溶液中是否存在某物质的设计方案通常是取少量液体于试管中,加入另一试剂产生某现象,然后得出结论。4.控制合适温度常考虑物质的挥发、物质的不稳定性(会分解)或控制物质的转化等。5.加过量试剂常考虑反应完全或增大转化率、产率等。考向2元素化合物型典型例题答案解析2.(2016年全国Ⅱ卷,26)联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:(1)联氨分子的电子式为

,其中氮的化合价为

。

(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程为

。

-2NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O答案解析

N2H6(HSO4)28.7×10-7反应放出的热量大且产生大量气体2ΔH3-2ΔH2-ΔH1答案解析

(5)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是

。

联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1kg的联氨可除去水中溶解的O2

kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是_________________________________________________________________________________。固体逐渐变黑,并有气泡产生1N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O),而用Na2SO3会产生Na2SO4影响锅炉的安全使用解析▶

(1)联氨是由两种非金属元素组成的共价化合物,电子式为,根据化合物中元素的正、负化合价代数和为0可知,氮元素的化合价为-2价。(2)次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,Cl元素的化合价由+1价降低到-1价,N元素的化合价由-3价升高到-2价,根据得失电子守恒和原子守恒可知,该反应的化学方程式为NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。解析▶(3)根据盖斯定律,反应热效应之间的关系式为ΔH4=2ΔH3-2ΔH2-ΔH1。联氨具有强还原性,N2O4具有强氧化性,两者易发生自发的氧化还原反应,反应放出的热量大,且产生大量气体,所以联氨和N2O4可作为火箭推进剂。(4)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似,则联氨第一步电离的方程式为N2H4+H2O+OH-,由题意可知,联氨第一步电离的平衡常数为8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7;联氨为二元弱碱,则联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为N2H6(HSO4)2。解析▶

(5)联氨是一种常用的还原剂,AgBr具有氧化性,两者发生氧化还原反应生成单质银,向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,可观察到固体逐渐变黑,并有气泡产生;联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀,发生的反应为N2H4+O2N2+2H2O,理论上1kg的联氨可除去水中溶解的氧气的质量为1kg÷32g·mol-1×32g·mol-1=1kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是N2H4的用量少,不产生其他杂质,而Na2SO3的氧化产物为Na2SO4,易生成硫酸盐沉淀,影响锅炉的安全使用。答案解析突破训练2.铝(熔点为660℃)是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3(熔点为2045℃)和冰晶石(Na3AlF6,六氟合铝酸钠)混合熔融后电解制得。回答下列问题:(1)铝属于活泼金属却能在空气中稳定存在,原因是_______________________________________________________________________。

(用化学方程式及相关文字说明)。

(2)将0.1mol·L-1AlCl3溶液和10%N