2021高考化学考点突破训练：10-4实验方案的设计与评价-无机化工流程

重点突破锁定高考热点探究规律方法考点1化学试验方案的设计1.设计思路2．试验设计的原则(1)科学性。 (2)平安性。(3)可行性。 (4)简约性。3．试验设计的方法(1)明确试验目的、原理。(2)选择合适的仪器和药品。(3)设计装置步骤。(4)记录试验现象和数据。(5)分析得出结论。4．化学试验方案设计的类型试验设计eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(物质的制备试验方案的设计,物质的性质试验方案的设计,物质的检验、分别和提纯试验方案的设计,综合试验的设计))5．气体的制备(性质)试验方案设计的基本方法eq\x(气体的制备装置)→eq\x(气体的净扮装置)→eq\x(气体性质的验证收集装置)→eq\x(尾气吸取装置)6．性质试验方案的设计思路(1)分析物质组成或找出所属种类。(2)推想物质可能具有的一些物理性质。(3)设计出合理、具体的试验方案，探究或验证其所具有的化学性质。(4)完成试验、记录和分析试验结果，总结得出试验结论。7．试验方案设计时的几个操作(1)试验装置的组装挨次。气体发生→除杂质→干燥→主体试验→尾气处理。(2)接口的连接挨次。总体上遵循装置的排列挨次，但对于吸取装置应“长”进“短”出(或“深”入“浅”出)；量气装置应“短”进“长”出；洗气装置应“长”进“短”出；干燥管应“粗”进“细”出。(3)试验操作挨次。气体发生一般按：装置选择与连接→气密性检验→装固体药品→加液体药品→开头试验(按程序)→拆卸仪器→其他处理等。(4)加热操作留意事项。主体试验加热前一般应先用原料气赶走空气后再点燃酒精灯，其目的一是防止爆炸，如H2还原CuO、CO还原Fe2O3；二是保证产品纯度，如制备Mg3N2、CuCl2等。反应结束时，应先熄灭酒精灯，连续通原料气直到冷却为止。(5)尾气处理。有毒气体常接受溶液(或固体)吸取或将之点燃，无毒气体直接排放。题组训练1．氢化镁(化学式为MgH2)是一种常用的焰火剂，遇水易发生反应。某爱好小组拟选用如下装置制备氢化镁。请回答下列问题：(1)请选择必要的装置，按气体流向的连接挨次为______________________(填仪器接口处的字母编号)。(2)用连接好的试验装置进行试验，试验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞，__________________(请按正确的挨次排列下列步骤)。A．加热反应一段时间B．收集气体并检验纯度C．关闭分液漏斗活塞D．停止加热，充分冷却(3)试验结束后，某同学取少量产物，当心加入热水中，观看到有气泡冒出，该反应的化学方程式为____________。(4)氢化钠也是一种金属氢化物，常用作缩合剂、烷化剂。请你设计一个试验，用化学方法区分氢化钠与氢化镁，写出简要的试验步骤及观看到的现象：___________________________________________________。解析(1)制备氢化镁的原料是镁粉和氢气，氢气中混有HCl和水蒸气，先通过氢氧化钠溶液除去HCl，再通过浓硫酸除去水蒸气，即可得到纯洁的氢气。为防止空气中的水蒸气进入反应装置，应在最终加一个干燥管。(2)试验步骤：制备氢气、收集气体并检验纯度，假如氢气已经纯洁，则可开头制备氢化镁。试验结束，还要再通入一段时间的氢气，直至试管冷却至室温。(3)所生成的气体确定是氢气，另一种产物是氢氧化镁。(4)最简洁的方法是，观看与水反应时是否有沉淀毁灭。由于氢氧化镁难溶于水，而氢氧化钠易溶于水。答案(1)idcghjka(jk可颠倒)(2)BADC(3)MgH2＋2H2O=Mg(OH)2＋2H2↑(4)将少许固体放入适量水中，假如毁灭浑浊，则为MgH2，假如不毁灭浑浊，则为NaH2．(2021·北京)某同学对SO2与漂粉精的反应进行试验探究：操作现象取4g漂粉精固体，加入100mL水部分固体溶解，溶液略有颜色过滤，测漂粉精溶液的pHpH试纸先变蓝(约为12)，后褪色ⅰ.液面上方毁灭白雾；ⅱ.稍后，毁灭浑浊，溶液变为黄绿色；ⅲ.稍后，产生大量白色沉淀，黄绿色退去(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式是_______。(2)pH试纸颜色的变化说明漂粉精溶液具有的性质是________。(3)向水中持续通入SO2，未观看到白雾。推想现象ⅰ的白雾由HCl小液滴形成，进行如下试验：a．用潮湿的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化；b．用酸化的AgNO3溶液检验白雾，产生白色沉淀。①试验a的目的是____________________________________。②由试验a、b不能推断白雾中含有HCl，理由是____________________________________________________________________________________________________________________。(4)现象ⅱ中溶液变为黄绿色的可能缘由：随溶液酸性的增加，漂粉精的有效成分和Cl－发生反应。通过进一步试验确认了这种可能性，其试验方案是__________________________________。(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤，得到沉淀X。①向沉淀X中加入稀HCl，无明显变化。取上层清液，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。则沉淀X中含有的物质是________。②用离子方程式解释现象ⅲ中黄绿色褪去的缘由：________________________。解析(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式：2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。(2)由pH试纸先变蓝后褪色可知，漂粉精溶液具有碱性和漂白性。(3)向水中通入过量SO2不能形成白雾，说明二氧化硫不能形成白雾；用潮湿的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化，说明白雾中不含氯气；依据试验a、b不能推断白雾中含有HCl，由于白雾中混有SO2时也能满足试验a、b的现象，最终生成硫酸银白色沉淀。(4)现象ⅱ中溶液变为黄绿色，说明有氯气生成，即发生反应：Cl－＋ClO－＋2H＋=Cl2↑＋H2O，为确认这种可能性，可向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸，观看溶液是否变为黄绿色。(5)①向沉淀X中加入稀HCl，无明显变化。取上层清液，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明上层清液中含有SOeq\o\al(2－,4)，则沉淀X中含有CaSO4。答案(1)2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(2)碱性、漂白性(3)①检验白雾中是否含有Cl2，排解Cl2干扰②白雾中混有SO2，SO2可与酸性的AgNO3反应生成白色沉淀(4)向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸，观看溶液是否变为黄绿色(5)①CaSO4②SO2＋Cl2＋2H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2Cl－＋4H＋考点2化学试验方案的评价对给出的试验方案做出选择、评价或找出最佳方案，包含的学问点很多，能考查同学分析问题和解决问题的力气。1．选择包括仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。仪器的选择包括发生装置(几种基本类型)、净扮装置(除杂质的试剂和挨次)、反应装置、收集装置、尾气处理装置等；药品的选择，包括种类、浓度、物质的聚集状态等；连接方式的选择，包括仪器的连接挨次、导管接口的连接挨次等。2．评价对几个试验方案的正确与错误、严密与不严密、精确     与不精确     作出推断。要考虑是否合理、有无干扰现象、经济上是否合算和对环境有无污染等。3．最佳方案的选择所谓最佳，无非是装置最简洁、药品简洁取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。题组训练3.(2021·四川)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学爱好小组设计了如下试验。Ⅰ.AgNO3的氧化性将光亮的铁丝伸入AgNO3溶液中，一段时间后将铁丝取出。为检验溶液中Fe的氧化产物，将溶液中的Ag＋除尽后，进行了如下试验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。(1)请完成下表：操作现象结论取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入KSCN溶液，振荡________存在Fe3＋取少量除尽Ag＋后的溶液于试管中，加入________，振荡________存在Fe2＋【试验结论】Fe的氧化产物为Fe2＋和Fe3＋。Ⅱ.AgNO3的热稳定性用如图所示的试验装置A加热AgNO3固体，产生红棕色气体，在装置D中收集到无色气体。当反应结束后，试管中残留固体为黑色。(2)装置B的作用是___________________________________。(3)经小组争辩并验证该无色气体为O2，其验证方法是_______________________________________________________。(4)【查阅资料】Ag2O和粉末状的Ag均为黑色；Ag2O可溶于氨水。【提出设想】试管中残留的黑色固体可能是：ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。【试验验证】该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下试验。试验编号操作现象a加入足量氨水，振荡黑色固体不溶解b加入足量稀硝酸，振荡黑色固体溶解，并有气体产生【试验评价】依据上述试验，不能确定固体产物成分的试验是________(填试验编号)。【试验结论】依据上述试验结果，该小组得出AgNO3固体热分解的产物有________。解析(1)Fe3＋与KSCN溶液反应生成红色溶液，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色沉淀。(2)B装置起平安瓶作用，可防止装置C中的溶液进入加热的试管中。(3)氧气可使带火星的木条复燃，据此可进行试验设计。(4)结合题干信息，氨水能溶解Ag2O，因此a试验可确定产物只含Ag，而b试验只能确定含有Ag，不能推断是否含有Ag2O。答案(1)溶液呈红色K3[Fe(CN)6]溶液产生蓝色沉淀(2)防倒吸(3)用带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明无色气体为O2(4)bAg、NO2、O24．(2022·唐山一模)某课外活动小组依据Mg与CO2的反应原理，探究Mg与NO2的反应及固体产物。该小组通过试验确认Mg能在NO2中燃烧，并对固体产物提出三种假设：Ⅰ.固体产物为MgO。Ⅱ.______________________________________________。Ⅲ.______________________________________________。请回答下列问题：资料信息：2NO2＋2NaOH=NaNO3＋NaNO2＋H2O(1)如图连接好仪器，装药品前如何检验装置的气密性：____________________________________。(2)装置B中盛装的干燥剂可以是(填序号)________。①浓硫酸②无水CaCl2③碱石灰④五氧化二磷(3)开头打开活塞K，让A中反应进行一段时间，待C中布满红棕色气体后，关闭活塞K，再点燃C处酒精灯，同时D中碱液盛得很满，这样做的目的都是________________。(4)E中收集到的气体对氢气的相对密度是14，该气体是________________。(5)试验得到固体残留物的质量是试验前Mg粉质量的1.5倍，则假设________成立。C中发生反应的化学方程式为________________。(6)本试验中存在明显缺陷，改进措施是__________________________________________________。解析镁与二氧化碳反应生成的固体为氧化镁和单质碳，则镁与二氧化氮反应生成的固体为氧化镁或氮化镁或二者的混合物。(1)有气体制备的反应，试验前都要检查装置的气密性，然后再加入药品进行试验。(2)装置B中应盛装固体干燥剂，而NO2与碱石灰反应，所以干燥剂可以是无水氯化钙或五氧化二磷。(3)开头打开活塞K，让A中反应一段时间，待C中布满红棕色气体后，关闭活塞K，再点燃C处酒精灯，同时D中盛满碱液，目的都是排净装置中的空气，防止空气干扰试验。(4)E中气体对氢气的相对密度是14，则E是N2。(5)试验得到固体残留物的质量是试验前Mg粉质量的1.5倍，假如生成的全是MgO，则大于1.5倍，假如生成的全是Mg3N2，则小于1.5倍，所以生成的是二者的混合物，假设Ⅲ成立。反应的化学方程式为4Mg＋2NO2eq\o(=,\s\up15(加热))4MgO＋N2、3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(加热))Mg3N2。(6)试验的缺陷是活塞K处没有尾气吸取装置、简洁倒吸等。答案Ⅱ.固体产物为Mg3N2Ⅲ.固体产物为MgO和Mg3N2(1)关闭分液漏斗活塞和活塞K，将导气管末端插入水中，对锥形瓶(或C处反应管)微热，若导气管口有气泡，停止加热，导气管中进入一段水柱，表示气密性良好(2)②④(3)排净装置中空气，防止空气干扰试验(4)N2(5)Ⅲ4Mg＋2NO2eq\o(=,\s\up15(加热))4MgO＋N23Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(加热))Mg3N2(6)活塞K处的导气管插入NaOH溶液中，进行尾气吸取考点3化学工艺流程题的解题策略化工流程题目在流程上一般分为3个过程：eq\x(原料处理)→eq\x(分别提纯)→eq\x(获得产品)1．原料处理常用的方法(1)加快反应速率。(2)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸：与水接触反应或溶解。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。(3)灼烧、焙烧、煅烧：转变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。(4)把握反应条件的方法。2．分别提纯阶段的常见考点(1)调pH值除杂。①把握溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀。②调整pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。(2)试剂除杂。(3)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动，假如在制备过程中毁灭一些受热易分解的物质或产物，则要留意对温度的把握。(4)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动。(5)萃取。3．获得产品阶段的常用方法(1)洗涤(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子，并削减晶体在洗涤过程中的溶解损耗。(2)蒸发、反应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，以防其水解。(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。(4)蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。(5)重结晶。题组训练5．(2021·新课标全国Ⅰ)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6C＋xLi＋＋xe－=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全部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Li1－xCoO2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，其缘由是______________________________________。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)因锂在化合物中通常为＋1价，故LiCoO2中Co为＋3价。(2)由碱浸后经一系列处理可得到Al(OH)3及正极材料中含有铝箔知，碱浸时单质铝与NaOH溶液反应，由此可写出对应的离子方程式。(3)由流程图知，钴元素最终变成＋2价，故酸浸时发生的是LiCoO2氧化H2O2的反应：LiCoO2＋H2SO4＋H2O2→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。另外还存在H2O2受热分解生成水与O2的反应。用盐酸代替硫酸与H2O2的混合液时，会得到有毒的氧化产物Cl2，造成环境污染。(4)由流程图知，加入NH4HCO3后硫酸钴转化为碳酸钴，HCOeq\o\al(－,3)在转化为CoCO3的过程中，电离出的H＋会与另外一部分HCOeq\o\al(－,3)作用生成CO2与水，NHeq\o\al(＋,4)、SOeq\o\al(2－,4)结合为(NH4)2SO4，由此可写出对应的化学方程式。(5)由充电时阴极(题目中锂离子电池的负极)的电极反应式知，放电时LixC6是反应物，Li＋是生成物，锂的价态上升，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是Li1－xCoO2，相应的反应方程式为LixC6＋Li1－xCoO2=LiCoO2＋6C。(6)放电时，负极上的锂失去电子变成Li＋，进入溶液后再向正极移动并进入正极材料中，相当于在正极上富集了锂。由流程图知，能回收的金属化合物有三种。答案(1)＋3(2)2Al＋2OH－＋6H2O=2Al(OH)eq\o\al(－,4)＋3H2↑(或2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2)(3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2eq\o(=,\s\up15(△))Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2eq\o(=,\s\up15(△))2H2O＋O2↑有氯气生成，污染较大(4)CoSO4＋2NH4HCO3=CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑(5)Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋6C(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、Li2SO46．(2021·新课标全国Ⅱ)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧