专题3 考能特训：化学思想2 数形结合思想在化学解题中的应用.ppt

1、考能特训 化学思想2 数形结合思想在化学 解题中的应用,“数缺形，少直观；形缺数，难入微”。华罗庚 具体地说，就是在解决问题时，根据问题的背景、数量关系、图形特征或使“数”的问题借助于“形”去观察，或将“形”的问题借助于“数”去思考，这种解决问题的思想，称为数形结合思想。在化学上，有很多问题也可以用这种数形结合的思想去解决。,类型一 铝盐与强碱的反应(以AlCl3与NaOH的反应为例) 1.反应 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液时，发生的反应依次为Al3+3OH- Al(OH)3 Al(OH)3+OH- +2H2O 2.图象 生成的Al(OH)3与加入的NaOH的量的关系可用图象表示，如图：

2、,3.有关计算 (1)根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量 (2)根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量,【典例导析1】 （2010. 贵阳模拟）向30 mL 1 mol/L的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol/L的NaOH溶液，若产生0.78 g白色沉淀,则加入的NaOH溶液的体积可能为 （ ） 3 mL 7.5 mL 15 mL 27.5 mL A. B. C. D. 解析 已知n(AlCl3)=0.03 mol,nAl(OH)3 =0.01 mol，由沉淀的物质的量小于氯化铝的物 质的量可推知此题可能有两个答案：一是氢氧 化钠不足，二是氢氧化钠过量

3、。 由两者反应的离子方程式知Al3+3OH-Al(OH)3,Al(OH)3+OH- +2H2O 当碱的量不足时，则V(NaOH)=7.5 mL；当碱过量时，则V（NaOH）= L=0.027 5 L= 27.5 mL,D,类型二 偏铝酸盐与强酸的反应（以NaAlO2和HCl的反应为例） 1.反应 向NaAlO2溶液中滴加稀盐酸时，发生的反应依次为 +H+H2O Al(OH)3 Al(OH)3+3H+ Al3+3H2O 2.图象 生成的Al(OH)3与加入的稀盐酸的量的关系可用图象表示，如图：,3.有关计算 （1）根据NaAlO2和HCl计算生成Al(OH)3的量 （2）根据Al(OH)3和Na

4、AlO2的量计算需要加入的HCl的量,4.向Mg2+与Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液 （1）现象：无明显现象出现沉淀渐多最多减少不变 （2）反应 H+OH- H2O Al3+3OH- Al(OH)3 Mg2+2OH- Mg(OH)2 Al(OH)3+OH- +2H2O (3)图象,【典例导析2】 （2010. 阳江模拟）如图是向MgCl2、 AlCl3混合液中依次加入M和N 时生成沉淀的物质的量与加入 的M和N的体积关系图（M、N 各表示盐酸或氢氧化钠溶液中 的一种），以下结论不正确的是 （ ） A.混合溶液中c(AlCl3)c(MgCl2)=11 B.混合溶液中c(AlCl3)c(Mg

5、Cl2)=31 C.点V之前加NaOH溶液，点V之后加盐酸 D.所加盐酸与NaOH溶液中溶质的物质的量浓度 相同,解析 设AlCl3物质的量为1 mol，则生成Al(OH)3为1 mol，AB段溶解过程消耗NaOH也是1 mol（据反应式），由图推知OV段每等份相当于NaOH物质的量为1 mol,那么OA段生成Al(OH)3消耗NaOH应是3 mol，即3等份，则余下两等份即 2 mol应为生成Mg(OH)2所消耗NaOH的物质的量，故Mg(OH)2为1 mol,MgCl2也应是1 mol，由此可判断A选项是正确的，B错误；对于D选项，可分析图象AB、BC两段，前者消耗沉淀后 者生成沉淀，从而

6、有关系式：Al(OH)3OH- H+,故可推知n(OH-)=n(H+)，又因为两段消耗溶液 体积相等，因此不难得出D选项也是正确的。 答案 B,179.2 mL或268.8 mL,（2010. 金华调研）,1. （2010. 湖州模拟）向含有a mol AlCl3的溶液中加入含b mol KOH的 溶液，生成沉淀的物质的量可能 是 ( ) a mol、b mol、a/3 mol b/3 mol、0 mol、(4a-b) mol A.B. C.D. 解析 由：Al3+3OH- Al(OH)3, Al(OH)3+OH- +2H2O可知：沉淀量 由a表示的范围是：0 moln(沉淀）a mol， 沉

7、淀量由b表示的范围是：0 moln(沉淀） mol,故是可能的，当b3a时， 也可行。而的值超过了第二个范围,是不可能的。,D,迁移应用,2. （2010. 中山模拟）将Na2O2逐渐加入到含有Al3+、Mg2+、 的混合液中并微热,产生沉淀和气体的物质的量(mol) 与加入Na2O2的物质的量（mol）的关系如图所 示,则原溶液中Al3+、Mg2+、 的物质的量分别 为 () A.2 mol、3 mol、8 mol B.3 mol、2 mol、8 mol C.2 mol、3 mol、4 mol D.3 mol、2 mol、4 mol,解析 由2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2, Al(

8、OH)3+NaOH NaAlO2+2H2O,故n(Al3+)=(9-8)2=2 mol，根据图象可知，生成8 mol气体，消耗8 mol Na2O2（其中4 mol为O2），故n( )=n(NH3)=4 mol， n(Mg2+)= =3 mol。 答案 C,100b g或100(2ab) g,（2010. 韶关模拟）,化工工艺流程金属矿物部分 对近年的高考试题分析，不难发现，无机化工题是近年高考命题的热点，主要涉及重要物质的制备，如硫酸铜、氢氧化铁的制备等；金属冶炼从铝、镁、铁、铜的冶炼拓展到钛、钨、锰等金属的冶炼。以无机化工流程图为载体，联系化学实验基本操作，如物质分离、提纯等，也可以联系化

9、学计算、环境知识等进行考查。化学工艺流程题主要从以下两点设置：,1.环境与化学：主要涉及“废水、废气、废渣”的 来源、对环境的影响和处理原理。 2.重要化工生产及资源利用：旨在用所学的基本理 论（氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学、 热化学、有机物结构与性质等）指导化工生产。 解题策略：要解决物质的制备、合成等实际 的化学问题往往需要从成本角度（原料是否廉价 易得）、环保角度（是否符合绿色化学的要求）、 现实角度等思考，这类试题有很多都是以框图信 息的形式给出，解答时要看框内，看框外，里外 结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后,全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答 非所问。要求用理

10、论回答的试题，这时应采用 “四段论法”：本题改变了什么条件（或是什么 条件)根据什么理论所以有什么变化结论。,应用举例 【例1】 （2010. 杭州学军中学月考）“细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，如溶液中的氧化亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿（主要成分FeS2）氧化为Fe2(SO4)3，并使溶液酸性增强，其过程如下所示： （1）100 t含FeS2质量分数为60%的硫铁矿，原料在空气氧化中的总利用率为90%，该矿石最多可以制得硫酸铁 t。,黄铁矿,Fe2(SO4)3,氧化,（2）人们可利用Fe2(SO4)3作氧化剂溶解铜矿石 （Cu2S），然后加入铁屑得到铜，该过程中发

11、生 的离子反应方程式(请将补充完整并完成): Cu2S+Fe3+H2O Cu2+Fe2+( )+ ; 。 （3）工业上可利用粗铜（含Zn、Ag、Au杂质）经电解制得精铜（电解铜），则阳极和阴极材料分别为： 和 ， 阳极的电极反应式为 ， 阴极的电极反应式为 。 （4）请评价细菌冶金的优点： 。 （说出一点即可）,解析 （1）二硫化亚铁转化成硫酸铁的过程是： 4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2, 2SO2+O2 2SO3,SO3+H2O H2SO4, Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O,即+ 4+8+2得： 4FeS2+15O2+2H2O 2Fe2(SO4)3+2H

12、2SO4,得 出关系式为：2FeS2Fe2(SO4)3,m(FeS2)=100 t 60%=60 t,硫酸铁质量为60 t90% =90 t。 （2）根据电荷守恒、元素守恒配平该离子方程式，由原子守恒知，缺项为H+。,一定条件下,（3）电解法精炼铜:阳极为粗铜,发生氧化反应：Cu-2e- Cu2+;阴极为精铜,发生还原反应：Cu2+2e- Cu。 (4)细菌冶金的优点主要有节约能源、减少污染。,答案 （1）90 （）Cu2S+10Fe3+4H2O2Cu2+ +10Fe2+8H+ Fe+Cu2+Fe2+Cu (3)粗铜精铜Zn-2e- Zn2+、 Cu-2e- Cu2+ Cu2+2e- Cu (

13、4)对贫矿、尾矿的开采更有价值；能大大降低能源消耗，有利于减少污染（任填一点）,一定条件下,【例2】铝用途广泛，用铝土矿（主要成分为Al2O3nH2O、少量SiO2和Fe2O3）制取Al有如下途径： （1）滤液A可用于净水，其净水原理用离子方程式表示为： 。 （2）灼烧时盛放药品的仪器名称是 。 （3）步骤中发生反应的化学方程式是 。,（4）步骤中生成固体C的离子反应方程式为 ； 滤液C中c(Na+)= (用电荷守恒式表达)。 （5）取滤液B 100 mL,加入1 mol/L盐酸200 mL，沉淀量达到最大且质量为11.7 g。则滤液B中c( )= , c(Na+) 2 mol/L(填“”、“

14、=”或“”)。,解析 首先明确铝土矿的组成，根据组成物质的性 质了解流程中所加药品和操作的目的，比较每一 步骤反应前后物质组成的变化和相关化学方程 式，最后形成整体思维。 （1）铝土矿溶解在过量稀硫酸溶液中，过滤后得 到的滤渣是SiO2，滤液为Al2(SO4)3、H2SO4、 Fe2(SO4)3的混合液。因Al3+、Fe3+能水解产生具有 吸附作用的Al(OH)3、Fe(OH)3胶体，具有净水作 用。向Al2(SO4)3、H2SO4、Fe2(SO4)3的混合液中加 入过量NaOH时，Al2(SO4)3转化为NaAlO2， Fe2(SO4)3转化为Fe(OH)3，经过滤后得到滤渣,Fe(OH)3

15、。滤液B中含有NaAlO2，向滤液B中通入 过量CO2时，生成Al(OH)3和NaHCO3，经过滤后得 到固体CAl(OH)3和含有NaHCO3、Na2SO4的 滤液C。（2）在坩埚中灼烧Al(OH)3得到Al2O3。 （3）电解熔融的Al2O3得到Al和O2。 （4）NaHCO3、Na2SO4的混合溶液中，根据电荷守恒有：c(Na+)=2c( )+2c( )+c( )+c(OH-)-c(H+)。,（5）滤液B为含有NaOH、NaAlO2、Na2SO4的混 合溶液，加入盐酸生成Al(OH)3 11.7 g，即 n（NaAlO2）=0.15 mol,c( )=1.5 mol/L。NaOH、NaA

16、lO2都转化为NaCl，再加上Na2SO4的量，故c(Na+)2 mol/L。,答案 (1)Al3+3H2O Al(OH)3(胶体)+3H+、 Fe3+3H2O Fe(OH)3（胶体）+3H+ （2）坩埚 （3）2Al2O3(熔融) 4Al+3O2 （4） +CO2+2H2O Al(OH)3+ 2c( )+2c( )+c( )+c(OH-)-c(H+) (5)1.5 mol/L ,迁移应用 1. （2010.奉化调研）钛由于具有密度小、强度高、耐高温、抗腐蚀性 强等优点，在现代科学技术上有着广泛的用途。 工业上常用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，同时含 有铁的氧化物）为原料，经过一系列反应来制

17、得 钛，其流程大致如下：,回答下列问题： （1）操作（）中Fe的作用是 ，离子反应方程式为 。 （2）操作（）的名称是 ，得到的浅绿色晶体的化学式为 。 （3）将高压水蒸气通入溶液2中的作用是 。 （4）写出反应总的化学方程式（最终Ti的化合价不变）： 。 （5）写出反应的化学反应方程式： ， 通入氩气的作用是 。 （6）根据所提供的有关信息，你认为钛的用途之一是（指尖端科学技术） 。,解析 （1）由题意知钛铁矿中含有铁的氧化物， 且铁的氧化物溶解在酸中的过程中容易被氧气氧 化成Fe3+，因此，操作（）中加入铁粉的目的是还原Fe3+，反应的离子方程式为Fe+2Fe3+ 3Fe2+，同时过量的铁

18、粉可以消耗过量的硫酸：Fe+2H+ H2+Fe2+。 （2）由图示转化关系可知通过操作（）从滤液中得到了浅绿色晶体和溶液2，所以此操作是结晶或重结晶和过滤，此晶体是FeSO47H2O。 （3）由图示转化关系分析可知溶液2是钛的硫酸盐，向其中通入高压水蒸气后得到的沉淀是Ti(OH)4，在此过程中钛的硫酸盐发生了水解反,应，加入高压水蒸气的作用是促进钛的硫酸盐完全水解生成沉淀。 （4）TiO2与氯气、焦炭反应，得到的一种产物是水煤气的主要成分，则此产物应是CO，另一种产物应该是Ti的氯化物，并且Ti的化合价不变，应是TiCl4，由此可以推断出反应的总方程式为：TiO2+2Cl2+2C TiCl4+

19、2CO。 （5）TiCl4与Mg通过反应生成了Ti，由元素守恒可知另一种产物应该是MgCl2，所以反应的化学方程式为TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2；反应过程中通入氩气的目的是作保护气。 （6）由题意知Ti具有密度小、强度高、耐高温、抗腐蚀性强等优点，所以钛可以用作航天材料或潜艇材料。,答案 （1）还原Fe3+ Fe+2Fe3+ 3Fe2+、Fe+2H+ H2+Fe2+ （2）(重)结晶、过滤 FeSO47H2O （3）促进Ti4+完全水解生成沉淀 （4）TiO2+2Cl2+2C TiCl4+2CO （5）TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2 保护气作用 （6）制造潜艇或用作航天材料等

20、,2.耐火材料主要成分为MgO和Al2O3，某厂用蛭石 （主要成分为：MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2）作 原料生产耐火材料。化学课外小组同学用蛭石进 行了以下实验： .查阅资料得知0.1 mol/L的离子浓度时，氢氧化 物沉淀时的pH为,.实验流程如下（固体A、F为一种成分）： 请回答以下问题： （1）写出下列物质化学式： 试剂 ;固体F 。 （2）步骤B生成C的离子方程式为 。,（3）要保证固体D杂质尽量少，步骤调节溶液的pH合理范围是 。 A.12.413B.1010.8 C.3.75.2 (4)固体D可用来生产合成氨的表 面催化剂。右图表示无催化剂时 NH3的百分含量随时间变化

21、曲线， 请在图上用虚线画出有催化剂时的曲线。 （5）已知： N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-a kJ/mol 2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) H=+b kJ/mol 则NH3被O2氧化为N2和H2O的热化学方程式为 。,答案 （1）稀盐酸或稀硫酸 Al(OH)3 (2)Al3+4OH- +2H2O (3)B (4)见右图。 （5）4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(l) H=(2a-3b) kJ/mol,3. （2010.宁波调研）现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源 及石化工业、高科技等领域有广泛的应用。某铜 矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二

22、铁和脉石（SiO2），现采用酸浸法从矿石中提取铜，其工 艺流程图如下。其中铜的萃取（铜从水层进入有 机层的过程）和反萃取（铜从有机层进入水层的 过程）是现代湿法炼铜的重要工艺手段。,已知：Cu2O+2H+ Cu2+Cu+H2O;当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；反萃取后的水层2是硫酸铜溶液。回答下列问题： （1）矿石用稀硫酸处理过程中发生反应的离子方程式是 。 （2）“循环”经多次循环后的水层1不能继续循环使用，但可分离出一种重要的硫酸盐晶体。若水层1暴露在空气中一段时间后，可以得到另一种重要的硫酸盐，写出水层1暴露在空气中发生反应的离子方程式 。,（3）该工艺最大

23、亮点是它符合下列原理 。 A.化学平衡B.绿色化学 C.质量守恒D.能量守恒 E.相似相溶F.酸碱中和 G.氧化还原反应 答案 （1）Cu2O+2H+ Cu2+Cu+H2O, Fe2O3+6H+ 2Fe3+3H2O, CuO+2H+ H2O+Cu2+ (2)4Fe2+O2+4H+ 4Fe3+2H2O (3)B,易错题重练 1.（2008北京理综，7）1 mol过氧化钠与2 mol 碳酸氢钠固体混合后，在密闭容器中加热充分 反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质 是 （ ） A.Na2CO3 B.Na2O2 Na2CO3 C.NaOH Na2CO3 D.Na2O2 NaOH Na2CO3,解析

24、 由反应2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2 2Na2O2+2H2O 4NaOH+O2 三个式子分析：2 mol NaHCO3分解生成1 mol CO2 和1 mol H2O。若1 mol H2O与1 mol Na2O2反应，则 生成2 mol NaOH，2 mol NaOH又恰好与1 mol CO2 完全反应生成Na2CO3；若1 mol CO2直接与1 mol Na2O2反应，也生成Na2CO3而不生成NaOH。 答案 A,2.以下关于锂、钠、钾、铷、铯的叙述不正确的 是 （ ） 单质熔点最高的是铯 它们都是热和电的良导体 它们的密度依

25、次增大，且都比水轻 它们的还原性依次增强 它们对应离子的氧化性也依次增强 A. B. C. D.,解析 碱金属的熔点、沸点随原子序数的增加而 降低，许多考生则误认为相对原子质量越大，它 们的熔点会越高，易错选B；碱金属的密度是增 大趋势，但也有反常，K的密度比Na的低，且密 度也不都小于1，铷、铯的密度都大于1，这一点 记错了容易错选A；还有的考生审题不细心，往 往选出叙述正确的选项，则易选C。 答案 D,3. （2010.济宁检测） 由Al、CuO、Fe2O3组成的混合物共10.0 g，放入 500 mL某浓度的盐酸中，混合物完全溶解，当 再加入250 mL 2.00 mol/L的NaOH溶

26、液时，得到 沉淀最多。上述盐酸的浓度为 （ ） A.1.00 mol/L B.0.500 mol/L C.2.00 mol/L D.3.00 mol/L 解析 错误原因是不能抓住“得到沉淀最多” 时溶液组成的特点，分析出盐酸和NaOH溶液之 间的定量关系。 得到沉淀最多时，得到NaCl溶液。根据n（Na+） =n(Cl-),而n(Na+)=n(NaOH)、n(Cl-)=n(HCl)，因此 n(NaOH)=n(HCl),上述盐酸的浓度为 =1.00 mol/L。,A,4. （2010.杭州学军中学测试）某溶液中可能含有H+、Na+、 、Mg2+、Fe3+、 Al3+、 等离子。当向该溶液中加入

27、一定物质的量浓度的NaOH溶液时，发现生成沉 淀的物质的量随NaOH溶液的体积变化的图象如 下图所示，下列说法正确的是 （ ）,A.原溶液中含有的阳离子是H+、 、Mg2+、Al3+ B.原溶液中一定含有 和Na+ C.原溶液中含有的Fe3+和Al3+的物质的量之比为 11 D.反应最后形成的溶液中的溶质为Na2SO4 解析 错误原因是不能根据图象中另一种离子与 Al3+消耗NaOH溶液和生成沉淀的关系，推断出该 离子和Al3+的隐含信息。,由图象可知，滴入氢氧化钠的过程中发生了四种 反应：开始一个单位是中和反应，接下来六个单 位是沉淀反应，再接下来的两个单位是铵根离子 与氢氧根离子的反应，最

28、后一个单位为氢氧化铝 的溶解，由此确定生成氢氧化铝需要的氢氧化钠 为三个单位，另外三个单位的氢氧化钠生成的是 氢氧化铁沉淀（图象可知两种沉淀的物质的量相 同，因此两种离子的价态一样）；有铝离子则没 有碳酸根离子。因此可以确定H+、 、Fe3+、Al3+、 ，不能确定是否有Na+,可以确定没有 Mg2+、 。 答案 C,5.下列关于碱金属的描述正确的是 （ ） A.碱金属都可以保存在煤油中 B.硬度小、密度小、熔点低 C.在空气中加热均可产生多种氧化物 D.与水反应，均漂在水面上 解析 保存碱金属主要是为了隔绝空气防止氧 化，如煤油比碱金属密度小，则可用煤油存 放，反之则不能。锂密度比煤油小故不

29、能；C 选项，Li在空气中加热只能生成Li2O；D项 Rb、Cs密度大于1，与水反应不在水面之上。,B,6. （2010.杭州调研） 向下列4份浓溶液中投入一定量的金属钠，下列 说法中不正确的是 （ ） MgSO4 AlCl3 CaCl2 CuSO4 A.都有H2生成 B.都得到白色沉淀 C.可能得不到沉淀 D.可能有白色沉淀 解析 CuSO4与NaOH反应生成Cu(OH)2蓝色沉 淀，AlCl3溶液在NaOH过量时可能生成 无沉淀，Ca(OH)2溶解度小，属于微溶物，可 能析出Ca(OH)2。,B,7. （2010.惠州第三次调研）既能与盐酸反应得到气体，又能与NaOH溶液反 应得到气体的单

30、质是 （ ） A.NaAlO2 B.Al2O3 C.NH4HCO3 D.Al 解析 错误原因是审题失误，没有注意到试题 限制的是能与盐酸、NaOH溶液反应得到气体 的单质。 Al既能与盐酸反应得到H2，又能与NaOH溶液 反应得到H2，而其他几种物质均为化合物。,D,8.下列实验操作对应的化学反应，不正确的是 （ ） A.钠与CuSO4溶液反应 2Na+2H2O 2NaOH+H2 CuSO4+2NaOH Cu(OH)2+Na2SO4 B.钠与稀硫酸反应 2Na+2H2O 2NaOH+H2 2NaOH+H2SO4 Na2SO4+2H2O C.钠与乙醇反应 Na+2CH3CH2OH 2CH3CH2

31、ONa+H2 D.钠与熔融KCl作用 Na+KCl K+NaCl,B,熔融,9. （2010. 宁波模拟） 200时，11.6 g CO2和H2O的混合气体与足量的 Na2O2反应，若反应后固体增加了3.6 g，则原 混合气体的平均相对分子质量为 （ ） A.5.8 B.11.6 C.23.2 D.46.4 解析 据质量守恒定律，反应产生的O2的物质 的量为n(O2)= ,由CO2、 H2O与Na2O2反应的物质的量的关系知CO2和 H2O的总物质的量为0.25 mol2=0.5 mol,则混 合气体的摩尔质量 。 也可巧解，CO2和H2O的平均相对分子质量一定 介于4418之间，选项中只有C符合题意。,C,10. （2010.烟台高三期中）向100 mL 0.1 mol/L的AlCl3溶液中，加入 1 mol/L的NaOH溶液V mL后，再滴加1 mol/L盐 酸。滴加盐酸的体积（横坐标）与生成沉淀的 质量（纵坐标）的关系如图所示，则加入的 NaOH溶液的体积为 （ ） A.10 mL B.30 mL C.40 mL D.50 mL,解析 此题方法有多种，如果直接走捷径，则可 直接判断出答案。n(HCl)=n(NaOH) 1 mol/LV mL=1 mol/L50 mL;V=50。 方法2：元素守恒法：AlCl3溶液加入NaOH后，生