讲练测2019年高考化学三轮复习核心热点总动员专题11:化学流程无机物的推断及综合应用(含解析)
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1、化学流程、无机物的推断及综合应用【名师精讲指南篇】【高考真题再现】1【2018 新课标 1 卷】焦亚硫酸钠(Na 2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的 SO2生产 Na2S2O5的工艺为:pH=4.1 时,中为_溶液(写化学式) 。工艺中加入 Na2CO3固体、并再次充入 SO2的目的是_。(3)制备 Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2碱吸收液中含有 NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的
2、 NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。(4)Na 2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5残留量时,取 50.00 mL 葡萄酒样品,用 0.01000 molL1的碘标准液滴定至终点,消耗 10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中 Na2S2O5的残留量为_gL 1(以 SO2计) 。【答案】 2NaHSO3Na 2S2O5+H2O NaHSO3 得到 NaHSO3过饱和溶液 2H2O4e 4H +O2 a S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H 0.128【解析】分析:(1)根据原子守恒书写方程式;(
3、2)根据溶液显酸性判断产物;要制备焦亚硫酸钠,需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液,据此判断;(3)根据阳极氢氧根放电,阴极氢离子放电,结合阳离子交换膜的作用解答;(4)焦亚硫酸钠与单质碘发生氧化还原反应,据此书写方程式;根据方程式计算残留量。详解:(1)亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠,根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3Na 2S2O5+H2O;(2)碳酸钠饱和溶液吸收 SO2后的溶液显酸性,说明生成物是酸式盐,即中为 NaHSO3;要制备焦亚硫酸钠,需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液,因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到 NaHSO3过饱和溶液;(3)阳极发生失去电子
4、的氧化反应,阳极区是稀硫酸,氢氧根放电,则电极反应式为2H2O4e 4H +O2。阳极区氢离子增大,通过阳离子交换膜进入 a 室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电,氢氧根浓度增大,与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠,所以电解后 a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。(4)单质碘具有氧化性,能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠,反应的方程式为S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H ;消耗碘的物质的量是 0.0001mol,所以焦亚硫酸钠的残留量(以 SO2计)是 。点睛:本题以焦亚硫酸钠的制备、应用为载体考查学生对流程的分析、电解原理的应用以及定量分析等,题目难度中等。难点是电解池的分析与判
5、断,注意结合电解原理、交换膜的作用、离子的移动方向分析电极反应、亚硫酸氢钠浓度的变化。易错点是最后一问,注意计算残留量时应该以二氧化硫计,而不是焦亚硫酸钠。2【2018 新课标 2 卷】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子 c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下:金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应
6、的化学方程式为_。(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2外还有_;氧化除杂工序中 ZnO 的作用是_,若不通入氧气,其后果是_。(3)溶液中的 Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为_;沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。【答案】 ZnS+ O2 ZnO+SO2 PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2+ Zn+Cd2+ Zn2+Cd Zn2+2e Zn 溶浸【解析】分析:焙烧时硫元素转化为 SO2,然后用稀硫酸溶浸,生成硫酸锌、硫酸亚铁和硫酸镉,二氧化硅与稀硫酸不反应转化为滤渣,由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣
7、1 中还含有硫酸铅。由于沉淀亚铁离子的 pH 较大,需要将其氧化为铁离子,通过控制 pH 得到氢氧化铁沉淀;滤液中加入锌粉置换出 Cd,最后将滤液电解得到金属锌,据此将解答。详解:(1)由于闪锌矿的主要成分是 ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为 2ZnS+3O22ZnO+2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣 1 的主要成分除 SiO2外还有 PbSO4;要测定铁离子,需要调节溶液的 pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节 pH,即氧化除杂工序中 ZnO 的作用是调节溶液的 pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的 pH 较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质 F
8、e2+。(3)溶液中的 Cd2+可用锌粉除去,反应的离子方程式为 Zn+Cd2+Zn 2+Cd。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得到电子的还原反应,因此阴极是锌离子放电,则阴极的电极反应式为 Zn2+2e Zn;阳极是氢氧根放电,破坏水的电离平衡,产生氢离子,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。点睛: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在生产实际中解决问题的能力。解决本类题目的关键是分析流程中的每一步骤,可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
9、反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。即抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务的。另外本题中呈现的内容展示了中华优秀科技成果对人类发展和社会进步的贡献,可以引导学生自觉传承我国科学文化,弘扬科学精神。3 【2018 新课标 3 卷】KIO 3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)KIO 3的化学名称是_。(2)利用“KClO 3氧化法”制备 KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl 2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)KIO 3也可
10、采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。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_。与“电解法”相比, “KClO3氧化法”的主要不足之处有_(写出一点) 。【答案】 碘酸钾 加热 KCl KH(IO3)2+KOH 2KIO3+H2O 或(HIO 3+KOH KIO3+H2O) 2H2O+2e2OH +H2 K + a 到 b 产生 Cl2易污染环境等【解析】分析:本题考查的是化学工业以及电化学的相关知识。应该从题目的化工流程入手,判断每步流程操作的目的,就可以顺利解决问题。详解:(1)根据氯酸钾(KClO 3)可以推测 KIO3为碘酸钾。(2)将溶解在溶
11、液中的气体排出的一般方法是将溶液加热,原因是气体的溶解度是随温度上升而下减小。第一步反应得到的产品中氯气在“逐 Cl2”时除去,根据图示,碘酸钾在最后得到,所以过滤时 KH(IO3)2应该在滤渣中,所以滤液中主要为 KCl。 “调 pH”的主要目的是将 KH(IO3)2转化为 KIO3,所以方程式为:KH(IO 3)2+KOH=2KIO3+H2O。(3)由图示,阴极为氢氧化钾溶液,所以反应为水电离的氢离子得电子,反应为 2H2O + 2e- = 2OH- + H2。电解时,溶液中的阳离子应该向阴极迁移,明显是溶液中大量存在的钾离子迁移,方向为由左向右,即由 a 到 b。KClO 3氧化法的最大
12、不足之处在于,生产中会产生污染环境的氯气。点睛:题目的电解过程,可以理解为:阳极区的单质碘和氢氧化钾反应:3I 2 + 6KOH = KIO3 + 5KI + 3H2O,生成的碘离子在阳极失电子再转化为单质碘,单质碘再与氢氧化钾反应,以上反应反复循环最终将所有的碘都转化为碘酸钾。阴极区得到的氢氧化钾可以循环使用。4 【2018 北京卷】磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:已知:磷精矿主要成分为 Ca5(PO4)3(OH),还含有 Ca5(PO4)3F 和有机碳等。溶解度:Ca 5(PO4)3(OH)”或“ 随温度升高,CO 含量增大,说明生成 CO 的反应是吸热反应H 2O、FeCl 2溶液
13、、NaOH 溶液 MgCl 2、AlCl 3、FeCl 3(2)SiCl 4 高于 136,低于 181【解析】(1)生成 TiCl4和 CO 的反应方程式为 TiO22Cl 22C=TiCl 42CO,根据盖斯定律,两式相加,得到 TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) H= H1+ H2=(-220.9 kJmol-1)+(+175.4 kJmol-1)=-45.5kJmol 1 。根据图像,随着温度的升高,CO 的浓度增加,CO 2浓度降低,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,即 H0。尾气中的 HCl 经水吸收可得到粗盐酸,然后再将 Cl2通入 Fe
14、Cl2溶液中,最后用氢氧化钠溶液吸收剩余酸性气体。资料中已经给出“TiCl 4及所含杂质氯化物的性质”一览表,因此氯化过程中生成的 MgCl2、AlCl 3、FeCl 3只有少量溶解在液态 TiCl4中,而SiCl4完全溶解在 TiCl4中,因此过滤得到粗 TiCl4混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。滤渣应为 MgCl2、AlCl 3、FeCl 3。 (2)根据资料,SiCl 4的沸点最低,先蒸馏出来,因此物质 a 为 SiCl4,根据流程目的,为了得到纯净的 TiCl4,后续温度需控制在稍微大于 136,但小于 181。【名师点睛】本题以钛精矿制备纯 TiCl4的流程为素材,主要考查盖斯
15、定律和热化学方程式、化学平衡移动、HCl 及 Cl2尾气的利用和吸收、制备流程中物质关系、过滤、蒸馏实验等基础化学知识,考查考生对化学反应原理知识的综合应用能力和对已知信息的综合应用能力。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成,每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上,分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑;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。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”:本题改变了什么条件(或是什么条件)根
16、据什么理论所以有什么变化结论。另外需要注意题干信息的提取和筛选,例如本题中:溶解性决定溶液中溶质及沉淀的成分,表格中信息则可以得到 TiCl4液体中溶解的溶质及同时存在的沉淀成分。工业过程中有毒、有污染的尾气都需要进行处理防止污染。10 【2017 江苏卷】(12 分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al2O3,含 SiO2和 Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO 2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1) “碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_。 (2)向“过滤”所得滤液中加入 NaHCO3溶液,溶液的 pH_ (填“增大” 、 “不变”或“减小”)。(3)
17、“电解”是电解熔融 Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_。 (4) “电解”是电解 Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为_,阴极产生的物质 A 的化学式为_。(5)铝粉在 1000时可与 N2反应制备 AlN。在铝粉中添加少量 NH4Cl 固体并充分混合,有利于 AlN的制备,其主要原因是_。 【答案】 (1)Al 2O3+2OH=2AlO2 +H2O (2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的 O2氧化(4)4CO 32 +2H2O4e=4HCO3 +O2 H 2(5)NH 4Cl 分解产生的 HCl 能够破坏 Al 表面的 Al2O3薄膜【解析】结合流程及题中信息可
18、知,铝土矿在碱溶时,其中的氧化铝和二氧化硅可与强碱溶液反应,过滤后,滤液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠,氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝,最后电解熔融的氧化铝得到铝。碳酸钠溶液经电解后可以再生成碳酸氢钠和氢氧化钠进行循环利用。(1)氧化铝为两性氧化物,可溶于强碱溶液生成偏铝酸钠和水,离子方程式为Al2O3+2OH=2AlO2 +H2O。(2)为了提高铝土矿的浸取率,氢氧化钠溶液必须过量,所以过滤 I 所得滤液中含有氢氧化钠,加入碳酸氢钠溶液后,氢氧化钠与碳酸氢钠发生反应生成碳酸钠和水,所以溶液的 pH 减小。(3)电解 I 过程中,石墨阳极上氧离子被氧化为氧气,在高温下,氧气与石
19、墨发生反应生成气体,所以,石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。(4)由图中信息可知,生成氧气的为阳极室,溶液中水电离的 OH放电生成氧气,破坏了水的电离平衡,碳酸根结合 H+转化为 HCO3 ,所以电极反应式为 4CO32 +2H2O4e=4HCO3 +O2,阴极室氢氧化钠溶液浓度变大,说明水电离的 H+放电生成氢气而破坏水的电离平衡,所以阴极产生的物质 A 为 H2。(5)铝在常温下就容易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜。氯化铵受热分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜,所以加入少量的氯化铵有利于 AlN 的制备。【名师点睛】本题通过化工流程考查了课本上学过的从铝土矿提取
20、铝的元素化合物的知识,在问题中又结合原料的循环利用考查了电解原理。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成,每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上,分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑;解答时要先看框内,后看框外,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。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”:本题改变了什么条件(或是什么条件)根据什么理论或性质所以有什么变化结论,如本题最后一个问题,只要注意了铝表面易生成氧化膜和氯化铵受热易分解这两条性质,即可
21、想到分解产物对氧化膜的作用,所以备考时,要多看课本上元素化合物方面内容,知道学了哪些,大多数的试题的根都在课本上。11 【2017 江苏卷】(15 分)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量 Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。已知:NaClO 溶液在受热或酸性条件下易分解,如:3NaClO 2NaCl+NaClO3AgCl 可溶于氨水:AgCl+2NH 3H2O Ag(NH3) 2+ Cl +2H2O常温时 N2H4H2O(水合肼)在碱性条件下能还原 Ag(NH3)2+:4Ag(NH3) 2+N2H4H2O 4Ag+N 2+4NH 4 +4NH3+H 2O(1)
22、“氧化”阶段需在 80条件下进行,适宜的加热方式为_。(2)NaClO 溶液与 Ag 反应的产物为 AgCl、NaOH 和 O2,该反应的化学方程式为_。 HNO3也能氧化 Ag,从反应产物的角度分析,以 HNO3代替 NaClO 的缺点是_。(3)为提高 Ag 的回收率,需对“过滤”的滤渣进行洗涤,并_。(4)若省略“过滤” ,直接向冷却后的反应容器中滴加 10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量 NaClO 与 NH3H2O 反应外(该条件下 NaClO3与 NH3H2O 不反应),还因为_。(5)请设计从“过滤”后的滤液中获取单质 Ag 的实验方案:_(实验中须使用的试剂有:2 mol
23、L 1水合肼溶液,1 molL 1H2SO4)。【答案】 (1)水浴加热 (2)4Ag+4NaClO+2H 2O 4AgCl+4NaOH+O2会释放出氮氧化物(或 NO、NO 2 ),造成环境污染 (3)将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中 (4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水,且其中含有一定浓度的 Cl,不利于 AgCl 与氨水反应 (5)向滤液中滴加 2 molL1水合肼溶液,搅拌使其充分反应,同时用 1 molL1 H2SO4溶液吸收反应中放出的 NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥。 【解析】分析题中的实验流程可知,第一步氧化是为了把光盘中的少量银转化为氯化银,氯化
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