高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解.docx

高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解.docx

《高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考化学难点剖析专题09氧化还原反应在化工流程中的考查讲解

专题09氧化还原反应在化工流程中的考查

一、高考题再现

1．（2018课标Ⅰ）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）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：

①pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。

②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NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。

在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。

滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。

【答案】2NaHSO3＝Na2S2O5+H2ONaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液2H2O－4e－＝4H＋+O2↑aS2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋0.128

②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）阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝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+3H2O＝2SO42－+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

。

2．（2018课标Ⅱ）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+）=0.1mol·L-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+SO2PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+Zn+Cd2+

Zn2++CdZn2++2e－

Zn溶浸

【解析】

（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+3O2

2ZnO+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Fe2+。

3．（2018北京）实验小组制备高铁酸钾（K2FeO4）并探究其性质。

资料：

K2FeO4为紫色固体，微溶于KOH溶液；具有强氧化性，在酸性或中性溶液中快速产生O2，在碱性溶液中较稳定。

（1）制备K2FeO4（夹持装置略）

①A为氯气发生装置。

A中反应方程式是________________（锰被还原为Mn2+）。

②将除杂装置B补充完整并标明所用试剂。

_______

③C中得到紫色固体和溶液。

C中Cl2发生的反应有

3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH

2K2FeO4+6KCl+8H2O，另外还有________________。

（2）探究K2FeO4的性质

①取C中紫色溶液，加入稀硫酸，产生黄绿色气体，得溶液a，经检验气体中含有Cl2。

为证明是否K2FeO4氧化了Cl－而产生Cl2，设计以下方案：

方案Ⅰ

取少量a，滴加KSCN溶液至过量，溶液呈红色。

方案Ⅱ

用KOH溶液充分洗涤C中所得固体，再用KOH溶液将K2FeO4溶出，得到紫色溶液b。

取少量b，滴加盐酸，有Cl2产生。

i．由方案Ⅰ中溶液变红可知a中含有______离子，但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4将Cl－氧化，还可能由________________产生（用方程式表示）。

ii．方案Ⅱ可证明K2FeO4氧化了Cl－。

用KOH溶液洗涤的目的是________________。

②根据K2FeO4的制备实验得出：

氧化性Cl2________

（填“＞”或“＜”），而方案Ⅱ实验表明，Cl2和

的氧化性强弱关系相反，原因是________________。

③资料表明，酸性溶液中的氧化性

＞

，验证实验如下：

将溶液b滴入MnSO4和足量H2SO4的混合溶液中，振荡后溶液呈浅紫色，该现象能否证明氧化性

＞

。

若能，请说明理由；若不能，进一步设计实验方案。

理由或方案：

________________。

【答案】2KMnO4+16HCl

2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O

Cl2+2OH−

Cl−+ClO−+H2OFe3+4FeO42−+20H+

4Fe3++3O2↑+10H2O排除ClO−的干扰>溶液的酸碱性不同若能，理由：

FeO42−在过量酸的作用下完全转化为Fe3+和O2，溶液浅紫色一定是MnO4−的颜色（若不能，方案：

向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）

除去HCl，除杂装置B为

。

③C中Cl2发生的反应有3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，还有Cl2与KOH的反应，Cl2与KOH反应的化学方程式为Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O，反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。

（2）①根据上述制备反应，C的紫色溶液中含有K2FeO4、KCl，还可能含有KClO等。

i.方案I加入KSCN溶液，溶液变红说明a中含Fe3+。

但Fe3+的产生不能判断K2FeO4与Cl-发生了反应，根据题意K2FeO4在酸性或中性溶液中快速产生O2，自身被还原成Fe3+，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2↑+4Fe3++10H2O。

ii.产生Cl2还可能是ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O，即KClO的存在干扰判断；K2FeO4微溶于KOH溶液，用KOH溶液洗涤的目的是除去KClO、排除ClO-的干扰，同时保持K2FeO4稳定存在。

②制备K2FeO4的原理为3Cl2+2Fe（OH）3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O，在该反应中Cl元素的化合价由0价降至-1价，Cl2是氧化剂，Fe元素的化合价由+3价升至+6价，Fe（OH）3是还原剂，K2FeO4为氧化产物，根据同一反应中，氧化性：

氧化剂

氧化产物，得出氧化性Cl2

FeO42-；方案II的反应为2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3++3Cl2↑+8H2O，实验表明，Cl2和FeO42-氧化性强弱关系相反；对比两个反应的条件，制备K2FeO4在碱性条件下，方案II在酸性条件下；说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。

③该小题为开放性试题。

若能，根据题意K2FeO4在足量H2SO4溶液中会转化为Fe3+和O2，最后溶液中不存在FeO42-，溶液振荡后呈浅紫色一定是MnO4-的颜色，说明FeO42-将Mn2+氧化成MnO4-，所以该实验方案能证明氧化性FeO42-

MnO4-。

（或不能，因为溶液b呈紫色，溶液b滴入MnSO4和H2SO4的混合溶液中，c（FeO42-）变小，溶液的紫色也会变浅；则设计一个空白对比的实验方案，方案为：

向紫色溶液b中滴加过量稀H2SO4，观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色）。

二、考点突破

1、制备物质

典例1（2018届云南师大附中高三年级适应性月考）高铁酸钾是一种高效的多功能水处理剂，具有强氧化性。

制备高铁酸钾方法很多。

（1）干法制备高铁酸钾。

将Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物。

此制备反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________________。

（2）湿法制备高铁酸钾。

工业上常采用NaClO氧化法生产，原理如下：

a.3NaClO+2Fe（NO3）3+10NaOH=2Na2FeO4↓+3NaCl+6NaNO3+5H2O

b.Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH

主要的生产流程如图：

①流程图中“转化”是在某低温下进行的，说明此温度下的溶解度S（K2FeO4）_____S（Na2FeO4）（填“>”“<”或“=”）。

②湿法制备中，反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。

如图，图甲为不同的温度下，不同质量浓度的Fe（NO3）3对K2FeO4生成率的影响；图乙为一定温度下，Fe（NO3）3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4生成率的影响。

工业生产中最佳温度为_________℃，此时Fe（NO3）3与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为______________。

③若NaClO加入过量，氧化过程中会生成Fe（OH）3，写出该反应的离子方程式：

_____________________。

若Fe（NO3）3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式为__________________________________。

（3）K2FeO4在水溶液中易水解：

4FeO42-+10H2O

4Fe（OH）3+8OH-+3O2↑。

①在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用__________溶液（填序号）。

A．H2OB．CH3COOK、异丙醇C．NH4Cl、异丙醇D．Fe（NO3）3、异丙醇

②K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有_______________________。

（4）室温下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu（OH）2可使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，从而除去Fe3+。

该反应的平衡常数为_____________________。

（已知常温下的溶度积常数：

Ksp[Cu（OH）2]=2.0×10-20，Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-38）。

【答案】3︰1＜266∶5或1.23ClO−+Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3HClO

+Fe3++8OH−=

+4H2OBK2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时

被还原成Fe3+，Fe3+水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂质5.0×1015mol/L

②湿法制备中，反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。

如图，图甲为不同的温度下，不同质量浓度的Fe（NO3）3对K2FeO4生成率的影响；图乙为一定温度下，Fe（NO3）3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4生成率的影响。

由图甲和图乙可知，在26℃、NaClO和Fe（NO3）3的质量浓度分别为330g/L和275g/L时，K2FeO4生成率最高，所以工业生产中最佳温度为26℃，此时Fe（NO3）3与NaClO两种溶液最佳质量浓度之比为

6∶5（或1.2）。

③若NaClO加入过量，次氯酸根离子和铁离子发生双水解反应，故氧化过程中会生成Fe（OH）3，该反应的离子方程式为3ClO−+Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3HClO。

若Fe（NO3）3加入过量，在碱性介质中K2FeO4与Fe3+发生氧化还原反应生成K3FeO4，此反应的离子方程式为

+Fe3++8OH−=

+4H2O。

（3）①在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，因为K2FeO4在水溶液中易水解，所以洗涤剂最好选用有机溶剂，根据平衡移动原理，为减少晶体的溶解损失，应选用CH3COOK、异丙醇溶液，填B。

②K2FeO4在处理水的过程中所起的作用有：

K2FeO4具有强氧化性，能够消毒杀菌；同时

被还原成Fe3+，Fe3+水解形成Fe（OH）3胶体，能够吸附水中悬浮杂质。

（4）室温下，向含有Fe3+的CuSO4溶液中加入Cu（OH）2可使Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，从而除去Fe3+，该反应的离子方程式为2Fe3++3Cu（OH）2

3Cu2++2Fe（OH）3。

该反应的平衡常数为

5.0×1015mol/L。

2、原料的的氧化

典例2（2018届四川省宜宾市高高三第三次诊断考试）利用废旧锂离子电池的正极材料（主要成分为LiCoO2、Al以及少量Ca、Mg、Cu、Fe等）制备Co3O4微球的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）LiCoO2中Co元素的化合价为_______。

（2）步骤①中生成Co2+的离子方程式为_______。

此过程中若用浓盐酸代替H2SO4和H2O2的混合溶液，除因挥发使其利用率降低外，还有的缺点是_______。

（3）步骤②中，不同pH下溶液中金属离子的去除效果如下图所示。

该过程加入NaOH调节溶液pH的最佳范围是_______，理由是_______。

（4）步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、_______。

（5）步骤⑤中，Co（OH）2在空气中高温焙烧生成Co3O4的化学方程式为_______。

（6）若以钴为电极，控制一定条件，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co（OH）2。

写出电解的总反应方程式_______。

（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为amg/L，取20mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品bg，又测得产品中钴元素的质量分数为w％。

计算钴的回收率为_______（列式表示）。

【答案】+32LiCoO2+6H++H2O2=2Co2++O2

+2Li++4H2O盐酸（或Cl-）可被LiCoO2氧化产生Cl2污染环境5.5～6.0在pH为5.5～6.0的范围内，Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子的去除率很高，而Co2+去除率很低，损失率较小漏斗6Co（OH）2+O2

2Co3O4+6H2OCo+2H2O

Co（OH）2+H2

×100%

【解析】

（1）LiCoO2中Co元素的化合价为+3；

（4）步骤④中，过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、和漏斗；

（5）步骤⑤中，Co（OH）2在空气中高温焙烧生成Co3O4，Co由+2价被氧化到+3价，故需氧气的参与，化学方程式为：

6Co（OH）2+O2

2Co3O4+6H2O；

（6）若以钴为电极，电解NaCl溶液也可制取Co3O4的前驱体Co（OH）2，阳极是Co，电极本身失电子，生成Co2+，阴极水中的氢离子放电生成氢气，故电解的总反应方程式为：

Co+2H2O

Co（OH）2+H2；

（7）实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为amg/L，取20mL“浸出液”模拟上述流程进行实验，得到“Co3O4微球”产品bg，产品中钴元素的质量分数为w％，产品中Co的质量为：

b×w％，20mL“浸出液中Co的质量为：

a×0.02×0.001g，故钴的回收率为

×100%=

×100%。

典例3（2018届陕西省西安市长安区高三教学质量检测）下图表示从废旧普通锌锰电池内容物中回收制备KMnO4等物质的一种工艺（不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属）。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理与下列物质相似的是__________（填序号）。

A．双氧水B．75%酒精C．84消毒液（NaClO溶液）D．苯酚

（2）①黑色固体混合物水浸时为提高浸出速率，常采用的措施为___________________________（答出一条即可）。

②滤渣水洗灼烧后固体是一种黑色的化合物，操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4和KCl，该过程中发生反应的化学方程式为_____________________________________。

③图中产物A是一种难溶于水的黑色固体，其化学式为_________________________。

（3）测定KMnO4产品的纯度可用标准Na2S2O3溶液进行滴定。

①配制250mL0.1000mol·L-1标准Na2S2O3溶液，需要使用的玻璃仪器有烧杯、胶头滴管、量筒和_________________________、_________________________；

②取KMnO4配成溶液（酸化）后，用0.1000mol·L-1标准Na2S2O3溶液进行滴定，判断滴定至终点的现象为___________________。

【答案】AC加热、将固体混合物粉碎、搅拌3MnO2+KClO3+6KOH

3K2MnO4+KCl+3H2OMnO2玻璃棒250mL容量瓶当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色

【解析】

（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理是KMnO4具有强氧化性。

A项，双氧水有强氧化性；B项，75%酒精使蛋白质变性；C项，84消毒液具有强氧化性；D项，苯酚使蛋白质发生变性。

（2）根据普通锌锰电池的组成，黑色固体混合物“水浸”后过滤得到的滤渣中主要含MnO2；MnO2与KClO3、KOH熔融时反应生成K2MnO4、KCl和H2O；向K2MnO4溶液中通入CO2生成KMnO4，Mn元素的化合价由+6价升至+7价，产物A是一种难溶于水的黑色固体，根据氧化还原反应的规律，化合物A的化学式为MnO2，K2MnO4与CO2反应生成KMnO4、MnO2和K2CO3。

（3）①配制250mL0.1000mol/L标准Na2S2O3溶液需要的玻璃仪器有：

烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管。

②KMnO4溶液本身呈紫红色，实验中不需要其他指示剂，滴定终点的现象为：

当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用消毒剂，其消毒机理是KMnO4具有强氧化性。

A项，双氧水有强氧化性，与KMnO4稀溶液消毒机理相似；B项，75%酒精使蛋白质变性，与KMnO4稀溶液消毒机理不同；C项，84消毒液具有强氧化性，与KMnO4稀溶液消毒机理相似；D项，苯酚使蛋白质发生变性，与KMnO4稀溶液消毒机理不同；答案选AC。

①黑色固体混合物水浸时为提高浸取速率，常采用的措施为：

加热、将固体混合物粉碎、搅拌。

②MnO2与KClO3、KOH熔融反应生成K2MnO4、KCl和H2O，在该反应中Mn元素的化合价由+4价升至+6价，Cl元素的化合价由+5价降至-1价，根据得失电子守恒和原子守恒，该过程中发生反应的化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH

3K2MnO4+KCl+3H2O。

③向K2MnO4溶液中通入CO2生成KMnO4，Mn元素的化合价由+6价升至+7价，产物A是一种难溶于水的黑色固体，根据氧化还原反应的规律，化合物A的化学式为MnO2，K2MnO4与CO2反应生成KMnO4、MnO2和K2CO3，反应的化学方程式为3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3。

（3）①配制250mL0.1000mol/L标准Na2S2O3溶液的步骤为：

计算→称量→溶解→冷却至室温→转移→洗涤→初步振荡→定容→上下颠倒摇匀。

需要使用的玻璃仪器有：

烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管，答案为：

250mL容量瓶、玻璃棒。

②KMnO4溶液本身呈紫红色，实验中不需要其他指示剂，滴定终点的现象为：

当滴入最后一滴标准液，溶液的紫红色恰好褪去，且半分钟内不变色。

3、氧化除杂

典例4（2018届山西省太原市高三模拟考试）铋（Bi）与氮同族，氯氧化铋（BiOCl）广泛用于彩釉调料、塑料助剂、油漆调色、生产金属铋等。

一种以用火法炼铜过程产生的铜转炉烟尘（除含铋的化合物之外,还有CuSO4、ZnSO4、CuS、Fe2O3、PbSO4及As2O3）制备高纯氯氧化铋的工艺流程如下：

请回答：

（1）BiOCl中Bi元素的化合价为__________。

（2）向“酸浸”所得“浸液1”中加入Zn粉，主要目的是__________________________。

（3）“浸铜”时,有单质硫生成，其反应的离子方程式为____________________________。

（4）“浸铋”时,温度升高，铋的浸出率降低，其原因为____________________________。

（5）“沉铋”时需控制溶液的pH=3.0,此时BiCl3发生反应的化学方程式为__________。

（6）“除铅、砷”时,可以采用以下两种方法：

①加入改性羟基磷灰石固体（HAP）：

浸液2与HAP的液固比（L/S）与铅、砷去除率以及后续沉铋量的关系如下表：

L/S

125∶1

50∶1

25∶1

15∶1

Pb2+去除率/%

84.86

94.15

95.40

96.83

As3+去除率/%

98.79

98.92

98.34

99.05

m（沉铋）/g

2.34

2.33

2.05

1.98

实验中应采用的L/S=__________。

②铁盐氧化法：

向浸液2中加入Fe2（SO4）3,并调节pH,生成FeAsO4沉淀。

当溶液中c（AsO43-）=1×10-9 mol/L,且不产生Fe（OH）3沉淀,此时溶液的pH为__________。

（已知：

1g2=0.3;FeAsO4、Fe（OH）3的Ksp分别为5×10-21、4×10-38。

）

【答案】+3除去Cu2+、Fe3+CuS+MnO2+4H+=Cu2++ Mn2++S↓+2H2O温度升高,盐酸挥发,反应物浓度降低BiCl3+Na2CO3=BiOCl↓+2NaCl+CO2↑50∶15.3

【解析】

（1）BiOCl中O为-2价，Cl为-1价，根据化合价代数和为0，可知Bi元素的化合价为+3价，答案为：

+3

（2）向“酸浸”所得“浸液1”中加入Zn粉，Zn粉能与Cu2+、Fe3+反应生成Cu和Fe，从而除去Cu2+、Fe3+，答案为：

除去Cu2+、Fe3+

（4）“浸铋”时,所加物质为盐酸和氯化钠溶液，盐酸易挥发，升