高考化学冲刺核心素养微专题 2.docx

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高考化学冲刺核心素养微专题2

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核心素养微专题

化学工艺流程试题的解题策略

1.原料预处理的常用方法及其作用

（1）研磨:

减小固体颗粒度,增大物质间接触面积,加快反应速率,提高浸出率。

（2）水浸或酸浸:

与水接触反应或溶解;与酸接触反应或溶解,得可溶性金属离子溶液,不溶物过滤除去。

（3）浸出:

固体加水（酸）溶解得到溶液（离子）。

（4）灼烧:

除去可燃性杂质或使原料初步转化。

（5）煅烧:

改变结构,使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。

2.制备过程中应注意的反应条件

（1）溶液的pH:

①控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。

②常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。

（2）温度:

根据需要选择适宜温度,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动,减少副反应的发生,确保一定的反应速率,控制溶解度便于提纯。

（3）浓度:

①根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。

②过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。

（4）趁热过滤:

防止某物质降温时会大量析出。

（5）冰水洗涤:

洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体损耗。

3.无机化工流程中的分离方法

（1）洗涤（冰水、热水）:

洗去晶体表面的杂质离子;

（2）过滤（热滤或抽滤）:

分离难溶物和易溶物;

（3）萃取和分液:

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质;

（4）蒸发结晶:

提取溶解度随温度的变化不大的溶质;

（5）冷却结晶:

提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等;

（6）蒸馏或分馏:

分离沸点不同且互溶的液体混合物;

（7）冷却法:

利用气体易液化的特点分离气体。

4.化工流程氧化还原反应方程式的解答措施

（1）写出题目中已经告知的反应物和生成物,并判断其中元素的化合价是否变化;

（2）按照化合价变化规律补充并配平化学反应方程式。

5.解决本类题目的三步骤

（1）从题干中获取有用信息,了解生产的产品。

（2）然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。

（3）分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:

①反应物是什么;

②发生了什么反应;

③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;

④抓住一个关键点:

一切反应或操作都是为获得产品而服务。

【典例】（2019·全国卷Ⅰ）硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。

一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:

回答下列问题:

（1）在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为

　__________________。

（2）“滤渣1”的主要成分有________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是________。

（3）根据H3BO3的解离反应:

H3BO3+H2O

H++B（OH

Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是________酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是　________ 　。

（4）在“沉镁”中生成Mg（OH）2·MgCO3沉淀的离子方程式为 ________　, 

母液经加热后可返回________工序循环使用。

由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是____________　。

【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。

【解析】

（1）在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体为NH3,其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应,故反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3。

（2）用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O,故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3,检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。

（3）根据H3BO3的解离反应:

H3BO3+H2O

H++B（OH

可知,H3BO3是一元酸,根据其Ka值可以判断是弱酸,故H3BO3是一元弱酸;根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3,所以将溶液pH调节至3.5,由于H3BO3是一元弱酸,故主要目的是调节溶液至酸性,促进H3BO3析出。

（4）“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应,故反应的离子方程式为2Mg2++3C

+2H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+2HC

或2Mg2++2C

+H2O

Mg（OH）2·

MgCO3↓+CO2↑;由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应,所以在母液中主要含有上述两种离子,所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发,溶液中最终剩余的是硫酸铵,所以可以返回“溶浸”环节中继续使用;碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。

答案:

（1）NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3

（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

（3）一元弱　转化为H3BO3,促进析出

（4）2Mg2++3C

+2H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+2HC

（或2Mg2++2C

+H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+CO2↑）

溶浸　高温焙烧

1.（制备型化工流程）二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。

工业以锰结核矿为原料,用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2,其制备过程如图所示:

（1）步骤Ⅰ中,试剂甲必须具有的性质是________（填序号）。

A.碱性　　　　　　B.稳定性

C.氧化性D.还原性

（2）用惰性材料作电极,电解硫酸锰溶液制二氧化锰,写出阳极反应式:

____　。

步骤Ⅲ中,以KClO3为氧化剂,当生成0.050molMnO2时,消耗0.10mol·L-1的NaClO3溶液200mL,该反应的离子方程式为________　。

（3）工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为________　。

（4）二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。

下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案;

实验

20.0mL双氧水

溶液浓度

粉状

MnO2

温度

待测

数据

Ⅰ

5%

2.0g

20℃

Ⅱ

5%

1.0g

20℃

Ⅲ

10%

1.0g

20℃

Ⅳ

w

2.0g

30℃

①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是____________　。

②利用实验Ⅰ和Ⅳ是探究温度对化学反应速率的影响,ω=________。

本实验待测数据是________。

【解析】

（1）锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子,试剂甲必须具有还原性。

（2）电解硫酸锰溶液时,阳极发生氧化反应,反应式为Mn2+-2e-+2H2O

MnO2↓+4H+。

生成0.050mol二氧化锰时,失去电子的物质的量:

0.050mol×2=0.100mol;设还原产物中氯元素化合价为+x,n（NaClO3）=0.2L×0.1mol·L-1=0.02mol。

由电子守恒知,0.02mol×（5-x）=0.100mol,x=0,氯酸钾被还原后产物为氯气,离子方程式为2Cl

+5Mn2++4H2O

5MnO2+Cl2↑+8H+。

（3）实验室制氯气的残余物质含Mn2+,吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为2Mn2++Cl2+3H2O

Mn2O3

+6H++2Cl-。

（4）①实验Ⅱ和Ⅲ中双氧水溶液浓度不同,反应物浓度越大,反应速率越快。

②实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响,则w=5%,对于产生气体实验,测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。

答案:

（1）D　

（2）Mn2+-2e-+2H2O

MnO2↓+4H+

2Cl

+5Mn2++4H2O

5MnO2+Cl2↑+8H+

（3）2Mn2++Cl2+3H2O

Mn2O3+6H++2Cl-

（4）①其他条件相同,反应物浓度越大,反应速率越快

②5%　收集等体积氧气所需要的时间

2.（提纯型化工流程）工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下,请回答下列问题:

（1）步骤①所得废渣的成分是________（写化学式）,操作Ⅰ的名称________。

（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO2+,HA表示有机萃取剂）:

R2（SO4）n（水层）+2nHA（有机层）

2RAn（有机层）+nH2SO4（水层）,②中萃取时必须加入适量碱,其原因是____________________　。

③中X试剂为________。

（3）⑤的离子方程式为 ________________　。

（4）25℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表:

pH

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

钒沉淀率%

98.0

98.8

98.8

96.4

93.1

结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为________;若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3沉淀,则溶液中c（Fe3+）<________。

（已知:

25℃时,Ksp[Fe（OH）3]=2.6×10-39） 

（5）该工艺流程中,可以循环利用的物质有________和________。

【解析】

（1）将含K2SO4、SiO2杂质的VOSO4溶于水,SiO2不溶于水,步骤①是过滤,将SiO2与溶液分离。

（2）②中萃取时必须加入适量碱,有利于中和硫酸,促使平衡正向移动;③为反萃取,使上述平衡向逆方向移动,X试剂为H2SO4。

（3）在含有VO2+、S

的溶液中加入氧化剂氯酸钾,可以将VO2+氧化为V

步骤⑤中加氨水,V

与氨水反应生成NH4VO3的离子方程式为NH3·H2O+V

NH4VO3↓+OH-。

（4）根据25℃时,钒沉淀率和溶液pH之间的关系知,pH为1.7、1.8时,钒沉淀率最高,调节溶液的最佳pH为1.7～1.8最好;若钒沉淀率为93.1%,pH=2.0,c（OH-）=1×

10-12mol·L-1,此时没有Fe（OH）3沉淀,则溶液中的c（Fe3+）

2.6×10-39÷（1×10-12）3=2.6×10-3mol·L-1。

（5）根据流程示意图可知:

该工艺流程中可以循环利用的物质有氨气（或氨水）和有机萃取剂。

答案:

（1）SiO2　过滤

（2）加入碱中和硫酸,促使平衡正向移动（或提高钒的萃取率）　H2SO4

（3）NH3·H2O+V

NH4VO3↓+OH-

（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一个）　2.6×10-3mol·L-1

（5）氨气（或氨水）　有机萃取剂

3.（综合型化工流程）以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣,合理利用废渣可以减少环境污染,变废为宝。

工业上利用废渣（含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO）制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4,具体生产流程如下:

注:

铵黄铁矾的化学式为（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12。

（1）在废渣溶解操作时,应选用________溶解（填字母）。

A.氨水B.氢氧化钠溶液

C.盐酸D.硫酸

（2）物质A是一种氧化剂,工业上最好选________（供选择使用的有空气、Cl2、MnO2）,其理由是________________________________。

氧化过程中发生反应的离子方程式为________　。

（3）根据如图有关数据,你认为工业上氧化操作时应控制的条件（从温度、pH和氧化时间三方面说明）是________　。

（4）铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe（OH）3、________。

铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为　 ____________　。

【解析】

（1）该流程的目的是制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4,不能引入杂质离子,不能选用盐酸,而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+,也不能选用。

（2）空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+,空气易得,成本低,不产生污染,不引入杂质,氧化过程离子方程式为4Fe2++O2+4H+

4Fe3++2H2O。

（3）由图知,控制温度在80℃、pH为1.5、氧化时间为4h,Fe2+的氧化率较高。

（4）废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+,加氨水后,可能生成Mg（OH）2沉淀、Fe（OH）3沉淀,另外Ca（OH）2和CaSO4的溶解度较小,也可能析出。

由流程图知,铵黄铁矾与氨水反应得（NH4）2SO4和Fe（OH）3。

答案:

（1）D

（2）空气　原料易得,成本低,不产生污染,不引入杂质　4Fe2++O2+4H+

4Fe3++2H2O

（3）溶液温度控制在80℃,pH控制在1.5,氧化时间为4h左右

（4）Ca（OH）2、Mg（OH）2、CaSO4

（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12+6NH3·H2O

4（NH4）2SO4+6Fe（OH）3↓

【加固训练】

　　以某菱锰矿（含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等）为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。

已知Ksp（MnCO3）=2.2×10-11,Ksp[Mn（OH）2]=1.9×10-13,Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33。

（1）滤渣1中,含铁元素的物质主要是________（填化学式,下同）;加NaOH调节溶液的pH约为5,如果pH过大,可能导致滤渣1中________含量减少。

（2）滤液2中,+1价阳离子除了H+外还有________（填离子符号）。

（3）取“沉锰”前溶液amL于锥形瓶中,加入少量AgNO3溶液（作催化剂）和过量的1.5%（NH4）2S2O8溶液,加热,Mn2+被氧化为Mn

反应一段时间后再煮沸5min[除去过量的（NH4）2S2O8],冷却至室温。

选用适宜的指示剂,用bmol·L-1的（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点,消耗（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液VmL。

①Mn2+与（NH4）2S2O8反应的还原产物为________。

②“沉锰”前溶液中c（Mn2+）=________mol·L-1。

（列出表达式） 

（4）其他条件不变,“沉锰”过程中锰元素回收率与NH4HCO3初始浓度（c0）、反应时间的关系如图所示。

①NH4HCO3初始浓度越大,锰元素回收率越____　（填“高”或“低”）,简述原因

____________　。

②若溶液中c（Mn2+）=1.0mol·L-1,加入等体积1.8mol·L-1NH4HCO3溶液进行反应,计算20～40min内v（Mn2+）=________。

【解析】

（1）根据工艺流程图分析,菱锰矿酸浸后,浸液中所含金属阳离子有Mn2+、Fe2+、Al3+;加入MnO2,Fe2+被氧化为Fe3+;加入NaOH调节pH,过滤后得到的滤渣1中含铁元素的物质主要为Fe（OH）3。

如果pH过大,则滤渣中Al（OH）3、SiO2会开始溶解。

（2）调pH时加入NaOH、沉锰时加入NH4HCO3,故滤液2中,+1价阳离子除了H+外还有Na+、N

。

（3）①Mn2+与（NH4）2S2O8反应,Mn2+被氧化为Mn

则S2

被还原为S

。

②根据滴定原理,由原子守恒及得失电子守恒,可得关系式Mn2+～Mn

～5（NH4）2Fe（SO4）2,则n（Mn2+）=

n[（NH4）2Fe（SO4）2]=bmol·L-1×V×10-3L×

=

bV×10-3mol,故c（Mn2+）=

=

mol·L-1。

（4）①根据题图,NH4HCO3初始浓度越大,锰元素回收率越高。

②加入等体积1.8mol·L-1NH4HCO3溶液,则混合后c（Mn2+）=0.50mol·L-1,c（NH4HCO3）=0.90mol·L-1,20～40min内Mn的回收率由20%变为50%,回收率增大30%,故v（Mn2+）=

=7.5×10-3mol·L-1·min-1。

答案:

（1）Fe（OH）3　Al（OH）3、SiO2

（2）Na+、N

（3）①S

[或“H2SO4”、“Na2SO4”、“（NH4）2SO4”]

②

（4）①高　c（NH4HCO3）越大,c（C

）越大,使平衡MnCO3（s）

C

（aq）+Mn2+（aq）向逆反应方向移动,析出的MnCO3越多

②7.5×10-3mol·L-1·min-1

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