2019-2020年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.doc

2019-2020年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。某兴趣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，按气体流向的连接顺序为_(填仪器接口处的字母编号)。(2)用连接好的实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后，装入药品；打开分液漏斗活塞，_(请按正确的顺序排列下列步骤)。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)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入热水中，观察到有气泡冒出，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。请你设计一个实验，用化学方法区分氢化钠与氢化镁，写出简要的实验步骤及观察到的现象：_。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，即可得到纯净的氢气。为防止空气中的水蒸气进入反应装置，应在最后加一个干燥管。(2)实验步骤：制备氢气、收集气体并检验纯度，如果氢气已经纯净，则可开始制备氢化镁。实验结束，还要再通入一段时间的氢气，直至试管冷却至室温。(3)所生成的气体肯定是氢气，另一种产物是氢氧化镁。(4)最简单的方法是，观察与水反应时是否有沉淀出现。因为氢氧化镁难溶于水，而氢氧化钠易溶于水。答案(1)idcghjka(jk可颠倒)(2)BADC(3)MgH22H2O=Mg(OH)22H2(4)将少许固体放入适量水中，如果出现浑浊，则为MgH2，如果不出现浑浊，则为NaH2(xx北京)某学生对SO2与漂粉精的反应进行实验探究：操作现象取4 g漂粉精固体，加入100 mL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.液面上方出现白雾；.稍后，出现浑浊，溶液变为黄绿色；.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，未观察到白雾。推测现象的白雾由HCl小液滴形成，进行如下实验：a用湿润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。实验a的目的是_。由实验a、b不能判断白雾中含有HCl，理由是_。(4)现象中溶液变为黄绿色的可能原因：随溶液酸性的增强，漂粉精的有效成分和Cl发生反应。通过进一步实验确认了这种可能性，其实验方案是_。(5)将A瓶中混合物过滤、洗涤，得到沉淀X。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_。用离子方程式解释现象中黄绿色褪去的原因：_。解析(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化学方程式：2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O。(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；用湿润的碘化钾淀粉试纸检验白雾，无变化，说明白雾中不含氯气；根据实验a、b不能判断白雾中含有HCl，因为白雾中混有SO2时也能满足实验a、b的现象，最终生成硫酸银白色沉淀。(4)现象中溶液变为黄绿色，说明有氯气生成，即发生反应：ClClO2H=Cl2H2O，为确认这种可能性，可向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸，观察溶液是否变为黄绿色。(5)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SO，则沉淀X中含有CaSO4。答案(1)2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O(2)碱性、漂白性(3)检验白雾中是否含有Cl2，排除Cl2干扰白雾中混有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，观察溶液是否变为黄绿色(5)CaSO4SO2Cl22H2O=SO2Cl4H考点2 化学实验方案的评价对给出的实验方案做出选择、评价或找出最佳方案，包含的知识点很多，能考查学生分析问题和解决问题的能力。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)、净化装置(除杂质的试剂和顺序)、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，包括仪器的连接顺序、导管接口的连接顺序等。2评价对几个实验方案的正确与错误、严密与不严密、准确与不准确作出判断。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，无非是装置最简单、药品容易取得并价格低廉、现象明显、无干扰物质以及无污染等。题组训练3.(xx四川)为了探究AgNO3的氧化性和热稳定性，某化学兴趣小组设计了如下实验。.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，进行了如下实验。可选用的试剂：KSCN溶液、K3Fe(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【实验结论】Fe的氧化产物为Fe2和Fe3。.AgNO3的热稳定性用如图所示的实验装置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)经小组讨论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：.Ag；.Ag2O；.Ag和Ag2O。【实验验证】该小组为验证上述设想，分别取少量黑色固体放入试管中，进行了如下实验。实验编号操作现象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【实验评价】根据上述实验，不能确定固体产物成分的实验是_(填实验编号)。【实验结论】根据上述实验结果，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K3Fe(CN)6溶液反应生成蓝色沉淀。(2)B装置起安全瓶作用，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，据此可进行实验设计。(4)结合题干信息，氨水能溶解Ag2O，因此a实验可确定产物只含Ag，而b实验只能确定含有Ag，不能判断是否含有Ag2O。答案(1)溶液呈红色K3Fe(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(xx唐山一模)某课外活动小组根据Mg与CO2的反应原理，探究Mg与NO2的反应及固体产物。该小组通过实验确认Mg能在NO2中燃烧，并对固体产物提出三种假设：.固体产物为MgO。._。._。请回答下列问题：资料信息：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O(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)_。浓硫酸无水CaCl2碱石灰五氧化二磷(3)开始打开活塞K，让A中反应进行一段时间，待C中充满红棕色气体后，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)实验得到固体残留物的质量是实验前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)本实验中存在明显缺陷，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，实验前都要检查装置的气密性，然后再加入药品进行实验。(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)开始打开活塞K，让A中反应一段时间，待C中充满红棕色气体后，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，防止空气干扰实验。(4)E中气体对氢气的相对密度是14，则E是N2。(5)实验得到固体残留物的质量是实验前Mg粉质量的1.5倍，如果生成的全是MgO，则大于1.5倍，如果生成的全是Mg3N2，则小于1.5倍，所以生成的是二者的混合物，假设成立。反应的化学方程式为4Mg2NO24MgON2、3MgN2Mg3N2。(6)实验的缺陷是活塞K处没有尾气吸收装置、容易倒吸等。答案.固体产物为Mg3N2.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)(3)排净装置中空气，防止空气干扰实验(4)N2(5)4Mg2NO24MgON23MgN2Mg3N2(6)活塞K处的导气管插入NaOH溶液中，进行尾气吸收考点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：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：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。(4)控制反应条件的方法。2分离提纯阶段的常见考点(1)调pH值除杂。控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节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，如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。(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，并减少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(xx新课标全国)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6CxLixe=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所有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Li1xCoO2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，其原因是_。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，钴元素最后变成2价，故酸浸时发生的是LiCoO2氧化H2O2的反应：LiCoO2H2SO4H2O2Li2SO4CoSO4H2OO2，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，HCO在转化为CoCO3的过程中，电离出的H会与另外一部分HCO作用生成CO2与水，NH、SO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，锂的价态升高，故另一反应物中钴的价态降低，由此知该反应物是Li1xCoO2，相应的反应方程式为LixC6Li1xCoO2=LiCoO26C。(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)2Al2OH6H2O=2Al(OH)3H2(或2Al2OH2H2O=2AlO3H2)(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O、2H2O22H2OO2有氯气生成，污染较大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(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(xx新课标全国)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌(含有Fe()、Mn()、Ni()等杂质)的流程如下：提示：在本实验条件下，Ni()不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题：(1)反应中除掉的杂质离子是_，发生反应的离子方程式为_；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_。(2)反应的反类类型为_，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有_。(3)反应形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4)反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于_。解析第步酸浸，得到Zn2、Fe2、Mn2、Ni2；第步氧化，MnO将Fe2氧化为Fe3而易于形成Fe(OH)3沉淀，同时MnO与Mn2发生归中反应生成MnO2沉淀；第步加Zn，Zn与滤液中的Ni2、H发生置换反应，Ni经过滤而除去；第步加碳酸钠沉淀Zn2；第步煅烧ZnCO3。(4)11.2 g ZnCO3xZn(OH)2煅烧后得到8.1 g ZnO，可求得x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO3Mn22H2O=5MnO24H铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4)1