2019年高考化学 化工流程全突破 专题03 实验条件的控制和目的知识讲解.doc

专题03 实验条件的控制和目的一. 掌握核心化学反应1. 元素及其化合物知识：化工生产将原料转变成产品的过程，也是物质经历相互转化的过程。理解物质之间的转化关系，就要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题，需要掌握这些元素及其化合物的知识2. 还要掌握有关化工生产的知识，熟悉的有纯碱工业、氨工业、硅单质的制备、氯碱工业、海水中提取镁、海水中提取溴等；3. 化学反应原理：化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程，从化学反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等，是化工生产的基本思路。化学反应原理的相关知识包括质量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等，做到能综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。 调节溶液的pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。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。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。 调节溶液的pH：“酸作用还可以除去氧化物（膜）；“碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅。 控制体系的温度a控制低温：防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收；b采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质；c控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。典例1辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示：(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式：_。(2)“回收S”过程中温度控制在5060 之间，不宜过高或过低的原因是_。(3)气体NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该反应的化学方程式为_；向滤液M中加入(或通入)_(填字母)，可得到另一种可循环利用的物质。a铁b氯气c高锰酸钾(4)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是_；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由_。【答案】Cu2S+4Fe3+=2Cu2+4Fe2+S温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小4NOx+(5-2x)O2+2H2O=4HNO3b调节溶液的pH，使铁完全转化为Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+的水解二. 明确反应原理注意每一步在什么条件下，发生了什么反应，生成了什么物质，这些物质分别到哪里去了。如转化成了沉淀还是气体或生成了其他物质。典例 以电石渣主要成分为Ca(OH)2和CaCO3为原料制备KClO3的流程如下： （1）氯化过程控制电石渣过量，在75左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2 分解为CaCl2和O2。 生成Ca(ClO)2的化学方程式为 。 提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有 （填序号）。A适当减缓通入Cl2速率 B充分搅拌浆料 C加水使Ca(OH)2完全溶解（2）氯化过程中Cl2 转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2+6Cl2=Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O，氯化完成后过滤。 滤渣的主要成分为 （填化学式）。 滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比nCa(ClO3)2 nCaCl2 15（填“”、“”或“=”）。（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3，若溶液中KClO3的含量为100gL-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是 。 【答案】（1）2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O AB （2）CaCO3、Ca(OH)2 （3）蒸发浓缩、冷却结晶【名师点晴】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，所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：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。解决本类题目的基本方法和步骤为：（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：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。3、注意实验条件的控制和目的化工流程题在除去杂质或物质转化时常控制一定的实验条件，这种情况下一定要明确条件控制的目的，是考虑易挥发还是易水解，或控制pH使某种离子沉淀，疑惑时还要注意题中所给信息的使用。典例3过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：（一）碳酸钙的制备 （1）步骤加入氨水的目的是_。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于_。（2）右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是_（填标号）。a 漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b玻璃棒用作引流c将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁d滤纸边缘高出漏斗e用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度(二) 过氧化钙的制备（3）步骤的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈_性（填“酸”、“碱”或“中”）。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是_。（4）步骤中反应的化学方程式为_，该反应需要在冰浴下进行，原因是_。（5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_。（6）制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是_，产品的缺点是_。【答案】（1）调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀；过滤分离；（2）ade ；（3）酸；除去溶液中溶解的CO2；（4）CaCl22NH3H2OH2O2=CaO22NH4Cl2H2O或CaCl22NH3H2OH2O26H2O=CaO28H2O2NH4Cl；温度过高时过氧化氢分解；（5）去除结晶表面水分；（6）工艺简单、操作方便；纯度较低。【名师点睛】本试题考查物质的制备、实验基本操作、盐类水解、实验方案的设计与评价、元素及其化合物的性质等知识，这些问题属于基础知识的应用，意在考查考生的知识运用能力。制备碳酸钙，需要除去石灰石中的杂质，铁的氧化物和盐酸反应产生铁离子，然后利用过氧化氢，把Fe2氧化成Fe3，利用氢氧化铁在pH=2出现沉淀，当pH=3.7时沉淀完全，加入氨水调节pH，让Fe3转化成Fe(OH)3，然后进行过滤，除去杂质。做题过程中注意题目中信息，信息会告诉你解题的思路，“沉淀颗粒长大”，便于得到沉淀，便于过滤分离；实验操作中实验获得成功，一定要注意操作的规范性，如过滤的注意事项：“一贴”“二低”“三靠”；物质的制备为了得到纯净的物质，一定要把杂质除去，但不能引入新的杂质，把有可能引入杂质的情况考虑进去。CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O，但CO2能溶于水，会有一部分CO2溶解，加入氨水时会产生(NH4)2CO3，制备的过氧化钙不纯净，所以需要除去溶解CO2，加热煮沸，即可除去溶解CO2。在实验题目中往往以元素及其化合物的性质为基础进行考查，过氧化氢不稳定受热易分解，在冰浴中进行，为防止过氧化氢的分解；在物质的制备中也要注意题给信息，因为这往往解某题的关键，如“过氧化钙微溶于水”，用蒸馏水洗涤中会有部分溶解，为了减少溶解，利用过氧化钙难溶于乙醇进行洗涤。典例4钨（74W）是熔点最高的金属，是重要的战略物资。自然界中钨矿石的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4)，还含少量Si、P、As的化合物。由黑钨矿冶炼钨的工艺流程如下： 已知：滤渣I的主要成份是Fe2O3、MnO2。上述流程中，除最后一步外，其余步骤钨的化合价未变。常温下钨酸难溶于水。回答下列问题：（1）钨酸中钨元素的化合价为_，写出MnWO4在熔融条件下发生碱分解反应生成MnO2的化学方程式_。（2）上述流程中向粗钨酸钠溶液中加硫酸调pH=10后，溶液中的杂质阴离子为SiO32-、HAsO32-、HAsO42-、HPO42-等，则“净化”过程中，加入H2O2时发生反应的离子方程式为_。（3）已知氢氧化钙和钨酸钙(CaWO4)都是微溶电解质，两者的溶解度均随温度升高而减小。图为不同温度下Ca(OH)2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线。则T1_T2(填“”或“”)。将钨酸钠溶液加入石灰乳得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为_，T2时该反应的平衡常数为_。 （4）硬质合金刀具中含碳化钨(WC)，利用电解法可以从碳化钨废料中回收钨。电解时，用碳化钨做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液，阳极析出钨酸并放出CO2。该阳极反应式为_。【答案】+62MnWO4O24NaOH2MnO22Na2WO42H2OHAsO32H2O2=HAsO42H2OWO42Ca(OH)2（s）=CaWO4（s）2OH1103WC6H2O10e-=H2WO4CO210H