-2018年高考化工流程题上课讲义
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2018年高考化学实验专题讲座 第一讲化学实验方案的设计与评价一、化学实验方案的设计与评价1. 装置的连接顺序的一般原则:气体发生装置T 除杂装置T 干燥装置T 主体实验装置T 废气处理装置2. 接口连接顺序的一般原则3. 实验操作顺序的一般原则①装置选择与连接 __________ ②气密性检查 _________ ③装固体药品 __________ ④装液体药品 __________ ⑤ 开始实验 __________ ⑥结束实验4.加热装置顺序:①可燃性气体加热或点燃前需赶走空气(防爆)②固体制备前赶走空气(提高产品纯度)③先等导管从液体中取出再熄灯(防倒吸) 例1、氢化钙固体是登山运动员常用的能源提供剂。
某兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。
小苏打回答下列问题:(1)请选择必要的装置,按气流方向连接顺序为 _____________________ (填仪器接口的字母编号) (2 )根据完整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; (请按正确的顺序填入下列步骤的标号)。
加热反应一段时间 收集气体并检验其纯度 关闭分液漏斗活塞 停止加热,充分冷却(3) 实验结束后,某同学取少量产物,小心加入水中,观察到有气泡冒出,溶液中加入酚 酞后显红色。
该同学据此判断,上述实验确有① ___________________________________ 写出CaH 与水反应的化学方程式 ________________② 该同学的判断不准确,原因是 _______________ (4) 请你设计一个实验,用化学方①洗气瓶 _________ ②干燥管④冷凝管水流 __________A. B. C. D. CaH 生成。
气瓶法区分钙与氢化钙,写出实验简要步骤及观察到的现象_______________________(5)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂,与氢气相比,其优点是即时体验1.水蒸气通过灼热的焦炭后,流出气体的主要成分是CO和H2,还有CO和水蒸气等。
专题讲座(一)化学工艺流程试题的解题策略[题型分析]1.试题结构工艺流程题的结构分题引、题干和题设三部分。
题引一般是简单介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品(包括副产品)有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息;题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题设主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成一系列问题,构成一道完整的化学试题。
一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点2.解题策略(1)审题干:准确分析题干中的信息,如生产目的、原料成分、产品成分、新物质的性质及相关反应等,进而分析每个生产环节所发生的反应和操作。
(2)审设问:结合题中的问题,回到流程图中找答案。
[题型示例](2017·郑州模拟)回收利用炼铜工业产生的排放物,既能节约资源,又能保护环境。
某工厂拟用黄铜灰(含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe2O3、SiO2等)制取金属铜并得到副产物锌盐,其生产流程如下:(1)步骤Ⅰ为加快黄铜灰的溶解可以采取的措施有_______________________(写出两条),其中可能发生多个氧化还原反应,没有Zn参加的反应的离子方程式是___________________________________________。
(2)滤渣1及滤渣2用浓硫酸浸取时可能产生的有毒气体是________(写化学式),工业上通常用氨水吸收,其反应的化学方程式为___________________。
(3)滤渣3的主要成分为________(写化学式),该物质的用途有_________(写出两种)。
(4)步骤Ⅳ中先加入H2O2的作用是____________________,然后调节溶液的pH约为4,目的是__________________。
(5)用铜、锌和硫酸铜溶液组成如图装置,若锌电极不含杂质,实验结束时测得锌电极的质量减少了3.94 g,铜电极的质量增加了3.84 g,则该电池的工作效率是(指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率)________。
化工流程型实验题通常以元素化合物知识为依托,以反应原理、实验操作为考查重点。
重视实验技术在工业生产中的应用,意在引导考生关注化学的真实性和应用性,体现了能力立意和化学知识的应用,是今后高考命题的方向和热点,综合性强,但难度不大,能够很好地考查学生分析、解决问题的能力,培养实验技能。
一、常见的化工术语二、常见的操作与答题角度高频考点一、化工流程与物质制备例1.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6C+x Li++x e-===Li x C 6。
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)LiCoO 2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H 2SO 4和H 2O 2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LiCoO 2与Li 1-x CoO 2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)。
【答案】 (1)+3 (2)2Al +2OH -+2H 2O===2AlO -2+3H 2↑(3)2LiCoO 2+3H 2SO 4+H 2O 2=====△Li 2SO 4+2CoSO 4+O 2↑+4H 2O 2H 2O 2=====△2H 2O +O 2↑有氯气生成污染较大(4)CoSO 4+2NH 4HCO 3===CoCO 3↓+(NH 4)2SO 4+H 2O +CO 2↑(5)Li 1-x CoO 2+Li x C 6===LiCoO 2+6C(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、CoCO 3、Li 2SO 4依据负极充电的电极反应,写出放电时电极反应Li x C 6-x e -===6C +x Li +,以上两个电极反应相加,即得总方程式。
2016-2018年高考化工流程题(2016全国卷I)11. 高锰酸钾(KMnO4)是一种常见的氧化剂。
主要用于化工、防腐及制药工业等。
以软锰矿(主要成分为MnO2)为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1:1的比例在“烘炒锅”中混配,混配前应将软锰矿粉碎,起作用是。
(2)“平炉”中发生的化学方程式为。
(3)“平炉”中需要加压,其目的是。
(4)将K2MnO4转化为KMnO4的生产由两种工艺。
①“CO2歧化法”是传统工艺,即在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱碱性,K2MnO4发生歧化反应,反应中生成KMnO4,MnO2和(写化学式)。
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,电解槽中阳极发生的电极反应为,阴极逸出的气体是。
③“电解法”和“CO2歧化法”中,K2MnO4的理论利用率之比为。
(5)高锰酸钾纯度的测定:称取1.0800g样品,溶解后定容于100mL容量瓶中,摇匀。
取浓度为0.02000mol/L的H2C2O4标准溶液20.00mL,加入稀硫酸酸化,用KMnO4溶液平行滴定三次,平均消耗的体积为24.48mL,该样品的纯度为(列出计算式即可,已知2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O)。
(2016全国卷I)10. NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:(1)NaClO2中Cl的化合价为。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为、。
“电解”中阴极反应的主要产物是。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2,此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为,该反应中氧化产物是。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每百克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。
NaClO2的有效氯含量为。
(计算结果保留两位小数)。
(2016全国卷3)28.(14分)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数2.2~2.9 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1/%以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:回答下列问题:(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。
“废渣1”的主要成分是__________________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有_______。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:4ROH+ V4O124−R4V4O12+4OH−(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。
为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈_____性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
(2016全国卷3)26.(14分)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①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②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③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_______。
(2017全国卷1)27.(14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备,工艺流程如下:回答下列问题:(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。
由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为___________________。
(2)“酸浸”后,钛主要以24TiOCl -形式存在,写出相应反应的离子方程式__________________。
(3)TiO 2·x H 2O 沉淀与双氧水、氨水反应40 min 所得实验结果如下表所示:分析40 ℃时TiO 2·x H 2O 转化率最高的原因__________________。
(4)Li 2Ti 5O 15中Ti 的化合价为+4,其中过氧键的数目为__________________。
(5)若“滤液②”中21(Mg )0.02mol L c +-=⋅,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使3Fe +恰好沉淀完全即溶液中351(Fe ) 1.010mol L c +--=⨯⋅,此时是否有342Mg (PO )沉淀生成? (列式计算)。
4342Fe PO Mg (PO )、的K sp 分别为22241.310 1.010--⨯⨯、。
(6)写出“高温煅烧②”中由4Fe PO 制备4LiFe PO 的化学方程式 。
(2017全国卷2)26.(14分)水泥是重要的建筑材料。
水泥熟料的主要成分为CaO 、SiO 2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:回答下列问题:(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。
加入硝酸的目的是将滤液中的Fe 2+全部氧化为Fe 3+,还可使用H 2O 2代替硝酸。
(2)沉淀A 的主要成分是SiO 2,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2H 2O 。
(3)加氨水过程中加热的目的是加快反应的速率,促进Fe 3+、Al 3+的水解。
沉淀B 的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3(写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H 2SO 4处理后,用KMnO 4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:4MnO+H ++H 2C 2O 4→Mn 2++CO 2+H 2O 。
实验中称取0.400 g 水泥样品,滴定时消耗了0.0500 mol·L −1的KMnO 4溶液36.00 mL ,则该水泥样品中钙的质量分数为45%。
(2018全国卷1)27.(14分)焦亚硫酸钠(Na 2S 2O 5)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Na 2S 2O 5,通常是由NaHSO 3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SO 2生产Na 2S 2O 5的工艺为:①pH=4.1时,Ⅰ中为__________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na 2CO 3固体、并再次充入SO 2的目的是__________。
(3)制备Na 2S 2O 5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO 2碱吸收液中含有NaHSO 3和Na 2SO 3。
阳极的电极反应式为_____________。
电解后,_____________室的NaHSO 3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na 2S 2O 5。
(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50.00 mL葡萄酒样品,用0.01000 mol·L−1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____________g·L−1(以SO2计)。
(2018全国卷2)8. 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(M n+)=0.1 mol·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。
(2018全国卷3)27.(14分)KIO3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)KIO3的化学名称是_______。
(2)利用“KClO3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、Cl2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)KClO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式______。
②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_____________。
③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有______________(写出一点)。