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2020高考化学刷题冲刺含最新模拟题专题十氮及其化合物讲义含解析
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专题十 氮及其化合物
考点1 氮及氮的氧化物
1.[2020江西南昌摸底测试]一种新型的合成氨的方法如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应①属于氮的固定
B.反应②属于氧化还原反应
C.反应③可通过电解LiOH溶液实现
D.上述三步循环的总反应为N2+3H22NH3
本题考查新型合成氨的方法,解答本题的关键是结合图示和箭头方向确定反应物和生成物,然后根据图示写出其化学方程式并进行分析判断。
解题模型:链接考法1命题角度1
2.[2019江苏,16,12分]N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。
(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 。
(2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收,主要反应为
NO+NO2+2OH-2NO2-+H2O
2NO2+2OH-NO2-+NO3-+H2O
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 (填标号)。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤,得到NaNO2晶体,该晶体中的主要杂质是 (填化学式);吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 (填化学式)。
(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转化为NO3-的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。
①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl-和NO3-,其离子方程式为 。
②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是 。
本题以尾气中氮氧化物的净化处理为载体,考查考生对陌生化学方程式和离子方程式的书写等知识。
解题模型:链接考法1命题角度2
3.[2018天津,9,18分]烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。回答下列问题:
Ⅰ.采样
采样系统简图
采样步骤:
①检验系统气密性;②加热器将烟道气加热至140 ℃;③打开抽气泵置换系统内空气;④采集无尘、干燥的气样;⑤关闭系统,停止采样。
(1)A中装有无碱玻璃棉,其作用为 。
(2)C中填充的干燥剂是 (填标号)。
a.碱石灰 b.无水CuSO4 c.P2O5
(3)用实验室常用仪器组装一套装置,其作用与D(装有碱液)相同,在虚线框中画出该装置的示意图,标明气体的流向及试剂。
(4)采样步骤②加热烟道气的目的是 。
Ⅱ.NOx含量的测定
将v L气样通入适量酸化的H2O2溶液中,使NOx完全被氧化成NO3-,加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL该溶液,加入v1 mL c1 mol·L-1FeSO4标准溶液(过量),充分反应后,用c2 mol·L-1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+,终点时消耗v2 mL。
(5)NO被H2O2氧化为NO3-的离子方程式为 。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有 。
(7)滴定过程中发生下列反应:
3Fe2++NO3-+4H+NO↑+3Fe3++2H2O
Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为 mg·m-3。
(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)
若缺少采样步骤③,会使测定结果 。
若FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果 。
本题以烟道气中NOx含量的监测为切入点,考查过滤知识的迁移、干燥剂的选择、有毒气体的吸收、气体溶解度随温度升高而减小等基础必备知识在解决实际问题中的应用,体现基础性、综合性、应用性的命题新理念。
解题模型:链接考法1命题角度2
考点2 氨及铵盐
4.[2017全国卷Ⅰ,26,15分]凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H3BO3NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HClNH4Cl+H3BO3。
回答下列问题:
(1)a的作用是 。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是 。f的名称是 。
(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是 ;打开k2放掉水。重复操作2~3次。
(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是 。
②e中主要反应的离子方程式为 ,e采用中空双层玻璃瓶的作用是 。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L-1的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为 %,样品的纯度≤ %。
本题能很好地考查考生的阅读理解能力。考生既要理解实验原理,又要掌握实验步骤、操作、误差分析和计算等。对于定量实验还要注意质量称量法和气体体积测量法的灵活应用。
解题模型:链接考点2
5.[2015四川,9,13分](NH4)2SO4是常用的化肥和化工原料,受热易分解。某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】(NH4)2SO4在260 ℃和400 ℃时分解产物不同。
【实验探究】该小组拟选用如图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)。
实验1:连接装置A-B-C-D,检查气密性,按图示加入试剂(装置B盛0.500 0 mol/L盐酸70.00 mL)。通入N2排尽空气后,于260 ℃加热装置A一段时间,停止加热,冷却,停止通入N2。品红溶液不褪色。取下装置B,加入指示剂,用0.200 0 mol/L NaOH溶液滴定剩余盐酸,终点时消耗NaOH溶液25.00 mL。经检验滴定后的溶液中无SO42-。
(1)仪器X的名称是 。
(2)滴定前,下列操作的正确顺序是 (填标号)。
a.盛装0.200 0 mol/L NaOH溶液 b.用0.200 0 mol/L NaOH溶液润洗
c.读数、记录 d.查漏、清洗
e.排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面
(3)装置B内溶液吸收气体的物质的量是 mol。
实验2:连接装置A-D-B,检查气密性,按图示重新加入试剂。通入N2排尽空气后,于400 ℃加热装置A至(NH4)2SO4完全分解无残留物,停止加热,冷却,停止通入N2。观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。经检验,该白色固体和装置D内溶液中有SO32-,无SO42-。进一步研究发现,气体产物中无氮氧化物。
(4)检验装置D内溶液中有SO32-,无SO42-的实验操作和现象是 。
(5)装置B内溶液吸收的气体是 。
(6)(NH4)2SO4在400 ℃分解的化学方程式是 。
本题利用定性与定量相结合的方法考查硫酸铵分解产物的探究。高考题多次关注硫酸盐或其他盐分解产物的探究,如2017年全国卷Ⅲ第26题考查硫酸亚铁分解产物的探究、2018年全国卷Ⅱ第28题考查K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的热分解产物的探究,这一动向值得考生关注。
解题模型:链接考点2
考点3 硝酸
6.[2017北京,12,6分]下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是( )
①
②
③
A.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体
B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物
D.③的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
考查考生对比分析问题的能力,是控制变量法的一种创新运用。本题考查了浓硝酸的不稳定性、强氧化性和易挥发性。
解题模型:链接考点3
考点1 氮及氮的氧化物
考法1氮及氮的氧化物的性质和应用
命题角度1 氮气的性质及应用
1 [2020辽宁葫芦岛模拟]中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理示意图如图所示。下列说法错误的是
A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成
C.基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定
D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸
该反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2,氮气是氧化剂,水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,A错误;该过程中,既有极性键的断裂(O—H)与生成(N—H),也有非极性键的断裂()与生成(OO),B正确;基于LDH合成NH3的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C正确;工业中,氨经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2与水反应可得到硝酸,D正确。
A
考点扫描
1.[2017全国卷Ⅲ,26改编]绿矾(FeSO4·xH2O)易被氧化,在测定其结晶水含量或探究FeSO4的分解产物时,应先缓缓通入N2,目的是 。
2.[2017北京,27(1)改编]NH3在催化剂作用下还原NO2生成N2和H2O的化学方程式为 。
提示:1.排尽装置中的空气 2.8NH3+6NO27N2+12H2O
命题角度2 结合环保问题考查氮及其化合物的性质(热点角度)
2 [2016全国卷Ⅰ,26,14分]氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择图中的 ,反应的化学方程式为 。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图中的装置,其连接顺序为发生装置➝ (按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中
②反应的化学方程式
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③
④
(1)①观察装置知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气,可以选择A装置作发生装置,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接球形干燥管时应大口进气,小口出气。所以,连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色,氨气与二氧化氮发生反应:8NH3+6NO27N2+12H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,NaOH溶液会产生倒吸现象。
(1)①A 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d c f e i
(2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3+6NO27N2+12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压
考法点睛·分析解释
本题可利用多种实验方法制备氨气,考查考生思维的发散性;通过氨气与NO2的归中反应实验,考查考生对实验现象的预测能力和解释能力。
考点扫描
1.[2018天津,9(5),2分]NO被H2O2氧化为NO3-的离子方程式为 。
2.[2018江苏,20改编](1)用稀硝酸吸收NOx,得到HNO3和HNO2的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式: 。
(2)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式: 。
(3)在有氧条件下,某新型催化剂能催化NH3与NOx反应生成N2。写出NH3与NO2反应的化学方程式: 。当生成1molN2时,转移的电子数为 mol。
3.[2017北京,12A改编]浓硝酸受热分解产生红棕色气体,推断产生的气体一定是混合物( )
4.[2017北京,27(2)改编]在有氧条件下,15NO与NH3以一定比例反应时,得到的笑气几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式: 。
5.[2016江苏,5A改编]将铜丝插入稀硝酸中反应的离子方程式为Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+H2O( )
提示:1.2NO+3H2O22H++2NO3-+2H2O
2.(1)HNO2-2e-+H2O3H++NO3- (2)2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O (3)8NH3+6NO27N2+12H2O 247 3.√ 4.415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O 5.✕
考点2 氨及铵盐
考法2氨的制备和性质探究
命题角度1 结合物质制备装置考查氨的实验室制法
3 [2019湖北鄂州、黄冈两市联考]某化学学习小组在实验室模拟工业制备硫氰化钾(KSCN)。实验装置如图所示(部分夹持装置已略)。
已知:①CS2不溶于水,比水重;NH3不溶于CS2。②三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。
实验步骤如下:
(1)制备NH4SCN:CS2+2NH3NH4SCN+H2S(该反应比较缓慢)
①实验前,经检验装置的气密性良好。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口,目的是 。
②实验开始时打开K1,加热A,使A中产生的气体缓缓通入D中,至CS2消失。则A中反应的化学方程式是 ;C的作用是 。
(2)制备KSCN溶液:熄灭A处的酒精灯,关闭K1,打开K2,再缓缓滴加适量的KOH溶液,发生反应:NH4SCN+KOHKSCN+NH3↑+H2O。
小组讨论后认为:实验中滴加相同浓度的K2CO3溶液比KOH溶液更好,理由是 。
(3)制备硫氰化钾晶体:先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂,再减压蒸发浓缩,冷却结晶, ,干燥,得到硫氰化钾晶体。
(4)测定晶体中KSCN的含量:称取10.0 g样品配成1 000 mL溶液,量取20.00 mL于锥形瓶中,加入适量稀硝酸,再加入几滴Fe(NO3)3溶液作指示剂,用0.100 0 mol/L AgNO3标准溶液滴定,达到滴定终点时消耗AgNO3标准溶液20.00 mL。
①滴定时发生的反应:SCN-+Ag+AgSCN↓。则判断达到滴定终点时的方法是 。
②晶体中KSCN的质量分数为 。
(1)①导气管口在下层液体CS2中,可以使反应物充分接触,防倒吸;②实验室用氯化铵与氢氧化钙来制备氨气,其化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C是为了观察气泡产生的速率,以便控制A中的加热温度。(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应产生更多气体(K2CO3+2NH4SCN2KSCN+2NH3↑+CO2↑+H2O),有利于溶液中残留的H2S逸出。(3)实验室制备硫氰化钾晶体的操作:减压蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。(4)①Fe3+与SCN-发生络合反应,显红色,因此当最后一滴AgNO3溶液滴入时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复;②n(KSCN)=n(AgNO3)=0.1000mol/L×20.00×10-3L×1000mL20.00mL=0.1mol,m(KSCN)=97g/mol×0.1mol=9.7g,故KSCN的质量分数为9.7g10.0g×100%=97.0%。
(1)①使反应物充分接触,防倒吸 ②2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 观察气泡产生的速率,以便控制加热温度 (2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应能产生更多气体,有利于溶液中残留的H2S逸出 (3)过滤,洗涤 (4)①当滴入最后一滴AgNO3溶液时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复 ②97.0%
考点扫描
1.[2017江苏,3D改编]由于NH3易溶于水,故可用作制冷剂( )
2.[2016全国卷Ⅲ,26(4)改编]利用氯化钙溶液、氨水、H2O2溶液在冰浴条件下制备过氧化钙,该反应的化学方程式为 。
3.[2016四川,11(4)改编]在浸取液(溶质主要为硫酸镁)中通入NH3,发生反应的化学方程式是 。
提示:1.✕ 2.CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl(或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+
2H2O) 3.MgSO4+2NH3+2H2OMg(OH)2↓+(NH4)2SO4
命题角度2 火箭燃料——联氨的结构与性质(热点角度)
4 [2016全国卷Ⅱ,26节选,11分]联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为 。
(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为 (已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。
(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是 。
联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是 。
(1)N2H4中原子间以共价键结合,其电子式为H∶∶∶H。N2H4中H为+1价,由化合物中各元素化合价代数和为0,可确定N为-2价。(2)反应中NaClO和NH3分别作氧化剂和还原剂,根据得失电子守恒和原子守恒可写出并配平相应的化学方程式。(3)N2H4的第一步电离的离子方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-,则电离常数Kb=c(N2H5+)·c(OH-)c(N2H4)=c(N2H5+)·c(OH-)·c(H+)c(N2H4)·c(H+)=c(N2H5+)·Kwc(N2H4)·c(H+)=K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7。联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为 N2H6(HSO4)2。(4)联氨具有还原性,能将AgBr中的Ag+还原为Ag,可看到固体逐渐变黑,联氨被氧化为N2,可看到溶液中有气泡产生。1mol联氨在反应中失去4mol 电子,而1molO2能得到4mol电子,且联氨与O2的相对分子质量相等,故参加反应的联氨与O2的物质的量和质量均相等,故1kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为1kg。使用联氨处理水中溶解的O2,消耗联氨的质量小,且产物为N2和H2O,对环境无污染,而用Na2SO3处理水中溶解的O2时,Na2SO3被氧化为Na2SO4,产生新杂质。
(1)H∶∶∶H -2 (2)2NH3+NaClO N2H4+NaCl+H2O (3)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 (4)固体逐渐变黑,并有气泡产生 1 N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)
考法归纳·迁移创新
类比NH3的性质类推N2H4的性质
1.碱性:二元弱碱,碱性比NH3·H2O的弱。
(1)电离:在水中的电离方式与氨相似,分两步进行:N2H4+H2ON2H5++OH-,N2H5++H2ON2H62++OH-。
(2)水解:N2H5++H2ON2H4·H2O+H+,N2H62++2H2ON2H4·2H2O+2H+。
(3)与硫酸反应,2N2H4+H2SO4(N2H5)2SO4,N2H4+2H2SO4(过量)N2H6(HSO4)2(酸式盐)。
2.强还原性:(1)水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质,如Ag++N2H4·H2OAg↓+NH4++12N2↑+H2O;(2)能被氧气、H2O2等氧化,可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。
命题角度3 利用现代传感技术认识喷泉原理(预测角度)
5 现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是
A.制取氨气时烧瓶中的X固体常用CaO或CaCl2
B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈烧瓶口c处,试纸变红,说明NH3已收集满
C.关闭a,用单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧三颈烧瓶口c,打开b,挤压胶头滴管完成喷泉实验,电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2所示,则C点时喷泉最剧烈
D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒NaHCO3溶液比喷洒稀盐酸效果好
CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2虽然具有吸水性,但易与产生的氨气反应生成CaCl2·8NH3,不能用于制备或干燥氨气,A错误;红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈烧瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近三颈烧瓶口c,试纸变蓝,证明NH3已收集满,B错误;三颈烧瓶内气体压强与外界大气压差值越大,喷泉越剧烈,C点压强最小、外界大气压不变,所以大气压和C点压强差值最大,则喷泉最剧烈,C正确;稀盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此在酸性溶液中吸收氨气的效率高于在碱性溶液中吸收氨气的效率,D错误。
C
考法归纳·迁移创新
本题结合氨的制备与人教版《化学》(必修1)第97页“实验4-8 氨溶于水的喷泉实验”进行综合命题,创新融入传感技术测定压强变化的装置和图像,试题新颖。喷泉装置在命题中还可能被改装成如图所示装置:
图甲 图乙
其中图甲引发喷泉的操作为“打开止水夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气,与水接触,即产生喷泉”;图乙的锥形瓶中盛放“碳酸氢铵与稀盐酸”或“过氧化钠与水”等均能形成喷泉。图甲所示为负压喷泉(圆底烧瓶中压强小于烧杯中水面上外界大气压),图乙所示为正压喷泉(锥形瓶内压强大于外界大气压),城市喷泉装置的原理与图乙所示装置相同,属于正压喷泉。
考点3 硝酸
考法3 金属与硝酸反应的性质探究与计算
命题角度1 硝酸与金属反应的实验探究
6 [2015北京,12,6分]在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3 的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
稀硝酸与铁反应可生成NO,NO在空气中被氧化为NO2,A项正确。浓硝酸能使铁钝化,B项正确。Ⅱ中铁钝化,反应停止,不能比较稀硝酸与浓硝酸氧化性的强弱,C项错误。构成原电池后可以根据电流的方向判断正、负极,从而判断Fe是否被氧化,D项正确。
C
1. 将11.2 g铜粉和镁粉的混合物分成两等份,其中一份加入200 mL的稀硝酸并加热,固体和硝酸恰好完全反应,并产生标准状况下2.24 L NO;将另一份在空气中充分加热,最后得到m g固体。下列有关说法正确的是( )
①c(HNO3)=2.0 mol·L-1 ②c(HNO3)=0.5 mol·L-1
③m=8.0 ④m=7.2
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
命题角度2 HNO2及其盐的性质(预测角度)
7 信息1:亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,既具有氧化性又具有还原性;亚硝酸不稳定,易分解为硝酸、水和NO。信息2:亚硝酸钠又名“工业盐”,常被大量用作高分子材料的发泡剂和偶氮染料的原料等,该物质有毒,但其颜色、形状、味道和食盐相似,很容易因误食而中毒;亚硝酸银为难溶于水的白色沉淀。
根据上述信息,回答下列问题:
(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品,用蒸馏水溶解,通过下列实验操作可鉴别样品成分。在待检验溶液中滴加AgNO3溶液的现象是 ,倒出上清液,在沉淀中加入硝酸,振荡,沉淀溶解,则该样品为 (写化学式),沉淀溶解的离子方程式为 。
(2)乙组同学利用如图所示装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品。
①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是 ,打开该仪器的活塞,使稀硫酸缓缓滴下,若样品为NaNO2,则在B装置中可观察到的现象为 ,检验B装置中有NO的操作及产生的现象是 。
②C装置中盛有的试剂名称是 ,作用是 。
(3)设计实验证明。
①亚硝酸为弱酸: 。
②亚硝酸具有还原性: 。
(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质,故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸,而AgNO2与硝酸反应可生成HNO2,该物质不稳定,又分解生成硝酸、水和NO。(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与A装置中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO,故其内气体颜色较淡,打开止水夹,鼓入空气,NO完全转化为NO2,使B装置内NO2浓度增大,红棕色变深。②氮的氧化物有毒,可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性,可检验其强碱盐的pH,也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂,故在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,KMnO4被还原,从而使溶液褪色。
(1)产生白色沉淀 NaNO2 3AgNO2+2H+3Ag++2NO↑+NO3-+H2O (2)①分液漏斗 出现较淡的红棕色气体 打开止水夹,鼓入空气,红棕色变深 ②NaOH溶液(合理即可) 吸收尾气 (3)①取NaNO2溶液,用pH试纸检验,对照标准比色卡知pH>7(其他合理答案也可) ②在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,溶液褪色(其他合理答案也可)
考法归纳·迁移创新
类比硝酸的性质学习亚硝酸的性质
1.亚硝酸的性质
(1)亚硝酸中,N为+3价,既有氧化性,又有还原性,在水溶液中能将I-氧化为单质碘:2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O。
(2)亚硝酸是一种弱酸,不稳定,易分解成HNO3、H2O和NO,即3HNO2HNO3+2NO↑+H2O。
2.HNO2的制备
(1)将等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰水中:NO+NO2+H2O2HNO2。
(2)将强酸加入亚硝酸盐的冷溶液中:NaNO2+HClNaCl+HNO2。
冲刺双一流
素材16PH3、H3PO2、H3PO4等物质的性质及其应用
1.P4、PH3
(1)P4分子呈正四面体结构,每个分子含6个P—P共价键,键角为60°;与O2反应生成P4O6或P4O10,与Cl2反应生成PCl3(液体)或PCl5(固体)。
(2)PH3的制备:①磷化钙的水解,Ca3P2+6H2O3Ca(OH)2+2PH3↑;②PH4I与碱反应,PH4I+NaOHNaI+H2O+PH3↑;③白磷溶于碱,P4+3NaOH+3H2OPH3↑+3NaH2PO2。
2.P2O5
(1)常用作干燥剂,能干燥酸性或中性物质,与H2O反应生成HPO3或H3PO4。
(2)在硝酸存在的条件下,煮沸P4O10的水溶液,才能较快地转变为较纯净的H3PO4。
3.H3PO2(次磷酸)
H3PO2为一元中强酸,H3PO3(亚磷酸)为二元中强酸。
(1)不稳定性:受热分解产生磷酸和剧毒的PH3气体。
(2)还原性:H3PO2是强还原剂,常温下在空气中可逐渐被氧化。
(3)有腐蚀性。
4.PCl5、PCl3
(1)磷与氯气反应:氯气足量时生成PCl5(白烟);氯气不足时生成PCl3(白雾)。
(2)PCl5、PCl3都易水解:PCl5+4H2OH3PO4+5HCl、PCl3+3H2OH3PO3+3HCl。
(3)PCl3可被Cl2氧化为PCl5:PCl3+Cl2PCl5。
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅲ,11B改编]常温下pH=2的H3PO4溶液中c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)( )
2.[2018全国卷Ⅱ,11A改编]NA代表阿伏加德罗常数的值,常温常压下,124gP4中所含P—P键数目为4NA( )
3.[2017全国卷Ⅲ,10D改编]NA代表阿伏加德罗常数的值。密闭容器中1molPCl3与1molCl2反应制备PCl5(g),增加2NA个P—Cl键( )
4.[2015新课标全国卷Ⅱ,7B]P2O5不可用作食品干燥剂( )
5.[2014新课标全国卷Ⅰ,27(1)(3),4分]H3PO2是一元中强酸,写出其电离方程式 。H3PO2的工业制法是将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式: 。
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.√ 5.H3PO2H++H2PO2- 2P4+3Ba(OH)2+6H2O3Ba(H2PO2)2+2PH3↑
2.[2019四川成都二诊]NaH2PO2·H2O易溶于水,水溶液呈中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铜等。一种以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如图所示。
已知:P4与Ca(OH)2、NaOH的反应主要有
Ⅰ.3Ca(OH)2+2P4+6H2O3Ca(H2PO2)2+2PH3↑
Ⅱ.3NaOH+P4+3H2O3NaH2PO2+PH3↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是 (填“正盐”或“酸式盐”)。
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2和NaCl,离子方程式为 ,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为 、 、过滤、洗涤和干燥。
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为 。
(4)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(5)“过滤2”的滤液需要用Ag2SO4悬浊液和Ba(OH)2溶液除去其中Cl-,加入的Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,其主要原因是 。
素材17As及其化合物的性质及应用
1.As的性质
与O2反应得到As2O3,与镁反应得到砷化镁:2As+3MgMg3As2。
2.As2O3、As2O5的性质
(1)As2O3俗称砒霜,微溶于水,属于两性氧化物:As2O3+6NaOH2Na3AsO3+3H2O,As2O3+6HCl2AsCl3+3H2O。
(2)As2O5对热不稳定,在400 ℃以上分解。
3.As2S3的性质
As2S3俗称雌黄,可溶于碱性硫化物或碱溶液中:As2S3+3Na2S2Na3AsS3,As2S3+6NaOHNa3AsS3+Na3AsO3+3H2O。也可以与SnCl2、发烟盐酸反应转化为雄黄(As4S4):2As2S3+2SnCl2+4HClAs4S4+2SnCl4+2H2S↑。
4.H3AsO4的性质
(1)受热易分解,最终得到As2O5:2H3AsO4As2O5+3H2O。
(2)为三元弱酸,具有酸的通性。
(3)在酸性溶液中作氧化剂,可与碘离子发生氧化还原反应:H3AsO4+2KI+H2SO4H3AsO3+K2SO4+H2O+I2。
考点扫描
[2017全国卷Ⅲ,28(2)节选,2分]工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。
提示:2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S
3.[2019广东模拟改编]砷及其化合物在半导体、农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1)AsH3的电子式为 ;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)改变0.1 mol·L-1三元弱酸H3AsO4溶液的pH,溶液中的H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-以及AsO43-的物质的量分布分数随pH的变化如图1所示:
图1 图2
①lg Ka1(H3AsO4)= ,用甲基橙作指示剂(pH变色范围为3.1~4.4),用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为 。
②反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的lg K= 。
(3)反应2As2S3(s)4AsS(g)+S2(g)达到平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图2所示:
①对应温度下,B点的反应速率v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②A点处,AsS(g)的分压为 kPa,该反应的Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数)。
模型2 基于核心素养下的新情境命题模型——工艺流程题
工艺流程题具有形式新颖、信息丰富、灵活多变的特点,既可以考查“元素及其化合物的性质”,又可以考查“实验”和“化学与技术”。考查内容有常见元素及其化合物的性质与应用、化学反应原理理论知识的运用、实验操作与化工技术等。利用这种题型可以创设陌生、新颖的情境,有利于考查考生在陌生情境中提取有效信息的能力及利用所学知识分析问题、解决问题的能力,把具有化学学科核心素养的考生选拔出来,因此在高考试题中备受命题人的青睐。
一、工艺流程题的考查内容与核心素养的发展
工艺流程题是以工艺流程的形式,以元素及其化合物为素材,以物质转化中涉及的氧化还原反应、复分解反应、水解反应等的应用为重点,以流程中涉及的沉淀溶解平衡的分析及计算、电解池原理等的应用为难点,以常见物质的分离方法及实验操作等为探究手段,综合考查考生解决化学问题的能力。工艺流程题是发展考生化学学科核心素养的重要题型,如图是工艺流程题与发展化学学科核心素养的关系图。
二、工艺流程题的命题模型
工业冶金一般分为三个阶段,所以该类试题一般分为“三阶段”,即原料预处理阶段、物质转化与分离阶段、目标产品生成阶段。
工艺流程一般呈现以下信息:
(1)表示物料走向,即什么步骤加入了哪些物质,每种物质发生了什么反应或转化,又以何种形式得到。
(2)表示工艺的主要步骤。实际化工生产非常复杂,步骤很多,难以一一表示出来,工艺流程中只要将主要步骤表示出来即可。
(3)标注操作或反应的主要条件,如用量、pH控制、温度等。
三、工艺流程题的“三阶段”解读
1.第一阶段——原料预处理
处理方法:粉碎和焙烧。
粉碎增大反应物的接触面积,加快反应速率
焙烧非金属元素被氧化为高价态化合物;金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物
近几年真题涉及的原料预处理考查情况如表所示。
预处理
真题出处及考查点
粉碎
(研磨)
2018北京,26(1)
考查磷精矿湿法制备磷酸的流程中能加快反应速率的措施
2016全国卷Ⅰ,36(1)
考查将软锰矿粉碎的作用
2016全国卷Ⅲ,36(1)
考查粉碎过筛废铁屑的目的
焙烧
(熔融)
2018全国卷Ⅱ,26(1)
考查焙烧闪锌矿过程中主要反应的化学方程式
2017全国卷Ⅲ,27(1)
考查铬铁矿熔融、氧化的主要反应中FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比
真题在原料预处理阶段的设问角度往往从粉碎与化学反应速率的关系、焙烧中的化学反应等入手。
2.第二阶段——物质转化与分离
物质转化与分离阶段是工艺流程的关键阶段,在该阶段物料通过氧化还原反应、复分解反应、盐类水解、沉淀转化等反应达到除杂、元素化合物转化等目的。一般包括溶浸(酸浸、碱浸、盐浸、水浸),元素化合物的氧化还原或沉淀转化,物质的分离(过滤、萃取)等内容。
(1)溶浸
把固体转化为溶液,以便于后续物质的转化或分离。
①酸浸是指把预处理得到的物料与酸溶液作用,使物料中的碱性化合物、两性化合物、能溶于酸的盐和金属转化为溶液,分离出不溶于酸的SiO2或少数微溶性盐。
②碱浸主要是将物料中的酸性化合物、两性化合物、能溶于碱性溶液的盐或金属浸入碱性溶液。
③盐浸主要是使原料中的部分成分因与所加入的盐发生氧化还原反应、复分解反应或络合反应等进而溶解,部分杂质形成沉淀而进行分离。
近几年真题涉及的物质转化与分离的考查情况如表所示。
溶浸
真题出处及考查点
酸浸
2019全国卷Ⅲ,26(1)
考查酸浸MnS矿和MnO2粉的过程中“滤渣1”的成分及酸浸中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式
2018全国卷Ⅱ,26(2)
考查酸浸经过焙烧的闪锌矿的过程中滤渣1的主要成分
2017全国卷Ⅰ,27(2)
“酸浸”钛铁矿,钛主要以TiOCl42-形式存在,考查相应反应的离子方程式的书写
2017全国卷Ⅱ,26(1)
在分解水泥样品的过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸,考查加入硝酸的目的
2016全国卷Ⅲ,28(1)
“酸浸”废钒催化剂时V2O5转化为VO2+,考查反应的离子方程式
碱浸
2017江苏,16(1)
考查“碱溶”铝土矿时生成偏铝酸钠的离子方程式
2016全国卷Ⅰ,36(2)
考查“平炉”(碱溶)中发生反应的化学方程式
盐浸
2019全国卷Ⅰ,26(1)
考查在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式
2019江苏,19(2)
考查浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的
2017江苏,19(2)
NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,考查该反应的化学方程式
由表可知,真题中有关溶浸的内容常设计为化学方程式或离子方程式的书写及溶浸所得的滤渣产物的分析等。
(2)元素化合物的氧化还原或沉淀转化
①元素化合物的氧化还原一般是指利用氧化剂O2、H2O2、HNO3、NaClO、KClO3等氧化具有还原性的微粒或者用还原剂SO2、N2H4及活泼金属等还原氧化性的微粒,以达到除去杂质或转化的目的。
②沉淀转化一般是指向溶液中加入沉淀剂使杂质离子形成沉淀或者调节溶液的pH使达到金属离子生成沉淀所需的pH。
近几年真题涉及元素化合物的氧化还原或沉淀转化的考查情况如表所示。
类别
真题出处及考查点
氧化还原转化
2019全国卷Ⅲ,26(2)
考查“氧化”过程中添加适量的MnO2的作用
2018全国卷Ⅱ,26(2)(3)
考查氧化除杂过程中若不通入氧气的后果。溶液中的Cd2+可用锌粉除去,考查还原除杂工序中反应的离子方程式书写
2016全国卷Ⅰ,28(3)
考查“电解”中阴极反应的主要产物
2016全国卷Ⅲ,28(2)
考查“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成VO2+时所需氧化剂KClO3的最少量
2016全国卷Ⅰ,36(4)
考查电解K2MnO4水溶液中阳极的电极反应及阴极逸出的气体
沉淀
转化
2019全国卷Ⅲ,26(4)
“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,考查“滤渣3”的主要成分
2018全国卷Ⅱ,26(2)
考查氧化除杂工序中ZnO的作用
2017全国卷Ⅱ,26(3)
考查加氨水过程中加热的目的及沉淀B的主要成分
2017全国卷Ⅲ,27(2)
考查滤渣2的主要成分
由表可知,试题常利用加入氧化剂氧化具有还原性的粒子或加入还原剂还原某些具有氧化性的粒子而达到除杂或转化的目的。此外,电解法也可以代替试剂达到转化的目的。
(3)物质的分离
该阶段有关物质的分离操作常见的有过滤、萃取与反萃取。过滤是将固相与液相分离的方法。萃取则是利用一种溶剂把物质从它与另一种溶剂所组成的溶液里提取出来的分离方法。
3.第三阶段——目标产品的生成
目标产品生成阶段是工艺流程制备目标产品的最后阶段。该阶段是把前阶段所得的盐溶液通过蒸发结晶(或冷却结晶)、过滤、洗涤、干燥得到目标产物的晶体或将所得溶液经过电解制取目标产品。若前阶段得到的物质为固体,一般通过氧化剂氧化或还原剂还原得目标产品。
近几年真题涉及目标产品的生成阶段的考查情况如表所示。
类别
真题出处及考查点
结晶
2017全国卷Ⅲ,27(4)
考查得到K2Cr2O7固体产品最多的冷却温度
电解
2018全国卷Ⅰ,27(3)
考查采用三室膜电解技术制备Na2S2O5的阳极的电极反应式
2018全国卷Ⅱ,26(4)
考查电解硫酸锌溶液制备单质锌时阴极的电极反应式
2018全国卷Ⅲ,27(3)
考查采用“电解法”制备KIO3时阴极的电极反应式及电解过程中通过阳离子交换膜的离子
续表
煅烧
2019全国卷Ⅰ,26(4)
考查由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法
2017全国卷Ⅰ,27(6)
考查“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
2016全国卷Ⅲ,28(6)
考查“煅烧”中发生反应的化学方程式
由表可知,若目标产品为盐(或含结晶水的盐),一般设计得到该盐的操作为蒸发结晶(或冷却结晶)、过滤、洗涤、干燥等。若目标产品为高价态盐(或金属单质),一般设计为电解得到该目标产品的阳极(阴极)电极反应式的书写问题。通过煅烧得到目标产品时,一般设计为该煅烧过程中反应的化学方程式的书写问题。
四、真题示例
8 [盐浸][2019全国卷Ⅰ,26,14分]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图所示。
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+H2OH++B(OH)4-,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 。
(1)硫酸铵溶液中存在平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3+的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前,调节pH≈3.5目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式碳酸镁:2MgSO4+2(NH4)2CO3+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2(NH4)2SO4+CO2↑或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,MgCO3·Mg(OH)22MgO+H2O+CO2↑。
(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧
9 [2017全国卷Ⅲ,27,15分]重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是 (用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步骤⑤的反应类型是 。
(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。
(1)1molFeO·Cr2O3参与反应共失去7mol电子,而1molNaNO3参与反应得到2mol电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1,所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,氢离子浓度越大(pH越小),越有利于平衡正向移动,所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图可知,温度越低K2Cr2O7的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7↓+2NaCl,其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为m1×103g×40%152g·mol-1,根据铬元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=m1×103g×40%152g·mol-1×294g·mol-1×10-3kg·g-1=147m1190kg,所以产品的产率为m2m0×100%=190m2147m1×100%。
(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O (4)d 复分解反应 (5)190m2147m1×100%
4. [原料预处理粉碎][2018北京,26,13分]磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:H3PO4 H2SO4(填“>”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同, 。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式:
。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因: 。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是 ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L-1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。
(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol-1)
5. [氧化还原和沉淀转化][2016全国卷Ⅲ,28,14分]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。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
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
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转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成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 。
6. [萃取与反萃取][新课标全国卷Ⅰ高考,15分]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+xLi++xe- 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和 Li1-xCoO2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)。
考点1 氮及氮的氧化物
1.[2020江西南昌摸底测试]一种新型的合成氨的方法如图所示,下列说法正确的是( )
A.反应①属于氮的固定
B.反应②属于氧化还原反应
C.反应③可通过电解LiOH溶液实现
D.上述三步循环的总反应为N2+3H22NH3
本题考查新型合成氨的方法,解答本题的关键是结合图示和箭头方向确定反应物和生成物,然后根据图示写出其化学方程式并进行分析判断。
解题模型:链接考法1命题角度1
2.[2019江苏,16,12分]N2O、NO和NO2等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排放。
(1)N2O的处理。N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,用特种催化剂能使N2O分解。NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O的化学方程式为 。
(2)NO和NO2的处理。已除去N2O的硝酸尾气可用NaOH溶液吸收,主要反应为
NO+NO2+2OH-2NO2-+H2O
2NO2+2OH-NO2-+NO3-+H2O
①下列措施能提高尾气中NO和NO2去除率的有 (填标号)。
A.加快通入尾气的速率
B.采用气、液逆流的方式吸收尾气
C.吸收尾气过程中定期补加适量NaOH溶液
②吸收后的溶液经浓缩、结晶、过滤,得到NaNO2晶体,该晶体中的主要杂质是 (填化学式);吸收后排放的尾气中含量较高的氮氧化物是 (填化学式)。
(3)NO的氧化吸收。用NaClO溶液吸收硝酸尾气,可提高尾气中NO的去除率。其他条件相同,NO转化为NO3-的转化率随NaClO溶液初始pH(用稀盐酸调节)的变化如图所示。
①在酸性NaClO溶液中,HClO氧化NO生成Cl-和NO3-,其离子方程式为 。
②NaClO溶液的初始pH越小,NO转化率越高。其原因是 。
本题以尾气中氮氧化物的净化处理为载体,考查考生对陌生化学方程式和离子方程式的书写等知识。
解题模型:链接考法1命题角度2
3.[2018天津,9,18分]烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。回答下列问题:
Ⅰ.采样
采样系统简图
采样步骤:
①检验系统气密性;②加热器将烟道气加热至140 ℃;③打开抽气泵置换系统内空气;④采集无尘、干燥的气样;⑤关闭系统,停止采样。
(1)A中装有无碱玻璃棉,其作用为 。
(2)C中填充的干燥剂是 (填标号)。
a.碱石灰 b.无水CuSO4 c.P2O5
(3)用实验室常用仪器组装一套装置,其作用与D(装有碱液)相同,在虚线框中画出该装置的示意图,标明气体的流向及试剂。
(4)采样步骤②加热烟道气的目的是 。
Ⅱ.NOx含量的测定
将v L气样通入适量酸化的H2O2溶液中,使NOx完全被氧化成NO3-,加水稀释至100.00 mL。量取20.00 mL该溶液,加入v1 mL c1 mol·L-1FeSO4标准溶液(过量),充分反应后,用c2 mol·L-1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+,终点时消耗v2 mL。
(5)NO被H2O2氧化为NO3-的离子方程式为 。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有 。
(7)滴定过程中发生下列反应:
3Fe2++NO3-+4H+NO↑+3Fe3++2H2O
Cr2O72-+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为 mg·m-3。
(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)
若缺少采样步骤③,会使测定结果 。
若FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果 。
本题以烟道气中NOx含量的监测为切入点,考查过滤知识的迁移、干燥剂的选择、有毒气体的吸收、气体溶解度随温度升高而减小等基础必备知识在解决实际问题中的应用,体现基础性、综合性、应用性的命题新理念。
解题模型:链接考法1命题角度2
考点2 氨及铵盐
4.[2017全国卷Ⅰ,26,15分]凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法,其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐,利用如图所示装置处理铵盐,然后通过滴定测量。已知:NH3+H3BO3NH3·H3BO3;NH3·H3BO3+HClNH4Cl+H3BO3。
回答下列问题:
(1)a的作用是 。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是 。f的名称是 。
(3)清洗仪器:g中加蒸馏水;打开k1,关闭k2、k3,加热b,蒸气充满管路;停止加热,关闭k1,g中蒸馏水倒吸进入c,原因是 ;打开k2放掉水。重复操作2~3次。
(4)仪器清洗后,g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e,随后注入氢氧化钠溶液,用蒸馏水冲洗d,关闭k3,d中保留少量水。打开k1,加热b,使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是 。
②e中主要反应的离子方程式为 ,e采用中空双层玻璃瓶的作用是 。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定,滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L-1的盐酸V mL,则样品中氮的质量分数为 %,样品的纯度≤ %。
本题能很好地考查考生的阅读理解能力。考生既要理解实验原理,又要掌握实验步骤、操作、误差分析和计算等。对于定量实验还要注意质量称量法和气体体积测量法的灵活应用。
解题模型:链接考点2
5.[2015四川,9,13分](NH4)2SO4是常用的化肥和化工原料,受热易分解。某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】(NH4)2SO4在260 ℃和400 ℃时分解产物不同。
【实验探究】该小组拟选用如图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)。
实验1:连接装置A-B-C-D,检查气密性,按图示加入试剂(装置B盛0.500 0 mol/L盐酸70.00 mL)。通入N2排尽空气后,于260 ℃加热装置A一段时间,停止加热,冷却,停止通入N2。品红溶液不褪色。取下装置B,加入指示剂,用0.200 0 mol/L NaOH溶液滴定剩余盐酸,终点时消耗NaOH溶液25.00 mL。经检验滴定后的溶液中无SO42-。
(1)仪器X的名称是 。
(2)滴定前,下列操作的正确顺序是 (填标号)。
a.盛装0.200 0 mol/L NaOH溶液 b.用0.200 0 mol/L NaOH溶液润洗
c.读数、记录 d.查漏、清洗
e.排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面
(3)装置B内溶液吸收气体的物质的量是 mol。
实验2:连接装置A-D-B,检查气密性,按图示重新加入试剂。通入N2排尽空气后,于400 ℃加热装置A至(NH4)2SO4完全分解无残留物,停止加热,冷却,停止通入N2。观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。经检验,该白色固体和装置D内溶液中有SO32-,无SO42-。进一步研究发现,气体产物中无氮氧化物。
(4)检验装置D内溶液中有SO32-,无SO42-的实验操作和现象是 。
(5)装置B内溶液吸收的气体是 。
(6)(NH4)2SO4在400 ℃分解的化学方程式是 。
本题利用定性与定量相结合的方法考查硫酸铵分解产物的探究。高考题多次关注硫酸盐或其他盐分解产物的探究,如2017年全国卷Ⅲ第26题考查硫酸亚铁分解产物的探究、2018年全国卷Ⅱ第28题考查K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的热分解产物的探究,这一动向值得考生关注。
解题模型:链接考点2
考点3 硝酸
6.[2017北京,12,6分]下述实验中均有红棕色气体产生,对比分析所得结论不正确的是( )
①
②
③
A.由①中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体
B.红棕色气体不能表明②中木炭与浓硝酸发生了反应
C.由③说明浓硝酸具有挥发性,生成的红棕色气体为还原产物
D.③的气体产物中检测出CO2,由此说明木炭一定与浓硝酸发生了反应
考查考生对比分析问题的能力,是控制变量法的一种创新运用。本题考查了浓硝酸的不稳定性、强氧化性和易挥发性。
解题模型:链接考点3
考点1 氮及氮的氧化物
考法1氮及氮的氧化物的性质和应用
命题角度1 氮气的性质及应用
1 [2020辽宁葫芦岛模拟]中国科学院科研团队研究表明,在常温常压和可见光下,基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理示意图如图所示。下列说法错误的是
A.氧化剂与还原剂的物质的量之比为3∶1
B.该过程中涉及极性键和非极性键的断裂与生成
C.基于LDH合成NH3的过程属于氮的固定
D.工业中,氨经一系列反应可以得到硝酸
该反应的化学方程式为2N2+6H2O4NH3+3O2,氮气是氧化剂,水是还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3,A错误;该过程中,既有极性键的断裂(O—H)与生成(N—H),也有非极性键的断裂()与生成(OO),B正确;基于LDH合成NH3的过程是将氮气转化为氨气的过程,属于氮的固定,C正确;工业中,氨经催化氧化得到NO,NO被氧化为NO2,NO2与水反应可得到硝酸,D正确。
A
考点扫描
1.[2017全国卷Ⅲ,26改编]绿矾(FeSO4·xH2O)易被氧化,在测定其结晶水含量或探究FeSO4的分解产物时,应先缓缓通入N2,目的是 。
2.[2017北京,27(1)改编]NH3在催化剂作用下还原NO2生成N2和H2O的化学方程式为 。
提示:1.排尽装置中的空气 2.8NH3+6NO27N2+12H2O
命题角度2 结合环保问题考查氮及其化合物的性质(热点角度)
2 [2016全国卷Ⅰ,26,14分]氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择图中的 ,反应的化学方程式为 。
②欲收集一瓶干燥的氨气,选择图中的装置,其连接顺序为发生装置➝ (按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中
①Y管中
②反应的化学方程式
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③
④
(1)①观察装置知,A装置适合加热固体制备气体,B装置适合加热液体与固体制备气体或加热液体制备气体。实验室通过氯化铵和消石灰共热制备氨气,可以选择A装置作发生装置,化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O。实验室还可以通过加热浓氨水制备氨气,故也可以选择B装置作发生装置,化学方程式为NH3·H2ONH3↑+H2O。②实验室用碱石灰干燥氨气,用向下排空气法收集氨气,用水吸收尾气中的氨气并注意防倒吸。故选择C、D、F装置,注意连接球形干燥管时应大口进气,小口出气。所以,连接顺序为a、d、c、f、e、i或b、d、c、f、e、i。(2)NO2呈红棕色,氨气与二氧化氮发生反应:8NH3+6NO27N2+12H2O,故观察到Y管中红棕色气体慢慢变浅。NH3与NO2反应后生成的气态水凝聚,反应后气体分子数减少,装置内压强减小,故打开K2,NaOH溶液会产生倒吸现象。
(1)①A 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O(或B NH3·H2ONH3↑+H2O) ②d c f e i
(2)①红棕色气体慢慢变浅 ②8NH3+6NO27N2+12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少,Y管中压强小于外压
考法点睛·分析解释
本题可利用多种实验方法制备氨气,考查考生思维的发散性;通过氨气与NO2的归中反应实验,考查考生对实验现象的预测能力和解释能力。
考点扫描
1.[2018天津,9(5),2分]NO被H2O2氧化为NO3-的离子方程式为 。
2.[2018江苏,20改编](1)用稀硝酸吸收NOx,得到HNO3和HNO2的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式: 。
(2)用酸性(NH2)2CO水溶液吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成N2和CO2的反应。写出该反应的化学方程式: 。
(3)在有氧条件下,某新型催化剂能催化NH3与NOx反应生成N2。写出NH3与NO2反应的化学方程式: 。当生成1molN2时,转移的电子数为 mol。
3.[2017北京,12A改编]浓硝酸受热分解产生红棕色气体,推断产生的气体一定是混合物( )
4.[2017北京,27(2)改编]在有氧条件下,15NO与NH3以一定比例反应时,得到的笑气几乎都是15NNO。写出该反应的化学方程式: 。
5.[2016江苏,5A改编]将铜丝插入稀硝酸中反应的离子方程式为Cu+4H++2NO3-Cu2++2NO2↑+H2O( )
提示:1.2NO+3H2O22H++2NO3-+2H2O
2.(1)HNO2-2e-+H2O3H++NO3- (2)2HNO2+(NH2)2CO2N2↑+CO2↑+3H2O (3)8NH3+6NO27N2+12H2O 247 3.√ 4.415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O 5.✕
考点2 氨及铵盐
考法2氨的制备和性质探究
命题角度1 结合物质制备装置考查氨的实验室制法
3 [2019湖北鄂州、黄冈两市联考]某化学学习小组在实验室模拟工业制备硫氰化钾(KSCN)。实验装置如图所示(部分夹持装置已略)。
已知:①CS2不溶于水,比水重;NH3不溶于CS2。②三颈烧瓶内盛有CS2、水和催化剂。
实验步骤如下:
(1)制备NH4SCN:CS2+2NH3NH4SCN+H2S(该反应比较缓慢)
①实验前,经检验装置的气密性良好。三颈烧瓶的下层CS2液体必须浸没导气管口,目的是 。
②实验开始时打开K1,加热A,使A中产生的气体缓缓通入D中,至CS2消失。则A中反应的化学方程式是 ;C的作用是 。
(2)制备KSCN溶液:熄灭A处的酒精灯,关闭K1,打开K2,再缓缓滴加适量的KOH溶液,发生反应:NH4SCN+KOHKSCN+NH3↑+H2O。
小组讨论后认为:实验中滴加相同浓度的K2CO3溶液比KOH溶液更好,理由是 。
(3)制备硫氰化钾晶体:先滤去三颈烧瓶中的固体催化剂,再减压蒸发浓缩,冷却结晶, ,干燥,得到硫氰化钾晶体。
(4)测定晶体中KSCN的含量:称取10.0 g样品配成1 000 mL溶液,量取20.00 mL于锥形瓶中,加入适量稀硝酸,再加入几滴Fe(NO3)3溶液作指示剂,用0.100 0 mol/L AgNO3标准溶液滴定,达到滴定终点时消耗AgNO3标准溶液20.00 mL。
①滴定时发生的反应:SCN-+Ag+AgSCN↓。则判断达到滴定终点时的方法是 。
②晶体中KSCN的质量分数为 。
(1)①导气管口在下层液体CS2中,可以使反应物充分接触,防倒吸;②实验室用氯化铵与氢氧化钙来制备氨气,其化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C是为了观察气泡产生的速率,以便控制A中的加热温度。(2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应产生更多气体(K2CO3+2NH4SCN2KSCN+2NH3↑+CO2↑+H2O),有利于溶液中残留的H2S逸出。(3)实验室制备硫氰化钾晶体的操作:减压蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥。(4)①Fe3+与SCN-发生络合反应,显红色,因此当最后一滴AgNO3溶液滴入时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复;②n(KSCN)=n(AgNO3)=0.1000mol/L×20.00×10-3L×1000mL20.00mL=0.1mol,m(KSCN)=97g/mol×0.1mol=9.7g,故KSCN的质量分数为9.7g10.0g×100%=97.0%。
(1)①使反应物充分接触,防倒吸 ②2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O 观察气泡产生的速率,以便控制加热温度 (2)K2CO3碱性弱于KOH,且与NH4SCN反应能产生更多气体,有利于溶液中残留的H2S逸出 (3)过滤,洗涤 (4)①当滴入最后一滴AgNO3溶液时,红色恰好褪去,且半分钟内颜色不恢复 ②97.0%
考点扫描
1.[2017江苏,3D改编]由于NH3易溶于水,故可用作制冷剂( )
2.[2016全国卷Ⅲ,26(4)改编]利用氯化钙溶液、氨水、H2O2溶液在冰浴条件下制备过氧化钙,该反应的化学方程式为 。
3.[2016四川,11(4)改编]在浸取液(溶质主要为硫酸镁)中通入NH3,发生反应的化学方程式是 。
提示:1.✕ 2.CaCl2+2NH3·H2O+H2O2+6H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl(或CaCl2+2NH3·H2O+H2O2CaO2↓+2NH4Cl+
2H2O) 3.MgSO4+2NH3+2H2OMg(OH)2↓+(NH4)2SO4
命题角度2 火箭燃料——联氨的结构与性质(热点角度)
4 [2016全国卷Ⅱ,26节选,11分]联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:
(1)联氨分子的电子式为 ,其中氮的化合价为 。
(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为 。
(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为 (已知:N2H4+H+N2H5+的K=8.7×107;Kw=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。
(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是 。
联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是 。
(1)N2H4中原子间以共价键结合,其电子式为H∶∶∶H。N2H4中H为+1价,由化合物中各元素化合价代数和为0,可确定N为-2价。(2)反应中NaClO和NH3分别作氧化剂和还原剂,根据得失电子守恒和原子守恒可写出并配平相应的化学方程式。(3)N2H4的第一步电离的离子方程式为N2H4+H2ON2H5++OH-,则电离常数Kb=c(N2H5+)·c(OH-)c(N2H4)=c(N2H5+)·c(OH-)·c(H+)c(N2H4)·c(H+)=c(N2H5+)·Kwc(N2H4)·c(H+)=K·Kw=8.7×107×1.0×10-14=8.7×10-7。联氨是二元弱碱,其与硫酸形成的酸式盐为 N2H6(HSO4)2。(4)联氨具有还原性,能将AgBr中的Ag+还原为Ag,可看到固体逐渐变黑,联氨被氧化为N2,可看到溶液中有气泡产生。1mol联氨在反应中失去4mol 电子,而1molO2能得到4mol电子,且联氨与O2的相对分子质量相等,故参加反应的联氨与O2的物质的量和质量均相等,故1kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为1kg。使用联氨处理水中溶解的O2,消耗联氨的质量小,且产物为N2和H2O,对环境无污染,而用Na2SO3处理水中溶解的O2时,Na2SO3被氧化为Na2SO4,产生新杂质。
(1)H∶∶∶H -2 (2)2NH3+NaClO N2H4+NaCl+H2O (3)8.7×10-7 N2H6(HSO4)2 (4)固体逐渐变黑,并有气泡产生 1 N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)
考法归纳·迁移创新
类比NH3的性质类推N2H4的性质
1.碱性:二元弱碱,碱性比NH3·H2O的弱。
(1)电离:在水中的电离方式与氨相似,分两步进行:N2H4+H2ON2H5++OH-,N2H5++H2ON2H62++OH-。
(2)水解:N2H5++H2ON2H4·H2O+H+,N2H62++2H2ON2H4·2H2O+2H+。
(3)与硫酸反应,2N2H4+H2SO4(N2H5)2SO4,N2H4+2H2SO4(过量)N2H6(HSO4)2(酸式盐)。
2.强还原性:(1)水合肼在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属单质,如Ag++N2H4·H2OAg↓+NH4++12N2↑+H2O;(2)能被氧气、H2O2等氧化,可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料等。
命题角度3 利用现代传感技术认识喷泉原理(预测角度)
5 现用传感技术测定喷泉实验中的压强变化来认识喷泉实验的原理。下列说法正确的是
A.制取氨气时烧瓶中的X固体常用CaO或CaCl2
B.将湿润的蓝色石蕊试纸置于三颈烧瓶口c处,试纸变红,说明NH3已收集满
C.关闭a,用单孔塞(插有吸入水的胶头滴管)塞紧三颈烧瓶口c,打开b,挤压胶头滴管完成喷泉实验,电脑绘制三颈烧瓶内压强变化曲线如图2所示,则C点时喷泉最剧烈
D.工业上,若出现液氨泄漏,喷洒NaHCO3溶液比喷洒稀盐酸效果好
CaO能与水反应,使c(OH-)增大,同时放出大量的热,有利于氨气的逸出,而CaCl2虽然具有吸水性,但易与产生的氨气反应生成CaCl2·8NH3,不能用于制备或干燥氨气,A错误;红色石蕊试液遇碱显蓝色,所以检验三颈烧瓶集满NH3的方法是将湿润的红色石蕊试纸靠近三颈烧瓶口c,试纸变蓝,证明NH3已收集满,B错误;三颈烧瓶内气体压强与外界大气压差值越大,喷泉越剧烈,C点压强最小、外界大气压不变,所以大气压和C点压强差值最大,则喷泉最剧烈,C正确;稀盐酸显酸性,碳酸氢钠溶液显碱性,氨水溶液显碱性,因此在酸性溶液中吸收氨气的效率高于在碱性溶液中吸收氨气的效率,D错误。
C
考法归纳·迁移创新
本题结合氨的制备与人教版《化学》(必修1)第97页“实验4-8 氨溶于水的喷泉实验”进行综合命题,创新融入传感技术测定压强变化的装置和图像,试题新颖。喷泉装置在命题中还可能被改装成如图所示装置:
图甲 图乙
其中图甲引发喷泉的操作为“打开止水夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气,与水接触,即产生喷泉”;图乙的锥形瓶中盛放“碳酸氢铵与稀盐酸”或“过氧化钠与水”等均能形成喷泉。图甲所示为负压喷泉(圆底烧瓶中压强小于烧杯中水面上外界大气压),图乙所示为正压喷泉(锥形瓶内压强大于外界大气压),城市喷泉装置的原理与图乙所示装置相同,属于正压喷泉。
考点3 硝酸
考法3 金属与硝酸反应的性质探究与计算
命题角度1 硝酸与金属反应的实验探究
6 [2015北京,12,6分]在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止
Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3 的氧化性强于浓HNO3
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化
稀硝酸与铁反应可生成NO,NO在空气中被氧化为NO2,A项正确。浓硝酸能使铁钝化,B项正确。Ⅱ中铁钝化,反应停止,不能比较稀硝酸与浓硝酸氧化性的强弱,C项错误。构成原电池后可以根据电流的方向判断正、负极,从而判断Fe是否被氧化,D项正确。
C
1. 将11.2 g铜粉和镁粉的混合物分成两等份,其中一份加入200 mL的稀硝酸并加热,固体和硝酸恰好完全反应,并产生标准状况下2.24 L NO;将另一份在空气中充分加热,最后得到m g固体。下列有关说法正确的是( )
①c(HNO3)=2.0 mol·L-1 ②c(HNO3)=0.5 mol·L-1
③m=8.0 ④m=7.2
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
命题角度2 HNO2及其盐的性质(预测角度)
7 信息1:亚硝酸(HNO2)是一种弱酸,既具有氧化性又具有还原性;亚硝酸不稳定,易分解为硝酸、水和NO。信息2:亚硝酸钠又名“工业盐”,常被大量用作高分子材料的发泡剂和偶氮染料的原料等,该物质有毒,但其颜色、形状、味道和食盐相似,很容易因误食而中毒;亚硝酸银为难溶于水的白色沉淀。
根据上述信息,回答下列问题:
(1)甲组同学取一份可能是NaCl或NaNO2的样品,用蒸馏水溶解,通过下列实验操作可鉴别样品成分。在待检验溶液中滴加AgNO3溶液的现象是 ,倒出上清液,在沉淀中加入硝酸,振荡,沉淀溶解,则该样品为 (写化学式),沉淀溶解的离子方程式为 。
(2)乙组同学利用如图所示装置检验可能是NaCl或NaNO2的样品。
①A装置中盛装稀硫酸的仪器名称是 ,打开该仪器的活塞,使稀硫酸缓缓滴下,若样品为NaNO2,则在B装置中可观察到的现象为 ,检验B装置中有NO的操作及产生的现象是 。
②C装置中盛有的试剂名称是 ,作用是 。
(3)设计实验证明。
①亚硝酸为弱酸: 。
②亚硝酸具有还原性: 。
(1)AgCl和AgNO2均为白色难溶于水的物质,故加入AgNO3溶液后出现白色沉淀。AgCl难溶于硝酸,而AgNO2与硝酸反应可生成HNO2,该物质不稳定,又分解生成硝酸、水和NO。(2)①根据装置图中盛装稀硫酸的仪器的结构及作用可知其为分液漏斗。A装置和B装置中残留的空气与A装置中生成的NO反应生成NO2。由于B装置中主要含NO,故其内气体颜色较淡,打开止水夹,鼓入空气,NO完全转化为NO2,使B装置内NO2浓度增大,红棕色变深。②氮的氧化物有毒,可用碱液(如NaOH溶液)吸收。(3)①检验HNO2的弱酸性,可检验其强碱盐的pH,也可以直接检验其一定浓度稀溶液的pH等。②检验HNO2的还原性需要用到氧化剂,故在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,KMnO4被还原,从而使溶液褪色。
(1)产生白色沉淀 NaNO2 3AgNO2+2H+3Ag++2NO↑+NO3-+H2O (2)①分液漏斗 出现较淡的红棕色气体 打开止水夹,鼓入空气,红棕色变深 ②NaOH溶液(合理即可) 吸收尾气 (3)①取NaNO2溶液,用pH试纸检验,对照标准比色卡知pH>7(其他合理答案也可) ②在酸性KMnO4溶液中加入过量NaNO2溶液,溶液褪色(其他合理答案也可)
考法归纳·迁移创新
类比硝酸的性质学习亚硝酸的性质
1.亚硝酸的性质
(1)亚硝酸中,N为+3价,既有氧化性,又有还原性,在水溶液中能将I-氧化为单质碘:2HNO2+2I-+2H+I2+2NO↑+2H2O。
(2)亚硝酸是一种弱酸,不稳定,易分解成HNO3、H2O和NO,即3HNO2HNO3+2NO↑+H2O。
2.HNO2的制备
(1)将等物质的量的NO2和NO的混合物溶解在冰水中:NO+NO2+H2O2HNO2。
(2)将强酸加入亚硝酸盐的冷溶液中:NaNO2+HClNaCl+HNO2。
冲刺双一流
素材16PH3、H3PO2、H3PO4等物质的性质及其应用
1.P4、PH3
(1)P4分子呈正四面体结构,每个分子含6个P—P共价键,键角为60°;与O2反应生成P4O6或P4O10,与Cl2反应生成PCl3(液体)或PCl5(固体)。
(2)PH3的制备:①磷化钙的水解,Ca3P2+6H2O3Ca(OH)2+2PH3↑;②PH4I与碱反应,PH4I+NaOHNaI+H2O+PH3↑;③白磷溶于碱,P4+3NaOH+3H2OPH3↑+3NaH2PO2。
2.P2O5
(1)常用作干燥剂,能干燥酸性或中性物质,与H2O反应生成HPO3或H3PO4。
(2)在硝酸存在的条件下,煮沸P4O10的水溶液,才能较快地转变为较纯净的H3PO4。
3.H3PO2(次磷酸)
H3PO2为一元中强酸,H3PO3(亚磷酸)为二元中强酸。
(1)不稳定性:受热分解产生磷酸和剧毒的PH3气体。
(2)还原性:H3PO2是强还原剂,常温下在空气中可逐渐被氧化。
(3)有腐蚀性。
4.PCl5、PCl3
(1)磷与氯气反应:氯气足量时生成PCl5(白烟);氯气不足时生成PCl3(白雾)。
(2)PCl5、PCl3都易水解:PCl5+4H2OH3PO4+5HCl、PCl3+3H2OH3PO3+3HCl。
(3)PCl3可被Cl2氧化为PCl5:PCl3+Cl2PCl5。
考点扫描
1.[2019全国卷Ⅲ,11B改编]常温下pH=2的H3PO4溶液中c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)( )
2.[2018全国卷Ⅱ,11A改编]NA代表阿伏加德罗常数的值,常温常压下,124gP4中所含P—P键数目为4NA( )
3.[2017全国卷Ⅲ,10D改编]NA代表阿伏加德罗常数的值。密闭容器中1molPCl3与1molCl2反应制备PCl5(g),增加2NA个P—Cl键( )
4.[2015新课标全国卷Ⅱ,7B]P2O5不可用作食品干燥剂( )
5.[2014新课标全国卷Ⅰ,27(1)(3),4分]H3PO2是一元中强酸,写出其电离方程式 。H3PO2的工业制法是将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学方程式: 。
提示:1.√ 2.✕ 3.✕ 4.√ 5.H3PO2H++H2PO2- 2P4+3Ba(OH)2+6H2O3Ba(H2PO2)2+2PH3↑
2.[2019四川成都二诊]NaH2PO2·H2O易溶于水,水溶液呈中性,具有强还原性,可用于化学镀银、镍、铜等。一种以泥磷(含P4和少量CaO、Fe2O3、Al2O3、CaCl2等)为原料制备NaH2PO2·H2O的工艺流程如图所示。
已知:P4与Ca(OH)2、NaOH的反应主要有
Ⅰ.3Ca(OH)2+2P4+6H2O3Ca(H2PO2)2+2PH3↑
Ⅱ.3NaOH+P4+3H2O3NaH2PO2+PH3↑
(1)已知H3PO2是一元中强酸,NaH2PO2是 (填“正盐”或“酸式盐”)。
(2)尾气中的PH3被NaClO溶液吸收可生成NaH2PO2和NaCl,离子方程式为 ,从吸收液中获得NaH2PO2·H2O的操作为 、 、过滤、洗涤和干燥。
(3)用NiCl2、NaH2PO2溶液化学镀Ni,同时生成H3PO4和氯化物的化学方程式为 。
(4)“滤渣2”的主要成分为 (填化学式)。
(5)“过滤2”的滤液需要用Ag2SO4悬浊液和Ba(OH)2溶液除去其中Cl-,加入的Ag2SO4悬浊液不宜过量太多,其主要原因是 。
素材17As及其化合物的性质及应用
1.As的性质
与O2反应得到As2O3,与镁反应得到砷化镁:2As+3MgMg3As2。
2.As2O3、As2O5的性质
(1)As2O3俗称砒霜,微溶于水,属于两性氧化物:As2O3+6NaOH2Na3AsO3+3H2O,As2O3+6HCl2AsCl3+3H2O。
(2)As2O5对热不稳定,在400 ℃以上分解。
3.As2S3的性质
As2S3俗称雌黄,可溶于碱性硫化物或碱溶液中:As2S3+3Na2S2Na3AsS3,As2S3+6NaOHNa3AsS3+Na3AsO3+3H2O。也可以与SnCl2、发烟盐酸反应转化为雄黄(As4S4):2As2S3+2SnCl2+4HClAs4S4+2SnCl4+2H2S↑。
4.H3AsO4的性质
(1)受热易分解,最终得到As2O5:2H3AsO4As2O5+3H2O。
(2)为三元弱酸,具有酸的通性。
(3)在酸性溶液中作氧化剂,可与碘离子发生氧化还原反应:H3AsO4+2KI+H2SO4H3AsO3+K2SO4+H2O+I2。
考点扫描
[2017全国卷Ⅲ,28(2)节选,2分]工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。
提示:2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S
3.[2019广东模拟改编]砷及其化合物在半导体、农药制造等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1)AsH3的电子式为 ;将AsH3通入AgNO3溶液中可生成Ag、As2O3和HNO3,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。
(2)改变0.1 mol·L-1三元弱酸H3AsO4溶液的pH,溶液中的H3AsO4、H2AsO4-、HAsO42-以及AsO43-的物质的量分布分数随pH的变化如图1所示:
图1 图2
①lg Ka1(H3AsO4)= ,用甲基橙作指示剂(pH变色范围为3.1~4.4),用NaOH溶液滴定H3AsO4发生的主要反应的离子方程式为 。
②反应H2AsO4-+AsO43-2HAsO42-的lg K= 。
(3)反应2As2S3(s)4AsS(g)+S2(g)达到平衡时气体总压的对数值lg(p/kPa)与温度的关系如图2所示:
①对应温度下,B点的反应速率v(正) v(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②A点处,AsS(g)的分压为 kPa,该反应的Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数)。
模型2 基于核心素养下的新情境命题模型——工艺流程题
工艺流程题具有形式新颖、信息丰富、灵活多变的特点,既可以考查“元素及其化合物的性质”,又可以考查“实验”和“化学与技术”。考查内容有常见元素及其化合物的性质与应用、化学反应原理理论知识的运用、实验操作与化工技术等。利用这种题型可以创设陌生、新颖的情境,有利于考查考生在陌生情境中提取有效信息的能力及利用所学知识分析问题、解决问题的能力,把具有化学学科核心素养的考生选拔出来,因此在高考试题中备受命题人的青睐。
一、工艺流程题的考查内容与核心素养的发展
工艺流程题是以工艺流程的形式,以元素及其化合物为素材,以物质转化中涉及的氧化还原反应、复分解反应、水解反应等的应用为重点,以流程中涉及的沉淀溶解平衡的分析及计算、电解池原理等的应用为难点,以常见物质的分离方法及实验操作等为探究手段,综合考查考生解决化学问题的能力。工艺流程题是发展考生化学学科核心素养的重要题型,如图是工艺流程题与发展化学学科核心素养的关系图。
二、工艺流程题的命题模型
工业冶金一般分为三个阶段,所以该类试题一般分为“三阶段”,即原料预处理阶段、物质转化与分离阶段、目标产品生成阶段。
工艺流程一般呈现以下信息:
(1)表示物料走向,即什么步骤加入了哪些物质,每种物质发生了什么反应或转化,又以何种形式得到。
(2)表示工艺的主要步骤。实际化工生产非常复杂,步骤很多,难以一一表示出来,工艺流程中只要将主要步骤表示出来即可。
(3)标注操作或反应的主要条件,如用量、pH控制、温度等。
三、工艺流程题的“三阶段”解读
1.第一阶段——原料预处理
处理方法:粉碎和焙烧。
粉碎增大反应物的接触面积,加快反应速率
焙烧非金属元素被氧化为高价态化合物;金属元素被氧化为高价态氧化物或高价态化合物
近几年真题涉及的原料预处理考查情况如表所示。
预处理
真题出处及考查点
粉碎
(研磨)
2018北京,26(1)
考查磷精矿湿法制备磷酸的流程中能加快反应速率的措施
2016全国卷Ⅰ,36(1)
考查将软锰矿粉碎的作用
2016全国卷Ⅲ,36(1)
考查粉碎过筛废铁屑的目的
焙烧
(熔融)
2018全国卷Ⅱ,26(1)
考查焙烧闪锌矿过程中主要反应的化学方程式
2017全国卷Ⅲ,27(1)
考查铬铁矿熔融、氧化的主要反应中FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比
真题在原料预处理阶段的设问角度往往从粉碎与化学反应速率的关系、焙烧中的化学反应等入手。
2.第二阶段——物质转化与分离
物质转化与分离阶段是工艺流程的关键阶段,在该阶段物料通过氧化还原反应、复分解反应、盐类水解、沉淀转化等反应达到除杂、元素化合物转化等目的。一般包括溶浸(酸浸、碱浸、盐浸、水浸),元素化合物的氧化还原或沉淀转化,物质的分离(过滤、萃取)等内容。
(1)溶浸
把固体转化为溶液,以便于后续物质的转化或分离。
①酸浸是指把预处理得到的物料与酸溶液作用,使物料中的碱性化合物、两性化合物、能溶于酸的盐和金属转化为溶液,分离出不溶于酸的SiO2或少数微溶性盐。
②碱浸主要是将物料中的酸性化合物、两性化合物、能溶于碱性溶液的盐或金属浸入碱性溶液。
③盐浸主要是使原料中的部分成分因与所加入的盐发生氧化还原反应、复分解反应或络合反应等进而溶解,部分杂质形成沉淀而进行分离。
近几年真题涉及的物质转化与分离的考查情况如表所示。
溶浸
真题出处及考查点
酸浸
2019全国卷Ⅲ,26(1)
考查酸浸MnS矿和MnO2粉的过程中“滤渣1”的成分及酸浸中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式
2018全国卷Ⅱ,26(2)
考查酸浸经过焙烧的闪锌矿的过程中滤渣1的主要成分
2017全国卷Ⅰ,27(2)
“酸浸”钛铁矿,钛主要以TiOCl42-形式存在,考查相应反应的离子方程式的书写
2017全国卷Ⅱ,26(1)
在分解水泥样品的过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸,考查加入硝酸的目的
2016全国卷Ⅲ,28(1)
“酸浸”废钒催化剂时V2O5转化为VO2+,考查反应的离子方程式
碱浸
2017江苏,16(1)
考查“碱溶”铝土矿时生成偏铝酸钠的离子方程式
2016全国卷Ⅰ,36(2)
考查“平炉”(碱溶)中发生反应的化学方程式
盐浸
2019全国卷Ⅰ,26(1)
考查在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式
2019江苏,19(2)
考查浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的
2017江苏,19(2)
NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,考查该反应的化学方程式
由表可知,真题中有关溶浸的内容常设计为化学方程式或离子方程式的书写及溶浸所得的滤渣产物的分析等。
(2)元素化合物的氧化还原或沉淀转化
①元素化合物的氧化还原一般是指利用氧化剂O2、H2O2、HNO3、NaClO、KClO3等氧化具有还原性的微粒或者用还原剂SO2、N2H4及活泼金属等还原氧化性的微粒,以达到除去杂质或转化的目的。
②沉淀转化一般是指向溶液中加入沉淀剂使杂质离子形成沉淀或者调节溶液的pH使达到金属离子生成沉淀所需的pH。
近几年真题涉及元素化合物的氧化还原或沉淀转化的考查情况如表所示。
类别
真题出处及考查点
氧化还原转化
2019全国卷Ⅲ,26(2)
考查“氧化”过程中添加适量的MnO2的作用
2018全国卷Ⅱ,26(2)(3)
考查氧化除杂过程中若不通入氧气的后果。溶液中的Cd2+可用锌粉除去,考查还原除杂工序中反应的离子方程式书写
2016全国卷Ⅰ,28(3)
考查“电解”中阴极反应的主要产物
2016全国卷Ⅲ,28(2)
考查“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成VO2+时所需氧化剂KClO3的最少量
2016全国卷Ⅰ,36(4)
考查电解K2MnO4水溶液中阳极的电极反应及阴极逸出的气体
沉淀
转化
2019全国卷Ⅲ,26(4)
“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,考查“滤渣3”的主要成分
2018全国卷Ⅱ,26(2)
考查氧化除杂工序中ZnO的作用
2017全国卷Ⅱ,26(3)
考查加氨水过程中加热的目的及沉淀B的主要成分
2017全国卷Ⅲ,27(2)
考查滤渣2的主要成分
由表可知,试题常利用加入氧化剂氧化具有还原性的粒子或加入还原剂还原某些具有氧化性的粒子而达到除杂或转化的目的。此外,电解法也可以代替试剂达到转化的目的。
(3)物质的分离
该阶段有关物质的分离操作常见的有过滤、萃取与反萃取。过滤是将固相与液相分离的方法。萃取则是利用一种溶剂把物质从它与另一种溶剂所组成的溶液里提取出来的分离方法。
3.第三阶段——目标产品的生成
目标产品生成阶段是工艺流程制备目标产品的最后阶段。该阶段是把前阶段所得的盐溶液通过蒸发结晶(或冷却结晶)、过滤、洗涤、干燥得到目标产物的晶体或将所得溶液经过电解制取目标产品。若前阶段得到的物质为固体,一般通过氧化剂氧化或还原剂还原得目标产品。
近几年真题涉及目标产品的生成阶段的考查情况如表所示。
类别
真题出处及考查点
结晶
2017全国卷Ⅲ,27(4)
考查得到K2Cr2O7固体产品最多的冷却温度
电解
2018全国卷Ⅰ,27(3)
考查采用三室膜电解技术制备Na2S2O5的阳极的电极反应式
2018全国卷Ⅱ,26(4)
考查电解硫酸锌溶液制备单质锌时阴极的电极反应式
2018全国卷Ⅲ,27(3)
考查采用“电解法”制备KIO3时阴极的电极反应式及电解过程中通过阳离子交换膜的离子
续表
煅烧
2019全国卷Ⅰ,26(4)
考查由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法
2017全国卷Ⅰ,27(6)
考查“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式
2016全国卷Ⅲ,28(6)
考查“煅烧”中发生反应的化学方程式
由表可知,若目标产品为盐(或含结晶水的盐),一般设计得到该盐的操作为蒸发结晶(或冷却结晶)、过滤、洗涤、干燥等。若目标产品为高价态盐(或金属单质),一般设计为电解得到该目标产品的阳极(阴极)电极反应式的书写问题。通过煅烧得到目标产品时,一般设计为该煅烧过程中反应的化学方程式的书写问题。
四、真题示例
8 [盐浸][2019全国卷Ⅰ,26,14分]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图所示。
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+H2OH++B(OH)4-,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 。
(1)硫酸铵溶液中存在平衡:NH4++H2ONH3·H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3+的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前,调节pH≈3.5目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生相互促进的水解反应生成碱式碳酸镁:2MgSO4+2(NH4)2CO3+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2(NH4)2SO4+CO2↑或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,MgCO3·Mg(OH)22MgO+H2O+CO2↑。
(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑) 溶浸 高温焙烧
9 [2017全国卷Ⅲ,27,15分]重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示。
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是 (用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃
步骤⑤的反应类型是 。
(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg,产率为 。
(1)1molFeO·Cr2O3参与反应共失去7mol电子,而1molNaNO3参与反应得到2mol电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1,所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,氢离子浓度越大(pH越小),越有利于平衡正向移动,所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图可知,温度越低K2Cr2O7的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7↓+2NaCl,其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为m1×103g×40%152g·mol-1,根据铬元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=m1×103g×40%152g·mol-1×294g·mol-1×10-3kg·g-1=147m1190kg,所以产品的产率为m2m0×100%=190m2147m1×100%。
(1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小 2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O (4)d 复分解反应 (5)190m2147m1×100%
4. [原料预处理粉碎][2018北京,26,13分]磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:Ca5(PO4)3(OH)
(2)磷精矿粉酸浸时发生反应:
2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO410CaSO4·0.5H2O+6H3PO4
①该反应体现出酸性关系:H3PO4 H2SO4(填“>”或“<”)。
②结合元素周期律解释①中结论:P和S电子层数相同, 。
(3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式:
。
(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因: 。
(5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是 ;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是 。
(6)取a g所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用b mol·L-1 NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是 。
(已知:H3PO4摩尔质量为98 g·mol-1)
5. [氧化还原和沉淀转化][2016全国卷Ⅲ,28,14分]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。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
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
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转化成VO2+。“废渣1”的主要成分是 。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变成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 。
6. [萃取与反萃取][新课标全国卷Ⅰ高考,15分]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+xLi++xe- 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和 Li1-xCoO2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)。
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