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2024届高考化学复习讲义第三章金属及其化合物第六讲无机化工工艺流程题含答案
展开1.根据试题整体特点分析
2.近四年高考化学工艺流程题考查热点分析
注:本表格以近四年具有代表性的全国卷及新高考地方卷为蓝本,全国卷共10套(2020年3套、2021年2套、2022年2套、2023年3套),新高考地方卷共50套(2020年8套、2021年15套、2022年15套、2023年12套)。
考点 无机化工工艺流程题
1.工艺流程题的考查内容与核心素养的发展
工艺流程题是发展考生化学学科核心素养的重要题型,如图所示是工艺流程题与发展化学学科核心素养的关系。
2.物质制备型工艺流程题的命题模型
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。
3.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(研磨)和焙烧。
在原料预处理阶段试题往往从粉碎(研磨)与化学反应速率的关系、焙烧中的化学反应等角度设问。
(2)第二阶段——物质转化与分离
物质转化与分离阶段一般包括溶浸(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试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成分的分析等。
②试题中常利用加入氧化剂、还原剂或调节溶液的pH等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(或蒸发浓缩、冷却结晶)、过滤、洗涤、干燥等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。
试题中有关目标产品生成的内容常设计为电极反应式的书写、反应方程式的书写、制备物质的方法等问题。
研透高考 明确方向
命题点1 物质制备型工艺流程
1.[2021海南]无水FeCl3常作为芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3(s)。
已知:氯化亚砜()熔点-101 ℃,沸点76 ℃,易水解。
回答问题:
(1)操作①是过滤,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和 漏斗 。
(2)为避免引入新的杂质,试剂B可以选用 bd (填编号)。
a.KMnO4溶液b.Cl2水
c.Br2水d.H2O2溶液
(3)操作②是蒸发结晶,加热的同时通入HCl(g)的目的是 抑制FeCl3水解 。
(4)取少量D晶体,溶于水并滴加KSCN溶液,现象是 液体变红色 。
(5)反应D→E的化学方程式为 6SOCl2+FeCl3·6H2O△FeCl3+6SO2+12HCl 。
(6)由D转化成E的过程中可能产生少量亚铁盐,写出一种可能的还原剂 SO2 ,并设计实验验证是该还原剂将Fe3+还原 取E固体少许于一洁净试管中,加蒸馏水溶解,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,有白色沉淀生成,说明SO2将Fe3+还原成Fe2+ 。
解析
由题给条件SOCl2易水解可知,反应D→E的化学方程式为6SOCl2+FeCl3·6H2O△FeCl3+6SO2+12HCl。(6)由(5)可知,D转化成E的过程中SO2可能将Fe3+还原为Fe2+,SO2被氧化成SO42-,可以通过检验E的溶液中含有SO42-进行验证,实验方案为:取E固体少许于一洁净试管中,加蒸馏水溶解,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,有白色沉淀生成,说明SO2将Fe3+还原成Fe2+。
2.[侧重考查添加试剂的相关问题][2023全国甲]BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料,采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题:
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 作还原剂,将BaSO4转化成BaS 。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为 S2-+Ca2+CaS↓ 。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是 c (填标号)。
a.稀硫酸b.浓硫酸
c.盐酸d.磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取,是否可行?其原因是 不可行,酸与CaS能产生CaCl2和有毒气体H2S,从而影响产品纯度 。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为 TiCl4+2(NH4)2C2O4+BaCl2+H2OBaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HCl 。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡,产生的nCO2∶nCO= 1∶1 。
解析
(1)结合(2)中信息及原子守恒可知,BaSO4、过量碳粉、过量CaCl2在焙烧时反应生成BaCl2、BaS、CaS和CO,其化学方程式为3BaSO4+12C+2CaCl2焙烧2BaCl2+BaS+2CaS+12CO↑,其中碳粉的主要作用是作还原剂,使BaSO4转化成BaS。(2)“浸取”时易溶于水的BaS和过量的CaCl2反应生成微溶于水的CaS,反应的离子方程式为S2-+Ca2+CaS↓。(3)浸取后滤液中主要为BaCl2,为不引入杂质,酸化时应选择盐酸,a、b均会使Ba2+转化为BaSO4沉淀,d会引入杂质PO43-,故c正确。(4)焙烧后的产物中含BaS、CaS,如果直接用盐酸浸取,CaS会和盐酸反应生成CaCl2和有毒的H2S气体,从而影响产品纯度,故不能直接用盐酸浸取。(5)结合图示流程、题中信息及原子守恒可写出“沉淀”时BaCl2、TiCl4、(NH4)2C2O4反应的化学方程式为TiCl4+2(NH4)2C2O4+BaCl2+H2OBaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HCl。(6)根据题目信息和氧化还原反应规律可知,“热分解”时发生反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2△BaTiO3+2CO2↑+2CO↑,故产生的nCO2∶nCO=1∶1。
命题点2 分离提纯型工艺流程
3.[侧重考查物理方法][2022广东]稀土(RE)包括镧、钇等元素,是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理,一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下:
已知:月桂酸(C11H23COOH)熔点为44 ℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下,稀土离子保持+3价不变;(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8;有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
(1)“氧化调pH”中,化合价有变化的金属离子是 Fe2+ 。
(2)“过滤1”前,用NaOH溶液调pH至 4.7≤pH<6.2 的范围内,该过程中Al3+发生反应的离子方程式为 Al3++3OH-Al(OH)3↓ 。
(3)“过滤2”后,滤饼中检测不到Mg元素,滤液2中Mg2+质量浓度为2.7 g·L-1。为尽可能多地提取RE3+,可提高月桂酸钠的加入量,但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于 4.0×10-4 ml·L-1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3+溶出、提高产率,其原因是 加热搅拌可加快反应速率 。
②“操作X”的过程为先 冷却结晶 ,再固液分离。
(5)该工艺中,可再生循环利用的物质有 MgSO4 (写化学式)。
(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。
①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时,生成1 ml Pt3Y转移 15 ml电子。
②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O2的还原,发生的电极反应为 O2+4e-+2H2O4OH- 。
解析 (1)由题意知,“氧化调pH”中只有铁是变价金属,铝和稀土金属元素均为+3价,Fe2+被氧化为Fe3+。(2)“过滤1”所得“滤渣”为Fe(OH)3和Al(OH)3,应调节的pH范围为4.7≤pH<6.2,pH小于6.2是防止RE3+开始沉淀。该过程中Al3+与OH-反应生成Al(OH)3沉淀。(3)“滤液2”中Mg2+质量浓度为2.7 g·L-1,其物质的量浓度为0.112 5 ml·L-1,Ksp[(C11H23COO)2Mg]=c2(C11H23COO-)·c(Mg2+),开始形成(C11H23COO)2Mg沉淀时c2(C11H23COO-)=(1.8×10-8/0.112 5) ml2·L-2=16×
10-8 ml2·L-2,c(C11H23COO-)=16×10-8 ml·L-1=4.0×10-4 ml·L-1,即
c(C11H23COO-)≥4.0×10-4 ml·L-1时,形成的“滤饼”中会混入(C11H23COO)2Mg。(4)①“滤饼”的主要成分为(C11H23COO)3RE,为难溶物,搅拌可以增加其与盐酸的接触面积,加热也可以加快固体的溶解,进而加快反应速率。②加热搅拌的温度为55 ℃,而月桂酸的熔点为44 ℃,所以“操作X”(过滤)前,先要冷却结晶,使月桂酸变成固体。(5)“滤液2”中含有MgSO4,可以用作“浸取”时加入的“酸化MgSO4溶液”。(6)①YCl3中Y为+3价,PtCl4中Pt为+4价,Pt3Y为合金,Pt和Y均可以看成0价,若生成1 ml Pt3Y,转移电子的物质的量为(4×3+3×1) ml=15 ml。②在氢氧燃料电池的碱性介质中,O2得电子与水反应生成OH-。分类
特点
命题趋势及热点分析
物质
制备类
一般以矿物或废料为原料,有时也以化学品为原料,经过一系列转化、除杂等步骤,得到目标产品
物质制备类工艺流程题是主流考查形式,比较典型,备考时需加大训练力度。结合理论的综合类工艺流程题近两年在地方卷中大量出现,其综合性强、考查角度广,预测是未来工艺流程题的命题新方向。尤其2022年湖南卷的工艺流程题考查了化学反应的热效应,打破常规,值得引起考生注意
物质
提纯类
从混合矿物或矿渣中经分离提纯得到目标产品
结合理论
的综合类
以工艺流程为载体,侧重考查溶液中的离子反应与平衡(图像、计算等)、电化学知识
考查热点
考频
热点剖析
全国卷
地方卷
原料预处理
10卷
6考
50卷
14考
考查原料预处理的方法、目的等
化学(离子)
方程式书写
10卷
9考
50卷
35考
考查元素化合物模块知识,核心是物质的转化,关键在于厘清工艺流程,难点是对所给陌生信息的理解与应用。高频考查的元素有Fe、Cr、Mn、Ni、Mg、Al、V、Ti、Ca等(常见元素、第四周期金属元素居多),近年来还考查陌生元素,如M、Ce等。对于非课标要求的元素,试题中会给出对应的性质、反应等信息,考查考生对新信息的提取、理解、分析、应用能力
物质推断
10卷
5考
50卷
22考
循环利用
10卷
4考
50卷
11考
引导考生将所学知识应用于生产实际,需考虑经济性、环保性,体现科学态度与社会责任化学学科核心素养
生产条件的
选择与优化
10卷
4考
50卷
21考
实验仪器与操作
—
50卷
11考
将化学工艺流程与实验相结合,主要考查分离提纯及检验的相关操作
化学平衡常
数相关计算
10卷
4考
50卷
20考
将化学工艺流程与化学平衡相结合,考查沉淀溶解平衡,常根据Ksp计算溶液pH等,近两年地方卷开始融合沉淀转化、电离平衡、水解平衡等进行考查
电化学
10卷
1考
50卷
5考
将化学工艺流程与电化学相结合,考查电极反应式书写及电化学的相关计算
离子
Mg2+
Fe3+
Al3+
RE3+
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2~7.4
沉淀完全时的pH
—
3.2
4.7
—
备考2024届高考化学一轮复习强化训练第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题: 这是一份备考2024届高考化学一轮复习强化训练第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题,共4页。试卷主要包含了59×10-2,98×10-9等内容,欢迎下载使用。
备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题: 这是一份备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第6讲无机化工工艺流程题,共17页。
高考化学一轮复习强化训练五无机化工流程题(含解析): 这是一份高考化学一轮复习强化训练五无机化工流程题(含解析),共6页。试卷主要包含了00 mL 0,6%,4时产生的沉淀有Fe3和Al3等内容,欢迎下载使用。