2019届高考化学二轮复习化工流程学案

2019届高考化学二轮复习化工流程学案

‎ ‎ 考点一：知识背景 ² 要掌握的知识点：‎ ‎① 元素及其化合物：一般围绕Fe、Cu、Al、Mg、Cl、S、P、Si的工业制备来命题。 ‎ ‎② 纯碱工业（侯氏制碱法）、制NH3、制Si、氯碱工业、海水中提取Mg和Br2等；‎ ‎③ 化学反应原理：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。包括化学反应速率、化学平衡、电化学、热力学等。‎ ④ 溶液配制、灼烧、过滤、洗涤、蒸发、结晶、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。‎ ⑤ 对整个工艺流程进行评价： i. 绿色化学思想（使用无毒无害原料，采用原子利用率高的制备路线，原料的循环利用，副产物综合利用）；ii. 高效节能方面（原料廉价，工艺简单，产品的纯度高，能耗低等）‎ ⑥ 化学计算：纯度，转化率、产率计算，有效数字的取舍 ² 这类题常围绕以下几个知识点进行设问：‎ ‎（1）反应速率与平衡理论的运用；‎ ‎（2）氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；‎ ‎（3）通过控制pH除杂；‎ ‎（4）化学反应的能量变化；‎ ‎（5）实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等，以及实验仪器的选用；‎ ‎（6）流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；‎ ‎（7）环境保护与绿色化学评价。‎ 考点二：解题思路 ² 在题中找出：‎ ‎（1）原料中有什么物质？要得到什么物质？需要除去哪些物质？‎ ‎（2）主要物质和杂质的性质差别是什么？要用什么样的方法才能将杂质除去？‎ ‎（3）当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应？生成了什么产物？‎ ‎（4）要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到 更多更纯 的产品，经过这样的思考后将工艺流程转化为物质转化流程，更能明白每一步所加试剂或操作的目的。‎ ‎ ‎ 考点三：规范解答与答题模板 ‎（1）物质检验：‎ ² 检验物质：取样（ ）— 试剂—说现象（ ）—得结论（ ）‎ ² Fe2+的检验： ‎ ‎ ‎ 但是，当Fe2+和Fe3+在同一题中可能干扰检验时，不能用上述方法，可利用Fe2+的还原性， 。（或者： ）‎ ² 以磷石膏(主要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3‎ 匀速向浆料中通入CO2，浆料清液的pH和c(SO)随时间变化如图所示。当清液pH接近6.5时，过滤并洗涤固体。此时滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO和HCO；检验洗涤是否干净的方法___________________________________________________‎ ² 用BaCl2溶液沉淀Na2SO4溶液中的SO并分离沉淀，检验沉淀是否洗涤干净的操作是____________________________________________________‎ ² 检验溶液中有SO、无SO的实验操作和现象是______________________________________________________________‎ ‎（2）沉淀处理：‎ ² 洗涤沉淀： ‎ ² 检验沉淀是否洗涤干净： ‎ ‎ ‎ ² 检验SO：取少量...溶液于试管中，先加入稀盐酸，再加入BaCl2溶液，若...则...‎ ² 检验Ag+：取少量...溶液于试管中，加入入硝酸酸化的硝酸银溶液，若...则...‎ ² 洗涤的目的：① ；② ‎ ² 冰水洗涤目的： ‎ ‎ ‎ ² 乙醇洗涤的目的：① ；③ 降低物质溶解度有利于析出 ² 提供的试剂：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、75%乙醇、四氯化碳。‎ 选择最好的试剂洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，洗涤的操作为___________________________________________________________________。‎ ² 检验是否沉淀完全：① ‎ ‎ ‎ ² 控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：‎ ① 调节pH所用试剂为主要元素对应的 ，以避免引入新的杂质，如除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH；‎ ‎② pH分离时的范围确定；‎ 物质 开始沉淀 沉淀完全 Fe（OH）3‎ ‎2.7‎ ‎3.7‎ Fe（OH）2‎ ‎7.6‎ ‎9.6‎ Mn（OH）2‎ ‎8.3‎ ‎9.8‎ ‎ 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3.7~8.3‎ ‎③ 范围过小的后果： ，或过大的后果： ‎ ² 先氧化再调节PH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：‎ 如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。‎ ² 从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大）的方法： （至有晶膜出现）、 、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥。除去KNO3中的少量NaCl ² 从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体： （如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。如除去NaCl中的少量KNO3‎ ² 重结晶 ² 蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2‎ 等，应在 中加热，以防其水解。‎ ² 过滤用到的玻璃仪器： 、 、 ‎ ‎（3）温度控制：‎ ² 加热：① （或溶解速率）；② 促进平衡向 方向移动 ③除杂（并写明除去热稳定性差的某物质或易升华的某物质，如：NaHCO3、H2O2、Ca（HCO3）2、KMnO4、AgNO3、HNO3等物质。）‎ ² 降温：① ；② 使平衡向 方向移动；③ 使某沸点高的物质 ，使其与其他物质分离；④ ‎ ² 控温：一般用水浴或油浴控温。① ；② ‎ ‎ ；③ ；④ ‎ ² 温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成（如浓硝酸）挥发、（如H2O2、NH4HCO3）分解、（如Na2SO3）氧化或促进（如AlCl3）水解等，影响产品的生成。‎ ² 事先煮沸溶液的原因： 。‎ ² 灼烧、焙烧、煅烧：① ，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质，将有机碘转化为碘盐。② ；③ 改变结构和组成，使一些物质能溶；④ ，如煅烧高岭土和石灰石；⑤除去受热易分解或易挥发的杂质 ² 减压蒸馏（减压蒸发）的原因： ‎ ‎ ‎ ² ‎ ：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油 ‎（4）溶解：‎ ² 增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施： 、 、 、 、增长浸出时间（注意此方法不能增大浸出速率）、增大气体的流速（浓度、压强）等 ² 水溶：除去可溶性杂质或与水反应，或将原料溶解 ² 酸溶：如用硫酸、盐酸、浓硫酸等 ² 碱溶：如用氢氧化钠溶液，溶解二氧化硅、铝、氧化铝等 ‎（5）其他：‎ ² 在写某一步骤是为了除杂，应该注明“ ”。在写某一步骤中的颜色变化情况，应该写明“ ”，如果是变成无色，可以只写“褪色”‎ ² ‎ ：利用溶质在互不相溶溶剂里溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴 ² 加过量试剂： ‎ ² 能否加其他物质：考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度 ² 在空气中或在其他气体中：考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的 ² 控制pH：考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等 ² 解答与平衡移动有关的问题：‎ ‎(1)指出问题所涉及的化学平衡(通常写出其方程式)。‎ ‎(2)改变的条件将导致化学平衡如何移动。‎ ‎(3)从平衡移动的结果紧扣题意中现象。‎ 解答此类题目要注意解答叙述方式：分析条件变化→判断移动方向→得出移动结果。‎ ‎[2016·高考全国卷甲，28－(5)]向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为___________________________________；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是___________________________________________________________；生成沉淀的原因是______________________________________________(用平衡移动原理解释)。‎ ‎(2016·高考上海卷)人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：H＋＋ HCOH2CO3，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象。‎ ‎__________________________________‎ ² 液体体积测量中读数： ‎ ² 滴定终点： ‎ 考点三：规范解答与答题模板 ‎（1）物质检验：‎ ² 检验物质：取样（取少量）—加试剂（有必要时加热，如检验NH）—说现象（若）—得结论（则）。‎ ² Fe2+的检验：取少量样品溶液于试管中，滴加1~2滴KSCN溶液，没有出现红色，再滴加少量H2O2，溶液变红色，则说明有Fe2+‎ 但是，当Fe2+和Fe3+在同一题中可能干扰检验时，不能用上述方法，可利用Fe2+的还原性，使酸性KMnO4溶液褪色。（或者：生成铁氰化亚铁，蓝色沉淀）‎ 取少量被检溶液于一洁净试管中，滴加适量酸性KMnO4溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色或变浅，说明被检溶液中含有Fe2＋‎ ² 以磷石膏(主要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3‎ 匀速向浆料中通入CO2，浆料清液的pH和c(SO)随时间变化如图所示。当清液pH接近6.5时，过滤并洗涤固体。此时滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO和HCO；检验洗涤是否干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于一洁净的试管中，向其中先滴加盐酸，再加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤干净 ² 用BaCl2溶液沉淀Na2SO4溶液中的SO并分离沉淀，检验沉淀是否洗涤干净的操作是：取少量最后一次洗涤液于一洁净的试管中，滴加少量硝酸酸化的硝酸银溶液，若无白色沉淀生成，则证明已洗涤干净 ² 检验溶液中有SO、无SO的实验操作和现象是：取少量装置D内溶液于试管中，滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀；加入足量稀盐酸后，沉淀完全溶解，放出无色刺激性气味的气体 （2） 沉淀处理：‎ ² 过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。‎ ² 洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2-3次 ² 检验沉淀是否洗涤干净：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若……，则沉淀洗涤干净（检验的是杂质离子，比如硫酸钡的表面可能附着有杂质离子氯离子，则加入硝酸酸化的硝酸银溶液）。最常检验的是氯离子和硫酸根离子。‎ ² 检验SO：取少量...溶液于试管中，先加入稀盐酸，再加入BaCl2溶液，若...则...‎ ² 检验Ag+：取少量...溶液于试管中，加入入硝酸酸化的硝酸银溶液，若...则...‎ ² 洗涤的目的：① 除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质；② 提高可溶性物质的产率 ² 冰水洗涤目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗 ² 乙醇洗涤的目的：① 降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗；② 得到较干燥的产物。（加速干燥）；③ 降低物质溶解度有利于析出 ² 提供的试剂：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、75%乙醇、四氯化碳。‎ 选择最好的试剂洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，洗涤的操作为：‎ 沿玻璃棒向漏斗中注入75%乙醇，使溶液完全浸没NaCl晶体，待溶液流尽，重复操作2~3次 ² 检验是否沉淀完全：① 静置，往上层清液中滴加某试剂，振荡，观察是否再产生沉淀② 过滤，取少量上层清液于试管中，滴加某试剂，振荡，观察是否再产生沉淀 ² 控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：‎ ① 调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质，如除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH；‎ ‎② pH分离时的范围确定；‎ 物质 开始沉淀 沉淀完全 Fe（OH）3‎ ‎2.7‎ ‎3.7‎ Fe（OH）2‎ ‎7.6‎ ‎9.6‎ Mn（OH）2‎ ‎8.3‎ ‎9.8‎ ‎ 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3.7~8.3‎ ‎③ 范围过小的后果：导致某离子沉淀不完全，或过大的后果：导致主要离子开始沉淀 ² 先氧化再调节PH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：‎ 如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。‎ ² 从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物）的方法：蒸发浓缩（至有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥。如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。‎ ² 从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体：蒸发结晶、趁热过滤（如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。如除去NaCl中的少量KNO3‎ ² 重结晶 ² 蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等，应在HCl气流中加热，以防其水解。‎ ² 过滤用到的玻璃仪器：烧杯、玻璃棒、漏斗 ‎（3）温度控制：‎ ² 加热：① 加快反应速率（或溶解速率）；② 促进平衡向吸热方向移动 ③除杂（并写明除去热稳定性差的某物质或易升华的某物质，如：NaHCO3、H2O2、Ca（HCO3）2、KMnO4、AgNO3、HNO3等物质。）‎ ² 降温：① 防止某物质在高温下会溶解或分解或挥发；② 使平衡向放热方向移动；③ 使某沸点高的物质液化，使其与其他物质分离；④ 降低某晶体的溶解度，减少损失 ² 控温：一般用水浴或油浴控温。① 防止某物质因温度过高会分解（或挥发）；② 为了使某物质达到沸点挥发出来；③ 使催化剂的活性达到最好；④ 有机实验控制温度可能要防止副反应的发生 ² 温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成（如浓硝酸）挥发、（如H2O2、NH4HCO3）分解、（如Na2SO3）氧化或促进（如AlCl3）水解等，影响产品的生成。‎ ² 事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的气体（如氧气），防止某物质被氧化。‎ ² 灼烧、焙烧、煅烧：① 除去可燃性杂质，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质，将有机碘转化为碘盐。② 使原料初步转化；③ 改变结构和组成，使一些物质能溶；④ 使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土和石灰石；⑤除去受热易分解或易挥发的杂质 ² 减压蒸馏（减压蒸发）的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）受热分解、挥发 ² 蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油 ² 冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。‎ ‎（4）溶解：‎ ² 增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、适当升高温度、适当增加某某试剂浓度、研磨、增长浸出时间（注意此方法不能增大浸出速率）、增大气体的流速（浓度、压强）等 ² 酸溶：如用硫酸、盐酸、浓硫酸等 ² 碱溶：如用氢氧化钠溶液，溶解二氧化硅、铝、氧化铝等 ² 水溶法：除去可溶性杂质或与水反应，或将原料溶解 ² 氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。‎ ² 加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。‎ ² 调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。‎ （5） 其他：‎ ² 萃取和分液：利用溶质在互不相溶溶剂里溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯去萃取溴水中的溴 ² 配制一定物质的量浓度的溶液时定容的操作方法：向容量瓶中加水至离刻度线1~2cm处，改用胶头滴管滴加，眼睛平视刻度线，滴加水至凹液面的最低点与刻度线相切。‎ ² 读取量气装置中的气体体积的方法：待装置冷却至室温后，先上下移动量筒（或量气管有刻度的一侧）使量筒内外（或量气管的两侧）液面相平，然后使视线与凹液面的最低点相平读取数据。‎ ² 在写某一步骤是为了除杂，应该注明“是为了除去XX杂质”。在写某一步骤中的颜色变化情况，应该写明“某色变到某色”，如果是变成无色，可以只写“褪色”‎ ² 加过量试剂：反应完全或增大转化率、产率等 ² 能否加其他物质：考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度 ² ‎“能否加其他物质或者替换原来的试剂”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度，即考虑会不会与反应物发生反应（氧化还原和生成沉淀较多），或者与反应物能生成对应的产物，但是还有副产物，影响产品的纯度。‎ ² 在实际工业生产中，关于化学平衡的问答题，可能会问应在哪种状态（实验温度，压强）进行工业生产，此时注意要合适考虑生产时间和生产成本，并不是反应物转化率越高越好，比如低温时，反应时间要很久，又如高压，反应成本又比较高，不适合实际生产，选用的条件应该是转化率较高的情况，同时考虑反应速率和生产成本。‎ ² 在空气中或在其他气体中：考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的 ² 控制pH：考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等 ² 解答与平衡移动有关的问题：‎ ‎(1)指出问题所涉及的化学平衡(通常写出其方程式)。‎ ‎(2)改变的条件将导致化学平衡如何移动。‎ ‎(3)从平衡移动的结果紧扣题意中现象。‎ 解答此类题目要注意解答叙述方式：分析条件变化→判断移动方向→得出移动结果。‎ ‎[2016·高考全国卷甲，28－(5)]向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为H2O2＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是Fe3＋催化H2O2分解产生O2；生成沉淀的原因是溶液中存在Fe3＋的水解平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，H2O2分解反应放热，促进Fe3＋的水解平衡正向移动，产生Fe(OH)3沉淀(用平衡移动原理解释)‎ ‎(2016·高考上海卷)人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：H＋＋ HCOH2CO3，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象：‎ 当少量酸性物质进入血液中，平衡向右移动，使H＋浓度变化较小，血液的pH基本不变；当少量碱性物质进入血液中，平衡向左移动，使H＋浓度变化较小，血液的pH基本不变(答案合理即可)‎ ² 液体体积测量中读数：视线与刻度线和凹液面最低点在同一水平线上（相切）‎ ² 滴定终点：当滴入最后一滴……标准溶液后，溶液变成……色，且半分钟内不恢复原来的颜色 ² 试纸使用：取一小片pH试纸放在表面皿上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸中央，等试纸变色后，再与标准比色卡对照（蘸待测液＋点试样＋对比读数）‎ 一、以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题 【1】 ‎（2017全国1卷，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：‎ ‎（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的净出率为70%时，所 采用的实验条件为___________________‎ ‎（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，写出相应反应的离子方程式_________________ ‎ ‎（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：‎ 温度/℃‎ ‎30‎ ‎35‎ ‎40‎ ‎45‎ ‎50‎ TiO2·xH2O转化率%‎ ‎92‎ ‎95‎ ‎97‎ ‎93‎ ‎88‎ 分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________ ‎ ‎（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________‎ ‎（5）若“滤液②”中c（Mg2+）=0.02 mol/L，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3+）=1×10-5 mol/L，此时是否有Mg3（PO4）2沉淀生成？___________（列式计算）。FePO4、Mg3（PO4）2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24‎ ‎（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 ‎ 【1】 碳酸钠在轻工、建材、纺织、国防、医药等工业中有重要的应用。‎ ‎（1）工业碳酸钠（纯度约为98%）中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO等杂质，提纯工艺流程如下：‎ 碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图：‎ ‎①试剂A是________，“母液”中除了含有Na＋、CO、OH－离子外，还含有________等离子，过滤要“趁热”的目的是____________________‎ ‎②检验试剂级Na2CO3中Cl－、SO是否除尽，选用的试剂及加入的先后次序是________（填字母）‎ a．HCl、BaCl2、AgNO3　　 　 B．AgNO3、HNO3、Ba（NO3）2‎ c．HNO3、Ba（NO3）2、AgNO3 D．AgNO3、HCl、BaCl2‎ ‎（2）“侯氏制碱法”的原理：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，图1是某兴趣小组在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3所用到的主要装置。‎ ‎ ‎ ‎ 图1 图2‎ ‎①各仪器口的连接顺序为a接_________、_________接_________，__________接b，实验时先向饱和NaCl溶液中通入较多的NH3，再通入足量的CO2，其原因是________（填字母）‎ a．使CO2更易被吸收 b．NH3比CO2更易制取 c．CO2的密度比NH3大 ‎②将生成的NaHCO3晶体从混合物中分离出来需要的玻璃仪器是________________‎ ‎③该兴趣小组用图2比较C、N、Si三种元素的非金属性强弱，B中的试剂是________，能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是_________。（H2SiO3是一种不溶于水的白色胶状物）‎ 二、以制备物质为目的的工艺流程题 【1】 硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）为原料制备硼酸（H3BO3）的工艺流程如下：‎ ‎（1）写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：________________________________，为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_____________________（写出两条）‎ ‎（2）利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质________（写化学式）‎ ‎（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是____________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_____________________________________________________________‎ ‎（4）“粗硼酸”中的主要杂质是________（填名称）‎ ‎（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_____________‎ ‎（6）单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_________________________________________________‎ ‎1．(2017·海南高考)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制MgSO4·7H2O的过程如图：‎ 硼镁泥的主要成分如下表：‎ MgO SiO2‎ FeO、Fe2O3‎ CaO Al2O3‎ B2O3‎ ‎30%～40%‎ ‎20%～25%‎ ‎5%～15%‎ ‎2%～3%‎ ‎1%～2%‎ ‎1%～2%‎ ‎(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。‎ ‎(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是___________、__________________。‎ ‎(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是______________________________。‎ ‎(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是____________________________________。‎ ‎2．“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐(NaAlSiO4·nH2O)，其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备“分子筛”的一种工艺如下：‎ ‎(1)分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na＋被Ca2＋取代时就制得5A型分子筛，当Na＋被K＋取代时就制得3A型分子筛。要高效分离正丁烷(分子直径为4.65A)和异丁烷(分子直径为5.6A)应该选用________型分子筛。‎ ‎(2)铝灰在90 ℃时水解的化学方程式为____________________________；“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是_________________________________。‎ ‎(3)“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为__________，理由是_____________。‎ ‎(4)“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为____________________________。‎ ‎(5)该工艺中滤渣的成分是________。‎ ‎(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，如何证明该晶体已经洗涤干净？_____________________________________________________________________。‎ ‎3．PFS是水处理中重要的絮凝剂，下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。‎ ‎(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是________；PFS中铁元素的化合价为________；在酸浸槽中，为了提高浸出率，可以采取的措施有________________(写两条)。‎ ‎(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O)，则酸浸时反应的化学方程式有________________________________________________________________________。‎ ‎(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂，则反应的离子方程式为_______________；生产过程中，发现反应釜中产生了大量的气体，且温度明显升高，其原因可能是__________________________________________________________。‎ ‎(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。如果溶液酸性过强，造成的后果是____________________。如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。若溶液中Fe3＋的浓度为1 mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，溶液的pH约为________。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。‎ ‎4．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：‎ 相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：‎ 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物质 ‎20 ℃时溶解性(H2O)‎ Fe3＋‎ ‎1.1‎ ‎3.2‎ CaSO4‎ 微溶 Fe2＋‎ ‎5.8‎ ‎8.8‎ NiF2‎ 可溶 Al3＋‎ ‎3.0‎ ‎5.0‎ CaF2‎ 难溶 Ni2＋‎ ‎6.7‎ ‎9.5‎ NiCO3‎ Ksp＝9.60×10－6‎ ‎(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________。‎ ‎(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、________。‎ ‎(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：___________________________。‎ ‎(4)酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：______________________________________。‎ ‎(5)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0 mol·L－1，欲使100 mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________ g。(保留小数点后1位有效数字)‎ ‎(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________ ℃、________ min。‎ ‎5．(2018·南京二模)硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿(主要成分为ZnO，还含有Fe2O3、CuO、SiO2等杂质)制备ZnSO4·7H2O的流程如下：‎ 相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)如表所示：‎ 金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH Fe3＋‎ ‎1.1‎ ‎3.2‎ Fe2＋‎ ‎5.8‎ ‎8.8‎ Zn2＋‎ ‎6.4‎ ‎8.0‎ ‎(1)“滤渣1”的主要成分为________(填化学式)。“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：适当提高酸的浓度、____________(填一种)。‎ ‎(2)“置换”过程中，加入适量的锌粉，除与溶液中的Fe3＋、H＋反应外，另一主要反应的化学方程式为______________________________________。‎ ‎(3)“氧化”一步中，发生反应的离子方程式为________________________________。溶液pH控制在[3.2,6.4)之间的目的是____________________________________。‎ ‎(4)“母液”中含有的盐类物质有____________(填化学式)。‎ ‎6．(2017·江苏高考)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。‎ 已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO===2NaCl＋NaClO3‎ ‎②AgCl可溶于氨水：AgCl＋2NH3·H2OAg(NH3)＋Cl－＋2H2O ‎③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)：4Ag(NH3)＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH＋4NH3↑＋H2O ‎(1)“氧化”阶段需在80 ℃条件下进行，适宜的加热方式为________________。‎ ‎(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为__________________________________。HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是___________________________________________。‎ ‎(3)为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并_____________________。‎ ‎(4)若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应)，还因为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：______________(实验中须使用的试剂有：2 mol·L－1水合肼溶液，1 mol·L－1H2SO4)。‎ ‎7．(2018·广东六校联考)工业上利用粗ZnO(含FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略)：‎ 已知：几种离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：‎ 待沉淀的离子 Fe2＋‎ Fe3＋‎ Zn2＋‎ Cu2＋‎ 开始沉淀时pH ‎6.3‎ ‎1.5‎ ‎6.2‎ ‎5.2‎ 沉淀完全时pH ‎9.7‎ ‎3.2‎ ‎8.0‎ ‎6.4‎ ‎(1)酸浸粗氧化锌的过程中，为了加快酸浸速率，可采取的措施有________________________________________________________________________(写出一点即可)。‎ ‎(2)步骤A的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，并全部形成Fe(OH)3沉淀，为了暂不形成Cu(OH)2、Zn(OH)2，该步骤需控制溶液pH的范围是______________，该步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式为_______________________________________。‎ ‎(3)步骤D的操作名称为________________________________________________。‎ ‎(4)由粗ZnO制取单质锌的另一种方法是将粗ZnO(含FeO、CuO)溶于NaOH溶液，ZnO全部转化为Na2[Zn(OH)4]溶液，该反应的化学方程式为_________________________；然后将FeO、CuO过滤除去；再用惰性电极电解该滤液，阳极上逸出无色无味气体，阴极上析出锌，则阴极电极反应式为_____________________________________________。‎ ‎【答案】‎ 随堂练习 ‎【1】（1）100℃、2h，90℃，5h ‎（2）FeTiO3+ 4H++4Cl− = Fe2++ TiOCl42− + 2H2O ‎（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 ‎（4）4 ‎ ‎（5）Fe3+恰好沉淀完全时，c（）=mol·L−1=1.3×10-17 mol·L−1，c3（Mg2+）×c2（PO43-）＝（0.01）3×（1.3×10-17）2=1.7×10-40＜Ksp Mg3（PO4）2]，因此不会生成Mg3（PO4）2沉淀。‎ ‎（6）2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+ H2O↑+ 3CO2↑‎ ‎【2】（1）①氢氧化钠溶液或NaOH溶液　Cl－、SO（H＋）‎ 提高Na2CO3·H2O的含量　②c ‎（2）①e、f、d、c　a　②烧杯、玻璃棒、漏斗 ‎③饱和NaHCO3溶液　C中生成白色胶状物质 ‎【3】（1）Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4　提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径 ‎(2)Fe3O4　SiO2和CaSO4‎ ‎(3)将Fe2＋氧化成Fe3＋　使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去 ‎(4)(七水)硫酸镁 ‎(5) ‎ ‎(6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg2B＋3MgO 课后作业 ‎1．解析：(1)流程制备的是MgSO4·7H2O，为了不引入杂质，因此所用的酸是硫酸，化学式为H2SO4；根据硼镁泥的成分，SiO2不与硫酸反应，因此滤渣1为SiO2；(2)硼镁泥中含有FeO，与硫酸反应后生成FeSO4，次氯酸钙具有强氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，氧化镁的作用是调节pH，使Al3＋和Fe3＋以氢氧化物形式沉淀出来，除去Fe3＋和Al3＋；(3)除杂是除去的Fe3＋和Al3＋，因此验证Fe3＋就行，方法是取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全；(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出。‎ 答案：(1)H2SO4　SiO2　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　调节溶液pH，使Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式沉淀除去　(3)取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全　(4)防止MgSO4·7H2O结晶析出 ‎2．解析：(1)分离正丁烷和异丁烷，选用分子筛的型号应在4.65A～5.6A之间，故应选择5A型分子筛。(2)铝灰中的AlN发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，反应的化学方程式为AlN＋3H2O===Al(OH)3＋NH3↑，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(3)浓缩海水除杂后电解时有氢气和氯气产生，氢气和氯气反应可以制备盐酸，用于酸溶，从而降低生产成本。(4)酸溶后的溶液中含有Fe2＋，漂白液中的ClO－可将Fe2＋氧化成Fe3＋。(5)加入NaOH，Al3＋转化成AlO，Fe3＋转化成Fe(OH)3，则该工艺中滤渣的成分为Fe(OH)3。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，通过检验晶体表面是否有铵根离子或氯离子可判断是否洗涤干净。‎ 答案：(1)5A (2)AlN＋3H2OAl(OH)3＋NH3↑　加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出 (3)盐酸　电解时生成的氢气和氯气可以制备盐酸 (4)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O ‎(5)Fe(OH)3 (6)取最后一次洗涤液少许，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则洗涤干净，否则未洗涤干净(或取最后一次洗涤液少许，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色沉淀，则洗涤干净，否则未洗涤干净)‎ ‎3．解析：(1)絮凝剂是硫酸盐，制备时不能引入杂质，要用硫酸酸浸；根据[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正负化合价的代数和为0，得铁的化合价为＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均与硫酸反应。(4)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，酸性过强，Fe3＋水解平衡逆向移动，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3＋的浓度为1 mol·L－1，当Fe3＋开始沉淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，则1.0×10－39＝1 mol·L－1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13 mol·‎ L－1，则c(H＋)＝0.1 mol·L－1，所以pH＝1。‎ 答案：(1)H2SO4　＋3　加热、搅拌、多次浸取等 (2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑　(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　H2O2与Fe2＋的反应为放热反应，加入的H2O2过多，且生成的Fe3＋能作H2O2分解的催化剂，H2O2发生分解反应，生成了O2　(4)影响Fe3＋与OH－的结合(合理均可)　1‎ ‎4．解析：(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(还可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，调节溶液pH为5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2＋，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步洗涤、蒸发、结晶得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2－被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2＋沉淀完全时溶液中c(CO)＝＝＝0.96 mol·L－1，故需要加入Na2CO3的质量最少为[0.96 mol·L－1×0.1 L＋(2.0 mol·L－1－10－5 mol·L－1)×0.1 L]×106 g·mol－1＝31.4 g。‎ 答案：(1)5.0≤pH＜6.7　(2)SiO2、CaSO4　CaF2　(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　‎ ‎(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O　(5)31.4　(6)70　120‎ ‎5．解析：(1)锌白矿中的ZnO、Fe2O3、CuO可与H2SO4反应，所以滤渣1是SiO2；提高浸出率的常用方法是粉碎矿物、适当提高温度、适当提高浓度、搅拌等。(2)加入Zn能反应的有H＋、Fe3＋、Cu2＋。(3)由流程图可知发生氧化还原反应，氧化剂是MnO ‎，还原产物是MnO2，还原剂是Fe2＋，氧化产物是Fe(OH)3，所以由得失电子守恒可知：3n(MnO)＝n(Fe2＋)，最后再由ZnO调节pH，根据氧原子守恒配平得：3Fe2＋＋MnO＋7ZnO＋9H＋===3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋；由表格数据可知pH≥3.2是使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而被除去，pH＜6.4的目的是使Zn2＋不被除去。(4)由流程图可知加入H2SO4引入SO、加入KMnO4引入K＋，而形成ZnSO4·7H2O的母液中一定存在ZnSO4，所以“母液”中含有的盐类物质有K2SO4和ZnSO4。‎ 答案：(1)SiO2　粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、适当加热等) (2)Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4‎ ‎(3)3Fe2＋＋MnO＋7ZnO＋9H＋===3Fe(OH)3＋MnO2＋7Zn2＋　使Fe3＋沉淀完全，而Zn2＋不沉淀(4)ZnSO4、K2SO4‎ ‎6．解析：(1)加热温度在低于100 ℃时，可采用水浴加热的方式。(2)在溶液中，NaClO氧化Ag生成AgCl、NaOH和O2，根据得失电子守恒及原子守恒配平反应的化学方程式。HNO3氧化Ag时会产生氮氧化物，污染环境。(3)为提高Ag的回收率，需要将洗涤后的滤液也一起合并到过滤Ⅱ的滤液中。(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，增加氨水的用量；由已知信息①知冷却后的溶液中因NaClO的分解，会含有一定浓度的Cl－，不利于AgCl和氨水反应的正向进行。(5)由已知信息③知，水合肼可以和银氨溶液发生反应生成Ag和NH3。生成的NH3用1 mol·L－1H2SO4溶液吸收，当溶液中不再产生气泡时，说明反应已进行完全，静置，过滤出生成的Ag，洗涤、干燥，得Ag。‎ 答案：(1)水浴加热 (2)4Ag＋4NaClO＋2H2O===4AgCl＋4NaOH＋O2↑　会释放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成环境污染 (3)将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中 ‎(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl－，不利于AgCl与氨水反应 ‎(5)向滤液中滴加2 mol·L－1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol·L－1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥 ‎7．解析：(1)增大反应物的接触面积、增大浓度、升高温度，都能加快反应速率，故可采取的措施有：将粗氧化锌粉碎成细颗粒、适当增加硫酸的浓度、适当升高温度。(2)根据已知条件中几种物质沉淀的pH以及该步骤的目的，该步骤需控制溶液pH的范围是3.2≤pH＜5.2；由于形成Fe(OH)2沉淀的pH范围与形成Zn(OH)2沉淀的pH范围重叠，所以H2O2的作用是将Fe2＋氧化成Fe3＋，完全形成Fe(OH)3沉淀，故反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2‎ ‎＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)操作D是将不溶性固体与液体分离开来，故操作名称是过滤。(4)惰性电极电解Na2[Zn(OH)4](aq)时，阳极上OH－放电生成氧气，阴极上[Zn(OH)4]2－放电生成单质锌，阴极上电极反应式为[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－。‎ 答案：(1)将粗氧化锌粉碎成细颗粒、适当增加硫酸的浓度、适当升高温度(任写一点)‎ ‎(2)3.2≤pH＜5.2 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　(3)过滤 ‎(4)ZnO＋2NaOH＋H2O===Na2[Zn(OH)4]‎ ‎[Zn(OH)4]2－＋2e－===Zn＋4OH－‎