高考化學(xué)化工流程全突破專題03實(shí)驗(yàn)條件的控制和目的知識(shí)講解

1、專題03實(shí)驗(yàn)條件的控制和目的一.掌握核心化學(xué)反應(yīng)1 .元素及其化合物知識(shí)：化工生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程，也是物質(zhì)經(jīng)歷相互轉(zhuǎn)化的過程。理解物質(zhì)之 間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就要用到元素及其化合物的相關(guān)知識(shí)。一般圍繞鐵、銅、鋁、鎂、氯、硫、磷、硅等元素的單質(zhì)或化合物的工業(yè)制備來進(jìn)行命題，需要掌握這些元素及其化合物的知 識(shí)2 .還要掌握有關(guān)化工生產(chǎn)的知識(shí)，熟悉的有純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硅單質(zhì)的制備、氯堿工業(yè)、海水中提取鎂、 海水中提取浪等；3 .化學(xué)反應(yīng)原理：化工生產(chǎn)中把原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程就是化學(xué)反應(yīng)的過程，從化學(xué)反應(yīng)原理的角度選 擇原料、控制條件和選擇設(shè)備等，是化工生產(chǎn)的基本思路。化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)包括質(zhì)

2、量守恒定律、化學(xué) 反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、電化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)等，做到能綜合運(yùn)用這些知識(shí)分析化工生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)的情況。調(diào)節(jié)溶液的pH值：使某些離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋矶_(dá)到分離的目的，抑制某些離子的水解，防止某些離子 的氧化等。在題目中常以表格形式給出信息。例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示物質(zhì)開始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH8.39.8若要除去Mn*溶液中含有的Fe2應(yīng)該怎樣做？提示：先用氧化劑把F4+氧化為Fa+,再調(diào)溶液的pH到3.7。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)：能與反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。例如：若要除去Cu2+溶液中

3、混有的Fe3+ ,可加入CuO Cu (OH ) 2、Cu2 ( OH ) 2CO等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。調(diào)節(jié)溶液的pH: “酸作用還可以除去氧化物(膜)；“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁、二氧化硅?？刂企w系的溫度a .控制低溫：防止物質(zhì)的分解，如 NaHCO NHHCD H2Q. HNQ濃)等；防止物質(zhì)的揮 發(fā)，如鹽酸、醋酸等；抑制物質(zhì)的水解，如冰水洗滌，以防止洗滌過程中的溶解損耗；增大氣體反應(yīng)物的溶解度, 使其被充分吸收；b 采取加熱：加速某固體的溶解，加快反應(yīng)速率；減少氣體生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移動(dòng)；趁熱過濾，防止某物質(zhì)降溫時(shí)因析出而損耗或帶入新的雜

4、質(zhì)；c 控制范圍：確保催化劑的催化效果，兼顧速率和轉(zhuǎn)化率，追求更好的經(jīng)濟(jì)效益，防止副反應(yīng)發(fā)生等。典例1輝銅礦石主要含有硫化亞銅(ClkS)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝 流程如下所示：VeCAi溶液席液-3 -回收S礦詵濾液M濾淹50A60您(1) 寫出“浸取”過程中 CL2s溶解時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式： “回收S”過程 中溫度控制在5060 c之間，不宜過高或過低的原因是(3)氣體NO與氧氣混合后通入水中能生成流程中可循環(huán)利用的一種物質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ;向?yàn)V液M中加入(或通入)(填字母)，可得到另一種可循環(huán)利用的物質(zhì)。a.鐵b,氯氣c .高錦酸鉀“保溫除

5、鐵”過程中，加入 CuO的目的是； “蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”過程中，要用HNO溶液調(diào)節(jié)溶液的pH,其理由?！敬鸢浮緾i2s+4FM=2Cu2+4Fe2+S溫度高苯容易揮發(fā)，溫度低溶解速率小4NO+(5-2x)O 2+2H2O=4HNQb調(diào)節(jié)溶液的pH,使鐵完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀抑制C/+的水解【解析】釋銅曠力耿氯化錢溶液溶解浸取過濾，得到礦渣扣入苯水浴加熱回收軌單質(zhì)扣入在濾淹 中加入鐵還:m錢離子和銅冉子過液濾漳M中iJOA®氣氧化反應(yīng)主成氯化鐵循環(huán)使用，保溫除軼期入稀 硝酉襄溢液和氧化*阪尬調(diào)節(jié)潺液pH除去雜質(zhì)離子，過濾得到濮酒為磕酸亞鐵濡瀛在稀硝酸溶，夾中蒸發(fā)濃 縮冷卻結(jié)晶過

6、謔洗?蒸得到晶體' 鐵離子作氧化劑被還原為亞鐵離子Q&S;被氧化，生成銅離子和磕單除苯沸點(diǎn)比較低，溫度過高苯容易揮發(fā)，從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)看溫度過低溶解速率小孑(DN6做還驚劑，依據(jù)質(zhì)量守恒和電子守恒寫出方程式：+NOX+v52x)Or+2EfaCMHNQj,向?yàn)V酒M中 通入S將FeS氧化為Fed,可以循環(huán)使用；(4) FL + +JH j (X=Fe(OH)占+3H J扣入CuO使水解平衡IE向進(jìn)行，調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵元素完全 轉(zhuǎn)北為氫氧化軼沉啟加熱過程中屬會(huì)水解，加入硝膜抑制的水解，不別入新的雜盡(l)Fc3+作氧化劑j醬/S被氧化，離子方程式為:答案：OuS-HlFAZCuA-K

7、FcA-bSi苯沸點(diǎn)比較低，溫度過高苯容易揮發(fā)從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來看，溫度過低溶解速率的答案：潟度過高苯容易揮岌，溫震過低溶解速率小；C3JNOX作還原劑.根據(jù)質(zhì)量守恒和電子得失寫出方程式：斗NWO2x)5十2H2CMHN5 $向源液M中通 入CH將FeC匕氧化成FeCh,可猖環(huán)使用，選虬答秦：4NKVAg)Or+2H44HNCM5 b?(4)Fe 十加2 OA7<OH)十3H+八ACuO.使木解平衡正問進(jìn)行,調(diào)節(jié)溶液的pH、使|失元素(Fe八)完全轉(zhuǎn) 化為啦OH)沉淀匚加熱過程中Cu廠會(huì)水解，加入硝酸抑制0P+的水解(不引入苴他雜債“答案:碉節(jié) 溶液的pH,館垸全轉(zhuǎn)化為輿。環(huán)沉淀$才rwic

8、u與水解口二.明確反應(yīng)原理注意每一步在什么條件下，發(fā)生了什么反應(yīng)，生成了什么物質(zhì)，這些物質(zhì)分別到哪里去 了。如轉(zhuǎn)化成了沉淀還是氣體或生成了其他物質(zhì)。典例 以電石渣主要成分為Ca(OH)2和CaCG為原料制備KCIQ的流程如下:KCI1轉(zhuǎn)化 KCKh固儂H.OCh11電無;蚩*|打漿氯化一 A過涯(1)氯化過程控制電石渣過量，在75C左右進(jìn)行。氯化時(shí)存在CL與Ca(OH)2作用生成Ca(CIO) 2的反應(yīng),Ca(CI0)2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為Ca(CIO3)2,少量Ca(CIO) 2分解為CaCb和6 生成Ca(CIO)2的化學(xué)方程式為 。 提高CL轉(zhuǎn)化為Ca(CQ)2的轉(zhuǎn)化率的可行措施有 (填序號(hào))。

9、A.適當(dāng)減緩?fù)ㄈ隒L速率B充分?jǐn)嚢铦{料C 加水使Ca(OH)2完全溶解(2)氯化過程中轉(zhuǎn)化為Ca(CIO3)2的總反應(yīng)方程式為6Ca(OH)2+6CI 2=Ca(CIO3)2+5CaCI2+6HO,氯化完成后過濾。濾渣的主要成分為 (填化學(xué)式)。 濾液中Ca(CIO3)2與CaCb的物質(zhì)的量之比nCa(CIO 3) 2 ： nCaCI 21： 5 (填或(3)向?yàn)V液中加入稍過量 KCI固體可將Ca(CIO3)2轉(zhuǎn)化為KCIO3,若溶液中KCIO3的含量1為 ioog?L-,從該溶液中盡可能多地析出KCIQ固體的方法是 o【答案】d 2cl 2+2Ca(OH)2=Ca(CIO) 2+CaCl2+

10、2H2。AB(2CaCO、Ca(OH)2v G)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶【解析】®氣與氫氧化鈣反應(yīng)生成次氯酸鈣，氯化鈣和水'貝性成CXC10>2的化學(xué)方程式為 2li+2Ca(OH2=Ca(aO)r+CACk+2H20:J:兒適當(dāng)漩緩iHAch速率可孰使孰氣披氫暫化鈣充分吸收而反瓦 可S提高割I(lǐng)氣的轅化率，盤正確； B充分才甜滎料可以增大反應(yīng)物的接觸面札使氯氣被氫氧化鈣充分服收而反應(yīng),可汰提高氯氣的豐 B正確以C加水使完全溶解氫氧化鈣濃度降低不利于氯氣的吸收©灰答案選AB。(2)碳馥鈣不誨于水，與氯氣不反應(yīng)，氫氧化鈣徽溥，因此滋渣的主要成分為CaCCKCa(OH)k

11、)® 由于氯氣還能與氫氧化鈣反應(yīng)生成次氯酉襄鈣'氯化鈣和水，因此濾浦中Ca(G5h與的物質(zhì)的IZtt HCa(ClCX)i : «CaCh< 1 :么仞根捉困像可知戟酉襄鉀的溶睥度曼溫度影響最大，因11從該諧液中盡可能多地析出Edd固體的方 法杲著發(fā)濃編、冷土瞄晶?！久麕燑c(diǎn)晴】無機(jī)工業(yè)流程題能夠以真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景，體現(xiàn)能力立意的命題為指導(dǎo)思想，能夠綜合考查學(xué)生各方 面的基礎(chǔ)知識(shí)及將已有知識(shí)靈活應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)際中解決問題的能力，所以這類題成為近年來高考的必考題型。流程題的解題思 路為：明確整個(gè)流程及每一部分的目的T仔細(xì)分析每步反應(yīng)發(fā)生的條件以及得到的產(chǎn)物的

12、物理或化學(xué)性質(zhì)T結(jié)合基礎(chǔ) 理論與 實(shí)際問題思考T注意答題的模式與要點(diǎn)。解決本類題目的基本方法和步驟為：(1)從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。(2)然后整體瀏覽一下流程，基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。(3)分析流程中的每一步驟，從以下幾個(gè)方面了解流程：反應(yīng)物是什么；發(fā)生了什么反應(yīng)； 該反應(yīng)造成了什么后果，對(duì)制造產(chǎn)品有什么作用。抓住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。3、注意實(shí)驗(yàn)條件的控制和目的化工流程題在除去雜質(zhì)或物質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí)?？刂埔欢ǖ膶?shí)驗(yàn)條件，這種情況下一定要明確條件控制的目的，是考慮易揮發(fā)還是易水解，或控制pH使某種離子沉淀，疑惑時(shí)還要注意題中所給信息的使用。典

13、例3過氧化鈣微溶于水，溶于酸，可作分析試劑、醫(yī)用防腐劑、消毒劑。以下是一種 制備過氧化鈣的實(shí)驗(yàn)方法?；卮鹣铝袉栴}：(一)碳酸鈣的制備濾液石率優(yōu)儲(chǔ)鹽璋取氧水和樞水過遮 (含少At鐵的耙化物小火煮沸，CaCQj(1)步驟加入氨水的目的是。小火煮沸的作用是使沉淀顆粒長大，有利于a.漏斗末端頸尖未緊靠燒杯壁b 玻璃棒用作引流c 將濾紙濕潤，使其緊貼漏斗壁d .濾紙邊緣高出漏斗e .用玻璃棒在漏斗中輕輕攪動(dòng)以加快過濾速度 (二)過氧化鈣的制備沁T煮沸、空濾液型弊瞠白色結(jié)晶冰浴(3) 步驟的具體操作為逐滴加入稀鹽酸，至溶液中尚存有少量固體，此時(shí)溶液呈性(填“酸”、“堿”或“中”)。將溶液煮沸，趁熱過濾。將

14、溶液煮沸的作用是 (4)步驟中反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ,該反應(yīng)需要在冰浴下進(jìn)行，原因是(5)將過濾得到的白色結(jié)晶依次使用蒸鐳水、乙醇洗滌，使用乙醇洗滌的目的是。(6)制備過氧化鈣的另一種方法是：將石灰石煨燒后，直接加入雙氧水反應(yīng)，過濾后可得到過氧化鈣產(chǎn)品。該工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是 ,產(chǎn)品的缺點(diǎn)是 o【答案】")調(diào)節(jié)溶液pH使Fe(0H)3沉淀；過濾分離；ade； (3)酸；除去溶液中溶解的CO；(4 ) CaCI2+ 2NH H 2O+ HOFCaO J + 2NHCI + 2HzO 或 CaCL + 2NH H 2O+ H2O2+ 6fO=CaO- 8H2OJ+2NHCI；溫度過高時(shí)過氧化氫

15、分解； 去除結(jié)晶表面水分；(6)工藝簡(jiǎn)單、操作方便；純度較低。【解析X 1)反應(yīng)中鹽酸過量.且滾液中含有鐵離子*因此驢騾D加入氨水的目的罡中和參余的鹽酉襄 沉淀鐵高子勺火煮潦的忙用罡使沉淙顆桂長大，有利于過iS&(2) a.過濾時(shí)漏斗末端頸尖應(yīng)該緊靠燒杯壁3錯(cuò)誤j肌玻玉器用作引浚b正確將)城紙濕潤 -7 -使其緊貼漏斗矍防止有氣泡，心正確濾紙邊絳應(yīng)該低于漏斗日錯(cuò)誤i ”用玻璃棒在漏斗中輕輕損動(dòng)容易 弄碎謔紙；亡錯(cuò)誤，答案送丑步驟的具體挨作為邈商加入稀鹽酸，至潺液中尚存有少量固也溶液中有二氧化碳生成，因此潺 港呈酸性。溶液中含有二氧址碳而過氧化鈣能與醴反應(yīng)，因此將諸港煮沸的作用杲除去滂液

16、中藩解的 COjo<4）根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)中還有氯化較和水生成，則步驥中反應(yīng)的化學(xué)方程式為ClCb + 2NH3 ftO +訊5=4血1+2眄 1 a獨(dú)6取氧水不穩(wěn)定，受熱易廿解,'因此該反應(yīng)需要在冰浴“Rffi亍的原因是防止 過氧化氫分解P 過氧化鈣不溶于乙酢使用乙酢洗滌的目的是去除結(jié)晶表面的水分。（6）制備過氧化哲的另一種方進(jìn)是：將石灰石懾?zé)?直接加入雙氧水反應(yīng)，過謔后可得到過氧化 鈣產(chǎn)品。該工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是原料來瀝豐富i操作方便，產(chǎn)品的缺點(diǎn)是得到產(chǎn)品的純度較低。【名師點(diǎn)睛】本試題考查物質(zhì)的制備、實(shí)驗(yàn)基本操作、鹽類水解、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、元素及其化合物的性質(zhì)等知識(shí)，這

17、些問題屬于基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，意在考查考生的知識(shí)運(yùn)用能力。制備碳酸鈣，需要除去石灰石中的雜質(zhì)，鐵的氧化物和鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生鐵離子，然后利用過氧化氫，把Fe2+氧化成Fe :利用氫氧化鐵在pH=2出現(xiàn)沉淀，當(dāng)pH=3.7時(shí)沉淀完全，力口入氨水調(diào)節(jié)pH,讓F/+轉(zhuǎn)化成Fe （OH ） 3,然后進(jìn)行過濾，除去雜質(zhì)。做題過程中注意題目中信息，信息會(huì)告訴你解題的思路，“沉淀顆粒長大”，便于得到沉淀，便于過濾分離；實(shí)驗(yàn)操作中實(shí)驗(yàn)獲得成功，一定要注意操作的規(guī)范性，如過濾的注意事項(xiàng)：“一貼” “二低”“三靠”；物質(zhì)的制備為了得到純凈的物質(zhì)，一定要把雜質(zhì)除去，但不能引入新的雜質(zhì)，把有可能引入雜質(zhì)的情況考慮進(jìn)去。CaC耐

18、2HCI=CaCI2+ COf+ HO,但CO能溶于水，會(huì)有一部分CO溶解，加入氨水時(shí)會(huì)產(chǎn)生（NH ） 2co，制備的過氧化鈣不純凈，所以需要除去溶解CO,加熱煮沸，即可除去溶解CQo在實(shí)驗(yàn)題目中往往以元素及其化合物的性質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行考查，過氧化氫不穩(wěn)定受熱易分解，在冰浴中進(jìn)行，為防止過氧化氫的分解；在物質(zhì)的制備中也要注意題給信息，因?yàn)檫@往往解某題的關(guān)鍵，如“過氧化鈣微溶于水”，用蒸鐳水洗滌中會(huì)有部分溶解，為了減少溶解，利用過氧化 鈣難溶于乙醇進(jìn)行洗滌。典例4鴇（74W是熔點(diǎn)最高的金屬，是重要的戰(zhàn)略物資。自然界中鴇礦石的主要成分是鐵和鎰的鋁酸鹽（FeW。、MnWO,還含少量Si、P、As的化合物

19、。由黑鴇礦冶煉鴇的工藝流程如下:HjSO.札化劇嘰一 桓件筑T中野一量帕逮履F|肚昌 跛怙迤(NVOJ -UM-W0j-+t14濁渣U己知：濾渣I的主要成份是FezQ、MnQ上述流程中，除最后一步外，其余步驟鴇的化合價(jià)未變。常溫下鋁酸難溶于水?；卮鹣铝袉栴}：(1) 鴇酸中鴇元素的化合價(jià)為，寫出MnW (在熔融條件下發(fā)生堿分解反應(yīng)生成 MnO的化學(xué)方程式 o(2) 上述流程中向粗鴇酸鈉溶液中加硫酸調(diào) pH=10后，溶液中的雜質(zhì)陰離子為SiOs2 HAsO2(3)己知?dú)溲趸}和鴇酸鈣(CaWO都是微溶電解質(zhì)，兩者的溶解度均隨溫度升高而減小。圖為不同溫度下Ca(OH)2> CaWO勺沉淀溶解平

20、衡曲線。則T 填“”或“ v”)。7 毋 T *5 -2lgc(Ca2*)將鴇酸鈉溶液加入石灰乳得到大量鴇酸鈣，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為, 丁2時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 o(4)硬質(zhì)合金刀具中含碳化鴇(WC),利用電解法可以從碳化鴇廢料中回收鴇。電解時(shí)，用碳化鴇做陽極，不銹鋼做陰極，HCI溶液為電解液，陽極析出鴇酸并放出COo該陽極反應(yīng)式為【答案】+62MnW4> Q+ 4NaOH 2MnO+ 2A/a21Vo2fOHAsO+ HQ=HAsO2+ HO<wOT+ Ca(OH)2(s) =CaWO( s) + 20H1X 10 WCF6H2O- 10e=H2WOj + COf+ 10H【解

21、析】由茨程可知鉤酸亞-和氫氧化鈉、氧氣反應(yīng)生成氧化鐵和鉤酸鈉，鉤酸猛和氫氧化鈉反應(yīng) 生成棉酸鈉和氫氧化盂 水浸時(shí)'氧化錢和氫氧化猛不薄于水，筲酸鈉溶于水，故過遽后得到的漩漓含鐺 酸鈉遽渣I的主姜成份是電、MnOs鈞酸鈉W借酸反應(yīng)生成鉤酸和硫酸鈉加入過氧化氫.氧化 巧價(jià) 的餌文寸乂價(jià)，加入氯化鎂，生成難潺于水的MgSiggHAsgM£HPO4.過濾，濾液為餌酸鈉，酸化力口 熟分解產(chǎn)生三氧化鐺和水用還原劑還原三氧化鵠生成鴇.根據(jù)在化合物中正員化合價(jià)代數(shù)和為零.確罡鉤酸鹽(FeWOi.MnWO.)中鶴元素的化合價(jià)：根攜溢 程 困的提示猛的鈣陵鹽和氮氧化鈉和氧氣反應(yīng)生成Mn3等物屈<2)根據(jù)以上分析，加入Hid的目的是將軌心“氧化成HAQ匚據(jù)此書寫離子阪應(yīng)方程式已去嗨氧化鈣和鴨酸鈣©W6)都罡微溶電解除兩者的溶解度均隨溫度升高而減小。由圖讀出溶解度和溫 度的關(guān)茲確走