江蘇2022屆高考化學(xué)二輪：無(wú)機(jī)化工流程 突破(二)由“功能二維材料”的研究熱潮把握物質(zhì)的轉(zhuǎn)化原理及物質(zhì)確定

微點(diǎn)突破課(二)|由“功能二維材料”的研究熱潮把握物質(zhì)的轉(zhuǎn)化原理及物質(zhì)確定課題探究——功能二維材料———————————(體現(xiàn)知識(shí)的轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化遷移應(yīng)用能力)(一)“功能二維材料”的研究?jī)r(jià)值近年來(lái)，石墨烯在二維功能材料領(lǐng)域掀起了一陣研究熱潮，這也大大促進(jìn)了一系列類似結(jié)構(gòu)的過渡金屬二硫化物新一輪的探索，二維材料(2D)由單層或少數(shù)層原子、分子層組成。與傳統(tǒng)材料相比，二維材料外比表面積更大，更有利于反應(yīng)物的擴(kuò)散，具有穩(wěn)定性高、機(jī)械性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。一類新型的二維層狀化合物——二維層狀二硫化鉬出現(xiàn)在人們視野中，二維層狀二硫化鉬以其獨(dú)特的物理、化學(xué)、光電性質(zhì)而成為新型材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。(二)二維層狀二硫化鉬制備工藝被譽(yù)為“高級(jí)固體潤(rùn)滑油之王”

新型二維材料二硫化鉬(MoS2，其中Mo的化合價(jià)為＋4)的生產(chǎn)工藝。[原料]低品質(zhì)的輝鉬礦(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等雜質(zhì))。[制備工藝][問題設(shè)計(jì)]1．輝鉬礦(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等雜質(zhì))用鹽酸、氫氟酸酸浸，SiO2與氫氟酸反應(yīng)，化學(xué)方程式為

，CuFeS2與鹽酸反應(yīng)進(jìn)入溶液，從而得到粗MoS2。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O[思維建模]首先分析題干信息，明確原料成分，看清流程圖中的箭頭指向，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)(離子方程式或化學(xué)方程式)，最后根據(jù)題干信息確定濾液中物質(zhì)的成分。濾液中物質(zhì)的成分確定的思維模型如圖所示：命題點(diǎn)(一)工藝流程中的物質(zhì)確定1．循環(huán)物質(zhì)的確定2．副產(chǎn)品的確定3．濾渣成分的確定①過量的反應(yīng)物。②原料中不參與反應(yīng)的物質(zhì)。③由原料轉(zhuǎn)化的生成物。④由雜質(zhì)轉(zhuǎn)化的沉淀物。[遷移應(yīng)用]1．(2021·湖南等級(jí)考)一種工業(yè)制備無(wú)水氯化鎂的工藝流程如下：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

(

)A．物質(zhì)X常選用生石灰B．工業(yè)上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂D．“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸，將所得溶液加熱蒸發(fā)也可得到無(wú)水MgCl2解析：苦鹵水中含有大量鎂離子，加入生石灰，生石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣再與鎂離子反應(yīng)生成氫氧化鎂，生石灰來(lái)源豐富、價(jià)格便宜，常用來(lái)做沉鎂的沉淀劑，A說(shuō)法正確；鎂為活潑金屬，工業(yè)上常用電解熔融氯化鎂的方法來(lái)制備金屬鎂，B說(shuō)法正確；根據(jù)題給流程圖可知，“煅燒”氫氧化鎂得到氧化鎂，“氯化”過程中，加入碳和氯氣與氧化鎂反應(yīng)，生成無(wú)水氯化鎂和一種氣體，根據(jù)原子守恒和化合價(jià)升降可得反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgO＋C＋Cl2

MgCl2＋CO，C說(shuō)法正確；向“煅燒”后所得氧化鎂中加稀鹽酸，得到氯化鎂溶液，由于鎂離子會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)Mg2＋＋2H2OMg(OH)2＋2H＋，直接蒸發(fā)MgCl2溶液，生成的HCl揮發(fā)，最終得到的是氫氧化鎂，而不是無(wú)水氯化鎂，D說(shuō)法錯(cuò)誤。答案：D

2．(好題再發(fā)掘)由第1題的題給信息回答以下問題：(1)沉鎂步驟中分離操作的名稱是________，所使用的玻璃儀器有________、燒杯、玻璃棒。(2)“煅燒”后的產(chǎn)物中加稀鹽酸，加熱蒸發(fā)無(wú)法獲得氯化鎂晶體，原因是__________________________________，應(yīng)該采取的措施是____________________。答案：(1)過濾漏斗(2)加熱促進(jìn)氯化鎂水解，生成氫氧化鎂在HCl氣流中加熱3．(2020·全國(guó)卷Ⅲ·節(jié)選)某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：金屬離子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋開始沉淀時(shí)(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全時(shí)(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0解析：(1)因Ni、Fe及其氧化物不與NaOH溶液反應(yīng)，Ni、Fe及其氧化物存在于“濾餅①”中，向“濾餅①”中加入稀硫酸，Ni、Fe及其氧化物與稀硫酸反應(yīng)，故得到的“濾液②”中含有的金屬離子為Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(2)“轉(zhuǎn)化”過程是將二價(jià)鐵離子全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵離子，選用的氧化劑是H2O2溶液，選用過氧化氫溶液氧化的好處是不引入其他雜質(zhì)，因此替代過氧化氫溶液的物質(zhì)也不能引入其他雜質(zhì)，可用O2或空氣替代H2O2溶液；由題表中金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH可知，F(xiàn)e2＋開始沉淀時(shí)，Ni2＋已經(jīng)沉淀一部分，Ni2＋沉淀完全時(shí)，F(xiàn)e2＋還不能沉淀完全，“轉(zhuǎn)化”時(shí)會(huì)生成Fe3＋，則濾液③中可能含有Fe3＋。(3)母液中還含有少量的硫酸鎳，將母液收集、循環(huán)使用可提高鎳回收率。答案：(1)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋

(2)O2或空氣Fe3＋

(3)提高鎳回收率4．輕質(zhì)碳酸鈣(CaCO3)是一種重要的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于油漆、塑料、橡膠和造紙等工業(yè)。一種以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)為原料生產(chǎn)高純度輕質(zhì)碳酸鈣的循環(huán)工藝流程如圖：回答下列問題：(1)氣體A為________，濾渣的主要成分是____________________。(2)“沉鈣”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________。(3)“系列操作”包含有：____________________。(4)氧化鎂可以在尾液處理中循環(huán)使用，______和________可循環(huán)使用于石灰石制備輕質(zhì)碳酸鈣的過程中。解析：(1)低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用鹽酸酸溶，CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3分別與鹽酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，離子方程式為CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋，MnCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Mn2＋，F(xiàn)e2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，所以氣體A為CO2，向粗制的氯化鈣溶液中通入氨氣，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，過濾得到濾渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。(2)氣體A為CO2，用水吸收氨氣和二氧化碳生成碳酸銨，“沉鈣”過程中氯化鈣與碳酸銨發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl得到碳酸鈣沉淀和氯化銨。(3)鎂的氯化物在溶液中水解生成氫氧化鎂和HCl，加熱時(shí)HCl揮發(fā)促進(jìn)水解，氣體C為氯化氫，最終生成氫氧化鎂，焙燒得MgO，“系列操作”包含有加熱蒸發(fā)、煅燒。(4)氯化鎂加熱蒸發(fā)，水解生成氫氧化鎂和HCl，氣體C為氯化氫，溶于水為鹽酸，可用于溶解低品位石灰石，氯化銨中加入氧化鎂并加熱，反應(yīng)生成氯化鎂、氨氣和水；向粗制的氯化鈣溶液中通入氨氣，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，所以HCl、NH3可循環(huán)使用于石灰石制備輕質(zhì)碳酸鈣的過程中。答案：(1)CO2

Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2(2)CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl(3)加熱蒸發(fā)、煅燒(4)HCl

NH3命題點(diǎn)(二)工藝流程中的方程式書寫1．陌生非氧化還原反應(yīng)方程式的書寫建模運(yùn)用“證據(jù)→推理→符號(hào)”思路書寫新情境方程式的基本過程如下：“讀”取題目中的有效信息(證據(jù))，寫出主要反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式(推理＋表征)，再依據(jù)質(zhì)量守恒、電荷守恒(基本規(guī)律)，即可輕松寫出規(guī)范的方程式。[建模]2.氧化還原反應(yīng)方程式的書寫(1)學(xué)會(huì)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物的判斷①常見氧化劑及其還原產(chǎn)物氧化劑Cl2(X2)O2Fe3＋酸性KMnO4MnO2還原產(chǎn)物Cl－(X－)H2O/O2－/OH－Fe2＋Mn2＋Mn2＋

氧化劑ClO濃H2SO4HNO3H2O2(H＋)PbO2還原產(chǎn)物Cl－SO2NO2(濃)、NO(稀)H2OPb2＋

氧化劑酸性K2Cr2O7HClOFeO(H＋)NaBiO3—還原產(chǎn)物Cr3＋Cl－Fe3＋Bi3＋—②常見還原劑及其氧化產(chǎn)物(2)把握陌生氧化還原反應(yīng)方程式的書寫步驟[遷移應(yīng)用]1．連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)俗稱保險(xiǎn)粉，有強(qiáng)還原性，在空氣中極易被氧化。用NaHSO3還原法制備保險(xiǎn)粉的流程如下：下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

(

)A．反應(yīng)1說(shuō)明酸性：H2SO3＜H2CO3B．反應(yīng)1結(jié)束后，可用鹽酸酸化的BaCl2溶液檢驗(yàn)NaHSO3是否被氧化C．反應(yīng)2中發(fā)生的反應(yīng)為2NaHSO3＋Zn===Na2S2O4＋Zn(OH)2D．反應(yīng)2最好在無(wú)氧條件下進(jìn)行解析：反應(yīng)1為二氧化硫通入碳酸鈉溶液生成亞硫酸氫鈉和二氧化碳，則說(shuō)明酸性：H2SO3>H2CO3，A錯(cuò)誤；反應(yīng)1結(jié)束后，溶液中為亞硫酸氫鈉溶液，不與氯化鋇反應(yīng)，若加入用鹽酸酸化的BaCl2溶液，出現(xiàn)白色沉淀，則沉淀為硫酸鋇，可證明NaHSO3被氧化，B正確；反應(yīng)2為2NaHSO3＋Zn===Na2S2O4＋Zn(OH)2，C正確；連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)有強(qiáng)還原性，在空氣中極易被氧化，反應(yīng)2最好在無(wú)氧條件下進(jìn)行，D正確。答案：A

2．(好題再發(fā)掘)由第1題的題給信息可拓展以下問題：(1)保險(xiǎn)粉在空氣中容易吸收氧氣而發(fā)生氧化。其方程式為①2Na2S2O4＋O2＋2H2O===4NaHSO3或②Na2S2O4＋O2＋H2O===NaHSO3＋NaHSO4。若在此條件下NaHSO3不會(huì)被氧化，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明氧化時(shí)發(fā)生的反應(yīng)是②_______。(2)后續(xù)處理得到保險(xiǎn)粉產(chǎn)品的過程中。①洗滌步驟可能需要用到以下操作：a.加入水至浸沒沉淀物；b.加入甲醇至浸沒沉淀物；c．洗滌劑緩慢通過沉淀物；d.洗滌劑快速通過；e.關(guān)小水龍頭；f.開大水龍頭；g.重復(fù)2～3次。請(qǐng)選出正確的操作并排序____→____→____→g→____。②干燥步驟如圖所示，選用此裝置的目的是_______________________。答案：(1)取少許固體溶于水中，加入BaCl2溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則證明是②(或取少許固體溶于水中，若聞到刺激性氣味，則證明是②)

(2)①e

b

c

f

②抽除空氣，避免保險(xiǎn)粉被氧化；減壓，有利于脫去甲醇3．銨明礬[NH4Al(SO4)2·12H2O]是分析化學(xué)常用的基準(zhǔn)試劑，工業(yè)上常用鋁土礦(主要成分為Al2O3)來(lái)生產(chǎn)銨明礬，其中Z的水溶液可用于傷口消毒，其工藝流程圖如下：(1)寫出反應(yīng)Ⅱ的離子方程式_____________________________________。(2)從反應(yīng)Ⅳ的銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為________、_________、過濾、洗滌(填操作名稱)。(3)