2021版高考化学一轮复习选考题型突破系列四课件苏教版 57页

选考题型突破系列 ( 四 ) 无机化工生产流程题 ( 非选择题 ) 【 题型特点 】 1. 试题特点 : 无机化工生产流程题主要以物质的制备或物质的提取为载体进行命题 , 注重将化学工艺或工业生产及最新科技成果融入其中 , 题材广、信息新、具有一定的陌生度 , 难度一般较大。 2. 考查能力 : 阅读相关材料、提炼关键信息或结合工艺流程图等 , 考查考生运用化学反应原理及相关知识解决工业生产中实际问题的能力。 3. 考查知识 : 元素化合物知识、化学反应原理、化学实验基本知识等。 4. 考查角度 :① 元素化合物的知识运用 ;② 化学与环境 ;③ 重要化工生产与资源利用 ;④ 化学实验的基本操作、物质的分离提纯 ;⑤ 产品含量测定的计算等。 【 典题示例 】 【 典例 】 (2018· 浙江 4 月选考真题 ) 某兴趣小组以废铁屑制得硫酸亚铁铵后 , 按如图所示流程制备二水合草酸亚铁 (FeC 2 O 4 ·2H 2 O), 进一步制备高纯度还原铁粉。 已知 :FeC 2 O 4 ·2H 2 O 难溶于水 ,150 ℃ 开始失结晶水 ; H 2 C 2 O 4 易溶于水 , 溶解度随温度升高而增大。 请回答 : (1) 下列操作或描述正确的是 ________ 。  A. 步骤② ,H 2 C 2 O 4 稍过量主要是为了抑制 Fe 2+ 水解 B. 步骤③ , 采用热水洗涤可提高除杂效果 C. 步骤③ , 母液中的溶质主要是 (NH 4 ) 2 SO 4 和 H 2 C 2 O 4 D. 步骤③ , 如果在常压下快速干燥 , 温度可选择略高于 100 ℃ (2) 如图装置 , 经过一系列操作完成步骤③中的抽滤和洗涤。请选择合适的编号 , 按正确的操作顺序补充完整 ( 洗涤操作只需考虑一次 ): 开抽气泵→ a→b→d→______________________→c→ 关抽气泵。  a. 转移固液混合物 ;b. 关活塞 A;c. 开活塞 A;d. 确认抽干 ;e. 加洗涤剂洗涤 (3) 称取一定量的 FeC 2 O 4 ·2H 2 O 试样 , 用硫酸溶解 , 采用 KMnO 4 滴定法测定 , 折算结果如下 : 由表中数据推测试样中最主要的杂质是 ________ 。  (4) 实现步骤④必须用到的两种仪器是 ________( 供选仪器 :a. 烧杯 ;b. 坩埚 ;c. 蒸馏烧瓶 ;d. 高温炉 ;e. 表面皿 ;f. 锥形瓶 );  该步骤的化学方程式是 ________________________ 。  (5) 为实现步骤⑤ , 不宜用碳粉还原 Fe 2 O 3 , 理由是 ___ ____________________________________________ 。  【 解题思路 】 (1) 理解题目所给信息的含义 : FeC 2 O 4 · 2H 2 O 难溶于水则在反应中会以沉淀方式析出 ; (2) 分析流程图中各步骤的目的、作用 ; (3) 根据所得试样中 Fe 2+ 与 C 2 的物质的量之比为 1∶1, 及实验过程中草酸亚铁晶体制备分析含有的杂质 ; (4) 灼烧一般需在坩埚中进行 , 还需要提供热源的仪器 ; (5) 碳粉为固体 , 还原后过量的碳粉不易分离。 【 解析 】 (1)A 项 , 酸化溶液时溶液已经呈现酸性 , 故而 草酸过量的主要目的不是酸化抑制 Fe 2+ 的水解 , 应该是 保证 Fe 2+ 反应完全 , 同时防止 Fe 2+ 被水解。 B 项 , 热水洗 涤有利于 H 2 C 2 O 4 和 (NH 4 ) 2 SO 4 溶液除去 , 可提高除杂效果。 C 项 , 酸化和加入过量的 H 2 C 2 O 4 后 , 发生反应 (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 +H 2 C 2 O 4 +2H 2 O====FeC 2 O 4 · 2H 2 O↓+ (NH 4 ) 2 SO 4 +H 2 SO 4 , 所以溶质应含有 H 2 SO 4 。 D 项 , FeC 2 O 4 · 2H 2 O 在 150 ℃ 时才失去结晶水 , 故而用比 100 ℃ 略高的温度干燥不影响产物的成分。 (2) 抽滤完成后 , 需要洗涤晶体 , 故应先打开活塞 A 使抽 滤瓶内压强上升 , 添加洗涤剂 , 洗涤完成后 , 关闭活塞 A, 再次确认抽干 , 打开活塞 A 防止发生倒吸 , 最后关闭抽气 泵 , 故正确顺序为开抽气泵→ a→b→d→c→e→b→ d→c→ 关抽气泵。 (3) 依据 Fe 2+ :C 2 =1∶1, 可得含有 的杂质应该是 (NH 4 ) 2 SO 4 。 (4) 灼烧需要在坩埚中高温加热 , 所以需要的仪器为 坩 埚、高温炉 , 故选 bd 。高温分解的反应方程式 为 4FeC 2 O 4 ·2H 2 O+3O 2 2Fe 2 O 3 +8CO 2 +8H 2 O 。 (5) 用 碳 粉 还 原 Fe 2 O 3 后 , 多余的碳粉不利于分离提纯 ; 铁粉与碳粉 都 是固体 , 接触不充分 , 不利于完全反应。 高温 ==== 答案 : (1)B 、 D 　 (2)c→e→b→d (3)(NH 4 ) 2 SO 4 (4)b 、 d 　 4FeC 2 O 4 · 2H 2 O+3O 2 2Fe 2 O 3 +8CO 2 +8H 2 O (5) 用碳粉还原会引入杂质 高温 ==== 【 类题通法 】 1. 物质制备或提取类化工工艺流程的一般程序 2. 对原料进行预处理的常用方法 (1) 研磨 : 减小固体的颗粒度 , 增大反应物的接触面积 , 加快反应速率。 (2) 水浸 : 与水接触反应或溶解。 (3) 酸浸 : 与酸接触反应或溶解。 (4) 灼烧 : 除去可燃性杂质或使原料初步转化。 3. 结合化学反应原理控制反应条件的常用方法 (1) 调节溶液的 pH: 常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节 pH 的物质一般应满足两点 : 一是能与 H + 反应 , 使溶液 pH 增大 ; 二是不引入新杂质。 (2) 控制温度 : 根据需要升温或降温 , 改变反应速率或使平衡移动。 (3) 趁热过滤 : 防止某些物质降温时析出。 (4) 冰水洗涤 : 洗去晶体表面的杂质离子 , 并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。 4. 物质分离常用方法 过滤、萃取分液、结晶 ( 蒸发结晶、冷却结晶 ) 、蒸馏或分馏等。 5. 产品测定中的有关计算 【 类题试解 】 1.Cu 2 O 是一种在涂料、玻璃等领域应用非常广泛的红色氧化物。它不溶于水和醇 , 溶于盐酸、氯化铵、氨水 , 易被 O 2 、硝酸等氧化。一种以硫化铜矿石 ( 含 CuFeS 2 、 Cu 2 S 等 ) 为原料制取 Cu 2 O 的 工 艺流程如下 : 世纪金榜导学号 (1) “ 硫酸化焙烧”时 CuS 与 O 2 反应生成 CuSO 4 等物 质 的 化学方程式为 ________________________________; 在 100 ℃ 时 , 发生反应的离子方程式为 ____________________________ 。  (2) 加入 Na 2 SO 4 的作用除减小物料间黏结外 , 另一主要作 用是 ________________________________ 。  (3) “ 浸取”时为提高铜的浸取率 , 除需控制液固物 质 的量之比外 , 还需控制 ____________________________ ________( 至少列举两点 ) 。  (4) 得到产品 Cu 2 O 的一系列操作主要 是 ________________________________ 。  (5) 下列有关说法正确的是 ________ 。  A. 焙烧时得到的尾气可用碱液加以处理 B.Cu 2 O 露置于空气中会变黑 C. 经一系列操作得到产品 Cu 2 O 后的副产品 , 经处理后可作净水剂 D.“ 制备”时 , 溶液的 pH 越小 ,Cu 2 O 的产率越高 【 解析 】 (1)CuS 与 O 2 反应生成 CuSO 4 和氧化铜 , 反应的化 学方程式为 2Cu 2 S+5O 2 2CuSO 4 +2CuO;100 ℃ 时 , 发生 反应的离子方程式为 2Cu 2+ + Cu 2 O↓+ +2SO 2 ↑ 。 (2) 加入 Na 2 SO 4 的作用除减小物料间黏结外 , 另一主要作用是提高焙烧产物中 CuSO 4 比例。 (3) “ 浸取 ” 时为提高铜的浸取率 , 除需控制液固物质的量之比外 , 还需控制浸取温度、浸取时间、硫酸的浓度等。 (5)A. 焙烧时得到的尾气为 SO 2 可用碱液加以处理 , 故 A 正确 ;B.Cu 2 O 露置于空气中会氧化为黑色 CuO, 故 B 正确 ;C. 经一系列操作得到产品 Cu 2 O 后的副产品硫酸铁 , 水解产生 Fe(OH) 3 可用作净水剂 , 故 C 正确 ;D.Cu 2 O 在酸溶液中会发生自身氧化还原反应生成 Cu 和 Cu 2+ , 故 D 错误。 答案 : (1)2Cu 2 S+5O 2 2CuSO 4 +2CuO 2Cu 2+ +3 Cu 2 O↓+ +2SO 2 ↑ 　 (2) 提高焙烧产物中 CuSO 4 比例　 (3) 浸取温度、浸取时 间、硫酸的浓度等 ( 答出两点即可 ) 　 (4) 抽滤、洗涤、 干燥 (5)A 、 B 、 C 2.(2020· 苏州模拟 ) 亚氯酸钠 (NaClO 2 ) 是一种重要的含氯消毒剂 , 主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图 : 已知 :①NaClO 2 的溶解度随温度升高而增大 , 适当条件下可结晶析出 NaClO 2 ·3H 2 O; ② 纯 ClO 2 易分解爆炸 , 一般用稀有气体或空气稀释到 10% 以下较安全 ; ③HClO 2 可看成是强酸。 (1)160 g·L -1 NaOH 溶液的物质的量浓度为 ________, 若要计算该溶液溶质的质量分数 , 还需要的一个条件 是  __________________________________________ 。 (2) 在发生器中鼓入空气的作用可能是 ________( 填序号 ) 。  A. 将 SO 2 氧化成 SO 3 , 增强酸性 B. 稀释 ClO 2 以防止爆炸 C. 将 NaClO 3 氧化成 ClO 2 (3) 吸收塔内反应的化学方程式为 _________________ _____________________________________________,  吸收塔的温度不能超过 20 ℃, 其目的是防止 H 2 O 2 分解 , 写出 H 2 O 2 分解的化学方程式 :______________________ _____________________________________________ 。 (4) 在碱性溶液中 NaClO 2 比较稳定 , 所以吸收塔中应维持 NaOH 稍过量 , 判断 NaOH 是否过量的简单的实验方法是 ______________________ 。  (5) 吸收塔中为防止 NaClO 2 被还原成 NaCl, 所用还原剂的还原性应适中。除 H 2 O 2 外 , 还可以选择的还原剂是 ________( 填序号 ) 。  A.Na 2 O 2 　　　　　　　 B.Na 2 S C.FeCl 2 D.PbO( 悬浊液 ) (6) 从滤液中得到 NaClO 2 ·3H 2 O 粗晶体的实验操作依次是 ________( 填序号 ) 。  A. 蒸馏　　　 B. 蒸发　　　 C. 灼烧　　　 D. 过滤 E. 冷却结晶 要得到更纯的 NaClO 2 ·3H 2 O 晶体必须进行的操作是 ______( 填操作名称 ) 。  【 解析 】 (1)160 g·L -1 NaOH 溶液表示的是 1 L 溶液中含有 NaOH 的质量是 160 g,NaOH 的物质的量是 4 mol, 所以此溶液的物质的量浓度是 4 mol·L -1 , 若要计算该溶液溶质的质量分数 , 需要知道溶液的质量 , 所以还需要的条件是溶液的密度。 (2) 根据题给信息 , 纯 ClO 2 易分解爆炸 , 由此可判断发生 器中鼓入空气的作用是稀释 ClO 2 以防止爆炸。 (3) 通过吸收塔内的反应制备 NaClO 2 ,ClO 2 是氧化剂 ,H 2 O 2 是还原剂 , 相应的氧化产物应是氧气 , 同时参加反应的 还有 NaOH, 此反应的化学方程式应为 2NaOH+2ClO 2 +H 2 O 2 ====2NaClO 2 +2H 2 O+O 2 ;H 2 O 2 分解的化学 方程式为 2H 2 O 2 2H 2 O+O 2 ↑ 。 (4) 判断 NaOH 是否过量可以采用测定溶液 pH 的方法。 (5) 本实验的目的是制备纯净的亚氯酸钠 (NaClO 2 ), 制备过程中选取的还原剂不能引入杂质 ,H 2 O 2 相应的产物是 H 2 O 和氧气 , 没有引入杂质。分析选项 ,Na 2 O 2 相应的产物是 NaOH 和氧气 , 不会引入杂质 ,PbO( 悬浊液 ) 相应的产物是 PbO 2 固体 , 过滤可以除去。 B 、 C 都会引入杂质。 (6) 从滤液中得到粗晶体的步骤是蒸发、冷却结晶和过滤 , 或者直接冷却结晶、过滤。由粗晶体制得纯的晶体 , 则需要重结晶。 答案 : (1)4 mol·L -1 　该溶液的密度　 (2)B (3)2NaOH+2ClO 2 +H 2 O 2 ====2NaClO 2 +2H 2 O+O 2 2H 2 O 2 2H 2 O+O 2 ↑ (4) 连续测定吸收塔内溶液的 pH (5)A 、 D 　 (6)B 、 E 、 D 或 E 、 D 　重结晶 3. 某兴趣小组用只含有铜、铝、铁的工业废料来制备硫酸铜和硫酸铝晶体 , 实验流程如下 : 请回答 : (1) 步骤 Ⅰ 反应后分离操作可用下图所示方法 , 适用该方法分离的沉淀特点是 ________ 。  (2) 写出步骤 Ⅱ 中发生反应的离子方程式 ________________________________ 。写出步骤 Ⅲ 中 气体 B 与 O 2 ( 足量 ) 通入 NaOH 溶液中反应的化学方程式 ________________________________ 。  (3) 下列有关实验说法正确的是 ________ 。  A. 步骤 Ⅴ 为得到较大的硫酸铜晶体颗粒 , 可采用投入几粒晶种并加快溶液冷却速度的方法 B. 步骤 Ⅵ 洗涤沉淀时 , 关小抽气泵 , 向布氏漏斗中加冰水没过沉淀 , 并用玻璃棒搅拌 C. 步骤 Ⅶ 调节 pH 时可加入氧化铝 (4) 为测定实验所得硫酸铝晶体的纯度 , 进行以下实验 : 步骤一 : 取晶体试样 a g 溶于 20 mL 水中 , 加适量醋酸 - 醋 酸铵缓冲溶液 , 再加入过量的 c 1 mol·L -1 EDTA 溶液 V 1 mL, 充分反应后稀释至 250 mL 。 步骤二 : 取 25.00 mL 上述稀释液 , 滴加指示剂 , 用 c 2 mol·L -1 ZnCl 2 溶液滴定过量的 EDTA, 达到终点时 消耗 V 2 mL ZnCl 2 溶液。 已知 :M[Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O]=666 g·mol -1 ,EDTA 分别能 与 Al 3+ 或 Zn 2+ 以物质的量之比 1∶1 进行反应。 根据实验数据计算该试样中 Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O 的纯度为 ________( 用含字母的代数式表示 ) 。计算得出硫酸铝 晶体的纯度为 112.0%, 若本测定实验操作正确且误差可 忽略 , 分析纯度偏高的主要原因 :  _____________________________________________  【 解题思路 】 (1) 正确分析流程图中各步骤 , 明确各物质名称。 (2) 步骤 I 为倾倒法分离 , 适用于沉淀颗粒较大的固液混合物分离 ; (3) 滤液 A 含 Fe 2+ , 用氧化剂 H 2 O 2 氧化的优点是不引入杂质 , 产物对环境无污染 , 调溶液 pH 的目的是使 Fe 3+ 形成沉淀。 (4) 分析纯度偏高的原因可能是所得晶体试样中含有 Al 2 (SO 4 ) 3 或 Al 2 (SO 4 ) 3 · 18H 2 O 晶体失去部分结晶水或因水解产生碱式硫酸铝等。 【 解析 】 (1) 沉淀颗粒较大 , 静置后容易沉降至容器底 部 , 可以用倾倒的方法分离。 (2) 步骤 Ⅱ 中发生反应的 离子方程式 3Cu+8H + +2 ====3Cu 2+ +2NO↑+4H 2 O 。步 骤 Ⅲ 中气体 B 与 O 2 ( 足量 ) 通入 NaOH 溶液中反应的化学方 程式 4NO+3O 2 +4NaOH====4NaNO 3 +2H 2 O 。 (3)A. 步骤 Ⅴ 为得到较大的硫酸铜晶体颗粒 , 可采用投入 1 粒晶种并控制溶液冷却速度的方法 , 让晶体慢慢长大 , 故 A 错误 ;B. 步骤 Ⅵ 洗涤沉淀时 , 关小抽气泵 , 向布氏漏斗中加冰水没过沉淀 , 不能用玻璃棒搅拌 , 故 B 错误 ;C. 步骤 Ⅶ 调节 pH 时可加入氧化铝 , 与氢离子作用 , 促进铁离子的水解 , 故 C 正确。 (4)a g 中 n(Al)=(c 1 V 1 -10c 2 V 2 )mmol, 该试样中 Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O 的纯度为 ×100% =666 g·mol -1 × ×100% = ×100%; 计算得出硫酸铝晶体的纯度为 112.0%, 若本测定实验操作正确且误差可忽略 , 纯度偏高的主要原因可能为所得晶体试样中含有 Al 2 (SO 4 ) 3 [ 或 Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O 晶体失去部分结晶水或因水解产生碱式硫酸铝等 ] 。 答案 : (1) 沉淀颗粒较大 , 静置后容易沉降至容器底部　 (2)3Cu+8H + +2N ====3Cu 2+ +2NO↑+4H 2 O 　 4NO+3O 2 +4NaOH====4NaNO 3 +2H 2 O 　 (3)C (4) ×100% 　所得晶体试样中可能含 有 Al 2 (SO 4 ) 3 [ 或 Al 2 (SO 4 ) 3 · 18H 2 O 晶体失去部分结晶水 或因水解产生碱式硫酸铝等 ]