五年高考试题统计与命题预测
考查知识点
一、物质制备工艺流程
1.解答工艺流程题的基本步骤
(1)认真阅读题干,了解生产目的及有关信息。
(2)整体分析工艺流程,明确生产过程分为几个阶段。
(3)分析每一个阶段的生产原理、物质变化、条件控制及其实验操作。
(4)了解生产过程中的有关物质的回收和原料的循环利用,以及“绿色化学”思想的运用和所采取的环保措施。
(5)认真分析题中设问,规范作答。
2.化工流程题中表述性词汇“八大答题方向”
化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语,这些表述性词语就是隐性信息,它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有:
(1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和温度对物质转化率的影响等。
(2)“加过量试剂”——常考虑保证主反应物反应完全或增大其转化率等。
(3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或是否要求防氧化、防水解、防潮解等。
(5)“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中,向其中滴加某试剂,以检验其中的某种离子是否存在并由此获得结论。
(6)“设计方案检验某物质”——通常取少量某液体于试管中,加入另一试剂,通过产生的现象得出结论。
(7)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。
(8)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度、有利于析出、减少损耗和提高产率等。
3.原料的预处理及其目的
(1)溶解:通常用酸进行溶解,如硫酸、盐酸等。
(2)灼烧、焙烧、煅烧:改变物质结构,使一些物质转化为目标物质,或使一些杂质在高温下氧化或分解。
(3)控制反应条件:化学反应往往需要在一定的浓度、温度、压强、催化剂和酸碱性等条件下进行,生产中必须控制反应条件,其中温度和酸度的控制是条件控制的两大主旋律。可采用水浴加热、油浴加热等控制温度,防止温度过高时反应物或生成物发生分解导致产率降低。
(4)调节溶液的pH:①控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如含Mn2+的溶液中同时含有Fe2+,可先加氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的酸度使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。②调节溶液的pH时,所选的物质应满足两点:一是能与H+或OH-反应,二是不引入新的杂质。
(5)加热:增大化学反应速率或促使化学平衡向某个方向移动。
(6)降温:防止某物质在高温时分解或使化学平衡向着有利于生成目标产物的方向移动。
4.常用分离和提纯的方法或操作
(1)蒸发:蒸发掉一部分溶剂。有时要考虑反应时的气体氛围以抑制某物质发生水解。
(2)蒸发浓缩、冷却结晶:适用于物质溶解度随温度变化不大的物质的分离、提纯。
(3)蒸发结晶、趁热过滤:适用于物质溶解度随温度变化较大的物质的分离、提纯,可控制杂质的析出。
(4)晶体的干燥:常见的干燥方法为自然晾干、滤纸吸干、干燥器中烘干。
(5)沉淀的洗涤:由于生成的沉淀表面会吸附一定量的离子,因此过滤后要进行沉淀的洗涤。洗涤方法是向过滤器中慢慢注入适量蒸馏水,至刚好没过沉淀,然后静置,让其自然流下,重复以上操作2~3次,直至洗涤干净。为了减少沉淀(或晶体)的溶解,可用冰水或有机溶剂洗涤。
(6)沉淀是否洗涤干净的检验:主要检验洗涤液中是否还含有沉淀表面吸附的离子。一般的检验方法:取少量的最后一次洗涤液,置于一洁净的试管中,滴加少量的检验试剂,若没有特征现象出现,说明沉淀已洗涤干净。
(7)从溶液中得到晶体的一般过程:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。
5.物质制备类化工生产流程题的解题策略
(1)明确原料及目标产物;(2)明确化工生产流程:原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的提纯分离→目标产物;(3)掌握主要的化工生产原理等;(4)掌握常见的与化工生产有关的操作方法及作用。尤其要注意对原料进行的预处理和控制反应条件的常用方法,它们分别是:①对原料进行预处理的常用方法及其作用:研磨以增大接触面积而增大反应速率;对原料酸(或水)浸的目的是与酸(或水)接触反应或溶解;灼烧以除去可燃性杂质;煅烧以促使物质转化;②常用控制反应条件的方法:调节溶液的pH使某些金属离子转化为沉淀;控制温度、压强以增大反应速率或使平衡移动;趁热过滤以防止某物质降温而析出;冰水洗涤以洗去杂质离子而减少晶体的溶解损耗。
6.工艺流程题的解题技巧
(1)首尾分析法:对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题,首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题设问题,逐一推敲解答。
(2)分段分析法:对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题,用分段分析法更容易找到解决问题的切入点。
(3)交叉分析法:有些化工生产选用多组原材料,先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需要的目标产品,这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线,然后进行交叉分析。
二、废弃物中提取物质的工艺流程
1.把握物质提纯的六种常用方法
2.正确选择物质分离的六种常用方法
3.提纯类化工生产流程题的解题策略
(1)明确原料中所含杂质和待提纯的目标物质。
(2)认真分析流程图,明确流程中各阶段的操作目的。
(3)明确提纯的方法:水溶法、酸溶法、碱溶法、氧化还原法、加热灼烧法、调节溶液pH法等。
1.(2019·全国Ⅰ,26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为。
2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是
解析:(1)由硼镁矿粉所含的元素及加入的硫酸铵溶液可知,该气体只能为氨气,碳酸氢铵与氨气反应的化学方程式为NH3+NH4HCO3=(NH4)2CO3。
(2)由流程图可知,B元素最终以H3BO3的形式存在,Mg元素经沉镁后以Mg(OH)2·MgCO3的形式存在,可分析出Fe、Al在沉镁后不会存在于母液中,因此滤渣1的主要成分为矿石中含有的SiO2、Fe2O3、Al2O3。可用KSCN溶液检验Fe3+的存在。
解题指导审题干→读流程图→明确问题→提取信息→联想化学知识→得出答案。(1)中化学方程式的书写可联想酸式盐与相应碱反应生成正盐;(4)中获得轻质氧化镁的方法可联想Mg(OH)2、MgCO3受热易分解的性质等。
2.(2019·山东青岛二模)ZrO2是一种重要的耐高温材料,可用作陶瓷遮光剂。天然锆英石(ZrSiO4)含有铁、铝、铜等金属元素的氧化物杂质,工业以锆英石为原料制备ZrO2的工艺流程如下:
已知:Fe(SCN)3难溶于MIBK;Zr(SCN)4在水中溶解度不大,易溶于MIBK。
(1)锆英石中锆元素的化合价为。
(2)氯化主要反应:ZrSiO4(s)+2C(s)+4Cl2(g) ZrCl4(g)+SiCl4(g)
(3)写出Al2O3高温氯化过程中转化为AlCl3的化学方程式。
(4)Na2S、H2S、NaCN等均为常用的铜沉淀剂,本流程使用NaCN除铜,不采用Na2S、H2S的原因是(用离子方程式解释)。若盐酸溶解后溶液中c(Cu2+)=0.01 mol·L-1,当溶液中Cu2+开始沉淀时,c(CN-)=(已知Ksp[Cu(CN)2]=4.00×10-10)。
(5)实验室进行萃取和反萃取的仪器是;流程中萃取与反萃取的目的是。
答案:(1)+4
(2)360 ℃、1 MPa360 ℃以前反应未达到平衡,升温过程中反应继续正向进行,产率不断增大;360 ℃以后反应达到平衡,由于该反应为放热反应,升温导致平衡逆向移动,ZrCl4产率减小
(5)分液漏斗、烧杯 除去铁元素杂质
解析:(1)根据化合物中元素正负化合价代数和等于0,O为-2价,Si为+4价,可得锆英石(ZrSiO4)中Zr元素的化合价为+4价;
(2)根据图像可知,ZrCl4在温度为360℃、1MPa时的产率最高,故氯化的最佳条件是360℃、1MPa;根据图像可知:在360℃以前,随着温度的升高,ZrCl4的产率逐渐增大,是由于温度升高,反应速率增大,更多的反应物转化为生成物,所以ZrCl4的产率逐渐增大;360℃时ZrCl4产率达到最大值,此时反应达到平衡状态,由于该反应的正反应为放热反应,升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,使ZrCl4的产率逐渐降低;
(3)Al2O3、焦炭在高温下与氯气反应生成AlCl3、CO2,根据得失电子守恒和原子守恒,该反应的化学方程式为:2Al2O3+3C+6Cl2
(5)萃取和反萃取后分离互不相溶的液体混合物是用分液的方法,分液使用的仪器有分液漏斗和烧杯。在处理过程中,Cu2+与沉淀试剂形成Cu(CN)2沉淀过滤除去,Fe3+与加入的NH4SCN形成络合物Fe(SCN)3,Zr4+形成Zr(SCN)4,由于Fe(SCN)3难溶于MIBK,而Zr(SCN)4在水中溶解度不大,易溶于MIBK,向Fe(SCN)3、Zr(SCN)4的混合溶液中加入MIBK充分振荡后分液,可将Fe(SCN)3分离除去;然后向MIBK的溶液中加入硫酸进行反萃取,使Zr(SCN)4进入硫酸溶液中,然后经过一系列处理,就可得到ZrO2。所以进行萃取和反萃取目的是除去铁元素杂质。
3、.(2019·四川攀枝花三模)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁,利用电解法回收WC和制备Co2O3的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)以废旧刀具作阳极,不锈钢作阴极,盐酸为电解质溶液。电解时阳极的电极反应有:Co-2e-=Co2+和。
(2)通入氨气的目的是调节溶液的pH,除去铁元素。由表中的数据可知,理论上可选择的pH范围是。
(3)生成CoCO3的离子方程式是。
(4)实验测得NH4HCO3溶液显碱性。制备CoCO3时,不能将滤液加入NH4HCO3溶液中,原因是。
(5)已知:Ksp(CoCO3)=1.6×10-13,Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8。若仅从沉淀转化角度考虑,在0.01 mol·L-1 Na2C2O4溶液中加入CoCO3固体能否转化为CoC2O4沉淀?通过计算说明:。
(6)洗涤CoCO3不充分对最终产品纯度并无影响,但在焙烧时会造成环境污染,主要原因是。
(7)CoCO3生成Co2O3的化学方程式是。
解析:由题给工艺流程知,以盐酸为电解质溶液,以废旧刀具作阳极,不锈钢作阴极,进行电解,电解过程中WC进入阳极泥中,溶液中含有Fe2+和Co2+,加入双氧水,Fe2+被氧化为Fe3+,通入氨气,调节pH在3.2到6.5之间,将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀过滤除去,滤液中含有Co2+,加入碳酸氢铵溶液生成碳酸钴,焙烧生成Co2O3。
(1)电解时废旧刀具作阳极,不锈钢作阴极,盐酸作电解质溶液,依据阳极金属放电规律可知,除了Co失电子以外还有Fe也会失电子,其电极反应式为:Fe-2e-=Fe2+;
(2)通入氨气的目的是调节溶液的pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3而除去。由表中的数据可知,理论上可选择的pH范围是3.2≤pH<6.5;
