2019-2020年高考化學考點突破訓練 10.4實驗方案的設計與評價 無機化工流程.doc

2019-2020年高考化學考點突破訓練 10.4實驗方案的設計與評價 無機化工流程1氫化鎂(化學式為MgH2)是一種常用的焰火劑，遇水易發(fā)生反應。某興趣小組擬選用如下裝置制備氫化鎂。請回答下列問題：(1)請選擇必要的裝置，按氣體流向的連接順序為_(填儀器接口處的字母編號)。(2)用連接好的實驗裝置進行實驗，實驗步驟如下：檢查裝置氣密性后，裝入藥品；打開分液漏斗活塞，_(請按正確的順序排列下列步驟)。A加熱反應一段時間B收集氣體并檢驗純度C關閉分液漏斗活塞D停止加熱，充分冷卻(3)實驗結束后，某同學取少量產(chǎn)物，小心加入熱水中，觀察到有氣泡冒出，該反應的化學方程式為_。(4)氫化鈉也是一種金屬氫化物，常用作縮合劑、烷化劑。請你設計一個實驗，用化學方法區(qū)分氫化鈉與氫化鎂，寫出簡要的實驗步驟及觀察到的現(xiàn)象：_。解析(1)制備氫化鎂的原料是鎂粉和氫氣，氫氣中混有HCl和水蒸氣，先通過氫氧化鈉溶液除去HCl，再通過濃硫酸除去水蒸氣，即可得到純凈的氫氣。為防止空氣中的水蒸氣進入反應裝置，應在最后加一個干燥管。(2)實驗步驟：制備氫氣、收集氣體并檢驗純度，如果氫氣已經(jīng)純凈，則可開始制備氫化鎂。實驗結束，還要再通入一段時間的氫氣，直至試管冷卻至室溫。(3)所生成的氣體肯定是氫氣，另一種產(chǎn)物是氫氧化鎂。(4)最簡單的方法是，觀察與水反應時是否有沉淀出現(xiàn)。因為氫氧化鎂難溶于水，而氫氧化鈉易溶于水。答案(1)idcghjka(jk可顛倒)(2)BADC(3)MgH22H2O=Mg(OH)22H2(4)將少許固體放入適量水中，如果出現(xiàn)渾濁，則為MgH2，如果不出現(xiàn)渾濁，則為NaH2(xx北京)某學生對SO2與漂粉精的反應進行實驗探究：操作現(xiàn)象取4 g漂粉精固體，加入100 mL水部分固體溶解，溶液略有顏色過濾，測漂粉精溶液的pHpH試紙先變藍(約為12)，后褪色.液面上方出現(xiàn)白霧；.稍后，出現(xiàn)渾濁，溶液變?yōu)辄S綠色；.稍后，產(chǎn)生大量白色沉淀，黃綠色退去(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化學方程式是_。(2)pH試紙顏色的變化說明漂粉精溶液具有的性質是_。(3)向水中持續(xù)通入SO2，未觀察到白霧。推測現(xiàn)象的白霧由HCl小液滴形成，進行如下實驗：a用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗白霧，無變化；b用酸化的AgNO3溶液檢驗白霧，產(chǎn)生白色沉淀。實驗a的目的是_。由實驗a、b不能判斷白霧中含有HCl，理由是_。(4)現(xiàn)象中溶液變?yōu)辄S綠色的可能原因：隨溶液酸性的增強，漂粉精的有效成分和Cl發(fā)生反應。通過進一步實驗確認了這種可能性，其實驗方案是_。(5)將A瓶中混合物過濾、洗滌，得到沉淀X。向沉淀X中加入稀HCl，無明顯變化。取上層清液，加入BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀。則沉淀X中含有的物質是_。用離子方程式解釋現(xiàn)象中黃綠色褪去的原因：_。解析(1)Cl2和Ca(OH)2制取漂粉精的化學方程式：2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O。(2)由pH試紙先變藍后褪色可知，漂粉精溶液具有堿性和漂白性。(3)向水中通入過量SO2不能形成白霧，說明二氧化硫不能形成白霧；用濕潤的碘化鉀淀粉試紙檢驗白霧，無變化，說明白霧中不含氯氣；根據(jù)實驗a、b不能判斷白霧中含有HCl，因為白霧中混有SO2時也能滿足實驗a、b的現(xiàn)象，最終生成硫酸銀白色沉淀。(4)現(xiàn)象中溶液變?yōu)辄S綠色，說明有氯氣生成，即發(fā)生反應：ClClO2H=Cl2H2O，為確認這種可能性，可向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸，觀察溶液是否變?yōu)辄S綠色。(5)向沉淀X中加入稀HCl，無明顯變化。取上層清液，加入BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說明上層清液中含有SO，則沉淀X中含有CaSO4。答案(1)2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O(2)堿性、漂白性(3)檢驗白霧中是否含有Cl2，排除Cl2干擾白霧中混有SO2，SO2可與酸性的AgNO3反應生成白色沉淀(4)向漂粉精溶液中逐滴加入硫酸，觀察溶液是否變?yōu)辄S綠色(5)CaSO4SO2Cl22H2O=SO2Cl4H考點2 化學實驗方案的評價對給出的實驗方案做出選擇、評價或找出最佳方案，包含的知識點很多，能考查學生分析問題和解決問題的能力。1選擇包括儀器的選擇、藥品的選擇、連接方式的選擇等。儀器的選擇包括發(fā)生裝置(幾種基本類型)、凈化裝置(除雜質的試劑和順序)、反應裝置、收集裝置、尾氣處理裝置等；藥品的選擇，包括種類、濃度、物質的聚集狀態(tài)等；連接方式的選擇，包括儀器的連接順序、導管接口的連接順序等。2評價對幾個實驗方案的正確與錯誤、嚴密與不嚴密、準確與不準確作出判斷。要考慮是否合理、有無干擾現(xiàn)象、經(jīng)濟上是否合算和對環(huán)境有無污染等。3最佳方案的選擇所謂最佳，無非是裝置最簡單、藥品容易取得并價格低廉、現(xiàn)象明顯、無干擾物質以及無污染等。題組訓練3.(xx四川)為了探究AgNO3的氧化性和熱穩(wěn)定性，某化學興趣小組設計了如下實驗。.AgNO3的氧化性將光亮的鐵絲伸入AgNO3溶液中，一段時間后將鐵絲取出。為檢驗溶液中Fe的氧化產(chǎn)物，將溶液中的Ag除盡后，進行了如下實驗?？蛇x用的試劑：KSCN溶液、K3Fe(CN)6溶液、氯水。(1)請完成下表：操作現(xiàn)象結論取少量除盡Ag后的溶液于試管中，加入KSCN溶液，振蕩_存在Fe3取少量除盡Ag后的溶液于試管中，加入_，振蕩_存在Fe2【實驗結論】Fe的氧化產(chǎn)物為Fe2和Fe3。.AgNO3的熱穩(wěn)定性用如圖所示的實驗裝置A加熱AgNO3固體，產(chǎn)生紅棕色氣體，在裝置D中收集到無色氣體。當反應結束后，試管中殘留固體為黑色。(2)裝置B的作用是_。(3)經(jīng)小組討論并驗證該無色氣體為O2，其驗證方法是_。(4)【查閱資料】Ag2O和粉末狀的Ag均為黑色；Ag2O可溶于氨水。【提出設想】試管中殘留的黑色固體可能是：.Ag；.Ag2O；.Ag和Ag2O。【實驗驗證】該小組為驗證上述設想，分別取少量黑色固體放入試管中，進行了如下實驗。實驗編號操作現(xiàn)象a加入足量氨水，振蕩黑色固體不溶解b加入足量稀硝酸，振蕩黑色固體溶解，并有氣體產(chǎn)生【實驗評價】根據(jù)上述實驗，不能確定固體產(chǎn)物成分的實驗是_(填實驗編號)?！緦嶒灲Y論】根據(jù)上述實驗結果，該小組得出AgNO3固體熱分解的產(chǎn)物有_。解析(1)Fe3與KSCN溶液反應生成紅色溶液，F(xiàn)e2與K3Fe(CN)6溶液反應生成藍色沉淀。(2)B裝置起安全瓶作用，可防止裝置C中的溶液進入加熱的試管中。(3)氧氣可使帶火星的木條復燃，據(jù)此可進行實驗設計。(4)結合題干信息，氨水能溶解Ag2O，因此a實驗可確定產(chǎn)物只含Ag，而b實驗只能確定含有Ag，不能判斷是否含有Ag2O。答案(1)溶液呈紅色K3Fe(CN)6溶液產(chǎn)生藍色沉淀(2)防倒吸(3)用帶火星的木條伸入集氣瓶內(nèi)，木條復燃，證明無色氣體為O2(4)bAg、NO2、O24(xx唐山一模)某課外活動小組根據(jù)Mg與CO2的反應原理，探究Mg與NO2的反應及固體產(chǎn)物。該小組通過實驗確認Mg能在NO2中燃燒，并對固體產(chǎn)物提出三種假設：.固體產(chǎn)物為MgO。._。._。請回答下列問題：資料信息：2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2O(1)如圖連接好儀器，裝藥品前如何檢驗裝置的氣密性：_。(2)裝置B中盛裝的干燥劑可以是(填序號)_。濃硫酸無水CaCl2堿石灰五氧化二磷(3)開始打開活塞K，讓A中反應進行一段時間，待C中充滿紅棕色氣體后，關閉活塞K，再點燃C處酒精燈，同時D中堿液盛得很滿，這樣做的目的都是_。(4)E中收集到的氣體對氫氣的相對密度是14，該氣體是_。(5)實驗得到固體殘留物的質量是實驗前Mg粉質量的1.5倍，則假設_成立。C中發(fā)生反應的化學方程式為_。(6)本實驗中存在明顯缺陷，改進措施是_。解析鎂與二氧化碳反應生成的固體為氧化鎂和單質碳，則鎂與二氧化氮反應生成的固體為氧化鎂或氮化鎂或二者的混合物。(1)有氣體制備的反應，實驗前都要檢查裝置的氣密性，然后再加入藥品進行實驗。(2)裝置B中應盛裝固體干燥劑，而NO2與堿石灰反應，所以干燥劑可以是無水氯化鈣或五氧化二磷。(3)開始打開活塞K，讓A中反應一段時間，待C中充滿紅棕色氣體后，關閉活塞K，再點燃C處酒精燈，同時D中盛滿堿液，目的都是排凈裝置中的空氣，防止空氣干擾實驗。(4)E中氣體對氫氣的相對密度是14，則E是N2。(5)實驗得到固體殘留物的質量是實驗前Mg粉質量的1.5倍，如果生成的全是MgO，則大于1.5倍，如果生成的全是Mg3N2，則小于1.5倍，所以生成的是二者的混合物，假設成立。反應的化學方程式為4Mg2NO24MgON2、3MgN2Mg3N2。(6)實驗的缺陷是活塞K處沒有尾氣吸收裝置、容易倒吸等。答案.固體產(chǎn)物為Mg3N2.固體產(chǎn)物為MgO和Mg3N2(1)關閉分液漏斗活塞和活塞K，將導氣管末端插入水中，對錐形瓶(或C處反應管)微熱，若導氣管口有氣泡，停止加熱，導氣管中進入一段水柱，表示氣密性良好(2)(3)排凈裝置中空氣，防止空氣干擾實驗(4)N2(5)4Mg2NO24MgON23MgN2Mg3N2(6)活塞K處的導氣管插入NaOH溶液中，進行尾氣吸收考點3 化學工藝流程題的解題策略化工流程題目在流程上一般分為3個過程：1原料處理常用的方法(1)加快反應速率。(2)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。水浸：與水接觸反應或溶解。酸浸：在酸溶液中反應使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程。(3)灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化、分解。(4)控制反應條件的方法。2分離提純階段的常見考點(1)調pH值除雜?？刂迫芤旱乃釅A性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點：能與H反應，使溶液pH值增大；不引入新雜質。(2)試劑除雜。(3)加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動，如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質或產(chǎn)物，則要注意對溫度的控制。(4)降溫：防止某物質在高溫時會溶解(或分解)、為使化學平衡向著題目要求的方向移動。(5)萃取。3獲得產(chǎn)品階段的常用方法(1)洗滌(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。(2)蒸發(fā)、反應時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。(3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶：如除去KNO3中的少量NaCl。(4)蒸發(fā)結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。(5)重結晶。題組訓練5(xx新課標全國)鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6CxLixe=LixC6?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源(部分條件未給出)?；卮鹣铝袉栴}：(1)LiCoO2中，Co元素的化合價為_。(2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應的離子方程式_。(3)“酸浸”一般在80 下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應的化學方程式_；可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點是_。(4)寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應的化學方程式_。(5)充放電過程中，發(fā)生LiCoO2與Li1xCoO2之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式_。(6)上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是_。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有_(填化學式)。解析(1)因鋰在化合物中通常為1價，故LiCoO2中Co為3價。(2)由堿浸后經(jīng)一系列處理可得到Al(OH)3及正極材料中含有鋁箔知，堿浸時單質鋁與NaOH溶液反應，由此可寫出對應的離子方程式。(3)由流程圖知，鈷元素最后變成2價，故酸浸時發(fā)生的是LiCoO2氧化H2O2的反應：LiCoO2H2SO4H2O2Li2SO4CoSO4H2OO2，配平即可。另外還存在H2O2受熱分解生成水與O2的反應。用鹽酸代替硫酸與H2O2的混合液時，會得到有毒的氧化產(chǎn)物Cl2，造成環(huán)境污染。(4)由流程圖知，加入NH4HCO3后硫酸鈷轉化為碳酸鈷，HCO在轉化為CoCO3的過程中，電離出的H會與另外一部分HCO作用生成CO2與水，NH、SO結合為(NH4)2SO4，由此可寫出對應的化學方程式。(5)由充電時陰極(題目中鋰離子電池的負極)的電極反應式知，放電時LixC6是反應物，Li是生成物，鋰的價態(tài)升高，故另一反應物中鈷的價態(tài)降低，由此知該反應物是Li1xCoO2，相應的反應方程式為LixC6Li1xCoO2=LiCoO26C。(6)放電時，負極上的鋰失去電子變成Li，進入溶液后再向正極移動并進入正極材料中，相當于在正極上富集了鋰。由流程圖知，能回收的金屬化合物有三種。答案(1)3(2)2Al2OH6H2O=2Al(OH)3H2(或2Al2OH2H2O=2AlO3H2)(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O、2H2O22H2OO2有氯氣生成，污染較大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li從負極中脫出，經(jīng)由電解質向正極移動并進入正極材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO46(xx新課標全國)氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅(含有Fe()、Mn()、Ni()等雜質)的流程如下：提示：在本實驗條件下，Ni()不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2?；卮鹣铝袉栴}：(1)反應中除掉的雜質離子是_，發(fā)生反應的離子方程式為_；在加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對除雜的影響是_。(2)反應的反類類型為_，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有_。(3)反應形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是_。(4)反應中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的濾餅11.2 g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1 g，則x等于_。解析第步酸浸，得到Zn2、Fe2、Mn2、Ni2；第步氧化，MnO將Fe2氧化為Fe3而易于形成Fe(OH)3沉淀，同時MnO與Mn2發(fā)生歸中反應生成MnO2沉淀；第步加Zn，Zn與濾液中的Ni2、H發(fā)生置換反應，Ni經(jīng)過濾而除去；第步加碳酸鈉沉淀Zn2；第步煅燒ZnCO3。(4)11.2 g ZnCO3xZn(OH)2煅燒后得到8.1 g ZnO，可求得x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO3Mn22H2O=5MnO24H鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(2)置換反應鎳(3)取少量水洗液于試管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸鋇溶液，若無白色沉淀生成，則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈(4)1