2014高考化学(新课标)一轮复习备考课件 常考专题讲座3 以无机化工流程为背景的综合题

常考专题讲座(三)以无机化工流程为背景的综合题命题研究无机化工流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像。这类题常围绕以下几个知识点进行设问：(1)反应速率与平衡理论的运用；(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；(3)利用控制pH分离除杂；(4)化学反应的能量变化；(5)实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；(6)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；(7)环境保护与绿色化学评价。热点分析1．解答无机化工流程试题的程序(1)基本步骤①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。②然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。③分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用(抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务)。④从问题中获取信息，帮助解题。(2)解题思路明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。(3)方法技巧对一些线型流程工艺或从原料到产品为一条龙生产工序试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(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，弄清生产流程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，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。解题关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。2．无机化工流程常见的操作与名词无机化工流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理→分离提纯→获得产品(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率②溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸：与水接触反应或溶解。浸出：固体加水(酸)溶解得到离子。浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。④控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH除杂a．控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。②试剂除杂③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3，还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。④降温：防止某物质在高温时溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动。⑤萃取(3)获得产品阶段的常见考点①洗涤(冰水、热水)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。②蒸发时的气体氛围(抑制水解)：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。⑤重结晶。(4)其他常见考点①化学方程式②实验仪器③计算④信息3．注重答案文字叙述的规范性(1)洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。(2)从溶液中得到晶体：蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”。(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。巩固练习1．(2012·高考江苏卷)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：(1)一定条件下，NO与NO2存在下列反应：NO(g)＋NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K＝________。(2)上述工艺中采用气­液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋)，其目的是_____________；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是________(填化学式)。(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)1∶1，则会导致______________________；若n(NO)∶n(NO2)1∶1，则会导致____________________。(4)生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，其反应的离子方程式为_______________________________________。解析：(1)反应NO(g)＋NO2(g)N2O3(g)的平衡常数表达式为K＝cN2O3cNO·cNO2。(2)工艺中采用气­液逆流接触吸收，其目的是增大NO、NO2气体与石灰乳的接触面积，增强吸收效果。硝酸工业的尾气用石灰乳吸收，吸收过滤后的滤渣可循环使用，则滤渣中主要含有未反应的Ca(OH)2。(3)控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1，与石灰乳发生反应：Ca(OH)2＋NO＋NO2===Ca(NO2)2＋H2O。若n(NO)∶n(NO2)＞1∶1，混合气体发生上述反应后，NO有剩余，且不能被石灰乳吸收，导致排放的气体中NO含量升高。若n(NO)∶n(NO2)＜1∶1，混合气体发生上述反应后，NO2有剩余，NO2可与Ca(OH)2发生反应生成Ca(NO3)2，导致产品中Ca(NO3)2含量升高。(4)酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解，产物之一是NO，据得失电子守恒，可写出离子方程式：3NO－2＋2H＋===NO－3＋2NO↑＋H2O。答案：(1)cN2O3cNO·cNO2(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收Ca(OH)2(3)排放气体中NO含量升高产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高(4)3NO－2＋2H＋===NO－3＋2NO↑＋H2O2．(2013·咸宁高三模拟)制备过氧化氢的传统方法是在过氧化钡中加入稀硫酸。以重晶石(BaSO4)为原料制备过氧化氢的流程如下：回答下列问题：(1)图中的气体①可能含有的物质是________。①CO②CO2③SO2A．仅①③B．仅②③C．仅①②D．全部(2)BaS不能存在于水中，BaS溶于水后，S元素主要以HS－的形式存在，用化学方程式表示其原因：________________________________________________。(3)已知：Ba(OH)2(aq)＋CO2(g)===BaCO3(s)＋H2O(l)ΔH＝－162kJ·mol－1，2H2S(g)＋Ba(OH)2(aq)===Ba(HS)2(aq)＋2H2O(l)ΔH＝－191kJ·mol－1。写出CO2和Ba(HS)2反应的热化学方程式：___________________________________。需将溶液A加热的原因是__________________________。(4)气体②可进一步加工成为上述制取H2O2流程中的一种原料，该原料是________(填化学式)。(5)通入的CO2中若含有O2会有BaSO4生成，所以通常增大溶液的pH以提高CO2－3的浓度，把BaSO4转化为BaCO3。若测得SO2－4的浓度为1×10－4mol·L－1，则CO2－3的浓度需大于________才不会生成BaSO4沉淀。已知Ksp(BaSO4)＝1×10－10，Ksp(BaCO3)＝2.5×10－9。(6)据报道，科学家在实验室已研制出在燃料电池的反应容器中，利用特殊电极材料以H2和O2为原料制取过氧化氢的新工艺，原理如图所示。请写出甲电极的电极反应式_______________________________________________。解析：(1)观察流程图，重晶石与焦炭反应时，生成物之一是BaS固体。可以看出，该反应中硫元素的化合价降低而钡元素的化合价未发生变化。根据氧化还原反应的规律，碳元素的化合价应升高，可能生成CO或CO2；同时，BaSO4中一部分硫的化合价还可能降低至＋4，生成SO2。(2)HS－是由S2－发生水解反应得到的。(3)根据盖斯定律，由第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式，得Ba(HS)2(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)===BaCO3(s)＋2H2S(g)ΔH＝＋29kJ·mol－1。观察流程图可知，加热溶液A的目的是制备BaCO3，由于该反应是吸热反应，所以加热可使平衡正向移动，从而提高BaCO3的产率。(4)气体②是H2S，由于其组成中含有硫元素，可以用来制备硫酸。(5)Ksp(BaSO4)＝c(Ba2＋)·c(SO2－4)，Ksp(BaCO3)＝c(Ba2＋)·c(CO2－3)。假定同时生成BaSO4和BaCO3两种沉淀，两式相比得c(CO2－3)/c(SO2－4)＝Ksp(BaCO3)/Ksp(BaSO4)，代入数据求得c(CO2－3)＝2.5×10－3mol·L－1，此即为CO2－3的最低浓度。(6)由O2生成H2O2，氧元素的化合价降低，发生还原反应，又因介质为盐酸，因此甲电极的电极反应式为2H＋＋O2＋2e－===H2O2。答案：(1)D(2)2BaS＋2H2O===Ba(OH)2＋Ba(HS)2(3)Ba(HS)2(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)===BaCO3(s)＋2H2S(g)ΔH＝＋29kJ·mol－1上述反应为吸热反应，加热可使平衡向正反应方向移动，提高BaCO3产率(4)H2SO4(5)2.5×10－3mol·L－1(6)2H＋＋O2＋2e－===H2O23．(2013·汕头调研)合成氨是“将空气变成面包”的反应，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。下图是合成氨的简要流程图：Ⅰ.原料气的制备(1)合成氨所需氮气来自空气，方法之一是将空气液化后再加热分离；请另设计一种从空气中分离出氮气的方法：_________________________________。(2)请写出工业上获得氢气的一种方法(用化学方程式表示)：__________________________________。Ⅱ.原料气的净化为了防止催化剂“中毒”，原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理，“精制”过程通常是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨([Cu(NH3)2]Ac)溶液，以获得纯净的原料气。其中，吸收CO的反应为CO＋[Cu(NH3)2]Ac＋NH3·H2O[Cu(NH3)3CO]Ac＋H2O(l)ΔH0。(3)为了提高CO的吸收率，可采取的有效措施是___________________________________________________。(4)除去氧气时，氧气将[Cu(NH3)2]Ac氧化为[Cu(NH3)4](Ac)2，则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是________。Ⅲ.氨的合成(5)合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是________(填序号)。A．采用较高的压强(20～50MPa)B．采用500℃的高温C．用铁触媒作催化剂D．将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，N2和H2