[核心回顧]1.常見金屬及其化合物的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系
2.常見非金屬及其化合物的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系
[命題角度]角度1金屬及其化合物的性質(zhì)與用途【典例】 (2022廣東卷,6)勞動開創(chuàng)未來。下列勞動項目與所述的化學(xué)知識沒有關(guān)聯(lián)的是(　　)
角度拓展1.(2022湖南衡陽模擬)判斷下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系是否正確。(1)鋁的金屬活動性強,可用于制作鋁金屬制品。(　　)(2)氧化鋁熔點高,可用作電解冶煉鋁的原料。(　　)(3)明礬溶于水并水解形成膠體,可用于凈水。(　　)
提示 (1)用于制作鋁金屬制品是利用了鋁的導(dǎo)熱性、延展性等,與其活動性無關(guān);(2)用氧化鋁作電解冶煉鋁的原料是利用其在熔融態(tài)能導(dǎo)電,與其熔點高 無關(guān)。
2.(2022遼寧撫順模擬)判斷下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系是否正確。(1)Fe2(SO4)3易溶于水,可用作凈水劑。(　　)(2)Al2O3熔點高,可用作耐高溫材料。(　　)(3)Al(OH)3受熱分解,生成高熔點物質(zhì)和水,故用作塑料的阻燃劑。(　　)(4)高鐵酸鈉(Na2FeO4)具有強氧化性,可用于自來水的消毒和凈化。(　　)
提示 (1)Fe2(SO4)3用作凈水劑,其原因是易溶于水發(fā)生電離,產(chǎn)生的Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體具有較強的吸附性,能吸附水中的懸浮雜質(zhì),起到凈水作用。
角度2非金屬及其化合物的性質(zhì)與用途【典例】 (2021河北卷,10)關(guān)于非金屬含氧酸及其鹽的性質(zhì),下列說法正確的是(　　)A.濃硫酸具有強吸水性,能吸收糖類化合物中的水分并使其炭化B.NaClO、KClO3等氯的含氧酸鹽的氧化性會隨溶液的pH減小而增強C.加熱NaI與濃磷酸混合物可制備HI,說明H3PO4比HI酸性強D.濃硝酸和稀硝酸與Cu反應(yīng)的還原產(chǎn)物分別為NO2和NO,故稀硝酸氧化性更強
角度拓展1.(2022江蘇南京模擬)二氧化氯(ClO2)是一種黃綠色氣體,易溶于水,在水中的溶解度約為Cl2的5倍,其水溶液在較高溫度和光照下會生成 與 。判斷下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系是否正確。(1)Cl2能溶于水,可用于工業(yè)制鹽酸。(　　)(2)ClO2有強氧化性,可用于水體殺菌消毒。(　　)(3)HClO不穩(wěn)定,可用于棉、麻漂白。(　　)
提示 (1)Cl2用于工業(yè)制鹽酸是利用Cl2與H2反應(yīng)生成HCl,與Cl2的水溶性 無關(guān)。(3)HClO用于棉、麻漂白是利用了其強氧化性,與HClO的不穩(wěn)定性無關(guān)。
2.(2022湖北黃石模擬)判斷下列有關(guān)氮及其化合物的性質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系是否正確。(1)氮氣具有弱氧化性,可用于合成氨。(　　)(2)硝酸見光易分解,可用于制氮肥。(　　)(3)二氧化氮密度比空氣大,可用于制硝酸。(　　)
提示 (2)N為植物生長的營養(yǎng)元素,則硝酸可用于制氮肥,與硝酸見光易分解的性質(zhì)無關(guān),見光易分解是硝酸的不穩(wěn)定性。(3)二氧化氮能與水反應(yīng)生成硝酸,可用于制硝酸與其密度比空氣大無關(guān)。
[核心回顧]基于元素及其化合物的“價—類”二維圖,從物質(zhì)類別、元素化合價兩個維度掌握元素及其化合物的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。
1.鈉及其重要化合物
2.鐵及其重要化合物
3.鋁及其重要化合物
4.氯及其重要化合物
5.硫及其重要化合物
6.氮及其重要化合物
[命題角度]角度1金屬及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化【典例】 (2021廣東卷,10)部分含鐵物質(zhì)的分類與相應(yīng)化合價關(guān)系如圖所示。下列推斷不合理的是(　　)A.a可與e反應(yīng)生成bB.b既可被氧化,也可被還原C.可將e加入濃堿液中制得d的膠體D.可存在b→c→d→e→b的循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系
角度拓展1.(2022四川宜賓模擬)“價—類”二維圖是學(xué)習(xí)元素及其化合物知識的重要模型,下圖為鐵元素的“價—類”二維圖,判斷下列說法的正誤:
(1)鐵絲在少量氧氣中燃燒生成FeO。(　　)(2)Fe(OH)2在潮濕的空氣中容易轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3。(　　)(3)含 的鹽具有強氧化性,可用于自來水的殺菌、消毒和凈化。(　　)
提示 (1)鐵絲在氧氣中燃燒,無論O2是否足量,反應(yīng)均生成Fe3O4。
2.(2022遼寧營口模擬)下圖為鐵元素的“價—類”二維圖,其中的箭頭表示部分物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,判斷下列說法的正誤:
(1)鐵與高溫水蒸氣的反應(yīng)可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化①。(　　)(2)FeO不穩(wěn)定,在空氣中受熱迅速轉(zhuǎn)化為Fe2O3。(　　)(3)加熱Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3加水也能轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3。 ( 　　)(4)Fe2+與氯水、H2O2溶液、酸性KMnO4溶液等反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為Fe3+。(　　)
提示 (1)鐵與高溫水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4和氫氣。(2)FeO不穩(wěn)定,在空氣中受熱迅速轉(zhuǎn)化為Fe3O4。(3)Fe(OH)3難溶于水,加熱Fe(OH)3分解生成Fe2O3,Fe2O3與水不反應(yīng)。
角度2非金屬及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化【典例】 (2022遼寧本溪模擬)下圖是某元素常見物質(zhì)的“價—類”二維圖,其中d為紅棕色氣體,f和g均為正鹽且焰色試驗都為黃色。下列說法不正確的是(　　)
A.e的濃溶液可以用鋁槽車運輸B.氣體a、c均可用濃硫酸干燥C.常溫下,將充滿d的密閉燒瓶置于冰水中,燒瓶內(nèi)紅棕色變淺D.d可與NaOH溶液反應(yīng)生成f和g
提示 d為紅棕色氣體,且是+4價氧化物,則d為NO2;結(jié)合圖中物質(zhì)元素化合價及物質(zhì)類別推知,a為NH3,b為N2,c為NO,e為HNO3。f和g均為正鹽且焰色試驗都為黃色,則含Na元素,結(jié)合圖示推知,f為NaNO3,g為NaNO2。
角度拓展1.(2022廣東湛江模擬)部分含氯物質(zhì)的分類與相應(yīng)化合價的關(guān)系如圖所示。判斷下列說法的正誤。
(1)a與e反應(yīng)可能生成b和d。(　　)(2)b、c、d均具有漂白性。(　　)
提示 (2)由圖知,a為HCl,b為Cl2,c為HClO,d為ClO2,e為氯酸鹽,Cl2不具有漂白性。
2.(2022山東泰安三模)在“價—類”二維圖中融入“杠桿模型”,可直觀辨析部分物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及其定量關(guān)系。如圖中的字母分別代表硫及其常見化合物,判斷下列推斷是否正確。
(1)b既具有氧化性又具有還原性。(　　)(2)硫酸型酸雨的形成過程涉及b到c的轉(zhuǎn)化。(　　)(3)a溶液與b溶液反應(yīng)過程中有淡黃色沉淀生成。(　　)(4)d在加熱下與強堿溶液反應(yīng)生成e和f,且n(e)∶n(f)=1∶2。(　　)
提示 (4)S(d)在加熱時與強堿溶液反應(yīng)生成e(硫化物)和f(亞硫酸鹽),反應(yīng)的離子方程式為3S+6OH- ══ 2S2-+ +3H2O,則n(e)∶n(f)=2∶1。
——突破一　命題篇——
新教材新高考 元素及其化合物的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化與應(yīng)用1.元素及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用基于“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定用途”,認識元素及其化合物的性質(zhì)與應(yīng)用的對應(yīng)關(guān)系,分析和探討某些化學(xué)過程對人類健康、社會可持續(xù)發(fā)展可能帶來的雙重影響,并對這些影響從多個方面進行評估,從而更加科學(xué)、合理地選擇和應(yīng)用物質(zhì)及其變化。
典例突破1(2022山東煙臺一模)下列關(guān)于物質(zhì)的應(yīng)用分析錯誤的是(　　)A.常溫下,用鐵槽車運輸濃硝酸利用了濃硝酸的強氧化性B.用維生素C做NaNO2中毒的急救藥是利用了維生素C的強還原性C.用FeCl3止血是因為其能水解生成Fe(OH)3D.用甘油做皮膚保濕劑是因為甘油中有多個羥基
答案 C解析 常溫下,鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化,鐵表面生成的致密氧化膜可阻止內(nèi)層鐵與濃硝酸繼續(xù)反應(yīng),體現(xiàn)濃硝酸的強氧化性,A正確;NaNO2具有強氧化性,用維生素C作急救藥,利用了維生素C的強還原性,B正確;血液是膠體,FeCl3是電解質(zhì),用FeCl3止血利用了電解質(zhì)可使膠體發(fā)生聚沉的性質(zhì),與FeCl3水解生成Fe(OH)3無關(guān),C錯誤;甘油(丙三醇)的一個分子中有3個羥基,可與水形成分子間氫鍵,故常用甘油做皮膚保濕劑,D正確。
2.元素及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化基于“價—類”二維圖,從物質(zhì)類別、元素化合價的角度,依據(jù)氧化還原反應(yīng)的轉(zhuǎn)化規(guī)律和復(fù)分解反應(yīng)原理,預(yù)測鈉、鐵、鋁及其化合物,以及氯、硫、氮及其化合物的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化,從物質(zhì)類別和元素化合價變化的視角說明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑。
典例突破2(2022遼寧名校協(xié)作體聯(lián)考)下圖是硫元素部分“價—類”二維圖。下列相關(guān)說法錯誤的是(　　)
A.圖中C和D兩點對應(yīng)的物質(zhì)可能互相反應(yīng)生成硫單質(zhì)B.可以實現(xiàn)B→E→A→B物質(zhì)循環(huán)C.圖中A點對應(yīng)的物質(zhì)可以使品紅溶液褪色D.化學(xué)式為Na2S2O3的物質(zhì)在圖中對應(yīng)點為F點,可表現(xiàn)出強氧化性
答案 D解析 C為H2S,D為H2SO3,二者可以發(fā)生歸中反應(yīng)生成硫單質(zhì),A正確;B為SO3,E為H2SO4,A為SO2,SO3與水反應(yīng)生成H2SO4,H2SO4與還原劑反應(yīng)可以得到SO2,SO2發(fā)生催化氧化反應(yīng)可以生成SO3,B正確;A為SO2,可以漂白品紅溶液,C正確;Na2S2O3中硫元素的平均化合價為+2價,對應(yīng)的點為F點,該物質(zhì)既有氧化性又有還原性,但是氧化性較弱,D錯誤。
新材料新情境 “神舟十三號”與新材料新材料　北京時間2022年4月16日9時56分,“神舟十三號”載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸,大量新材料的使用助力“神舟十三號”載人飛船執(zhí)行任務(wù)取得圓滿成功。飛船的“推進艙”使用大量碳纖維復(fù)合材料,“返回艙”側(cè)壁金屬殼體使用了鋁合金材料,“軌道艙”窗口使用了耐輻射石英玻璃,部分裝置使用了鈦合金材料。
判斷(1)“神舟十三號”飛船使用的碳纖維材料和石英玻璃都屬于無機非金屬材料。(　　)(2)“神舟十三號”飛船使用鋁合金和鈦合金材料,利用了其高強度、高韌性、耐腐蝕以及超塑性等性質(zhì)。(　　)
典例突破3(2022新疆烏魯木齊一模)2021年10月16日,“神舟十三號”載人飛船成功發(fā)射,標(biāo)志著中國太空計劃再次邁出重要一步。下列說法不正確的是(　　)A.艙外航天服使用的鍍鋁膠布是一種復(fù)合材料B.飛船采用了大量的碳纖維復(fù)合產(chǎn)品,原因之一是這類產(chǎn)品密度小、強度高C.返回艙表面的燒蝕層可以保護返回艙不因高溫而燒毀,因為這種材料硬度大D.硅橡膠密封材料因其既耐高溫又耐低溫在飛船上得到了很好的應(yīng)用
答案 C解析 鍍鋁膠布是一種復(fù)合材料,A正確;制造飛船要求材料密度小且強度高,B正確;返回艙在返回地面的時候,外面的涂層和空氣摩擦?xí)a(chǎn)生高溫,因此要求其可以承受較高的溫度,對硬度要求不大,C錯誤;外太空溫差較大,故需要可以耐高溫和耐低溫的材料,D正確。
典例突破42022年4月16日,科技護航,英雄回家——“神舟十三號”載人飛船返回艙成功著陸,降落傘面以芳綸為材料,返回艙燒蝕防熱涂層以苯基橡膠為基體,填壓石棉(3MgO·2SiO2·2H2O)、玻璃微球、酚醛樹脂微球。下列說法正確的是(　　)
A.工業(yè)上制備苯基橡膠與芳綸的原料苯可來自煤的干餾或石油的分餾B.返回艙側(cè)壁金屬殼體鋁合金及燒蝕涂層均需具備輕質(zhì)、高強、超塑性C.填壓玻璃微球、酚醛樹脂微球可降低材料熱導(dǎo)系數(shù),石棉是一種有機高分子材料D.玻璃微球?qū)儆谛滦蜔o機非金屬材料,其成分與玻璃纖維的成分不同
答案 B解析 石油通過催化重整可以得到苯、甲苯等芳香烴,石油的分餾不能得到苯,A錯誤;鋁合金質(zhì)量輕、耐腐蝕,燒蝕涂層具有高強、超塑性,B正確;石棉屬于硅酸鹽材料,C錯誤;玻璃微球的成分與玻璃纖維相同,屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料,D錯誤。
——突破二　解題篇——
素養(yǎng)命題+題型突破1.化學(xué)工藝流程的“微設(shè)計”及分析(證據(jù)推理與模型認知)化學(xué)工藝流程“微設(shè)計”是基于元素及其化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化而設(shè)計,依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律和復(fù)分解反應(yīng)原理,分析物質(zhì)的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化,立足工藝流程的目的(制備或提純物質(zhì)),從問題和“微設(shè)計”出發(fā),運用化學(xué)實驗、理論模型等方法進行探索,提升解決實際問題的能力。
典例突破1(2022山東卷,12)高壓氫還原法可直接從溶液中提取金屬粉。以硫化銅精礦(含Zn、Fe元素的雜質(zhì))為主要原料制備Cu粉的工藝流程如下,可能用到的數(shù)據(jù)見下表。
下列說法錯誤的是(　　)A.固體X主要成分是Fe(OH)3和S;金屬M為ZnB.浸取時,增大O2壓強可促進金屬離子浸出C.中和調(diào)pH的范圍為3.2~4.2D.還原時,增大溶液酸度有利于Cu的生成
解析 根據(jù)流程可知,CuS精礦(含Zn、Fe元素的雜質(zhì))在高壓O2作用下,用硫酸溶液浸取過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng),所得反應(yīng)產(chǎn)物為Cu2+、S、H2O、Zn2+、Fe3+,然后通入NH3調(diào)節(jié)溶液pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以離子形式存在于溶液中,因此過濾得到的固體X中含有S、Fe(OH)3,濾液中含有Cu2+、Zn2+;然后向濾液中通入高壓H2,因為還原性Zn>H2>Cu,因此Cu2+可被高壓H2還原為金屬Cu,金屬Cu可通過過濾分離出來,而Zn2+仍然以離子形式存在于溶液中,再經(jīng)一系列處理可得到金屬Zn。根據(jù)上述分析可知,A項正確;CuS難溶于硫酸溶液,在溶液中存在沉淀溶解平衡CuS(s) Cu2+(aq)+S2-(aq),增大O2的壓強,可以增大O2氧化S2-的速率,使之更快地轉(zhuǎn)化為S,從而加快沉淀溶解平衡正向移動,促進金屬離子的浸出,B項正確;
要使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀,而Cu2+、Zn2+仍以離子形式存在于溶液中,結(jié)合離子沉淀的pH范圍,可知中和時應(yīng)該調(diào)節(jié)溶液pH范圍為3.2~4.2,C項正確;在溶液中用高壓H2還原Cu2+變?yōu)榻饘貱u所發(fā)生的反應(yīng)為H2+Cu2+ 2H++Cu,若還原時增大溶液的酸度,c(H+)增大,平衡向左移動,不利于Cu的生成,D項錯誤。
方法點撥從近三年高考試題分析看,高考化學(xué)選擇題中重點考查了化工流程“微設(shè)計”及分析,側(cè)重考查物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化、物質(zhì)的分離與提純、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等。(1)化工流程“微設(shè)計”的一般思路
(2)抓住“六個”關(guān)鍵,突破化工流程“微設(shè)計”類題目
針對訓(xùn)練1(2022山東濟寧一模)2022年北京冬奧會國家速滑館又稱為“冰絲帶”,所用的碲化鎘(CdTe)發(fā)電玻璃被譽為“掛在墻上的油田”。一種以鎘廢渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO雜質(zhì))為原料制備鎘的工藝流程如圖所示:
已知:部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH
下列說法錯誤的是(　　)A.調(diào)節(jié)pH=5目的是除去Cu等雜質(zhì)元素B.“濾渣2”的主要成分為MnO2C.“置換”后濾液溶質(zhì)的主要成分是ZnSO4D.“熔煉”過程利用Cd與Na2ZnO2的密度差異可以將二者分離
答案 B解析 根據(jù)工藝流程圖,鎘廢渣(含CdO及少量ZnO、CuO、MnO、FeO等),加入硫酸溶解生成多種硫酸鹽,加入石灰乳調(diào)節(jié)pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4;在濾液中加入KMnO4,把Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化為MnO2;向濾液中加入鋅置換出Cd,得到海綿鎘,用氫氧化鈉溶解海綿鎘中含有的鋅,得到Cd和Na2ZnO2。調(diào)節(jié)pH=5,沉淀除去Cu(OH)2和CaSO4,A正確;向濾液中加入KMnO4,將Fe2+氧化并生成Fe(OH)3沉淀,把Mn2+氧化為MnO2,則“濾渣2”的主要成分為MnO2、Fe(OH)3,B錯誤;向濾液中加入鋅置換出Cd,“置換”后濾液中溶質(zhì)的主要成分是ZnSO4,C正確;用氫氧化鈉溶解海綿鎘中含有的鋅,“熔煉”過程利用Cd與Na2ZnO2的密度差異可以將二者分離,D正確。
2.化學(xué)實驗的“微設(shè)計”及分析(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)化學(xué)實驗的“微設(shè)計”是基于物質(zhì)的制備及性質(zhì)而設(shè)計,側(cè)重考查物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化、實驗操作及目的、實驗現(xiàn)象及原因等;要求考生根據(jù)實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)對物質(zhì)的性質(zhì)及變化進行合理分析、推理,側(cè)重考查實驗探究能力和創(chuàng)新意識。
典例突破2(2022湖北部分重點學(xué)校二模)溴化亞鐵(FeBr2)是一種常用的催化劑,易潮解變質(zhì),800 ℃以上可升華,高溫時溴化鐵(FeBr3)迅速分解可生成溴化亞鐵。利用如圖所示裝置制備溴化亞鐵(部分夾持儀器未畫出),下列說法錯誤的是(　　)
A.若用濃硫酸代替濃磷酸,則會導(dǎo)致產(chǎn)品的純度降低B.常溫下濃硫酸比濃磷酸黏度較大主要是由于分子間有氫鍵C.濃磷酸在與溴化鈉反應(yīng)中體現(xiàn)了難揮發(fā)性D.堿石灰不能用無水氯化鈣代替
解析 濃磷酸和NaBr反應(yīng)可制備HBr,經(jīng)過安全瓶及干燥后,HBr在加熱條件下與鐵反應(yīng)生成FeBr2,發(fā)生反應(yīng)Fe+2HBr FeBr2+H2,堿石灰用來吸收未反應(yīng)的HBr,并防止空氣中的水蒸氣進入裝置,實驗結(jié)束時要關(guān)閉熱源并繼續(xù)通入氮氣一段時間,使裝置中殘留的溴化氫被充分吸收,避免造成污染。若將濃磷酸換成濃硫酸,會發(fā)生副反應(yīng):2NaBr+2H2SO4(濃) SO2↑+Br2+2H2O+Na2SO4,生成的SO2與鐵不反應(yīng),溴與鐵反應(yīng)生成的FeBr3在高溫下會迅速分解生成FeBr2,對產(chǎn)品的純度無影響,A錯誤;分子間有氫鍵的液體物質(zhì),一般黏度較大,常溫下濃硫酸比濃磷酸黏度較大主要是由于分子間有氫鍵,B正確;濃磷酸能用于制備HBr的原因是濃磷酸具有難揮發(fā)性,從而生成易揮發(fā)的HBr,C正確;堿石灰是用來吸收未反應(yīng)的HBr,而無水CaCl2不能吸收HBr,D正確。
方法點撥化學(xué)實驗的“微設(shè)計”及分析是高考實驗選擇題的重點題型之一,此類試題大多以某種氣體(如Cl2、SO2、NH3等)的制備為基礎(chǔ),再利用氣體為原料制備其他物質(zhì)或探究該氣體的性質(zhì)。(1)化學(xué)實驗“微設(shè)計”的一般思路
(2)突破化學(xué)實驗“微設(shè)計”類題的四個步驟
針對訓(xùn)練2(2022河南洛陽二模)Li和N2在450 ℃時反應(yīng)制得儲氫材料Li3N,Li3N易水解,在空氣中加熱可發(fā)生劇烈燃燒。下圖是某實驗小組設(shè)計的實驗室制備少量Li3N的裝置圖。下面有關(guān)說法不正確的是(　　)
A.洗氣瓶a中盛放NaOH溶液B.濃硫酸的作用是防止空氣中的水蒸氣和氧氣進入d,避免Li3N水解和燃燒C.反應(yīng)時,先對d加熱,再點燃c處酒精燈D.取少量反應(yīng)后的固體,滴加酚酞溶液,若溶液變紅不能說明反應(yīng)后固體中含Li3N
答案 C解析 裝置a的作用是除去空氣中的CO2,可盛放NaOH溶液,裝置b中盛有堿石灰等用于除去水蒸氣,A正確;Li3N易水解,在空氣中加熱時能劇烈燃燒,故濃硫酸的作用是防止空氣中的水蒸氣和氧氣進入d,避免Li3N水解和燃燒,B正確;反應(yīng)時先點燃c處酒精燈,利用銅粉除去裝置內(nèi)的O2,再對d加熱,使Li與N2反應(yīng)生成Li3N,C錯誤;Li能與水反應(yīng)生成LiOH和H2,溶液顯堿性,也能使酚酞變紅,D正確。
——突破三　熱點專攻——
化學(xué)工藝流程及分析高考必備1.命題分析化學(xué)工藝流程題是高考熱點題型之一,主要考查考生運用化學(xué)反應(yīng)原理及相關(guān)知識來解決化工生產(chǎn)中實際問題的能力,具有考查知識面廣、綜合性強、思維容量大的特點。該題型不但能綜合考查考生在中學(xué)階段所學(xué)的元素及其化合物知識以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期律、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)用語、電解質(zhì)溶液、化學(xué)平衡、電化學(xué)、實驗操作等知識,而且更重要的是能突出考查考生的綜合分析判斷能力及邏輯推理能力。
2.化學(xué)工藝流程題的基本結(jié)構(gòu)
3.化學(xué)工藝流程題中的重要操作及目的
4.化學(xué)工藝流程題中?？疾僮骷按痤}角度
5.控制反應(yīng)溫度的目的(1)防止副反應(yīng)的發(fā)生。使化學(xué)平衡發(fā)生移動,控制化學(xué)反應(yīng)的方向。(2)控制固體的溶解與結(jié)晶。(3)控制反應(yīng)速率:使催化劑達到最大活性。(4)升溫:促進溶液中的氣體逸出,使某物質(zhì)達到沸點而揮發(fā)。(5)加熱煮沸:促進水解,聚沉后利于過濾分離。(6)趁熱過濾:減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量。(7)降溫:防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā);降溫(或減壓)可以減少能源成本,降低對設(shè)備的要求。
真題感悟1.(2022湖南卷,17)鈦(Ti)及其合金是理想的高強度、低密度結(jié)構(gòu)材料。以鈦渣(主要成分為TiO2,含少量V、Si和Al的氧化物雜質(zhì))為原料,制備金屬鈦的工藝流程如下:
已知“降溫收塵”后,粗TiCl4中含有的幾種物質(zhì)的沸點:
回答下列問題:(1)已知ΔG=ΔH-TΔS,ΔG的值只決定于反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài),忽略ΔH、ΔS隨溫度的變化。若ΔG0的發(fā)生(3)Al+3VOCl3 ══ 3VOCl2+AlCl3　分餾(或蒸餾)(4)不能　TiCl4和VOCl3沸點相近且除釩過程中需要加入Al　(5)C
解析 (1)從圖示可知,C與O2生成CO、C與O2生成CO2這兩個反應(yīng)的ΔG0,反應(yīng)非自發(fā);根據(jù)蓋斯定律,TiO2、Cl2、C制取TiCl4反應(yīng)的化學(xué)方程式可由A、C兩個反應(yīng)的化學(xué)方程式加和得到,總反應(yīng)的ΔG0,高溫條件有利于發(fā)生熵增大的吸熱反應(yīng)。
(3)粗TiCl4中,VOCl3中V的化合價是+5價,VOCl2渣中V的化合價是+4價,故除釩過程的化學(xué)方程式為Al+3VOCl3 ══ 3VOCl2+AlCl3。根據(jù)題表信息,TiCl4、SiCl4和AlCl3的沸點不同且差異較大,可通過分餾提純。(4)TiCl4和VOCl3沸點差只有9 ℃且除釩過程中需要加入Al,故二者順序不能交換。(5)加入Mg冶煉Ti為置換反應(yīng)。高爐煉鐵是用CO為還原劑,不是置換反應(yīng),A項錯誤;電解熔融氯化鈉制鈉屬于分解反應(yīng),B項錯誤;鋁熱反應(yīng)屬于置換反應(yīng),C項正確;氧化汞分解制汞屬于分解反應(yīng),D項錯誤。
2.(2021遼寧卷,16節(jié)選)從釩鉻錳礦渣(主要成分為V2O5、Cr2O3、MnO)中提鉻的一種工藝流程如下:
已知:pH較大時,二價錳[Mn(Ⅱ)](在空氣中易被氧化)?；卮鹣铝袉栴}:(1)Cr元素位于元素周期表第　　　　周期　　　　族。?(2)用FeCl3溶液制備Fe(OH)3膠體的化學(xué)方程式為? 　。?
(3)常溫下,各種形態(tài)五價釩粒子總濃度的對數(shù)[lg c總(V)]與pH關(guān)系如圖。已知釩鉻錳礦渣硫酸浸液中c總(V)=0.01 ml·L-1,“沉釩”過程控制pH=3.0,則與膠體共沉降的五價釩粒子的存在形態(tài)為　　　　　　　　(填化學(xué)式)。?
(4)“轉(zhuǎn)化”過程中生成MnO2的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(5)“提純”過程中Na2S2O3的作用為? 　。?
答案 (1)4?、鯞(2)FeCl3+3H2O Fe(OH)3(膠體)+3HCl(4)Mn2++H2O2+2OH- ══ MnO2↓+2H2O(5)防止pH較大時,二價錳[Mn(Ⅱ)]被空氣中的氧氣氧化,轉(zhuǎn)化為MnO2附在Cr(OH)3的表面使產(chǎn)物不純
解析 分析工藝流程圖可知,“沉釩”步驟中使用氫氧化鐵膠體吸附含有釩的雜質(zhì),濾液中主要含有Mn2+和Cr3+,加入NaOH“沉鉻”后,Cr3+轉(zhuǎn)化為固體A為Cr(OH)3沉淀,濾液B中主要含有MnSO4,加入Na2S2O3主要是防止pH較大時,二價錳[Mn(Ⅱ)]被空氣中的氧氣氧化,Cr(OH)3煅燒后生成Cr2O3,“轉(zhuǎn)化”步驟中的反應(yīng)離子方程式為Mn2++H2O2+2OH- ══ MnO2↓+2H2O。(1)Cr為24號元素,價層電子對排布式為3d54s1,故Cr元素位于元素周期表第4周期ⅥB族。(2)用FeCl3溶液制備Fe(OH)3膠體的化學(xué)方程式為FeCl3+3H2O Fe(OH)3(膠體)+3HCl。
(3)釩鉻錳礦渣硫酸浸液中c總(V)=0.01 ml·L-1,lg c總(V)=-2,從圖中可知,“沉釩”過程控制pH=3.0,lg c總(V)=-2時,與膠體共沉降的五價釩粒子的存在形態(tài)為 。(4)“轉(zhuǎn)化”過程中生成MnO2的離子方程式為Mn2++H2O2+2OH- ══ MnO2↓+2H2O。(5)“提純”過程中Na2S2O3的作用為防止pH較大時,二價錳[Mn(Ⅱ)]被空氣中的氧氣氧化,轉(zhuǎn)化為MnO2附在Cr(OH)3的表面,使產(chǎn)物不純。
名師點撥 1.分析化學(xué)工藝流程題的方法
2.化學(xué)工藝流程題中物質(zhì)的確定(1)濾渣、濾液中成分的確定要考慮樣品中原料和雜質(zhì)在每一步驟中與每一種試劑反應(yīng)的情況:①反應(yīng)過程中哪些物質(zhì)(或離子)消失了;②所加試劑是否過量,離子間發(fā)生反應(yīng)又產(chǎn)生了哪些新離子。(2)副產(chǎn)物的確定①從流程圖示看,流程中的支線產(chǎn)物;②從制備的目的進行判斷,不是主產(chǎn)品。(3)循環(huán)物質(zhì)的確定①從流程圖示看,箭頭返回的物質(zhì);②從物質(zhì)的轉(zhuǎn)化上看,在流程圖中加入的物質(zhì),后續(xù)步驟中又會重新生成的物質(zhì)(在濾液、濾渣或氣體中尋找)。
考向預(yù)測1.(物質(zhì)的制備為基礎(chǔ)的工藝流程)(2022廣東廣州一模)銻(Sb)常用作阻燃劑、電極材料等物質(zhì)的原材料。一種以輝銻礦(主要成分為Sb2S3,還含有Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2等)為原料提取銻的工藝如下:
已知:溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
回答下列問題:(1)“溶浸”時氧化產(chǎn)物是S,Sb2S3被氧化的化學(xué)方程式為? 　。?(2)“還原”時加入Sb的目的是將　　　　　　　還原,提高產(chǎn)物的純度。?(3)“水解”時需控制溶液pH=2.5。①Sb3+發(fā)生水解的離子方程式為　　 　　　　　。?②下列能促進該水解反應(yīng)的措施有　　　　(填字母)。?A.升高溫度B.增大c(H+)C.增大c(Cl-)D.加入Na2CO3粉末③為避免水解產(chǎn)物中混入Fe(OH)3,Fe3+的濃度應(yīng)小于　　 　 ml·L-1。?
(4)“濾液”中含有的金屬陽離子有　　　　　　　　　。向“濾液”中通入足量　　　　　　　　　(填化學(xué)式),再將濾液pH調(diào)至3.5,可析出Fe(OH)3沉淀。將沉淀溶于濃鹽酸后,產(chǎn)物可返回　　　　　工序循環(huán)使用。?(5)Sb可由 電解制得,陰極的電極反應(yīng)式為　 。?
(3)①“水解”生成SbOCl,Sb3+發(fā)生水解反應(yīng)的離子方程式為Sb3++Cl-+H2O SbOCl+2H+;②該水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度可促進反應(yīng)進行,A正確;水解反應(yīng)為Sb3++Cl-+H2O SbOCl+2H+,增大c(H+)即增大生成物濃度,平衡逆向移動,B錯誤;水解反應(yīng)為Sb3++Cl-+H2O SbOCl+2H+,增大c(Cl-)即增大反應(yīng)物濃度,平衡正向移動,可促進水解,C正確;加入Na2CO3粉末可消耗H+,c(H+)減小使平衡正向移動,可促進水解,D正確。
(4)Fe2O3、Al2O3、MgO與鹽酸反應(yīng)生成FeCl3、AlCl3、MgCl2,加入Sb將Fe3+還原為Fe2+,“濾液”中含有的金屬陽離子有Al3+、Fe2+、Mg2+;向“濾液”中通入氧化劑將Fe2+氧化為Fe3+,即通入足量Cl2,再將濾液pH調(diào)至3.5,可析出Fe(OH)3沉淀,將沉淀溶于濃鹽酸后,反應(yīng)生成FeCl3,產(chǎn)物FeCl3可返回“溶浸”工序循環(huán)使用。
2.(物質(zhì)的分離提純?yōu)榛A(chǔ)的工藝流程)(2022河北邯鄲一模)五氧化二釩(V2O5)廣泛用于冶金、化工等行業(yè),用作合金添加劑、生產(chǎn)硫酸或石油精煉用的催化劑等。從廢釩催化劑(含有K2SO4、V2O5、V2O4、SiO2、Fe2O3、NiO等)中回收釩,既能避免對環(huán)境的污染,又能節(jié)約寶貴的資源,回收工藝流程如下:
(1)“酸浸”前,需對廢釩催化劑進行粉碎預(yù)處理,其目的是? 　。?(2)“還原轉(zhuǎn)化”中加入FeSO4的目的是將 轉(zhuǎn)化為VO2+,寫出反應(yīng)的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(3)加入H2O2的目的是將過量的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+?！把趸?”后,溶液中含有的金屬陽離子主要有Fe3+、Ni2+、VO2+,調(diào)節(jié)pH使離子沉淀,若溶液中c(Ni2+)=0.2 ml·L-1,則調(diào)節(jié)溶液的pH最小值為　　　　　　可使Fe3+沉淀完全(離子濃度≤1.0×10-5 ml·L-1時沉淀完全),此時　　　　(填“有”或“無”)Ni(OH)2沉淀生成。{假設(shè)溶液體積不變,lg 6≈0.8,Ksp[Fe(OH)3] =2.16×10-39,Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15}?(4)“氧化2”過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為　　　 　　　。?(5)“沉釩”時,通入氨氣的作用是? 　。?(6)若該廢釩催化劑中V2O5的含量為10%(原料中所有的釩已換算成V2O5)。取100 g待處理樣品,按照上述流程進行實驗。當(dāng)加入150 mL 0.1 ml·L-1 KClO3溶液時,溶液中的釩元素恰好完全反應(yīng),則該工藝中釩的最大回收率是　　　　　%(假設(shè)與KClO3反應(yīng)后的操作步驟中釩元素?zé)o損失)。?
答案 (1)增大反應(yīng)物接觸面積,加快反應(yīng)速率
解析 向廢釩催化劑中加入稀硫酸進行酸浸,將V2O5和V2O4與稀硫酸反應(yīng)分別生成 和VO2+,Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3,NiO轉(zhuǎn)化為NiSO4,過濾后得濾渣1,主要成分為SiO2,加入FeSO4可將 轉(zhuǎn)化為VO2+,加入H2O2可將過量的Fe2+全部轉(zhuǎn)化為Fe3+便于后續(xù)調(diào)pH步驟中除去,過濾得濾渣2,主要成分為Fe(OH)3,向濾液2中加入萃取劑,萃取出含有釩的微粒,再進行反萃取后得到含釩的溶液,加入H2SO4和KClO3的目的是將低價態(tài)的釩氧化為+5價的釩,經(jīng)過加入NH4Cl和NH3后析出NH4VO3沉淀,過濾、洗滌,最后煅燒沉淀得V2O5。(1)“酸浸”前,需對廢釩催化劑進行粉碎預(yù)處理,其目的是增大反應(yīng)物接觸面積,加快反應(yīng)速率。

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