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

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2019-2020年高考化學考點突破訓練 10.4實驗方案的設(shè)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(yīng)。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(yīng)一段時間 B．收集氣體并檢驗純度 C．關(guān)閉分液漏斗活塞 D．停止加熱，充分冷卻 (3)實驗結(jié)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(yīng)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(shè)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(yīng)裝置，應(yīng)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(jié)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(yīng)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)MgH2＋2H2O===Mg(OH)2＋2H2↑ (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NaH 2．(xx北京)某學生對SO2與漂粉精的反應(yīng)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pH pH試紙先變藍(約為12)，后褪色 ⅰ.液面上方出現(xiàn)白霧； ⅱ.稍后，出現(xiàn)渾濁，溶液變?yōu)辄S綠色； ⅲ.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(zhì)是________。 (3)向水中持續(xù)通入SO2，未觀察到白霧。推測現(xiàn)象ⅰ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。 ①實驗a的目的是____________________________________。 ②由實驗a、b不能判斷白霧中含有HCl，理由是_______________________________________ ____________________________________________________________________________。 (4)現(xiàn)象ⅱ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(yīng)。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。 ①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(zhì)是________。 ②用離子方程式解釋現(xiàn)象ⅲ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： 2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。(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ⅱ中溶液變?yōu)辄S綠色，說明有氯氣生成，即發(fā)生反應(yīng)：Cl－＋ClO－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，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)①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)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O (2)堿性、漂白性 (3)①檢驗白霧中是否含有Cl2，排除Cl2干擾　②白霧中混有SO2，SO2可與酸性的AgNO3反應(yīng)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)①CaSO4?、赟O2＋Cl2＋2H2O===SO＋2Cl－＋4H＋ 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(zhì)的試劑和順序)、反應(yīng)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(zhì)的聚集狀態(tài)等；連接方式的選擇，包括儀器的連接順序、導(dǎo)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(zhì)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(shè)計了如下實驗。 Ⅰ.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。可選用的試劑：KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、氯水。 (1)請完成下表： 操作 現(xiàn)象 結(jié)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(jié)論】Fe的氧化產(chǎn)物為Fe2＋和Fe3＋。 Ⅱ.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(yīng)結(jié)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(shè)想】試管中殘留的黑色固體可能是： ⅰ.Ag；ⅱ.Ag2O；ⅲ.Ag和Ag2O。 【實驗驗證】該小組為驗證上述設(shè)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)。 【實驗結(jié)論】根據(jù)上述實驗結(jié)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(yīng)生成紅色溶液，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]溶液反應(yīng)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(fù)燃，據(jù)此可進行實驗設(shè)計。(4)結(jié)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　K3[Fe(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(fù)燃，證明無色氣體為O2 (4)b　Ag、NO2、O2 4．(xx唐山一模)某課外活動小組根據(jù)Mg與CO2的反應(yīng)原理，探究Mg與NO2的反應(yīng)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(shè)： Ⅰ.固體產(chǎn)物為MgO。 Ⅱ.______________________________________________。 Ⅲ.______________________________________________。 請回答下列問題： 資料信息：2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O (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)________。 ①濃硫酸?、跓o水CaCl2　③堿石灰?、芪逖趸? (3)開始打開活塞K，讓A中反應(yīng)進行一段時間，待C中充滿紅棕色氣體后，關(guān)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(zhì)量是實驗前Mg粉質(zhì)量的1.5倍，則假設(shè)________成立。C中發(fā)生反應(yīng)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(yīng)生成的固體為氧化鎂和單質(zhì)碳，則鎂與二氧化氮反應(yīng)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(yīng)，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(yīng)盛裝固體干燥劑，而NO2與堿石灰反應(yīng)，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(yīng)一段時間，待C中充滿紅棕色氣體后，關(guān)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(zhì)量是實驗前Mg粉質(zhì)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(shè)Ⅲ成立。反應(yīng)的化學方程式為4Mg＋2NO24MgO＋N2、3Mg＋N2Mg3N2。(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 Ⅲ.固體產(chǎn)物為MgO和Mg3N2 (1)關(guān)閉分液漏斗活塞和活塞K，將導(dǎo)氣管末端插入水中，對錐形瓶(或C處反應(yīng)管)微熱，若導(dǎo)氣管口有氣泡，停止加熱，導(dǎo)氣管中進入一段水柱，表示氣密性良好 (2)②④ (3)排凈裝置中空氣，防止空氣干擾實驗 (4)N2 (5)Ⅲ　4Mg＋2NO24MgO＋N2 3Mg＋N2Mg3N2 (6)活塞K處的導(dǎo)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(yīng)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(yīng)或溶解。 酸浸：在酸溶液中反應(yīng)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(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。 (4)控制反應(yīng)條件的方法。 2．分離提純階段的常見考點 (1)調(diào)pH值除雜。 ①控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。 ②調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點： 能與H＋反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。 (2)試劑除雜。 (3)加熱：加快反應(yīng)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(zhì)或產(chǎn)物，則要注意對溫度的控制。 (4)降溫：防止某物質(zhì)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(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 (2)蒸發(fā)、反應(yīng)時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。 (3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。 (4)蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 (5)重結(jié)晶。 題組訓練 5．(xx新課標全國Ⅰ)鋰離子電池的應(yīng)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(dǎo)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(yīng)為6C＋xLi＋＋xe－===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)。 回答下列問題： (1)LiCoO2中，Co元素的化合價為________。 (2)寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)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(yīng)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(yīng)的化學方程式________________________________________。 (5)充放電過程中，發(fā)生LiCoO2與Li1－xCoO2之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時電池反應(yīng)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(zhì)鋁與NaOH溶液反應(yīng)，由此可寫出對應(yīng)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(yīng)：LiCoO2＋H2SO4＋H2O2―→Li2SO4＋CoSO4＋H2O＋O2↑，配平即可。另外還存在H2O2受熱分解生成水與O2的反應(yīng)。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(zhuǎn)化為碳酸鈷，HCO在轉(zhuǎn)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(jié)合為(NH4)2SO4，由此可寫出對應(yīng)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(yīng)式知，放電時LixC6是反應(yīng)物，Li＋是生成物，鋰的價態(tài)升高，故另一反應(yīng)物中鈷的價態(tài)降低，由此知該反應(yīng)物是Li1－xCoO2，相應(yīng)的反應(yīng)方程式為LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。(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)2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑ (或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2) (3)2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O22H2O＋O2↑　有氯氣生成，污染較大 (4)CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑ (5)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C (6)Li＋從負極中脫出，經(jīng)由電解質(zhì)向正極移動并進入正極材料中　Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4 6．(xx新課標全國Ⅱ)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(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等雜質(zhì))的流程如下： 提示：在本實驗條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2。 回答下列問題： (1)反應(yīng)②中除掉的雜質(zhì)離子是________，發(fā)生反應(yīng)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(yīng)③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(yīng)④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(yīng)④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①步酸浸，得到Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋；第②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(yīng)生成MnO2沉淀；第③步加Zn，Zn與濾液中的Ni2＋、H＋發(fā)生置換反應(yīng)，Ni經(jīng)過濾而除去；第④步加碳酸鈉沉淀Zn2＋；第⑤步煅燒ZnCO3。(4)11.2 g ZnCO3xZn(OH)2煅燒后得到8.1 g ZnO，可求得x＝1。 答案　(1)Fe2＋和Mn2＋　MnO＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋　鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(zhì) (2)置換反應(yīng)　鎳 (3)取少量水洗液于試管中，滴入1～2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