江苏省盐城市2023届高三化学一轮复习教程 第77课时-专题6第三单元第2讲-重要无机化合物的制备

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江苏省盐城市2023届高三化学一轮复习教程 第77课时-专题6第三单元第2讲-重要无机化合物的制备

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专题六 实验化学
第三单元 物质的制备
第1讲 重要无机化合物的制备
一、课程标准要求
1.根据生活和生产中常见的金属、非金属及其重要化合物的主要性质和重要应用,了解它们的常见的制备方法。
2.认识化学在海水、金属矿物等自然资源综合利用和实现物质转化、制备等方面的实际应用。
3.能将实际问题(或题设情境)分解,找出解答的关键。能够运用自己存储的知识,将它们
分解、迁移转换、重组,使问题得到解决的应用能力。
二、在高中化学教材体系中的地位
从课程模块层面看,无机化合物的制备位于必修课程内容,是普通高中学生发展的共同基础;能设计合理的物质制备实验方案,并对不同的实验方案做出科学的评价;善于合作,敢于质疑,勇于创新。
以陌生无机化合物为载体的综合题,考查范围广,常涉及物质的判断、电子式书写、化学方程式书写、实验方案的评价等。解答这类问题的关键是弄清物质的类别、结构特点,灵活运用氧化还原反应的基本原理等。
在无机物制备实验方案的设计和评价中,要具有环境保护和合理开发、利用资源的意识;能关心并积极参与和化学有关的社会热点问题的讨论,有社会责任感,参与相关实践活动。
三、无机物制备的思维流程
[思维建模] 制备无机物的思维流程

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四、课时安排建议
第1课时 重要无机化合物的制备(1课时)
第1课时 重要无机化合物的制备(1课时)
一、教学流程
活动一:构建知识体系
[单质的制备]
(1)金属单质的冶炼
①金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程:Mn++ne-===M。
②金属冶炼的一般步骤
③常见冶炼方法(对于金属活动性顺序表中金属)
a.电解法——K~Al
Na:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑;
Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑;
Al:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。
b.热还原法——Zn~Cu
高炉炼铁:3CO+Fe2O32Fe+3CO2;
铝热反应制铬:2Al+Cr2O3 2Cr+Al2O3;
焦炭还原铜:C+2CuO2Cu+CO2↑。
c.热分解法——Hg、Ag
Hg:2HgO2Hg+O2↑;
Ag:2Ag2O4Ag+O2↑。
问题1:铝是地壳中含量最多的金属元素,在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质,冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。请设计由铝土矿冶炼铝的方案。
[例题1]
讨论回答下列问题:
(1)写出①③两步骤中可能发生反应的离子方程式。
(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是 。
(3)步骤④中得到较纯的Al2O3,可能含有 杂质,在电解时它不会影响铝的纯度的原因: 。
[答案](1)①Al2O3+2OH-===2AlO2—+H2O,
SiO2+2OH-===SiO32—+H2O。
③AlO2—+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3—,
SiO32—+2CO2+2H2O===H2SiO3↓+2HCO3—。
(2)因为AlO2—与酸反应生成的Al(OH)3具有两性,可溶于强酸,不易控制酸的量;CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛,经济效益好
(3)SiO2 
由于SiO2的熔点很高,在加热到1 000 ℃ 左右时不会熔化,因而不影响铝的纯度。
[例题1]
讨论回答下列问题:
(1)写出①②中可能发生反应的离子方程式。
(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3+的原因: 。
[答案](1) ①Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
②Al3++4OH-===AlO+2H2O,
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。
(2)Al(OH)3只能溶于强碱,不能溶于氨水,用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离。
[归纳总结]由于Al2O3是两性氧化物,而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3是碱性氧化物,因而可设计出两种冶炼铝的流程方案。
方案一:碱溶法
方案二:酸溶法
活动二:重难点突破
[常见重要物质的制备]
名称 原理(反应方程式) 装置或制备流程 注意事项
氢氧化亚铁 Fe2++2OH- Fe(OH)2↓ ①用煮沸过的蒸馏水配制溶液;②用长滴管吸取NaOH溶液伸入新制备的FeSO4溶液中再滴加;③在溶液中加苯、汽油、植物油等有机溶剂,隔绝空气;④电解法(铁作阳极电解NaCl溶液)
[重要的化工生产]
资源 名称 原理(主要的方程式) 说明
海水 1. 海水晒盐及粗盐(含Mg2+、Ca2+和SO42—等)提纯 Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓SO42—+Ba2+=BaSO4↓CO32—+Ca2+=CaCO3↓CO32—+Ba2+=BaCO3↓ 粗盐提纯时,所加的沉淀剂要过量,且要在后续的操作中除去,Na2CO3一定要在BaCl2之后加入,待过滤完再加盐酸调溶液的pH
2. 氯碱工业①次氯酸钠的制备②氯化氢的制备 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2OH2+Cl22HCl
3. 侯氏制碱法 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 向饱和氯化钠溶液中先通入氨气再通入二氧化碳,通入气体的顺序不能颠倒
海水 4. 电解熔融的氯化钠制钠 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 石墨为阳极,铁为阴极;电解熔融的氯化钠,而不是氯化钠溶液
5. 提取溴 Cl2+2Br—=Br2+2Cl—SO2+Br2+2H2O=4H++SO42—+2Br—Cl2+2Br—=Br2+2Cl— 海水溴水混合物Ⅰ含溴的空气液溴溴水混合物Ⅱ吸收液要用热的空气把生成的溴吹出;生成的溴用SO2吸收后再用Cl2氧化的目的是富集溴单质
6. 海水制镁 CaCO3CaO+CO2↑CaO+H2O=Ca(OH)2(石灰乳)MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2H+=2H2O+Mg2+MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 工业上用Ca(OH)2作沉淀剂,不是用NaOH作沉淀剂。结晶析出MgCl2·6H2O,要在HCl气流中加热氯化镁晶体得到无水氯化镁
空气 1. 合成氨及尿素 CH4+H2OCO+3H2H2O+COCO2+H2N2+3H22NH32NH3+CO2CO(NH2)2+H2O 液化空气后再分离得到氮气;天然气制氢气或一氧化碳制氢气
2. 工业制硝酸 4NH3+5O24NO+6H2O2NO+O22NO23NO2+H2ONO+2HNO3 NH3催化氧化生成NO,而不是NO2
矿产 1. 工业制硫酸 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22SO2+O22SO3SO3+H2OH2SO4 三步反应都是放热反应;为了充分利用能源,进入接触室的气体要净化、预热;用98.3%浓硫酸吸收SO3,得到发烟硫酸,再稀释
2. 铝的冶炼 Al2O3+2OH—2AlO2—+H2O AlO2—+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3—2Al(OH)3Al2O3+3H2O2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 铝土矿NaAlO2Al(OH)3Al2O3AlAl2O3AlO2—Al(OH)3Al2O3,这一系列的变化是为了得到纯净的Al2O3
3. 粗硅的提纯 SiO2+2CSi+2CO↑Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl SiO2+2CSi+2CO↑,氧化产物不是CO2
4. 硅酸盐工业——玻璃 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 制玻璃的原料是Na2CO3、CaCO3、SiO2;玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
[高考热点]
1. 高铁酸钾的制备
(1) K2FeO4的性质:
①可溶于水、微溶于浓KOH溶液;
②在05 ℃强碱性溶液中比较稳定;
③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解。
(2) 常见高铁酸钾的制备方法:
制备方法 具体内容 化学方程式或离子方程式
干法 Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸钾和KNO2等产物 Fe2O3+3KNO3+4KOH=2K2FeO4+3KNO2+2H2O
湿法 强碱性介质中,Fe(NO3)3与KClO反应生成紫红色高铁酸钾溶液 3ClO-+2Fe3++10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
电解法 用Fe作阳极电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4 阳极:Fe-6e—+8OH—=FeO42—+4H2O阴极:2H2O+2e—=2OH—+H2↑
(3)湿法制备流程图:
①制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液的混合方式为:在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO 饱和溶液中;
②该温度下高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠的溶解度小。
(4)在酸性至弱碱性条件下,能与水反应:4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8OH—,生成的Fe(OH)3(胶体)可吸附水中的悬浮物,高铁酸钾既能杀菌消毒又能吸附水中的悬浮物。
2. 高锰酸钾的制备
(1)由软锰矿制备高锰酸钾的主要反应如下:
①熔融氧化:3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O
②加酸歧化法:3K2MnO4+2CO22KMnO4+MnO2↓+2K2CO3
或电解法:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑
(2)软锰矿制备高锰酸钾的流程图:
(3)如何判断歧化反应已经完成
通入CO2后,用玻璃棒蘸取溶液点在滤纸上,若滤纸上只有紫红色痕迹,无绿色痕迹证明歧化反应已经完成。
(4)注意事项
①在实验室进行“熔融氧化”操作时,应选用铁棒、铁坩埚(KOH与玻璃、瓷坩埚中的SiO2反应);
②加酸时不宜用盐酸的原因是:盐酸具有还原性,会被氧化,降低产品的量;
③采用电解法时的阳极反应式:MnO42—-e—=MnO4—;
④与加酸歧化相比,电解法的明显优势为K2MnO4中的锰元素可以完全转化到KMnO4中,提高利用率。
3. 重铬酸钾的制备
(1)铬铁矿(FeCr2O4)中含有Al2O3、Fe2O3等杂质,以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程(部分)示意图:
(2) 涉及到的反应:
①4FeCr2O4+8Na2CO3+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2
②Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑
③2CrO42—+2H+ Cr2O72—+H2O
④Na2Cr2O7+KClK2Cr2O7+NaCl
(3) 注意事项
①焙烧不能放在瓷坩埚中,要放在铁坩埚中;
②加酸调pH促使平衡正向移动生成Cr2O72—;
③K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小。
(4) 以铬酸钾(K2CrO4)为原料,用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如右图:
①不锈钢作阴极,电极反应式:2H2O+2e—2OH—+H2↑
②阳极区得到重铬酸钾溶液的原因:阳极OH-放电,溶液中H+浓度增大,使2CrO42-+2H+Cr2O72—+H2O向生成Cr2O72—方向移动;部分K+通过阳离子交换膜移动到阴极区,使阳极区主要成分是K2Cr2O7。
活动三:巩固提升
1.BiOCl是一种具有珠光泽的材料,利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图:
下列说法错误的是
A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度
B.转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3
C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度
D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成
2.一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下:
下列说法错误的是
A.物质X常选用生石灰
B.工业上常用电解熔融制备金属镁
C.“氯化”过程中发生的反应为
D.“煅烧”后的产物中加稀盐酸,将所得溶液加热蒸发也可得到无水
3.一种以海绵铜(Cu)为原料制备CuCl的工艺流程如图。
已知:CuCl为白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇,在潮湿的空气中易被氧化。下列说法不正确的是
A.“溶解”过程中硫酸只表现了酸性
B.“还原”过程中有白色沉淀生成
C.“过滤”用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒
D.为提高CuCl的产率和纯度,可采用乙醇洗涤、真空干燥
4.实验室从含有少量氧化铁杂质的废铜粉制取无水硫酸铜的实验步骤如下图:
下列有关说法正确的是
A.溶解废铜粉“过量酸”是指稀硝酸
B.气体A是Cl2,将亚铁离子氧化为铁离子
C.生成沉淀D的离子方程式可以为3CuO+2Fe3++3H2O=2Fe(OH)3↓+3Cu2+
D.从溶液中得到的无水硫酸铜的方法是冷却结晶
5.处理锂离子二次电池正极废料铝钴膜(含有LiCoO2、A1等)的一种工艺流程,如下图所示:
下列说法不正确的是
A.碱浸操作中要有防火防爆意识
B.还原过程中,氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1
C.沉淀1主要成分是LiOH
D.若在实验室中进行上述操作,则该流程中有两处操作需要使用玻璃棒
6.氯化亚铜(CuCl)是一种难溶于水的白色物质,主要用于有机合成催化剂以及颜料、防腐等行业。利用废弃的工业铜屑可生产CuCl,制备的工艺流程如图所示:
已知水溶液中存在平衡:CuCl+2Cl—[ CuCl3]2—,下列说法正确的是
A.“粉碎”后的铜屑“氧化”需采用加热的条件
B.“浸取”采用浓H2SO4,且需加热
C.“滤渣”的成分只能是铜粉
D.“一系列操作”为过滤、洗涤、干燥
7.实验室以绿矾(FeSO4·7H2O)为原料制备FePO4(难溶于水)的流程如下:
已知:“沉淀”时,生成碱式磷酸铁[Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O]。下列说法不正确的是
A.“氧化”后所得溶液中大量存在的离子有:H+、Fe3+、SO42—
B.“沉淀”时,主要反应的离子方程式为
5Fe3++4H2PO4—+11OH—=Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O↓+6H2O
C.“过滤”时,所用的玻璃仪器主要有:烧杯、漏斗、玻璃棒
D.“转化”时,反应的化学方程式为Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O + H3PO4 = 5FePO4+5H2O
8.MnO2是一种重要的无机功能材料,利用粗MnO2(含有杂质MnO和MnCO3)制取MnO2的流程如图所示。
下列分析错误的是
A.操作X和操作Y的名称均为过滤
B.CO2是酸性氧化物,MnO2是碱性氧化物
C.“氧化”过程中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:5
D.Cl2与NaOH溶液反应,每生成42.6g NaClO3转移电子数为2NA
9.以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2,Fe2O3和A12O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SO2,Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是
A.浸出镁的反应为
B.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
10.含铬废水对环境污染严重,一种烟气协同处理含铬废水(含CrO42—、Cr2O72—、泥沙等)的流程如图:
下列说法错误的是
A.“沉降”的主要目的是除去泥沙等不溶物
B.“调pH”时存在CrO42—转化为Cr2O72—
C.H2SO4溶液更适合用盐酸代替
D.母液经处理可获得(NH4)2SO4
11.叠氮酸钠(NaN3)是重要的化工原料。以甲醇、亚硝酸钠等为原料制备NaN3流程如下:
已知水合肼(NH4·H2O)不稳定,具有强还原性。下列描述错误的是
A.反应①和反应③中浓硫酸作用不同
B.反应②的化学方程式:NH4·H2O+CH3ONO+NaOH=NaN3+CH3OH+3H2O
C.步骤③分离出的 CH3OH 可导入①中循环利用
D.反应④制备水合肼时应将氨水逐滴滴入NaClO溶液中
12.钒有多种价态,其中+5价最稳定。钒在溶液中主要以VO2+和VO3—的形式存在,且存在平衡VO2++H2OVO3—+2H+。工业上利用冶炼铝生成的固体废料——赤泥(主要成分为Fe2O3、Al2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物)提取金属钒,其工艺流程如图:
下列说法正确的是
A.工业生产中,碱浸步骤可选用较为廉价的氨水
B.可以推测VO2Cl、NH4Cl、三者中溶解度较小的是NH4VO3
C.焙烧非磁性产品所得的固体产物加酸溶解时,应加入过量盐酸使其溶解完全
D.将磁性产品加入稀硝酸溶解,取上层清液再加入KSCN溶液后未见红色,则磁性产品中一定不含铁元素
13.以镁铝复合氧化物(MgO-Al2O3)为载体的负载型镍铜双金属催化剂(Ni-Cu/MgO-Al2O3)是一种新型高效加氢或脱氢催化剂,其制备流程如下:
已知加热时尿素[CO(NH2)2]在水中发生水解反应,放出两种气体。下列说法错误的是
A.“晶化”过程中,需保持恒温60℃,可采用水浴加热
B.“洗涤”过程中,可用氯化钡溶液检验滤饼是否洗净
C.“焙烧”过程中,可使用蒸发皿或坩埚
D.“还原”过程中,以M代表Ni或Cu,所发生的反应为MO+H2M+H2O
14.CuCl为白色固体,难溶于水和乙醇,潮湿时易被氧化,常用作媒染剂。以废铜渣(主要成公为Cu,含少量Ni、Al2O3等)为原料制备CuCl的工艺流程如下。
下列说法正确的是
A.1 mol配合物Ni(CO)4中σ键的数目为4 mol
B.“碱溶”时发生反应的离子方程式为:2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑
C.“还原”后所得溶液中大量存在的离子有:Cu2+、H+、Cl—、SO32—
D.“洗涤”时使用乙醇能防止CuCl被氧化
[参考答案]
1.D
解析:A.硝酸为强氧化剂,可与金属铋反应,酸浸工序中分次加入稀,反应物硝酸的用量减少,可降低反应剧烈程度,A正确;B.金属铋与硝酸反应生成的硝酸铋会发生水解反应生成,水解的离子方程式为,转化工序中加入稀,使氢离子浓度增大,根据勒夏特列原理分析,硝酸铋水解平衡左移,可抑制生成,B正确;C.氯化铋水解生成的离子方程式为,水解工序中加入少量,醋酸根会结合氢离子生成弱电解质醋酸,使氢离子浓度减小,根据勒夏特列原理分析,氯化铋水解平衡右移,促进水解,C正确;D.氯化铋水解生成的离子方程式为,水解工序中加入少量,铵根离子水解生成氢离子,使氢离子浓度增大,根据勒夏特列原理分析,氯化铋水解平衡左移,不利于生成,且部分铋离子与硝酸根、水也会发生反应,也不利于生成,综上所述,D错误;故选D。
2. D
解析:A.物质X的作用是使Mg2+转化为Mg(OH)2,工业上常采用CaO,发生CaO+H2O=Ca(OH)2,Ca(OH)2+Mg2+=Mg(OH)2+Ca2+,A正确;B.Mg是较活泼金属,工业上常用电解熔融制备金属镁,B正确;C.由图可知“氯化”过程反应物为MgO、氯气、C,生成物之一为MgCl2,C在高温下能将二氧化碳还原为CO,则“气体”为CO,反应方程式为,C正确;D.“煅烧”后得到MgO,MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液,由于MgCl2在溶液中水解为氢氧化镁和HCl,将所得溶液加热蒸发HCl会逸出,MgCl2水解平衡正向移动,得到氢氧化镁,得不到无水MgCl2,D错误。
3.C
解析:A项,“溶解”过程中硝酸根表现氧化性,H2SO4表现了酸性,正确;B项,“还原”程中发生反应2Cu2++SO32—+2Cl—+H2O=2CuCl↓+SO42—+2H+,有白色的CuCl沉淀生成,正确;C项,“过滤”用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒,漏斗为普通漏斗,不是分液漏斗,错误;D项,由题中信息可知,CuCl为白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇,在潮湿的空气中易被氧化,则可采用乙醇洗涤,为避免CuCl发生氧化,可真空干燥,正确。
4.C
解析:因为要制备硫酸铜,则过量酸为稀硫酸,废铜粉(含有少量氧化铁)加过量稀硫酸,氧化铁溶于硫酸生成硫酸铁和水,Cu和硫酸铁反应生成硫酸亚铁和硫酸铜,得到硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸混合溶液,混合溶液通入气体A将亚铁离子氧化为铁离子,调pH=4将铁离子转化为氢氧化铁,然后过滤除去,固体B可为CuO或氢氧化铜等,滤液C为硫酸铜溶液,将硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铜晶体。
5.D
解析:铝钴膜废料的成分为LiCoO2和铝箔,将废料先用碱液浸泡,将Al充分溶解,过滤后得到的滤液为含有偏铝酸钠,滤渣为LiCoO2,将滤渣用双氧水、硫酸处理后生成Li2SO4、CoSO4,溶液中含有杂质铝离子,然后加入氢氧化钠溶液调节溶液pH,生成氢氧化锂沉淀从而除去锂离子,最后对滤液用草酸铵洗涤处理,经过一系列处理得到草酸锂。A项碱浸时铝与NaOH溶液反应生成的氢气属于易爆气体,碱浸操作中要有防火防爆意识;B项反应中钴由+3价降为+2价,1mol氧化剂得1mol电子,1molH2O2被氧化时失去2mol电子,还原过程中,氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1,正确;C项由过程中涉及的元素种类的变化可知,沉淀1主要成分是LiOH,正确;D项若在实验室中进行上述操作,则该流程中碱浸、沉锂、沉钴均需要使用玻璃棒,错误。
6.A
解析:A项,铜在加热条件下和氧气反应生成氧化铜,“粉碎”后的铜屑“氧化”需采用加热的条件,正确;B项,“浸取”采用浓H2SO4,氧化铜和硫酸在常温下反应生成硫酸铜和水,错误;C项,“还原”过程加入过量的铜粉、NaCl(s) ,所以“滤渣”的成分含有铜粉、NaCl(s),错误;D项,根据,溶液加大量的水稀释,生成沉淀,所以“一系列操作”为加大量的水稀释、过滤、酒精洗涤、真空干燥,错误。
7.B
解析:过氧化氢在酸性条件下将亚铁离子氧化为铁离子,把将氧化后所得溶液中加入NH4H2PO4溶液生成Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O沉淀,将过滤后的固体和H3PO4反应生成FePO4。A项,绿矾溶解产生亚铁离子,过氧化氢在酸性条件下将亚铁离子氧化为铁离子,“氧化”后所得溶液中大量存在的离子有:H+、Fe3+、SO42—,正确;B项,“沉淀”时Fe3+和H2PO4—在碱性条件下生成Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O沉淀,离子方程式为:,错误;C项,“过滤”时,所用的玻璃仪器主要有:烧杯、漏斗、玻璃棒,正确;D项,“转化”时,Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O转化为FePO4,化学方程式为:Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O + H3PO4 = 5FePO4+5H2O,正确。
8.B
解析:由流程图可知粗MnO2(含有杂质MnO和MnCO3)加稀硫酸,MnO和MnCO3与稀硫酸反应生成MnSO4,过滤得MnO2和MnSO4溶液,用NaClO3氧化得MnO2沉淀过滤可得MnO2,以此分析。A项,由上述分析可知操作X和操作Y的名称均为过滤;B项,MnO2不与酸反应生成对应的盐和水不是碱性氧化物,错误;C项,“氧化”过程中发生反应,氧化剂为NaClO3还原剂为MnSO4,比例为2:5,正确;D项,Cl2与NaOH溶液反应, 42.6g NaClO3物质的量,转移电子数为0.4mol5NA=2 NA,正确。
9.B
解析:菱镁矿煅烧后得到轻烧粉,MgCO3转化为MgO,加入氯化铵溶液浸取,浸出的废渣有SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3,同时产生氨气,则此时浸出液中主要含有Mg2+,加入氨水得到Mg(OH)2沉淀,煅烧得到高纯镁砂。A.高温煅烧后Mg元素主要以MgO的形式存在,MgO可以与铵根水解产生的氢离子反应,促进铵根的水解,所以得到氯化镁、氨气和水,化学方程式为MgO+2NH4Cl=MgCl2+2NH3↑+H2O,故A正确;B.一水合氨受热易分解,沉镁时在较高温度下进行会造成一水合氨大量分解,挥发出氨气,降低利用率,故B错误;C.浸出过程产生的氨气可以回收制备氨水,沉镁时氯化镁与氨水反应生成的氯化铵又可以利用到浸出过程中,故C正确;D.Fe(OH)3、Al(OH)3的Ksp远小于Mg(OH)2的Ksp,所以当pH达到一定值时Fe3+、Al3+产生沉淀,而Mg2+不沉淀,从而将其分离,故D正确;
10.C
解析:由题给流程可知,含铬废水经沉降后,过滤得到含有CrO42—、Cr2O72—的滤液,向滤液中加入稀硫酸溶液调节溶液pH,将溶液中CrO42—转化为Cr2O72—,向溶液中通入含有二氧化硫的烟气,酸性条件下,二氧化硫与与Cr2O72—发生氧化还原反应生成铬离子、硫酸根和水,向反应后的溶液中加入氨水,铬离子与氨水反应生成氢氧化铬沉淀和铵根离子,过滤得到含有硫酸铵的母液和氢氧化铬。A项,由分析可知,含铬废水经沉降后,过滤得到含有CrO42—和Cr2O72—的滤液,则沉降的主要目的是除去泥沙等不溶物,正确;B项,CrO42—和Cr2O72—在溶液中存在如下平衡:CrO42—+2H+Cr2O72—+H2O,加入稀硫酸溶液,溶液中氢离子浓度增大,平衡向正反应方向移动,有利于CrO42—转化为Cr2O72—,正确;C项,Cr2O72—离子具有强氧化性,若稀硫酸用盐酸代替,Cr2O72—会与稀盐酸发生氧化还原反应生成氯气、铬离子和水,故C错误;D项,由分析可知,母液中含有硫酸铵,经处理可获得硫酸铵,正确。
11.D
解析:由题给流程可知,向甲醇、亚硝酸钠的混合物中加入浓硫酸,浓硫酸先与亚硝酸钠反应生成亚硝酸,在浓硫酸做催化剂和脱水剂的作用下,甲醇与亚硝酸发生酯化反应生成亚硝酸甲酯;氨水和次氯酸钠溶液混合发生氧化还原反应得到水合肼,在氢氧化钠溶液中,亚硝酸甲酯与水合肼发生氧化还原反应生成叠氮酸钠、甲醇和水,在蒸汽加热的条件下,向反应后的溶液中加入浓硫酸,浓硫酸与叠氮酸钠反应制得叠氮酸,叠氮酸与氢氧化钠溶液反应制得产品叠氮酸钠。A项,由分析可知,反应①中浓硫酸起酸、催化剂和脱水剂的作用,反应③中浓硫酸只起酸的作用,作用不同,正确;B项,由分析可知,反应②为在氢氧化钠溶液中,亚硝酸甲酯与水合肼发生氧化还原反应生成叠氮酸钠、甲醇和水,反应的化学方程式为,正确;C项,由分析可知,反应①中甲醇做反应物,则步骤③分离出的 甲醇可导入①中循环利用,正确;D项,水合肼具有强还原性,若反应④制备水合肼时应将氨水逐滴滴入具有强氧化性的次氯酸钠溶液中,水合肼会与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应,而无法制得水合肼,错误。
12.B
解析:赤泥进行碱浸,氧化铝溶解形成偏铝酸盐,再通入二氧化碳得到氢氧化 铝沉淀。滤渣1经一系列操作得到V2O5,可知滤渣1中含有Fe2O3、V2O5及少量稀土金属氧化物,进行还原、磁选,磁性产品中含有Fe等,非磁性产品含有V元素,在空气中焙烧后用盐酸溶解,钒在溶液中主要以VO2+和VO3—的形式存在,再加入氯化铵转化为NH4VO3,焙烧得V2O5,以此解答。A项,由溶液中存在平衡VO2++H2OVO3—+2H+,盐酸过量会抑制NH4VO3的生成,盐酸溶解时不宜过量。氨水不能溶解氧化铝,错误;B项,反应向生成更难溶的物质进行,正确;C项,盐酸过量平衡逆向移动,会抑制NH4VO3的生成,不能加入过量的盐酸,错误;D项,若加入的硝酸不足,Fe元素被硝酸氧化可能生成亚铁离子,亚铁离子遇KSCN溶液无明显现象,错误。
13.C
解析:A项,恒温60℃可以用水浴加热来稳定温度,正确;B项,取最后一次洗涤液,加入盐酸酸化的氯化钡溶液,若产生白色沉淀,则滤饼未洗涤干净,反之,洗涤干净,正确;C项,焙烧过程温度较高,不能使用蒸发皿,应选用坩埚,错误;D.还原过程中,NiO+H2Ni+H2O;CuO+H2Cu+H2O,正确。
14.D
解析:废铜渣在CO作用下除去Ni,剩余Cu和Al2O3,经过碱溶除去氧化铝,而后将Cu在有氧化剂的情况下酸溶形成Cu2+,再还原成CuCl。A项,在配合物Ni(CO)4中,四个CO含有四个σ键,Ni与四个CO形成了四个σ键,共八个σ键,所以1 mol配合物Ni(CO)4中σ键的数目为8NA,错误;B项,加入CO除镍时,氧化铝未被还原,即“碱溶”时是废铜渣中的氧化铝与强氧化钠溶液反应,不是铝单质,错误;C项,“碱溶”之后的固体主要成分为Cu,酸溶之后转化为硫酸铜溶液,而后被亚硫酸钠还原,生成氯化亚铜和硫酸钠,故“还原”后所得溶液中大量存在的离子有:Na+、SO42—,错误;D项,CuCl 容易被氧化,“洗涤”时使用乙醇能隔绝空气,防止CuCl被氧化,正确。
二、教学建议
以核心原料为准,把制备流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段。
依箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,加深对流程的整体理解;某些暂时琢磨不透的环节,可“跳过去”而“难得糊涂”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析。
三、情境素材
1.重要无机化合物的用途
熟悉课本中重要无机化合物的用途,可以帮助设计制备的流程。
Br2:溴可用于生产多种药剂,如熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。
AgBr:溴化银是一种重要的感光材料,是胶卷中必不可少的成分。
I2:碘是一种重要的药用元素,含碘食品的生产也需要碘元素。
干冰、碘化银:可用于人工降雨。
Na2O2:过氧化钠可用作漂白剂和呼吸面具中的供氧剂。
Na:钠除了可用来制取一些钠的化合物外,还可用于从钛、锆、铌、钽等金属的氯化物中置换出金属单质。充有钠蒸气的高压钠灯发出的黄光射程远,透雾能力强,常用于道路和广场的照明。
Na、K:钠和钾的合金在常温下是液体,可用于快中子反应堆作热交换剂。
Na2CO3:碳酸钠的水溶液呈碱性,因而被称为“纯碱”。热的纯碱溶液可以去除物品表面的油污。纯碱是一种非常重要的化工原料,在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油、冶金、食品等工业中有着广泛的应用。
NaHCO3:碳酸氢钠是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一;在医疗上,它是治疗胃酸过多的一种药剂。
Mg:镁能与铜、铝、锡、锰、钛等形成许多合金,镁合金的密度较小,但硬度和强度都较大,因此被大量用于制造火箭、导弹和飞机的部件等。由于镁燃烧会发出耀眼的白光,因此常用来制造信号弹和焰火。
MgO:氧化镁的熔点高达2 800 ℃,是优质的耐高温材料。
FeCl3:在制作印刷电路板的过程中常利用铜与氯化铁溶液的反应。
FeCl3、FeSO4:氯化铁、硫酸亚铁是优良的净水剂。(说明:Fe3+、Fe2+可水解生成胶体)
Fe2O3:氧化铁红颜料跟某些油料混合,可以制成防锈油漆。
Fe:磁性材料大多数是含铁的化合物。人体中的铁元素大部分存在于血红蛋白内,血红蛋白起着运输氧气、二氧化碳的作用。铁的化合物还在人体内发生的氧化还原反应中起传递电子的作用。人体缺铁会引起贫血等疾病。
Cu2+:由于铜盐能杀死某些细菌,并能抑制藻类生长,因此游泳场馆常用硫酸铜作池水消毒剂。稀的硫酸铜溶液还可用于杀灭鱼体上的寄生虫,治疗鱼类皮肤病和鳃病等。
Na2SiO3:硅酸钠是极少数可溶于水的硅酸盐中的一种,硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”,是建筑行业经常使用的一种黏合剂。人们也经常把具有特殊用途的木材、纺织品等用水玻璃浸泡,这样加工的产品既耐腐蚀又不易着火。
分子筛(说明:具有多孔结构的硅酸盐):常用于分离、提纯气体或液体混合物,还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等。
SiO2:二氧化硅除可用于制作光学镜片、石英坩埚外,还可用于制造光导纤维。光导纤维非常细,导光能力很强,一条光缆由上万条光导纤维组成,因此利用光缆通讯能同时传输大量的信息。
Si:硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间,是一种重要的半导体材料,广泛应用于电子工业的各个领域。
H2SO4:硫酸在生产中具有广泛的应用。化肥、医药、农药的生产,金属矿石的处理,金属材料的表面清洗等都要用到硫酸。
CaSO4:利用石膏的这一性质,人们常用它制作各种模型和医疗上用的石膏绷带。在水泥生产中,可用石膏调节水泥的凝结时间。在石膏资源丰富的地方也可以用它来制硫酸。
BaSO4:硫酸钡不容易被X射线透过,在医疗上可用作检查肠胃的内服药剂,俗称“钡餐”。硫酸钡还可用作白色颜料,并可作高档油漆、油墨、造纸、塑料、橡胶的原料及填充剂。
FeSO4:在医疗上硫酸亚铁可用于生产防治缺铁性贫血的药剂,在工业上硫酸亚铁还是生产铁系列净水剂和颜料氧化铁红(主要成分为Fe2O3)的原料。
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