4/44/44/4專(zhuān)題2實(shí)驗(yàn)流程及綜合推斷一、實(shí)驗(yàn)探究與評(píng)價(jià)1.題目特征該類(lèi)題目一般給出一個(gè)或幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,讓考生根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理、元素化合物知識(shí),以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的手段等,通過(guò)分析與綜合,比擬與論證,歸納與篩選,從不同角度對(duì)指定實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣作出綜合評(píng)價(jià)。2.思路方法(1)選擇①②藥品的選擇：藥品的種類(lèi)、濃度、狀態(tài)等。③連接方式的選擇：儀器連接的先后順序、導(dǎo)管接口順序等。(2)評(píng)價(jià)①科學(xué)性實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和操作程序必須科學(xué)合理。②平安性實(shí)驗(yàn)操作要盡量防止帶有危害性的操作、盡量防止與有毒物質(zhì)接觸,假設(shè)無(wú)法防止,那么應(yīng)采取相應(yīng)的平安措施。③環(huán)保性有毒物質(zhì)必須處理,以防污染環(huán)境。④可行性設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案要切實(shí)可行,所選用的藥品、儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有的條件下能得到滿(mǎn)足。⑤簡(jiǎn)約性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單易行,應(yīng)采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置,用較少的實(shí)驗(yàn)步驟,能在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn),且效果明顯。⑥經(jīng)濟(jì)性綜合考慮原料的用量、價(jià)格。(3)最正確方案的選用對(duì)給出的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案都能到達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?選出其中最正確的一個(gè)并分析各方案的優(yōu)劣。所謂最正確,是指原理正確可行、操作平安合理、步驟簡(jiǎn)單方便,藥品經(jīng)濟(jì)、效果明顯、無(wú)干擾現(xiàn)象、無(wú)污染等。二、實(shí)驗(yàn)(或化工生產(chǎn))流程1.工業(yè)流程題結(jié)構(gòu)化學(xué)工藝流程題結(jié)構(gòu)一般包括題頭、題干和題尾三局部。題頭一般比擬簡(jiǎn)單；介紹以何種物質(zhì)(主要成分是什么,含什么雜質(zhì)等,要注意一些關(guān)鍵信息)為原料制備哪種物質(zhì),以及物質(zhì)的性質(zhì)和用途。題干局部那么是工業(yè)制備的簡(jiǎn)化工藝流程圖。題尾局部那么是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)流程中涉及到的化學(xué)知識(shí)命題者精心設(shè)計(jì)的系列問(wèn)題。對(duì)于學(xué)生解題需要的未學(xué)過(guò)的信息在三個(gè)局部都有可能出現(xiàn),審題時(shí)須全盤(pán)考慮。要明確流程圖中箭頭方向和代表的含義。流程圖中箭頭進(jìn)入的是反響物(投料),箭頭出去的是生成物(產(chǎn)物、副產(chǎn)物),返回的箭頭一般是“循環(huán)利用〞的物質(zhì)。要讀懂流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設(shè)問(wèn)中的提示性信息,并在下一步分析和解題中隨時(shí)進(jìn)行聯(lián)系和調(diào)用。要帶著問(wèn)題精心研究各步反響原理和操作目的,明確所需解答的問(wèn)題,不糾纏于無(wú)關(guān)步驟。2.化學(xué)工藝流程圖特點(diǎn)化學(xué)工藝流程一般可劃分為前期的原料預(yù)處理、中期的核心反響和后期的產(chǎn)品別離提純?nèi)齻€(gè)階段,整個(gè)流程都需要控制反響條件為獲取產(chǎn)品效勞。分析流程圖的規(guī)律是：主線主產(chǎn)品,分支副產(chǎn)品,回頭為循環(huán)(如以下圖所示)。3.工業(yè)流程題解題思路和方法掌握化工生產(chǎn)流程題的解題思路和方法,注意試題設(shè)問(wèn)的角度,①生產(chǎn)的目的、設(shè)計(jì)的原理、生產(chǎn)流程的作用等；②化學(xué)反響條件控制的原理；③實(shí)驗(yàn)根本操作；④資源的回收和利用；⑤“綠色化學(xué)〞生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等。4.熟悉工業(yè)流程常見(jiàn)的考點(diǎn)(1)原料預(yù)處理階段的常見(jiàn)考點(diǎn)①研磨、粉碎、噴灑：可增大反響物的接觸面積,加快反響速率,提高原料的利用率。②溶解：通常用酸溶(如用硫酸、鹽酸等)、堿溶、水溶等。水浸：與水接觸反響或溶解。浸出：固體加水(酸)溶解得到離子。酸浸：在酸溶液中反響使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過(guò)過(guò)濾除去的溶解過(guò)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。(2)別離提純階段的常見(jiàn)考點(diǎn)①調(diào)節(jié)溶液pH除雜：a.控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。b.調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿(mǎn)足兩點(diǎn)：能與H＋反響,使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。如：假設(shè)要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋,可參加CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH。②控制溫度：加熱：加速溶解、加快反響速率。如果在制備過(guò)程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物,那么要注意對(duì)溫度的控制。如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2等物質(zhì)。降溫：防止某物質(zhì)在高溫時(shí)會(huì)溶解或分解。控制溫度在一定范圍內(nèi)：綜合多方面因素的考慮,如使反響速度不致于太慢、防止反響物分解、防止副反響、使催化劑的催化活性最高等。如果題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息,那么要根據(jù)它們的溶解度隨溫度升高而改變的情況,尋找適宜的結(jié)晶別離方法(蒸發(fā)結(jié)晶或濃縮結(jié)晶)。(3)獲得產(chǎn)品階段的常見(jiàn)考點(diǎn)①洗滌(冰水、熱水、乙醇等有機(jī)溶劑)：洗去晶體外表的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損耗。無(wú)水乙醇的作用：減少產(chǎn)品的損耗；除去固體外表的雜質(zhì)；使產(chǎn)品快速枯燥(特別適合于帶結(jié)晶水等對(duì)熱不穩(wěn)定的晶體,其他晶體通常晾干、低溫烘干)。判斷沉淀(晶體)是否洗滌干凈的方法：必須是沉淀(晶體)組成之外的離子?？筛鶕?jù)沉淀中可能存在的某一離子,其步驟為a.取最后一次洗滌液少許于試管中——取樣；b.參加××(試劑)——加試劑；c.假設(shè)無(wú)沉淀生成——現(xiàn)象；d.那么說(shuō)明沉淀已洗滌干凈——結(jié)論。②蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。(4)循環(huán)操作與副產(chǎn)物利用物質(zhì)的循環(huán)利用：提高原料的利用率,降低生產(chǎn)本錢(qián)。對(duì)可逆反響：可將未轉(zhuǎn)化的反響物別離出來(lái)后送入反響器重新反響。如合成氨反響是可逆反響,別離氨后的尾氣中還含有大量原料氣N2和H2,可送入合成塔實(shí)施循環(huán)生產(chǎn)。假設(shè)某種物質(zhì)在流程中既是輔助原料又是副產(chǎn)品(既流進(jìn)又流出),那么考慮循環(huán)利用。注意某些隱性存在物質(zhì)；在循環(huán)操作中因累積導(dǎo)致濃度過(guò)高,可能會(huì)影響產(chǎn)品的純度。(5)環(huán)境保護(hù)尾氣處理、廢渣廢液處理：綠色化學(xué),防止環(huán)境污染。例1(2019·南京學(xué)測(cè)一模)硫酸鎂晶體(MgSO4·7H2O)是一種重要的化工原料,可用作制革、炸藥、造紙、瓷器等。以菱鎂礦(主要成分是碳酸鎂,含少量FeCO3和不溶性雜質(zhì))為原料制取硫酸鎂晶體的流程如下：：局部陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表。陽(yáng)離子Mg2＋Fe2＋Fe3＋開(kāi)始沉淀9.17.61.9完全沉淀11.19.73.2(1)“氧化〞步驟中,參加H2O2溶液的目的是___________________________(用離子方程式表示)?！俺恋悫暡襟E中,用氨水調(diào)節(jié)pH的范圍是_____________________________。(2)“過(guò)濾〞所得濾液中含有的陽(yáng)離子為Mg2＋、________。(3)“結(jié)晶〞步驟中需蒸發(fā)濃縮濾液,使用的實(shí)驗(yàn)儀器有鐵架臺(tái)(含鐵圈)、酒精燈、玻璃棒、________。(4)測(cè)定硫酸鎂晶體樣品中MgSO4·7H2O的含量常采用以下實(shí)驗(yàn)方法：Ⅰ.稱(chēng)取待測(cè)硫酸鎂晶體樣品1.500g參加過(guò)量的EDTA,配成100mLpH在9～10之間的溶液A。Ⅱ.移取25.00mL溶液A于錐形瓶中,用0.1000mol·L－1Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液與過(guò)量的EDTA反響,消耗Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL。Ⅲ.另移取25.00mL溶液A于另一只錐形瓶中,調(diào)節(jié)pH為5～6,用0.1000mol·L－1Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液與之充分反響,消耗Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液35.00mL。：①pH為9～10時(shí),Mg2＋、Zn2＋均能與EDTA(H2Y2－)反響：Mg2＋＋H2Y2－=MgH2Y、Zn2＋＋H2Y2－=ZnH2Y。②pH為5～6時(shí),Zn2＋除與EDTA反響,還能與MgH2Y反響：Zn2＋＋MgH2Y=ZnH2Y＋Mg2＋。③樣品中雜質(zhì)不參與反響。計(jì)算硫鎂晶體樣品中MgSO4·7H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)。歸納總結(jié)——化工流程圖試題解題思維方法(1)先看問(wèn)題后讀正文。做到問(wèn)題心中有數(shù),相關(guān)信息隨手畫(huà)出。每一個(gè)信息幾乎都有用,解答中假設(shè)題給信息未用全,要反復(fù)斟酌解答思路是否合理,力求與信息吻合,提高得分率。(2)針對(duì)問(wèn)題全力尋找突破口。閱讀新信息后,看是否能直接解題。假設(shè)不能,要默默思索建立已有知識(shí)和解題所需知識(shí)間的銜接橋梁。(3)由點(diǎn)到面,擴(kuò)大成果。每個(gè)信息給予題一般會(huì)提出假設(shè)干個(gè)問(wèn)題,它們彼此間或許是平行的,或許是連環(huán)式的,要弄清題與題間的關(guān)系,逐步攻克。(4)方案優(yōu)劣比擬：一般需要考慮步驟多少,價(jià)格問(wèn)題,原子利用率問(wèn)題如產(chǎn)率上下,是否滿(mǎn)足綠色化學(xué)要求,是否可以循環(huán)利用,三廢處理是否符合要求。例2(2019·江蘇學(xué)測(cè)模擬)一種利用ClO2生產(chǎn)NaClO2并進(jìn)行尾氣處理的工藝如下：(1)寫(xiě)出“反響Ⅰ〞中生成ClO2的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(2)“尾氣吸收〞是為了吸收未反響的ClO2,除減少污染外,還能_______________。(3)實(shí)驗(yàn)室用以下圖所示裝置模擬“尾氣吸收〞過(guò)程,發(fā)現(xiàn)溫度較低時(shí)吸收效果好,但該反響為放熱反響。在不改變吸收液濃度和體積的條件下,欲使反響在0～5℃下進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)中可采取的措施有__________________、__________________。(4)為了測(cè)定獲得產(chǎn)品中NaClO2的純度,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①準(zhǔn)確稱(chēng)取1.000g上述產(chǎn)品,溶于水配成100.00mL的溶液。②取10.00mL待測(cè)液,參加過(guò)量的KI溶液,在酸性條件下發(fā)生如下反響：ClOeq\o\al(－,2)＋4I－＋4H＋=2H2O＋2I2＋Cl－,雜質(zhì)不與I－反響。③以淀粉作指示劑,再參加0.2000mol·L－1Na2S2O3溶液,恰好完全反響時(shí)消耗Na2S2O3溶液的體積為20.00mL。(：I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6))。計(jì)算該樣品中NaClO2的純度。思維啟迪——新情境條件下相關(guān)反響方程式的書(shū)寫(xiě)(1)根據(jù)工藝流程圖信息正確判斷出反響物和生成物。(2)根據(jù)氧化復(fù)原反響得失電子守恒配平相關(guān)物質(zhì)的計(jì)量數(shù)。(3)根據(jù)反響的條件(溶液的酸堿性)在方程式兩邊補(bǔ)充H＋、OH－、H2O。(4)根據(jù)元素守恒或電荷守恒配平。例3(2019·徐州三模)某科研小組嘗試從明礬石[主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O,還含有少量氧化鐵雜質(zhì)]中獲得氧化鋁,其實(shí)驗(yàn)流程如下：(1)固體B中除含有氧化鋁外,還含有物質(zhì)為_(kāi)_________________(填化學(xué)式)。(2)濾液C通入過(guò)量CO2生成固體F的離子方程式為_(kāi)___________________________。(3)由氧化鋁合成超細(xì)氮化鋁的反響原理如下：Al2O3＋N2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2AlN＋3CO由于反響不完全,氮化鋁產(chǎn)品中往往含有炭和氧化鋁雜質(zhì)。為測(cè)定該產(chǎn)品中有關(guān)成分的含量,進(jìn)行了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：①稱(chēng)取5.00g樣品,將其參加過(guò)量的NaOH濃溶液中共熱并蒸干,AlN跟NaOH溶液反響生成NaAlO2,并放出氨氣1.68L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。②另取5.00g樣品置于反響器中,通入1.008L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2,在高溫下充分反響后所得氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度為1.34g·L－1(AlN不跟O2反響)。請(qǐng)計(jì)算樣品中雜質(zhì)Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)。

答案精析例1(1)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O3.2≤pH<9.1(2)NHeq\o\al(＋,4)(3)蒸發(fā)皿(4)n(過(guò)量EDTA)＝n(Zn2＋)1＝0.1000mol·L－1×0.02000L＝0.002moln(Mg2＋)＝n(Zn2＋)2－n(過(guò)量EDTA)＝0.1000mol·L－1×0.03500L－0.002mol＝0.0015molw(MgSO4·7H2O)＝eq\f(0.0015mol×\f(100mL,25.00mL)×246g·mol－1,1.500g)×100%＝98.4%。解析(1)菱鎂礦(主要成分是碳酸鎂,含少量FeCO3和不溶性雜質(zhì))和硫酸反響生成硫酸鎂和硫酸亞鐵,“氧化〞步驟中,參加H2O2溶液的目的是將硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵,“沉淀〞步驟中,用氨水調(diào)節(jié)pH使鐵離子沉淀完全而鎂離子不沉淀,結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知,調(diào)節(jié)pH的范圍是3.2≤pH<9.1。(2)根據(jù)流程圖可知,參加氨水會(huì)反響生成銨根離子,那么“過(guò)濾〞所得濾液中的陽(yáng)離子有Mg2＋、NHeq\o\al(＋,4)。例2(1)2NaClO3＋SO2＋H2SO4=2ClO2＋2NaHSO4(2)生成NaClO2,提高NaClO2的產(chǎn)率或提高ClO2的利用率(3)給裝置加冰水浴緩慢通入ClO2(4)I2＋2S2Oeq\o\al(2－,3)=2I－＋S4Oeq\o\al(2－,6)n(I2)＝eq\f(cNa2S2O3·VNa2S2O3,2)＝eq\f(0.2000mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1,2)＝2.000×10－3moln(NaClO2)＝eq\f(1,2)n(I2)＝1.000×10－3molw(NaClO2)＝eq\f(1.000×10－3mol×90.5g·mol－1×\f(100.00mL,10.00mL),1.000g)×100%＝90.50%。例3(1)Al(OH)3、Fe2O3(2)AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)(3)①設(shè)5.00g樣品中AlN的質(zhì)量為zAlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑41g22.4Lz1.68L解得：z＝3.075g②1mol混合氣體質(zhì)量：1.34g·L－1×22.4L＝30g,可知反響后的混合氣體為CO2和C