高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)39 常見物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與制備考點(diǎn)過(guò)關(guān)-人教版高三化學(xué)試題
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1、課時(shí)39 常見物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與制備 夯實(shí)基礎(chǔ) 考點(diǎn)過(guò)關(guān) 物質(zhì)的制備 【基礎(chǔ)梳理】 1. 物質(zhì)制備的一般方法 (1)確定原料:原料中含有目標(biāo)產(chǎn)品中的子結(jié)構(gòu)。如用濃鹽酸制取氯氣,子結(jié)構(gòu)是 元素。 (2)設(shè)計(jì)程序 實(shí)驗(yàn)原料→實(shí)驗(yàn)原理→途徑設(shè)計(jì)(途徑Ⅰ、途徑Ⅱ、途徑Ⅲ……)→最佳途徑→實(shí)驗(yàn)儀器→實(shí)驗(yàn)方案→制得物質(zhì)。 設(shè)計(jì)反應(yīng)路徑:原料豐富、價(jià)格低廉、原子利用率高、環(huán)境污染少、步驟簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)化的原則,選擇最佳反應(yīng)路線。如制備硝酸銅有下列三種途徑: ①銅+濃硝酸 ②銅+稀硝酸 ③銅+氧氣→氧化銅;氧化銅+稀硝酸→硝酸銅 最佳途徑為 。 (3)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的題型
2、 ①限定幾種原料,制備一種或幾種物質(zhì)。 ②限定幾種原料,要求用幾種不同的方法制備同一種物質(zhì)。 ③自選原料,制備某一指定物質(zhì)。 ④用含雜質(zhì)的物質(zhì)為原料,提取某一純凈物。 ⑤由給定廢料,回收、提取、制備某一或某幾種物質(zhì)。 2. 常見物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室制備 氫氣 原理(方程式): Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑ 注意事項(xiàng): 為了加快反應(yīng)速率,可以向稀硫酸中滴加幾滴硫酸銅溶液 氧氣 原理(方程式): 2KClO32KCl+3O2↑ 2KMnO4K2MnO4+O2↑+MnO2 2H2O2 2H2O+O2↑ 注意事項(xiàng): 固固加熱時(shí),試管口略向下傾斜 二氧
3、化碳 原理(方程式): CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O 注意事項(xiàng): 不能用稀硫酸代替稀鹽酸 氯氣 原理(方程式): MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O 注意事項(xiàng): 用飽和食鹽水除氯化氫,用氫氧化鈉吸收尾氣 氯化氫 原理(方程式): NaCl+H2SO4NaHSO4+HCl↑ HCl(濃)HCl↑ 注意事項(xiàng): 要用固態(tài)的氯化鈉和濃硫酸,不可以用飽和食鹽水 氨氣 原理(方程式): 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl 2+2NH3↑+2H2O CaO+NH3·H2ONH3↑+ Ca(OH)2 NH3·H2O
4、NH3↑+H2O 注意事項(xiàng): 常用堿石灰來(lái)干燥氨氣 NO 原理(方程式): 3Cu+8HNO3(稀)3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 注意事項(xiàng): 不能用排空氣法收集,用排水法收集 (續(xù)表) NO2 原理(方程式): Cu+4HNO3(濃)Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 注意事項(xiàng): 不能用排水法收集,用向上排空氣法收集 乙烯 原理(方程式): CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O 注意事項(xiàng): 須快速升溫至170 ℃ 乙炔 原理(方程式): CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ 注意事項(xiàng): 用飽和食鹽
5、水代替水,不能用啟普發(fā)生器制取 氫氧化亞鐵 原理(方程式): Fe2++ 2OH- Fe(OH)2(白色)↓ 注意事項(xiàng): ①用煮沸過(guò)的蒸餾水配制溶液 ②用長(zhǎng)滴管吸取NaOH伸入新制備的FeSO4溶液中滴加 ③在溶液中加苯、汽油、植物油等有機(jī)溶劑,隔絕空氣 ④電解法(鐵作陽(yáng)極電解NaCl溶液) 氫氧化鋁 原理(方程式): Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N 注意事項(xiàng): 不能用可溶性的鋁鹽與NaOH溶液反應(yīng)制取氫氧化鋁 Fe(OH)3膠體 原理(方程式): Fe3++3H2O Fe(OH)3(膠體)+3H+ 注意事項(xiàng): ①滴入飽和FeC
6、l3溶液后不能長(zhǎng)時(shí)間加熱 ②不能用FeCl3溶液與NaOH溶液或氨水制備膠體 綠礬 原理(方程式): Fe+2H+Fe2++H2↑ Fe2++S+7H2OFeSO4·7H2O↓ 注意事項(xiàng): ①鐵粉要過(guò)量 ②從硫酸亞鐵溶液中得到綠礬要經(jīng)過(guò):蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌(用酒精)、干燥 (續(xù)表) 膽礬 原理(方程式): 2Cu+O22CuO CuO+2H++S+4H2OCuSO4·5H2O 注意事項(xiàng): 不能用銅和濃硫酸制備膽礬,否則既浪費(fèi)原料又造成環(huán)境污染 硫酸亞鐵銨(莫爾鹽) 原理(方程式): Fe+2H+Fe2++H2↑ Fe2++2N+2S
7、+6H2O (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O↓ 注意事項(xiàng): ①制備硫酸亞鐵時(shí),鐵過(guò)量、趁熱過(guò)濾 ②用少量酒精洗滌晶體 乙酸乙酯 原理(方程式): CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O 注意事項(xiàng): 導(dǎo)氣管不能伸到液面以下 乙酰水楊酸(阿司匹林) 原理(方程式): +(CH3CO)2O+CH3COOH 注意事項(xiàng): 濃硫酸催化、水浴加熱90 ℃ 酚醛樹脂 原理(方程式): 注意事項(xiàng): 用沸水浴加熱,反應(yīng)裝置中的長(zhǎng)玻璃管對(duì)揮發(fā)的反應(yīng)物起冷凝回流作用 溴苯 原理(方程式): 注意事項(xiàng): 不需要加熱,長(zhǎng)的導(dǎo)氣管起
8、導(dǎo)氣兼起冷凝作用 銀鏡 原理(方程式): CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OHCH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O 注意事項(xiàng): 試管要潔凈、用新配制的銀氨溶液、要用水浴加熱 微課1 重要物質(zhì)制備及其化工生產(chǎn)關(guān)系 【典型例題】 鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO·Cr2O3,還含有MgO、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì),下圖所示是以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀(K2Cr2O7)的工藝流程。 已知1:物質(zhì)的溶解度(g/100 g水)見下表。 物質(zhì) 0 ℃ 40 ℃ 80 ℃ KCl 28.0 40.1 51.3 NaCl 35.7
9、 36.4 38.0 K2Cr2O7 4.7 26.3 73.0 Na2Cr2O7 163.0 215.0 376.0 已知2: ①焙燒時(shí)有Na2CrO4、Fe2O3、NaAlO2等生成。 ②Cr2+H2O2Cr+2H+;Cr2具有很強(qiáng)的氧化性。 回答問(wèn)題: (1)“浸出”步驟中,為了提高浸出率,可采取的措施有 (要求寫一條)。 (2)固體b中主要含有 (填化學(xué)式)。 (3)要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5,應(yīng)該使用 (填儀器或用品名稱)。 (4)酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液的pH<5,其目的是
10、 ;不用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH的原因是 。 (5)操作Ⅲ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ,要得到K2Cr2O7晶體的操作步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、 、 和干燥。 [答案] (1)加熱(或研磨或攪拌) (2)Al(OH)3 (3)pH計(jì)(或精密pH試紙) (4)使Cr轉(zhuǎn)化為Cr2 Cr2會(huì)把鹽酸(或氯離子)氧化為氯氣 (5)Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7↓+2NaCl 過(guò)濾 洗滌 [解析]: (1)升高溫度、研磨或者攪拌等都可以提高浸出率。 (2)以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀(K2Cr2O7)的過(guò)程中,必須把Fe
11、O、MgO、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì)除去;焙燒時(shí)有Na2CrO4、Fe2O3、NaAlO2等生成,固體a主要含有Fe2O3和MgO,NaAlO2與醋酸反應(yīng),生成Al(OH)3沉淀,固體b中主要含有Al(OH)3。 (3)要檢測(cè)酸化操作中溶液的pH是否等于4.5,應(yīng)該使用pH計(jì)或精密pH試紙,不能使用廣泛pH試紙,廣泛pH試紙只能取整數(shù)值。 (4)酸化步驟用醋酸調(diào)節(jié)溶液的pH<5,其目的是使Cr轉(zhuǎn)化為Cr2;若用鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH,Cr2會(huì)把鹽酸(或氯離子)氧化為氯氣。 (2014·全國(guó)卷)磷礦石主要以磷酸鈣[Ca3(PO4)2·H2O]和磷灰石[Ca5(OH)(PO4)3]等形式存
12、在。圖1為目前國(guó)際上磷礦石利用的大致情況,其中濕法磷酸是指磷礦石用過(guò)量硫酸分解制備磷酸。圖2是熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中由磷灰石制單質(zhì)磷的流程。 圖1 圖2 部分物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)如下: 熔點(diǎn)/℃ 沸點(diǎn)/℃ 備注 白磷 44 280.5 PH3 -133.8 -87.8 難溶于水,具有還原性 SiF4 -90 -86 易水解 回答下列問(wèn)題: (1)世界上磷礦石最主要的用途是生產(chǎn)含磷肥料,約占磷礦石使用量的 %。 (2)以磷灰石為原料,濕法磷酸過(guò)程中Ca5F(PO4)3反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ?,F(xiàn)有1
13、t折合含有五氧化二磷約30%的磷灰石,最多可制得85%的商品磷酸 t。 (3)如圖2所示,熱法生產(chǎn)磷酸的第一步是將二氧化硅、過(guò)量焦炭與磷灰石混合,高溫反應(yīng)生成白磷。爐渣的主要成分是 (填化學(xué)式),冷凝塔1的主要沉積物是 ,冷凝塔2的主要沉積物是 。 (4)尾氣中主要含有 ,還含有少量PH3、H2S和HF等,將尾氣先通入純堿溶液,可除去 ,再通入次氯酸鈉溶液,可除去 。(填化學(xué)式) (5)相比于濕法磷酸,熱法磷酸工藝復(fù)雜,能耗高,但優(yōu)點(diǎn)是 。 [答案] (1)69 (2)Ca5F(PO4)3+5H2SO43H3P
14、O4+5CaSO4+HF↑ 0.49 (3)CaSiO3 液態(tài)白磷 固態(tài)白磷 (4)SiF4、CO SiF4、HF、H2S PH3 (5)產(chǎn)品純度大(濃度大) [解析]: 解答本題首先要會(huì)解讀題目提供的各個(gè)數(shù)據(jù)的含義、相互關(guān)系;物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)與特征、根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)從能耗、環(huán)境污染、產(chǎn)品純度、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等多種角度分析方法的優(yōu)劣,然后對(duì)題目中的問(wèn)題一一解答。(1)根據(jù)圖示磷礦石利用的情況可知生產(chǎn)含磷肥料,約占磷礦使用量的比例是0.04+0.96×0.85×0.80=0.69。(2)以磷灰石為原料,根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律:強(qiáng)酸制取弱酸的反應(yīng)原理,用過(guò)量的硫酸溶解C
15、a5F(PO4)3,可制得磷酸。反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca5F(PO4)3+5H2SO43H3PO4+5CaSO4+HF↑;根據(jù)P元素守恒可得關(guān)系式:P2O52H3PO4,即142份P2O5可制取196份的磷酸。因?yàn)? t折合含有五氧二磷約30%的磷灰石,含有P2O5的質(zhì)量是0.3 t,所以可制取85%的高品磷酸的質(zhì)量是(196×0.3 t)÷142÷0.85=0.49 t。(3)根據(jù)題目提供的信息可知:SiO2、過(guò)量焦炭與磷灰石Ca5(OH)(PO4)3混合,在高溫下反應(yīng),得到白磷P4、PH3、CO、HF、SiF4、H2O、CaSiO3等。難溶性的固體物質(zhì)是CaSiO3;冷凝塔1的溫度是70 ℃
16、,溫度低于白磷的沸點(diǎn) 280.5 ℃,高于白磷的熔點(diǎn)44 ℃,所以此時(shí)主要沉積物是液態(tài)白磷;在冷凝塔2的溫度是18 ℃,低于白磷的熔點(diǎn)44 ℃,故此時(shí)主要沉積物是固態(tài)白磷。(4)根據(jù)題目提供的信息,結(jié)合反應(yīng)實(shí)際,在尾氣中主要含有SiF4、HF、H2S,會(huì)與純堿發(fā)生反應(yīng)除去;再通入次氯酸鈉溶液,由于NaClO有強(qiáng)氧化性,因此可除去有強(qiáng)還原性的PH3。(5)熱法磷酸相比于濕法磷酸,熱法磷酸工藝復(fù)雜,能耗高,但是產(chǎn)品純 度大,雜質(zhì)少,因此逐漸被采用。 孔雀石的主要成分為Cu2(OH)2CO3,還含少量鐵的氧化物和硅的氧化物。以下是實(shí)驗(yàn)室以孔雀石為原料制備CuSO4·5H2O晶體的流程圖:
17、 (1)研磨孔雀石的目的是 。 浸泡孔雀石的試劑A若選用過(guò)量的稀硫酸,則固體a是 (填化學(xué)式)。 (2)試劑B的目的是將溶液中的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,則試劑B宜選用 (填字母)。 A. 酸性KMnO4溶液 B. H2O2溶液 C. 濃硝酸 D. 氯水 相應(yīng)的離子方程式為 。 (3)試劑C用于調(diào)節(jié)溶液pH,使Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀予以分離。則試劑C宜選用 (填字母)。 A. 稀硫酸 B. NaOH溶液 C. 氨水 D. CuO 固體C的化學(xué)式為
18、。 (4)1 mol氨氣通過(guò)加熱的Cu2(OH)2CO3可以產(chǎn)生1.5 mol金屬銅,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 (5)常溫下Fe(OH)3的Ksp=1×10-39,若要將溶液中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,使溶液中c(Fe3+)降低至1×10-3 mol·L-1,必需將溶液調(diào)節(jié)至pH= 。 [答案] (1)增大固體表面積,以增大反應(yīng)速率 SiO2 (2)B 2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O (3)D Fe(OH)3 (4)3Cu2(OH)2CO3+4NH36Cu+3CO2+9H2O+2N2 (5)2 [解析]: (1)研磨
19、孔雀石的目的是增大固體表面積,以增大反應(yīng)速率,同時(shí)增大浸出率。 (2)B不引入新的雜質(zhì),對(duì)環(huán)境無(wú)污染;A和C引入新的雜質(zhì);D對(duì)環(huán)境有污染。 (3)B和C引入新的雜質(zhì),且不易除去,不選用。 (5)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=1×10-3×c3(OH-)=1×10-39,c(OH-)=1×10-12 mol·L-1,pH=2。 實(shí)驗(yàn)室制取乙酸丁酯的實(shí)驗(yàn)裝置有下圖所示兩種裝置供選用。其有關(guān)物質(zhì)的物理性質(zhì)如下表: 乙酸 1-丁醇 乙酸丁酯 熔點(diǎn)/℃ 16.6 -89.5 -73.5 沸點(diǎn)/℃ 117.9 117 126.3 密度/g
20、·cm-3 1.05 0.81 0.88 水溶性 互溶 可溶(9 g/100 g水) 微溶 (1)制取乙酸丁酯的裝置應(yīng)選用 (填“甲”或“乙”)。不選另一種裝置的理由是 。 (2)該實(shí)驗(yàn)生成物中除了主產(chǎn)物乙酸丁酯外,還可能生成的有機(jī)副產(chǎn)物有(寫出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式): 、 。 (3)酯化反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng),為提高1-丁醇的利用率,可采取的措施是 。 (4)從制備乙酸丁酯所得的混合物中分離、提純乙酸丁酯時(shí),需要經(jīng)過(guò)多步操作,下列圖示的操作中,肯定需要的化學(xué)操作是 (填字母)。
21、(5)有機(jī)物的分離操作中,經(jīng)常需要使用分液漏斗等儀器。使用分液漏斗前必須 ;某同學(xué)在進(jìn)行分液操作時(shí),若發(fā)現(xiàn)液體流不下來(lái),其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外,還可能 。 [答案] (1)乙 由于反應(yīng)物(乙酸和1-丁醇)的沸點(diǎn)低于產(chǎn)物乙酸丁酯的沸點(diǎn),若采用甲裝置會(huì)造成反應(yīng)物的大量揮發(fā)降低了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,乙裝置則可以冷凝回流反應(yīng)物,提高了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率 (2)CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH=CH2 (3)增加乙酸濃度 (4)AC (5)檢查是否漏水或堵塞 分液漏斗上口玻璃塞上的凹槽未與漏斗口上的小孔對(duì)準(zhǔn)(或漏斗內(nèi)部未與外界大氣相通或玻璃
22、塞未打開) [解析]: (1)學(xué)會(huì)利用信息去做題。由于反應(yīng)物(乙酸和1-丁醇)的沸點(diǎn)低于產(chǎn)物乙酸丁酯的沸點(diǎn),若采用甲裝置會(huì)造成反應(yīng)物的大量揮發(fā)降低了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率,乙裝置則可以冷凝回流反應(yīng)物,提高了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率。(2)在加熱、濃硫酸的作用下,1-丁醇可以發(fā)生消去反應(yīng),也可以發(fā)生脫水生成醚的取代反應(yīng)。(3)生成酯的反應(yīng)是可逆反應(yīng),增加乙酸的濃度,可以促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),提高1-丁醇的利用率,若是分離出產(chǎn)物,可以促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),提高1-丁醇的利用率,但在現(xiàn)實(shí)操作中比較不方便。(5)裝置在做實(shí)驗(yàn)以前進(jìn)行氣密性的檢查,而儀器在做實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查其是否會(huì)漏水。 (2014·全國(guó)卷Ⅱ)將
23、海水淡化與濃海水資源化結(jié)合起來(lái)是綜合利用海水的重要途徑之一。一般是先將海水淡化獲得淡水,再?gòu)氖S嗟臐夂K型ㄟ^(guò)一系列工藝提取其他產(chǎn)品?;卮鹣铝袉?wèn)題: (1)下列改進(jìn)和優(yōu)化海水綜合利用工藝的設(shè)想和做法可行的是 (填序號(hào))。 ①用混凝法獲取淡水 ②提高部分產(chǎn)品的質(zhì)量 ③優(yōu)化提取產(chǎn)品的品種 ④改進(jìn)鉀、溴、鎂的提取工藝 (2)采用“空氣吹出法”從濃海水中吹出Br2,并用純堿吸收。堿吸收溴的主要反應(yīng)是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3,吸收1 mol Br2時(shí),轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為 mol。 (3)海水提鎂的一段工藝流程如下圖: 濃海水的主要成分如
24、下: 離子 Na+ Mg2+ Cl- S 濃度/g·L-1 63.7 28.8 144.6 46.4 該工藝過(guò)程中,脫硫階段主要反應(yīng)的離子方程式為 ,產(chǎn)品2的化學(xué)式為 ,1 L濃海水最多可得到產(chǎn)品2的質(zhì)量為 g。 (4)采用石墨陽(yáng)極、不銹鋼陰極電解熔融的氯化鎂,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ;電解時(shí),若有少量水存在會(huì)造成產(chǎn)品鎂的消耗,寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。 [答案] (1)②③④ (2) (3)Ca2++SCaSO4↓ Mg(OH)2 69.6 (4)MgCl2Mg+Cl2↑ Mg+2H2OMg
25、(OH)2+H2↑ [解析]: 本題的解題要點(diǎn)為:了解海水的成分及海水的綜合利用,掌握氧化還原方程式的配平及得失電子數(shù)目的判斷,掌握金屬鎂的性質(zhì)及冶煉方法。做題時(shí)一定要認(rèn)真審題,能熟練分析相關(guān)工藝流程,判斷每步流程的目的和原理,規(guī)范書寫化學(xué)用語(yǔ),避免不必要的丟分。 (1)用混凝法只能除去海水中的懸浮物,不能獲取淡水,故設(shè)想和做法可行的是②③④。 (2)利用化合價(jià)升降法配平氧化還原方程式:3Br2+6Na2CO3+3H2O5NaBr+NaBrO3+6NaHCO3,則吸收1 mol Br2時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為 mol。 (3)根據(jù)濃海水的成分及工藝流程知,脫硫階段為鈣離子除去濃海水中的硫酸根,主要反應(yīng)的離子方程式為Ca2++SCaSO4↓;由題給流程圖知,產(chǎn)品2的化學(xué)式為Mg(OH)2,1 L濃海水含鎂離子28.8 g,物質(zhì)的量為1.2 mol,根據(jù)鎂元素守恒知,最多可得到Mg(OH)21.2 mol,質(zhì)量為69.6 g。 (4)采用石墨陽(yáng)極、不銹鋼陰極電解熔融的氯化鎂,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl2Mg+Cl2↑;電解時(shí),若有少 量水存在,高溫下鎂與水發(fā)生反應(yīng)會(huì)造成產(chǎn)品鎂的消耗,有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。
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