2021高考化学苏教版一轮（江苏专用）教师用书：专题二专题提升
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一、金属矿物的开发利用
1.金属在自然界中的存在
2.金属冶炼的一般步骤
3.金属冶炼的实质
金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－===M。
4.金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
提醒：①冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
②金属冶炼方法与金属活动性的关系：
二、常见金属元素及其化合物的性质与应用
(下列物质的性质与应用对应关系正误)
三、化学工艺流程题
【试题特点】
工艺流程题的结构分题引、题干和题设三部分。题引一般是简单介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品(包括副产品)，有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息；题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题设主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成一系列问题，构成一道完整的化学试题。一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点：
【常见考查方式】
1.原料预处理
(1)常用方法
方法 | 目的 |
研磨 | 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率 |
水浸 | 与水接触反应或溶解 |
酸浸 | 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 |
碱浸 | 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 |
灼烧 | 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质 |
煅烧 | 改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土 |
(2)常见设问
如何提高“酸浸率” | 固体粉碎的目的：减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率，提高浸取率；升高反应的温度；增大反应速率加大酸的浓度 |
分析“浸出率”图表 | 解释“浸出率”高低变化的因素(“浸出率”升高一般是反应温度升高，反应速率加快；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高 “浸出率”反而下降，一般是反应试剂的分解或挥发)；选择达到一定较高“浸出率”的时间及温度(注意：一般不止一个答案) |
[例1] (2019·苏北三市一模)以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如下：
(1)“酸溶”中加快溶解的方法为________________________(写出一种)。
(2)“还原”过程中的离子方程式为_________________________________。
(3)Ⅰ.“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为____________________________________________。
Ⅱ.若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀。当反应完成时，溶液中c(Ca2＋)/c(Fe2＋)＝___________________________________________。
[已知Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9，Ksp(FeCO3)＝2×10－11]
答案 (1)加热或搅拌或适当增大硫酸浓度(写一种)
(2)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ (3)Ⅰ.FeSO4＋2NH4HCO3===Fe(OH)2↓＋(NH4)2SO4＋2CO2↑
Ⅱ.140
[例2] (2019·苏州期末)以软锰矿(主要成分为MnO2、SiO2等)为原料制备高纯MnO2的流程如下：
(1)酸浸时，通常加入FeSO4作催化剂加快反应速率。
为提高酸浸速率，还可以采取的措施有__________(写一种)。
(2)Ⅰ.滤渣中含大量硫单质，酸浸时主要反应的化学方程式为________________________。
Ⅱ.证明除铁后所得溶液中不含铁元素的实验方法是________________________。
答案 (1)提高酸浸温度(将矿石粉碎) (2)Ⅰ.ZnS＋MnO2＋2H2SO4ZnSO4＋MnSO4＋S＋2H2O
Ⅱ.取少量溶液，加入KSCN溶液，再滴入少量氯水，若溶液不变成血红色，则溶液中不含铁元素
2.制备过程中反应条件的控制
看方法 | 想目的 |
调节溶液的pH | 常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀 |
控制温度 | 根据需要升温或降温，改变反应速率或使化学平衡向需要的方向移动 |
控制压强 | 改变反应速率，影响化学平衡 |
使用合适的催化剂 | 改变反应速率，控制达到平衡所需要的时间 |
[注意] 调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH变大；
②不引入新杂质。例如若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)常见设问
控制溶液的pH | ①调节溶液的酸碱性，使某些金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) |
加过量试剂 | 使反应完全进行(或增大转化率、产率)等 |
加氧化剂 | 氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子 |
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) | ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率；使催化剂达到最大活性 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求 |
提高原子利用率 | 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用) |
在空气中或在其他气体中进行的反应或操作 | 要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的 |
[例3] (2020·南京三模)K2Cr2O7是一种重要的化工原料。以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3、Fe2O3等杂质)为原料制备K2Cr2O7的一种工艺流程如下：
已知：Ⅰ.4FeO·Cr2O3＋8Na2CO3＋7O28Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2
Ⅱ.Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋
(1)“焙烧”时，Al2O3与Na2CO3发生反应的化学方程式为________________。
(2)“滤渣”的主要成分是________________________(填化学式)。
(3)“酸化”步骤调节溶液pH<5，其目的是________________________。
(4)“转化”一步发生反应的化学方程式为________________________。
(5)采用电解法处理含铬废水原理如下图所示。阳极区溶液中发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，阳极的电极反应式为________________________，阴极产生的气体为________________(填化学式)。
解析 (1)高温条件下Na2CO3和Al2O3反应生成NaAlO2和CO2。(2)经过焙烧，Cr、Fe、Al的存在形式分别为：Na2CrO4、Fe2O3、NaAlO2，水浸后，溶液中主要有：Na2CrO4、NaAlO2，调节pH＝7，AlO转化为Al(OH)3沉淀。(3)酸化时，溶液主要成分为Na2CrO4，由题给信息Ⅱ可知将Na2CrO4转化为Na2Cr2O7。(4)Na2Cr2O7溶液中加KCl生成K2Cr2O7晶体，说明K2Cr2O7溶解度小于Na2Cr2O7。(5)铁板作阳极，优先失电子：Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋还原Cr2O。阴极溶液中的阳离子即H＋放电。
答案 (1)Na2CO3＋Al2O32NaAlO2＋CO2↑
(2)Al(OH)3 (3)使CrO转化为Cr2O
(4)Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl (5)Fe－2e－===Fe2＋ H2
3.物质的分离与提纯
(1)物质分离的“6种”常用方法
看目的 | 选方法 |
分离难溶物质和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法 | 过滤(热滤或抽滤) |
利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴 | 萃取和分液 |
提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl | 蒸发结晶 |
提取溶解度随温度变化较大的溶质，易水解的溶质或结晶水合物。如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等 | 冷却结晶 |
分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油 | 蒸馏与分馏 |
利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离出液氨 | 冷却法 |
(2)常见设问
结晶方法 | 结晶方法：①晶体不带结晶水，如NaCl、KNO3等：蒸发结晶 ②晶体带结晶水，如胆矾等：将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 ③要得到溶解度受温度影响小的溶质：蒸发浓缩、结晶，趁热过滤。如除去NaCl中少量的KNO3 ④要得到溶解度受温度影响大的溶质：蒸发浓缩、冷却结晶，过滤。如除去KNO3中少量的NaCl |
从溶液中得到晶体的操作 | 蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥 |
萃取、分液操作 | 实验在分液漏斗中进行，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出 |
晶体的洗涤 | 用乙醇等有机溶剂洗涤晶体的目的：可以除去晶体表面可溶性的杂质和水分、利用乙醇的易挥发性，有利于晶体干燥 |
洗涤沉淀操作 | 让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤剂浸没过晶体，让洗涤液自然流下，重复2～3次即可 |
检验沉淀是否洗涤干净 | 取最后一次洗涤滤液，滴加试剂(如硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl－，盐酸酸化的BaCl2溶液检验SO)，若无沉淀产生，则证明已洗涤干净，反之则未洗涤干净 |
[例4] (2018·苏锡常镇二调)一种由菱镁矿(主要成分MgCO3、CaCO3、FeCO3、SiO2)制备高纯氢氧化镁的工艺如下：
(1) “煅烧”时FeCO3发生反应的方程式为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2) “浸取”温度100 ℃左右，该步骤含镁化合物参与反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。
(3) “浸取”时NH4Cl用量对Mg2＋浸出率的影响曲线如图所示。下列有关说法正确的是________(填序号)。
A.“浸取”时适当搅拌浆料
B.用超理论用量20%的NH4Cl进行浸取
C.可用NH4Cl对浸取后的滤渣进行二次浸取，将两次浸取液合并
D.浸出温度采用100 ℃可促进NH4Cl的水解和NH3的逸出
(4)本工艺流程中可循环利用的物质有________。
(5) 若要得到高纯Mg(OH)2，需对“沉镁”步骤所得的固体进行洗涤，检验固体已洗涤干净的方法是___________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(6)25 ℃时，Ksp(CaSO4)＝7.2×10－5。实验测得“除钙”前后溶液中c(Ca2＋)分别为2.8 g·L－1和0.8 g·L－1，则1 L溶液至少需加入MgSO4固体的质量为________g。
解析 (1)空气中煅烧FeCO3，O2将FeCO3氧化为Fe2O3，同时放出CO2。(2)MgCO3煅烧后生成MgO，用NH4Cl溶液浸取，利用NH水解生成的H＋与MgO反应，由流程图可知有NH3生成。(3)A项，适当搅拌可以增大固液接触面积，加快反应速率，提高浸出率，正确；B项，由图可知，用超理论用量20%的NH4Cl进行浸取时，Mg2＋浸出率提高不明显，但NH4Cl利用率降低，错误；C项，二次浸取可提高浸出率，正确；D项，由(2)分析，利用 NH水解生成的H＋与MgO反应，适当升高温度，促进NH水解，增大H＋浓度，同时有利于NH3逸出，有利于水解平衡正向移动，正确；(4)浸取时生成氨气，可用于沉镁，沉镁时生成NH4Cl，可用于浸取。(5)Mg(OH)2固体吸附的溶液中的可溶性离子主要有NH、Cl－、SO，可以检验SO、Cl－的存在。(6)沉淀的n(Ca2＋)＝2 g/40 g·mol－1＝0.05 mol，生成CaSO4沉淀0.05 mol，此时溶液中c(Ca2＋)＝0.02 mol·L－1，由Ksp(CaSO4)＝7.2×10－5，此时溶液中c(SO)＝0.003 6 mol·L－1，1 L溶液生成CaSO4为mol＝0.05 mol，所以需要MgSO4的质量为0.003 6 mol·L－1×120 g/mol＋0.05 mol×120 g/mol＝6.432 g。
答案 (1)4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2
(2)MgO＋2NH4ClMgCl2＋2NH3↑＋H2O
(3)ACD
(4)NH4Cl、NH3
(5)取最后一次洗涤液，加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已洗净(其他合理答案也可)
(6)6.432
4.工艺流程中反应原理的分析
(1)循环物质的确定
①看流程上箭头，是否循环；②看反应过程中的生成物(滤液、滤渣)是否是前面反应的反应物，通过具体物质判断。
(2)滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：
①反应过程中哪些物质(离子)消失了；
②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子，要考虑这些离子间是否会发生反应。
(3)反应原理的分析
①从反应物的性质分析；②从反应的条件分析；③从生成物的性质分析。有时还结合图像分析，分析方法类似，结合反应物和生成物的性质及反应条件分析图像变化趋势，
(4)pH增大或减小，一是考虑H＋或OH－量的变化，与其他物质(反应物或生成物的反应)，二是环境改变
[例5] (2019·扬州考前调研)从含铬废水(主要成分为Cr2O)中回收铬渣并冶炼铬的部分工艺流程如下：
已知：Na2S2O5＋H2O===2NaHSO3
(1)①“还原”过程中Cr2O转化为Cr3＋，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。
②“还原”时，也可用Na2S2O3做还原剂，反应中S2O转变为SO，则与等量的Cr2O反应消耗的n(Na2S2O5)∶n(Na2S2O3)＝____________________________。
(2)Cr2O在不同酸碱性溶液中与CrO存在如下平衡：Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，该反应的平衡常数表达式为_________________________________________。
(3)用焦亚硫酸钠(Na2S2O5)处理废水后，可能会使废水的COD增大。在焦亚硫酸钠与废水铬元素不同质量比的情况下，加H2SO4与未加H2SO4处理含铬废水后其COD对比变化如题图所示。
已知：“COD”是指化学需氧量，反映了水样中较强还原性物质含量的多少。水样中还原性物质越少，则COD越低，表明水质污染程度越小。
①未加H2SO4时，随着Na2S2O5质量增大，废水COD增大的原因是_____________________________________________________________________。
②在焦亚硫酸钠与废水中铬元素质量比相同的情况下，加H2SO4时，与未加H2SO4相比，废水COD均有所下降，原因可能是__________________________________。
(4)已知“铬渣”的主要成分为Cr(OH)3，“沉淀”反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。
解析 (1)①利用S2O将Cr2O还原为Cr3＋，自身被氧化为SO，注意酸性环境。②Na2S2O5中S的平均价态为＋4价，被氧化到SO，转移4e－，Na2S2O3中S的平均价态为＋2价，被氧化到SO，转移8e－。(2)注意水溶液中水不写入平衡常数。(3)①COD越低，说明还原性物质越多，还原性物质可能HSO或S2O增多(从物质的性质入手)。②加硫酸，酸性增强，COD下降，说明还原性物质减少，即H＋促进反应或将HSO转化为SO2逸出。(4)反应物有：Na2CO3、Cr2(SO4)3，生成物有Cr(OH)3、3CO2，配平，判断Cr3＋以Cr2(SO4)3存在是关键。
答案 (1)①3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O或3HSO＋Cr2O＋5H＋===3SO＋2Cr3＋＋4H2O
②2∶1
(2)K＝
(3)①Na2S2O5质量越大，反应后废水中剩余的HSO(或S2O)的量就越多，HSO(或S2O)具有较强的还原性，所以废水的COD增大
②废水酸性增强，促进HSO(或S2O)与Cr2O充分反应，还原性的HSO(或S2O)转化更完全，含量减少(或废水酸性增强，H＋将HSO转化为SO2气体逸出，还原性的HSO减少)
(4)3Na2CO3＋Cr2(SO4)3＋3H2O===3Na2SO4＋2Cr(OH)3↓＋3CO2↑
