高考化学 难点剖析 专题09 氧化还原反应在化工流程中的考查讲解.doc
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1、1 / 19【2019【2019 最新最新】精选高考化学精选高考化学 难点剖析难点剖析 专题专题 0909 氧化还原反应在化工流程氧化还原反应在化工流程中的考查讲解中的考查讲解一、高考题再现一、高考题再现1 (2018 课标)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3 过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的 SO2 生产 Na2S2O5 的工艺为:pH=4.1 时,中为_溶液(写化学式) 。工艺中加入 Na2CO3 固体、并再次充入 SO2 的目的是_。(3)制备 Na2
2、S2O5 也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2 碱吸收液中含有 NaHSO3 和 Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的 NaHSO3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。(4)Na2S2O5 可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5 残留量时,取50.00 mL 葡萄酒样品,用 0.01000 molL1 的碘标准液滴定至终点,消耗 10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中 Na2S2O5 的残留量为_gL1(以 SO2 计) 。【答案】 2NaHSO3Na2S2O5+H2O NaHSO3 得到 NaHSO3 过饱和溶
3、液 2H2O4e4H+O2 a S2O52+2I2+3H2O2SO42+4I+6H 0.1282 / 19要制备焦亚硫酸钠,需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液,因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到 NaHSO3 过饱和溶液;(3)阳极发生失去电子的氧化反应,阳极区是稀硫酸,氢氧根放电,则电极反应式为 2H2O4e4H+O2。阳极区氢离子增大,通过阳离子交换膜进入 a 室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电,氢氧根浓度增大,与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠,所以电解后 a 室中亚硫酸氢钠的浓度增大。(4)单质碘具有氧化性,能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠,反应的方程式为S2O52+2
4、I2+3H2O2SO42+4I+6H;消耗碘的物质的量是 0.0001mol,所以焦亚硫酸钠的残留量(以 SO2 计)是。2 (2018 课标)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有 SiO2 和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下:金属离子Fe3+Fe2 +Zn2+Cd2+开始沉淀的 pH1.56.36.27.4沉淀完全的 pH2.88.38.29.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有
5、_;氧化除杂工序中 ZnO 的作用是_,若不通入氧气,其后果是_。3 / 19(3)溶液中的 Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为_;沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。【答案】 ZnS+O2ZnO+SO2 PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2+ Zn+Cd2+Zn2+Cd Zn2+2eZn 溶浸【解析】 (1)由于闪锌矿的主要成分是 ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为 2ZnS+3O22ZnO+2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有 PbSO4;要测定
6、铁离子,需要调节溶液的 pH,又因为不能引入新杂质,所以需要利用氧化锌调节pH,即氧化除杂工序中 ZnO 的作用是调节溶液的 pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的 pH 较大,所以若不通入氧气,其后果是无法除去杂质 Fe2+。3 (2018 北京)实验小组制备高铁酸钾(K2FeO4)并探究其性质。资料:K2FeO4 为紫色固体,微溶于 KOH 溶液;具有强氧化性,在酸性或中性溶液中快速产生 O2,在碱性溶液中较稳定。(1)制备 K2FeO4(夹持装置略)A 为氯气发生装置。A 中反应方程式是_(锰被还原为 Mn2+) 。将除杂装置 B 补充完整并标明所用试剂。_C 中得到紫色固体和溶液。C 中
7、 Cl2 发生的反应有4 / 193Cl2+2Fe(OH)3+10KOH2K2FeO4+6KCl+8H2O,另外还有_。(2)探究 K2FeO4 的性质取 C 中紫色溶液,加入稀硫酸,产生黄绿色气体,得溶液 a,经检验气体中含有Cl2。为证明是否 K2FeO4 氧化了 Cl而产生 Cl2,设计以下方案:方案取少量 a,滴加 KSCN 溶液至过量,溶液呈红色。方案用 KOH 溶液充分洗涤 C 中所得固体,再用 KOH 溶液将 K2FeO4溶出,得到紫色溶液 b。取少量 b,滴加盐酸,有 Cl2产生。i由方案中溶液变红可知 a 中含有_离子,但该离子的产生不能判断一定是K2FeO4 将 Cl氧化,
8、还可能由_产生(用方程式表示) 。ii方案可证明 K2FeO4 氧化了 Cl。用 KOH 溶液洗涤的目的是_。根据 K2FeO4 的制备实验得出:氧化性 Cl2_(填“”或“” ) ,而方案实验表明,Cl2 和的氧化性强弱关系相反,原因是_。2 4FeO2 4FeO资料表明,酸性溶液中的氧化性,验证实验如下:将溶液 b 滴入 MnSO4 和足量H2SO4 的混合溶液中,振荡后溶液呈浅紫色,该现象能否证明氧化性。若能,请说明理由;若不能,进一步设计实验方案。2 4FeO 4MnO2 4FeO 4MnO理由或方案:_。【答案】 2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl +5Cl2+8H2O
9、Cl2+2OHCl+ClO+H2O Fe3+ 4FeO42+20H+4Fe3+3O2+10H2O 排除 ClO的干扰 溶液的酸碱性不同 若能,理由:FeO42在过量酸的作用下完全转化为 Fe3+和 O2,溶液浅紫色一定是MnO4的颜色(若不能,方案:向紫色溶液 b 中滴加过量稀 H2SO4,观察溶液紫色快5 / 19速褪去还是显浅紫色)除去 HCl,除杂装置 B 为。 C 中 Cl2 发生的反应有 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,还有 Cl2与 KOH 的反应,Cl2 与 KOH 反应的化学方程式为 Cl2+2KOH=KCl+KClO+H2O,反应的
10、离子方程式为 Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(2)根据上述制备反应,C 的紫色溶液中含有 K2FeO4、KCl,还可能含有 KClO 等。i.方案 I 加入 KSCN 溶液,溶液变红说明 a 中含 Fe3+。但 Fe3+的产生不能判断K2FeO4 与 Cl-发生了反应,根据题意 K2FeO4 在酸性或中性溶液中快速产生 O2,自身被还原成 Fe3+,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒,可能的反应为4FeO42-+20H+=3O2+4Fe3+10H2O。ii.产生 Cl2 还可能是 ClO-+Cl-+2H+=Cl2+H2O,即 KClO 的存在干扰判断;K2FeO4微溶于 KOH
11、 溶液,用 KOH 溶液洗涤的目的是除去 KClO、排除 ClO-的干扰,同时保持K2FeO4 稳定存在。制备 K2FeO4 的原理为 3Cl2+2Fe(OH)3+10KOH=2K2FeO4+6KCl+8H2O,在该反应中Cl 元素的化合价由 0 价降至-1 价,Cl2 是氧化剂,Fe 元素的化合价由+3 价升至+66 / 19价,Fe(OH)3 是还原剂,K2FeO4 为氧化产物,根据同一反应中,氧化性:氧化剂氧化产物,得出氧化性 Cl2FeO42-;方案 II 的反应为 2FeO42-+6Cl-+16H+=2Fe3+3Cl2+8H2O,实验表明,Cl2 和 FeO42-氧化性强弱关系相反;
12、对比两个反应的条件,制备 K2FeO4 在碱性条件下,方案 II 在酸性条件下;说明溶液的酸碱性的不同影响物质氧化性的强弱。 该小题为开放性试题。若能,根据题意 K2FeO4 在足量 H2SO4 溶液中会转化为Fe3+和 O2,最后溶液中不存在 FeO42-,溶液振荡后呈浅紫色一定是 MnO4-的颜色,说明 FeO42-将 Mn2+氧化成 MnO4-,所以该实验方案能证明氧化性 FeO42-MnO4-。 (或不能,因为溶液 b 呈紫色,溶液 b 滴入 MnSO4 和 H2SO4 的混合溶液中,c(FeO42-)变小,溶液的紫色也会变浅;则设计一个空白对比的实验方案,方案为:向紫色溶液 b 中滴
13、加过量稀 H2SO4,观察溶液紫色快速褪去还是显浅紫色) 。二、考点突破二、考点突破1 1、制备物质、制备物质典例典例 1 1(20182018 届云南师大附中高三年级适应性月考)高铁酸钾是一种高效的多功能届云南师大附中高三年级适应性月考)高铁酸钾是一种高效的多功能水处理剂,具有强氧化性。制备高铁酸钾方法很多。水处理剂,具有强氧化性。制备高铁酸钾方法很多。(1)干法制备高铁酸钾。将 Fe2O3、KNO3、KOH 混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和 KNO2 等产物。此制备反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(2)湿法制备高铁酸钾。工业上常采用 NaClO 氧化法生产,原理如下:a.3NaC
14、lO+2Fe(NO3)3+ 10NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2Ob.Na2FeO4+2KOH =K2FeO4+2NaOH主要的生产流程如图:7 / 19流程图中“转化”是在某低温下进行的,说明此温度下的溶解度 S(K2FeO4)_S(Na2FeO4)(填“” “”或“=” ) 。湿法制备中,反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。如图,图甲为不同的温度下,不同质量浓度的 Fe(NO3)3 对 K2FeO4 生成率的影响;图乙为一定温度下,Fe(NO3)3 质量浓度最佳时,NaClO 浓度对 K2FeO4 生成率的影响。工业生产中最佳温度为_,此时 F
15、e(NO3)3 与 NaClO 两种溶液最佳质量浓度之比为_。若 NaClO 加入过量,氧化过程中会生成 Fe(OH)3,写出该反应的离子方程式:_。若 Fe( NO3)3 加入过量,在碱性介质中 K2FeO4 与 Fe3+发生氧化还原反应生成 K3FeO4,此反应的离子方程式为_。(3)K2FeO4 在水溶液中易水解:4FeO42-+10H2O4Fe(OH)3+8OH-+3O2。在“提纯”K2FeO4 中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,则洗涤剂最好选用_溶液(填序号)。AH2O BCH3COOK、异丙醇 CNH4Cl、异丙醇 DFe(NO3)3、异丙醇K2FeO4 在处理水的过程中所起的作
16、用有_。(4)室温下,向含有 Fe3+的 CuSO4 溶液中加入 Cu(OH)2 可使 Fe3+转化为 Fe(O H)3沉淀,从而除去 Fe3+。该反应的平衡常数为_。(已知常温下的溶度积常数:KspCu(OH)2=2.010-20, KspFe(OH)3=4.010-38)。【答案】 31 26 65 或 1.2 3ClO+Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3HClO +Fe3+8OH=+4H2O B K2FeO4 具有强氧化性,能够消毒杀菌;同时被还原成8 / 19Fe3+,Fe3+水解形成 Fe(OH)3 胶体,能够吸附水中悬浮杂质 5.01015 mol/L2 42FeO3 43FeO
17、2 4FeO湿法制备中,反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。如图,图甲为不同的温度下,不同质量浓度的 Fe(NO3)3 对 K2FeO4 生成率的影响;图乙为一定温度下,Fe(NO3)3 质量浓度最佳时,NaClO 浓度对 K2FeO4 生成率的影响。由图甲和图乙可知,在 26、NaClO 和 Fe(NO3)3 的质量浓度分别为 330g/L 和275g/L 时,K2FeO4 生成率最高,所以工业生产中最佳温度为 26,此时 Fe(NO3)3与 NaClO 两种溶液最佳质量浓度之比为 65(或 1.2 ) 。330 275若 NaClO 加入过量,次氯酸根离子和铁离子发生双水
18、解反应,故氧化过程中会生成 Fe(OH)3,该反应的离子方程式为 3ClO+Fe3+3H2O=Fe(OH)3+3HClO。若 Fe( NO3)3 加入过量,在碱性介质中 K2FeO4 与 Fe3+发生氧化还原反应生成 K3FeO4,此反应的离子方程式为+Fe3+8OH=+4H2O。2 42FeO3 43FeO(3)在“提纯”K2FeO4 中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,因为 K2FeO4 在水溶液中易水解,所以洗涤剂最好选用有机溶剂,根据平衡移动原理,为减少晶体的溶解损失,应选用 CH3COOK、异丙醇溶液,填 B。K2FeO4 在处理水的过程中所起的作用有:K2FeO4 具有强氧化性,能
19、够消毒杀菌;同时被还原成 Fe3+,Fe3+水解形成 Fe(OH)3 胶体,能够吸附水中悬浮杂质。2 4FeO(4)室温下,向含有 Fe3+的 CuSO4 溶液中加入 Cu(OH)2 可使 Fe3+转化为 Fe(O H)3沉淀,从而除去 Fe3+,该反应的离子方程式为 2Fe3+3Cu(OH)23Cu2+2Fe(OH)3。该9 / 19反应的平衡常数为 5.01015 mol/L。 33220223382.0 104.0 10cCucFe 2 2、原料的的氧化、原料的的氧化典例典例 2 2(20182018 届四川省届四川省市高高三第三次诊断考试)利用废旧锂离子电池的正极市高高三第三次诊断考试
20、)利用废旧锂离子电池的正极材料(主要成分为材料(主要成分为 LiCoO2LiCoO2、AlAl 以及少量以及少量 CaCa、MgMg、CuCu、FeFe 等)制备等)制备 Co3O4Co3O4 微球的工微球的工艺流程如下:艺流程如下:回答下列问题:(1)LiCoO2 中 Co 元素的化合价为_。(2)步骤中生成 Co2+的离子方程式为_。此过程中若用浓盐酸代替 H2SO4和 H2O2 的混合溶液,除因挥发使其利用率降低外,还有的缺点是_。(3)步骤中,不同 pH 下溶液中金属离子的去除效果如下图所示。该过程加入NaOH 调节溶液 pH 的最佳范围是_,理由是_。 (4)步骤中,过滤、洗涤操作均
21、需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、_。(5)步骤中,Co(OH)2 在空气中高温焙烧生成 Co3O4 的化学方程式为_。(6)若以钴为电极,控制一定条件,电解 NaCl 溶液也可制取 Co3O4 的前驱体Co(OH)2。写出电解的总反应方程式_。(7)实验室测得“浸出液”中钴元素的含量为 a mg/L,取 20 mL“浸出液”模拟上述流程进行实验,得到“Co3O4 微球”产品 b g,又测得产品中钴元素的质量分数为w。计算钴的回收率为_(列式表示) 。【答案】 +3 2LiCoO2 +6H+H2O2=2Co2+ O2+2Li+4H2O 盐酸(或 Cl-)可被LiCoO2 氧化产生 Cl2 污染环
22、境 5.56.0 在 pH 为 5.56.0 的范围内,Fe3+、Al3+、Cu2+杂质离子的去除率很高,而 Co2+去除率很低,损失率较小 漏斗 10 / 196Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O Co+2H2OCo(OH)2+H2 100%【解析】 (1)LiCoO2 中 Co 元素的化合价为+3;(4)步骤中,过滤、洗涤操作均需用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、和漏斗;(5)步骤中,Co(OH)2 在空气中高温焙烧生成 Co3O4,Co 由+2 价被氧化到+3 价,故需氧气的参与,化学方程式为:6Co(OH)2+O22Co3O4+ 6H2O;(6)若以钴为电极,电解 NaCl 溶液
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