内容正文:
2025高考化学二轮专题讲义
微专题 化学工艺微流程
构建思维模型
金属及其化合物的转化价类图
1.钠及其化合物
①2Na+O2Na2O2;
②2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;
③2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2;
④2NaOH+CO2(少量)===Na2CO3+H2O;
⑤NaOH+CO2(过量)===NaHCO3;
⑥Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3。
2.铁及其化合物
①2Fe+3Cl22FeCl3;
②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
或Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3;
③2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
或2FeCl3+Fe===3FeCl2;
④2FeCl2+Cl2===2FeCl3;
⑤4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
非金属及其化合物的转化价类图
1.氯及其化合物
①Cl2+SO2+2H2O===H2SO4+2HCl;
②Cu+Cl2CuCl2;
③Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O;
④2Cl2+2Ca(OH)2===Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O;
⑤MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O;
⑥2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。
2.硫及其化合物
①2SO2+O22SO3;
②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;
③C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O;
④2Na2SO3+O2===2Na2SO4。
3.氮及其化合物
①Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O;
②4NH3+5O24NO+6H2O;
③3NO2+H2O===2HNO3+NO;
④C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
【思维模型】
物质转化微流程的解题思维模型
练高考
物质转化价类图
1. (2024·广东选考)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图。下列推断合理的是( )
A.若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应
B.在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化
C.加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系
D.若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区
【答案】 B
【解析】 若a在沸水中可生成e,此时a为Mg,e为Mg(OH)2,即f为镁盐,a→f的反应有多种,可能为Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,该反应属于置换反应,可能为Mg+Cl2MgCl2,该反应属于化合反应,综上a→f的反应不一定是化合反应,故A错误;e能转化为d,此时e为白色沉淀Fe(OH)2,d为红褐色沉淀Fe(OH)3,说明在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化,故B正确;由题意得,此时能产生丁达尔效应的红棕色分散系为Fe(OH)3胶体,c应为铁盐,加热铁盐的饱和溶液,也有可能直接得到Fe(OH)3沉淀,故C错误;假设b为Al2O3,即d为Al(OH)3,c为铝盐,Al2O3、Al(OH)3与稀盐酸反应均生成铝盐,此时组成a的元素为Al,位于周期表p区;假设b为Fe2O3,即d为Fe(OH)3,c为铁盐,Fe2O3、Fe(OH)3与稀盐酸反应均生成铁盐,此时组成a的元素为Fe,位于周期表d区,故D错误。
2. (2023·广东选考)部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A.可存在c→d→e的转化
B.能与H2O反应生成c的物质只有b
C.新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基
D.若b能与H2O反应生成O2,则b中含共价键
【答案】 B
【解析】 由图可知a、b、c对应物质分别为:钠、氧化钠(过氧化钠)、氢氧化钠或a、b、e、d对应物质分别为:铜、氧化亚铜、氧化铜、氢氧化铜。由分析可知氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜,氢氧化铜受热分解生成氧化铜所以存在c→d→e的转化,A合理;钠和氧化钠(过氧化钠)都能与H2O反应生成氢氧化钠,B不合理;新制氢氧化铜可用于检验葡萄糖中的醛基,C合理;若b能与H2O反应生成O2,则b为过氧化钠,结构中含共价键和离子键,D合理。
物质转化循环图
3. (2024·安徽选考)下列选项中的物质能按图示路径在自然界中转化。且甲和水可以直接生成乙的是( )
选项
甲
乙
丙
A
Cl2
NaClO
NaCl
B
SO2
H2SO4
CaSO4
C
Fe2O3
Fe(OH)3
FeCl3
D
CO2
H2CO3
Ca(HCO3)2
【答案】 D
【解析】 Cl2与水反应生成HClO和HCl,无法直接生成NaClO,A错误;SO2与水反应生成亚硫酸而不是硫酸,B错误;氧化铁与水不反应,不能生成氢氧化铁沉淀,C错误;CO2与水反应生成碳酸,碳酸与碳酸钙反应生成碳酸氢钙,碳酸氢钙受热分解生成二氧化碳气体,D正确。
4. (2024·江苏选考)在给定条件下,下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是( )
A.HCl制备:NaCl溶液H2和Cl2HCl
B.金属Mg制备:Mg(OH)2MgCl2溶液Mg
C.纯碱工业:NaCl溶液NaHCO3Na2CO3
D.硫酸工业:FeS2SO2H2SO4
【答案】 A
【解析】 电解氯化钠溶液可以得到H2和Cl2,H2和Cl2点燃反应生成HCl,故A的转化可以实现;氢氧化镁和盐酸反应可以得到氯化镁溶液,但是电解氯化镁溶液不能得到Mg,电解熔融MgCl2才能得到金属镁单质,故B的转化不能实现;纯碱工业是在饱和食盐水中通入NH3和CO2先得到NaHCO3,然后NaHCO3受热分解为Na2CO3,故C的转化不能实现;工业制备硫酸,首先黄铁矿和氧气反应生成SO2,但是SO2和水反应生成H2SO3,不能得到H2SO4,故D的转化不能实现。
物质转化微流程
5. (2024·辽宁选考)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅 Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是( )
不与稀硫酸反应,在氧化剂存在下可以反应
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子
Zn2+
Cu2+
Cl-
浓度(g·L-1)
145
0.03
1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
【答案】 C
【解析】 铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,再加入锌浸出液进行“脱氯”,“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变,得到CuCl固体,可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓,过滤得到脱氯液,脱氯液净化后电解,Zn2+可在阴极得到电子生成Zn。由分析得,“浸铜”时,铜屑不能溶解完全,Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂,故A错误;“浸铜”时,铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,故B错误;“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变,得到CuCl固体,即Cu的化合价升高,Cu2+的化合价降低,发生归中反应,化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓,故C正确;脱氯液净化后电解,Zn2+应在阴极得到电子变为Zn,故D错误。
6. (2024·甘肃选考)兴趣小组设计了从AgCl中提取Ag的实验方案,下列说法正确的是( )
AgCl[Ag(NH3)2]+[Cu(NH3)4]2++,Ag) CuCl2+,NH4Cl) 溶液①+,Cu)
A.还原性:Ag>Cu>Fe
B.按上述方案消耗1 mol Fe可回收1 mol Ag
C.反应①的离子方程式是[Cu(NH3)4]2++4H+===Cu2++4NH
D.溶液①中的金属离子是Fe2+
【答案】 C
【解析】 从实验方案可知,氨水溶解了氯化银,然后用铜置换出银,滤液中加入浓盐酸后得到氯化铜和氯化铵的混合液,向其中加入铁,铁置换出铜,过滤分离出铜可以循环利用,并通入氧气可将亚铁离子氧化为铁离子。金属活动性越强,金属的还原性越强,而且由题中的实验方案能得到证明,还原性从强到弱的顺序为Fe>Cu>Ag,A不正确;由电子转移守恒可知,1 mol Fe可以置换1 mol Cu,而1 mol Cu可以置换2 mol Ag,因此,根据按上述方案消耗1 mol Fe可回收2 mol Ag,B不正确;反应①中,氯化四氨合铜溶液与浓盐酸反应生成氯化铜和氯化铵,该反应的离子方程式是[Cu(NH3)4]2++4H+===Cu2++4NH,C正确;向氯化铜和氯化铵的混合液中加入铁,铁置换出铜后生成Fe2+,然后Fe2+被通入的氧气氧化为Fe3+,氯化铵水解使溶液呈酸性,在这个过程中,溶液中的氢离子参与反应,因此氢离子浓度减少促进了铁离子水解生成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁存在沉淀溶解平衡,因此,溶液①中的金属离子是Fe3+,D不正确。
7. (2023·河北选考)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Mn(OH)2
MgF2
CaF2
10-32.9
10-11.3
10-5.3
10-16.3
10-38.6
10-12.7
10-10.3
10-8.3
下列说法错误的是( )
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O
【答案】 C
【解析】 由图知锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)加入浓盐酸进行酸浸,Mn2O3、铝、镁、钙、铁的氧化物均生成对应的盐,由于Mn2O3具有氧化性,能将盐酸中的氯离子氧化为氯气,故气体①用氢氧化钠溶液进行吸收,防止污染环境,加氨水调节pH为5~6,由表中数据知,可将铁和铝沉淀而除去,故滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3,再向滤液中加入氟化钠溶液,可将镁和钙以氟化物的形式除去,滤渣②为氟化钙和氟化镁,此时滤液中主要成分为氯化锰,加入碳酸氢钠溶液,发生Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O,将锰离子沉淀,得到纯度较高的碳酸锰。由分析知,Mn2O3与浓盐酸反应生成Mn2+和Cl2,A正确;结合表中数据可知,除杂①工序中调pH为5~6,此时会产生Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀,B正确;由于Ksp(MgF2)<Ksp(CaF2),故Ca2+、Mg2+浓度接近时,先析出MgF2沉淀,C错误;由题给流程和分析可知,沉淀工序中Mn2+与HCO反应生成MnCO3、CO2和H2O离子方程式为Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O,D正确。
练模拟
物质转化价类图
1. (2024·河北保定市二模)部分含铁的纯净物的“价—类”关系如图所示。下列叙述错误的是( )
A.图中相邻物质中c→d在空气里最易转化
B.在隔绝空气条件下加热FeC2O4可得到b
C.在高温下a与水蒸气反应生成b和H2
D.e溶液中加入铜粉,发生氧化还原反应
【答案】 C
【解析】 由图可知,a为铁、b为氧化亚铁、c为氢氧化亚铁、d为氢氧化铁、e为氯化铁。氢氧化亚铁具有强还原性,易与空气中的氧气和水反应生成氢氧化铁,故A正确;草酸亚铁在隔绝空气条件下加热分解生成氧化亚铁、一氧化碳和二氧化碳,故B正确;铁在高温条件下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,故C错误;氯化铁溶液与加入的铜粉反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应中有元素发生化合价变化,属于氧化还原反应,故D正确。
2. (2024·广东深圳二模)自然界中氮的循环意义重大。其中,部分含氮物质的转化关系呈现在氮及其化合物的“价—类”二维图中。下列说法不正确的是( )
A.a→b的转化是工业制硝酸的基础
B.既属于g又属于f的盐可用作氮肥
C.汽车中的三元催化器可促进尾气中的b、c向a转化
D.实验室中,常用f与强碱反应产生e来检验f中阳离子的存在
【答案】 A
【解析】 由N元素的化合价及物质所属类别,可确定a为N2、b为NO、c为NO2、d为HNO3、e为NH3、f为铵盐、g为硝酸盐。工业制硝酸的基础是氨的催化氧化,即NH3→NO,而a为N2,则N2→NO的转化不是工业制硝酸的基础,A不正确;既属于g(硝酸盐)又属于f(铵盐)的盐为NH4NO3,它含氮量较高,可用作氮肥,B正确;NO、NO2是大气污染物,利用汽车中的三元催化器,可促进尾气中NO、NO2与CO作用,生成N2和CO2,C正确;实验室中,检验NH时,常用铵盐与强碱在加热条件下反应,通过检验反应产生的NH3检验NH的存在,D正确。
物质转化循环图
3. (2024·湖北武汉市二模)CO2甲烷化是“ 负碳排放”的重要研究方向,某研究团队报道了镍基催化剂上CO2与H2反应生成甲烷的两种机理如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。
下列说法错误的是( )
A.镍基催化剂增加了活化分子的百分数
B.两种机理均涉及极性键的断裂和生成
C.Ni@SiXNS—H2O机理中CH4的选择性更高
D.Ni@SiXNS—C2H5OH机理涉及反应*CO2+H+e-===*HCOO-
【答案】 C
【解析】 催化剂降低反应的活化能,将普通分子转化为活化分子,则镍基催化剂增加了活化分子的百分数,A正确;两种机理均涉及C===O极性键的断裂和C—H键的生成,B正确;Ni@-SiXNS—C2H5OH机理中主要生成CH4,次要生成CO,则Ni@-SiXNS—C2H5OH机理中CH4的选择性更高,C错误;由图可知Ni@SiXNS—C2H5OH机理涉及反应*CO2+H+e-===*HCOO-,D正确。
4. (2024·湖南怀化市二模)一种利用H2和O2直接合成H2O2的反应历程如下图所示。下列说法中错误的是( )
A.总反应的原子利用率理论上可达100%
B.步骤2中,若1 mol O2完全反应,则理论上转移电子数目为2NA
C.降低了反应的活化能,加快了反应速率
D.和中Pd的化合价不相同
【答案】 D
【解析】 由图示可知,步骤1为+H2―→Pd+2HCl+2Cl-、步骤2为Pd+O2+2Cl-―→、步骤3为+2HCl―→+H2O2,所以总反应为H2+O2H2O2。总反应H2O+O2H2O2,理论上反应物全部转化为H2O2,故原子利用率理论上为100%,故A正确;步骤2为Pd+O2+2Cl-―→,若1 mol O2完全反应,则理论上转移电子数目为2NA,故B正确;由分步反应及总反应可知,为催化剂,催化剂可降低反应的活化能,加快反应速率,故C正确;中Cl化合价为-1价,则Pd元素为+2价,中Cl化合价为-1价、O化合价为-1价,则Pd元素为+2价,Pd的化合价相同,故D错误。
物质转化微流程
5. (2024·河北张家口二模)氧化铍是一种核反应器燃料基体和减速剂,还可用作有机反应催化剂,其化学性质与Al2O3相似。以绿柱石(主要成分为3BeO·Al2O3·6SiO2,还有少量含铁化合物)为原料制备氧化铍的工业流程如下。下列说法错误的是( )
A.“滤渣1”的主要成分为SiO2
B.“转化”时H2O2做氧化剂
C.“调pH”的目的是除去Fe3+和Al3+
D.“试剂M”可以选用氨水或NaOH溶液
【答案】 D
【解析】 酸浸时,得到Fe2+(可能有Fe3+)、Al3+、Be2+,SiO2成为滤渣1,H2O2做氧化剂,把Fe2+氧化为Fe3+,加入碳酸钙调pH的目的是除去Fe3+和Al3+,得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,加入氨水得到氢氧化铍,除杂煅烧得到氧化铍。根据分析知,“滤渣1”的主要成分为SiO2,A正确;H2O2做氧化剂,把Fe2+氧化为Fe3+,B正确;加入碳酸钙调pH的目的是除去Fe3+和Al3+,得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,C正确;氧化铍化学性质与Al2O3相似,过量的NaOH溶液与氧化铍反应,降低了产率,D错误。
6. (2024·湖南衡阳市二模)海水综合利用后的一种卤水中含NaCl、LiCl及少量的MgCl2、CaCl2、MnCl2等,利用该卤水制备Li2CO3的简要流程如图所示(第一次加入纯碱的量以不损失Li,其他离子尽量除去为标准):
已知:
①卤水中c(Li+)=1.581 mol·L-1、c(Mg2+)=0.120 mol·L-1;1.5812=2.5。
②Li2CO3的溶解度随温度升高而降低。
③常温下,几种难溶物质的溶度积数据如下表:
物质
Li2CO3
MgCO3
CaCO3
MnCO3
Mg(OH)2
Ksp
2.5×10-2
6.8×10-6
2.8×10-9
2.3×10-11
5.6×10-12
下列说法错误的是( )
A.滤渣中含有MgCO3、CaCO3和MnCO3
B.在实验室中分离出滤渣需要的玻璃仪器主要为漏斗、玻璃棒和烧杯
C.“ 沉淀池Ⅱ”中滴加烧碱前,c(Mg2+)=6.8×10-4 mol·L-1
D.从“沉淀池Ⅲ”中析出的Li2CO3需用热水洗涤
【答案】 C
【解析】 由题可知杂质包括Mg2+、Ca2+、Mn2+、Na+、Cl-,故需除去这些杂质,则据流程图中沉淀池Ⅱ可得到Mg(OH)2、NaCl,则沉淀池Ⅰ的滤渣为MgCO3、CaCO3,MnCO3。由分析可知,第一次加入纯碱时会产生MgCO3、CaCO3、MnCO3沉淀,则滤渣中含有MgCO3、CaCO3和MnCO3,A正确;滤渣含MgCO3、MnCO3、CaCO3,过滤需要的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗、烧杯,B正确;沉淀Ⅱ之前的主要成分有Li+、Cl-、Na+、Mg2+、CO必使Q(Li2CO3)<Ksp(Li2CO3),让Li2CO3(s)2Li+(aq)+CO(aq)正移,故可知c(CO)<=10-2 mol·L-1即此时c(Mg2+)>=6.8×10-4 mol·L-1,C错误;因为Li2CO3的溶解度随温度升高而降低,故用热水洗涤,降低溶解度,D正确。
练预测
1. (2024·河北邯郸三模)轻质碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2·3H2O]是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品,以卤块(主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+等杂质离子)为原料制备轻质碳酸镁的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A.在实验室进行①操作所用的仪器为玻璃棒、烧杯
B.“氧化”工序中发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
C.②和③工序名称均为“过滤”
D.“沉镁”工序控制合适的温度,产生的气体X主要为NH3和CO2
【答案】 D
【解析】 由图知,向卤块(主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+等杂质离子)中加入盐酸进行酸溶,再加入过氧化氢发生2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O将Fe2+氧化为Fe3+,再加入氢氧化钠溶液Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,过滤将其除去得到滤渣,滤渣为氢氧化铁,向滤液中加入碳酸氢铵进行沉镁,发生2Mg2++4HCO+2H2O===MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓+3CO2↑,故X主要为二氧化碳,经过过滤,得到轻质碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2·3H2O],据此回答。①操作需用盐酸溶解卤块,所用仪器为玻璃棒、烧杯,A正确;“氧化”目的是将Fe2+氧化为Fe3+,再通过调节pH除去,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,B正确;②和③操作都得到液体和固体,均为过滤,C正确;“沉镁”工序中Mg2+、HCO转化为MgCO3·Mg(OH)2·3H2O[2Mg2++4HCO+2H2O===MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓+3CO2↑],温度过高NH4HCO3分解才可能产生NH3,D错误。
2. (2024·河北张家口市三模)磁选后的炼铁高钛炉渣中的主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源,利用如图流程制备TiO2·xH2O并回收铝、镁等。
已知:“酸溶”后钛主要以TiO2+形式存在。下列说法正确的是( )
A.“焙烧”尾气的主要成分为氮氧化物
B.用热水“水浸”的目的是促进Fe3+水解
C.母液和尾气可循环使用
D.“酸溶”反应的离子方程式为TiO2+4H+===Ti4++2H2O
【答案】 C
【解析】 由题给流程可知,高钛炉渣与硫酸铵混合后焙烧时,氧化铝、氧化铁转化为相应的硫酸盐,尾气为氨气;将焙烧后物质加入热水水浸,二氧化钛不溶于水,硫酸铁和硫酸铝铵溶于水,过滤得到含有二氧化钛的水浸渣和含有硫酸铁、硫酸铝铵的滤液;向滤液中加入氨水,溶液中铁离子、铝离子依次沉淀;向水浸渣中加入硫酸加热酸溶,二氧化钛与稀硫酸反应得到TiOSO4,过滤得到含有硫酸钙的酸溶渣和TiOSO4溶液;将TiOSO4溶液加入热水稀释并适当加热,使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸,过滤得到含有硫酸的母液和TiO2·xH2O。由分析可知,尾气为氨气,A错误;用热水“水浸”的目的是促使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O,B错误;母液含有硫酸、尾气含有氨气,氨气溶于水得到氨水,故母液和尾气可循环使用,C正确;已知:“酸溶”后钛主要以TiO2+形式存在,则“酸溶”反应的离子方程式为TiO2+2H+===TiO2++H2O,D错误。
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2025高考化学二轮专题讲义
微专题 化学工艺微流程
构建思维模型
金属及其化合物的转化价类图
1.钠及其化合物
①2Na+O2Na2O2;
②2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑;
③2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2;
④2NaOH+CO2(少量)===Na2CO3+H2O;
⑤NaOH+CO2(过量)===NaHCO3;
⑥Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3。
2.铁及其化合物
①2Fe+3Cl22FeCl3;
②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
或Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3;
③2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
或2FeCl3+Fe===3FeCl2;
④2FeCl2+Cl2===2FeCl3;
⑤4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
非金属及其化合物的转化价类图
1.氯及其化合物
①Cl2+SO2+2H2O===H2SO4+2HCl;
②Cu+Cl2CuCl2;
③Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O;
④2Cl2+2Ca(OH)2===Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O;
⑤MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O;
⑥2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑。
2.硫及其化合物
①2SO2+O22SO3;
②Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O;
③C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O;
④2Na2SO3+O2===2Na2SO4。
3.氮及其化合物
①Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O;
②4NH3+5O24NO+6H2O;
③3NO2+H2O===2HNO3+NO;
④C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。
练高考
物质转化价类图
1. (2024·广东选考)部分含Mg或Al或Fe物质的分类与相应化合价关系如图。下列推断合理的是( )
A.若a在沸水中可生成e,则a→f的反应一定是化合反应
B.在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化
C.加热c的饱和溶液,一定会形成能产生丁达尔效应的红棕色分散系
D.若b和d均能与同一物质反应生成c,则组成a的元素一定位于周期表p区
【答案】 B
【解析】 若a在沸水中可生成e,此时a为Mg,e为Mg(OH)2,即f为镁盐,a→f的反应有多种,可能为Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,该反应属于置换反应,可能为Mg+Cl2MgCl2,该反应属于化合反应,综上a→f的反应不一定是化合反应,故A错误;e能转化为d,此时e为白色沉淀Fe(OH)2,d为红褐色沉淀Fe(OH)3,说明在g→f→e→d转化过程中,一定存在物质颜色的变化,故B正确;由题意得,此时能产生丁达尔效应的红棕色分散系为Fe(OH)3胶体,c应为铁盐,加热铁盐的饱和溶液,也有可能直接得到Fe(OH)3沉淀,故C错误;假设b为Al2O3,即d为Al(OH)3,c为铝盐,Al2O3、Al(OH)3与稀盐酸反应均生成铝盐,此时组成a的元素为Al,位于周期表p区;假设b为Fe2O3,即d为Fe(OH)3,c为铁盐,Fe2O3、Fe(OH)3与稀盐酸反应均生成铁盐,此时组成a的元素为Fe,位于周期表d区,故D错误。
2. (2023·广东选考)部分含Na或含Cu物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是( )
A.可存在c→d→e的转化
B.能与H2O反应生成c的物质只有b
C.新制的d可用于检验葡萄糖中的醛基
D.若b能与H2O反应生成O2,则b中含共价键
【答案】 B
【解析】 由图可知a、b、c对应物质分别为:钠、氧化钠(过氧化钠)、氢氧化钠或a、b、e、d对应物质分别为:铜、氧化亚铜、氧化铜、氢氧化铜。由分析可知氢氧化钠和硫酸铜反应生成氢氧化铜,氢氧化铜受热分解生成氧化铜所以存在c→d→e的转化,A合理;钠和氧化钠(过氧化钠)都能与H2O反应生成氢氧化钠,B不合理;新制氢氧化铜可用于检验葡萄糖中的醛基,C合理;若b能与H2O反应生成O2,则b为过氧化钠,结构中含共价键和离子键,D合理。
物质转化循环图
3. (2024·安徽选考)下列选项中的物质能按图示路径在自然界中转化。且甲和水可以直接生成乙的是( )
选项
甲
乙
丙
A
Cl2
NaClO
NaCl
B
SO2
H2SO4
CaSO4
C
Fe2O3
Fe(OH)3
FeCl3
D
CO2
H2CO3
Ca(HCO3)2
【答案】 D
【解析】 Cl2与水反应生成HClO和HCl,无法直接生成NaClO,A错误;SO2与水反应生成亚硫酸而不是硫酸,B错误;氧化铁与水不反应,不能生成氢氧化铁沉淀,C错误;CO2与水反应生成碳酸,碳酸与碳酸钙反应生成碳酸氢钙,碳酸氢钙受热分解生成二氧化碳气体,D正确。
4. (2024·江苏选考)在给定条件下,下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是( )
A.HCl制备:NaCl溶液H2和Cl2HCl
B.金属Mg制备:Mg(OH)2MgCl2溶液Mg
C.纯碱工业:NaCl溶液NaHCO3Na2CO3
D.硫酸工业:FeS2SO2H2SO4
【答案】 A
【解析】 电解氯化钠溶液可以得到H2和Cl2,H2和Cl2点燃反应生成HCl,故A的转化可以实现;氢氧化镁和盐酸反应可以得到氯化镁溶液,但是电解氯化镁溶液不能得到Mg,电解熔融MgCl2才能得到金属镁单质,故B的转化不能实现;纯碱工业是在饱和食盐水中通入NH3和CO2先得到NaHCO3,然后NaHCO3受热分解为Na2CO3,故C的转化不能实现;工业制备硫酸,首先黄铁矿和氧气反应生成SO2,但是SO2和水反应生成H2SO3,不能得到H2SO4,故D的转化不能实现。
物质转化微流程
5. (2024·辽宁选考)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅 Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是( )
不与稀硫酸反应,在氧化剂存在下可以反应
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子
Zn2+
Cu2+
Cl-
浓度(g·L-1)
145
0.03
1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
【答案】 C
【解析】 铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,再加入锌浸出液进行“脱氯”,“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变,得到CuCl固体,可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓,过滤得到脱氯液,脱氯液净化后电解,Zn2+可在阴极得到电子生成Zn。由分析得,“浸铜”时,铜屑不能溶解完全,Cu在“脱氯”步骤还需要充当还原剂,故A错误;“浸铜”时,铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,故B错误;“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变,得到CuCl固体,即Cu的化合价升高,Cu2+的化合价降低,发生归中反应,化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓,故C正确;脱氯液净化后电解,Zn2+应在阴极得到电子变为Zn,故D错误。
6. (2024·甘肃选考)兴趣小组设计了从AgCl中提取Ag的实验方案,下列说法正确的是( )
AgCl[Ag(NH3)2]+[Cu(NH3)4]2++,Ag) CuCl2+,NH4Cl) 溶液①+,Cu)
A.还原性:Ag>Cu>Fe
B.按上述方案消耗1 mol Fe可回收1 mol Ag
C.反应①的离子方程式是[Cu(NH3)4]2++4H+===Cu2++4NH
D.溶液①中的金属离子是Fe2+
【答案】 C
【解析】 从实验方案可知,氨水溶解了氯化银,然后用铜置换出银,滤液中加入浓盐酸后得到氯化铜和氯化铵的混合液,向其中加入铁,铁置换出铜,过滤分离出铜可以循环利用,并通入氧气可将亚铁离子氧化为铁离子。金属活动性越强,金属的还原性越强,而且由题中的实验方案能得到证明,还原性从强到弱的顺序为Fe>Cu>Ag,A不正确;由电子转移守恒可知,1 mol Fe可以置换1 mol Cu,而1 mol Cu可以置换2 mol Ag,因此,根据按上述方案消耗1 mol Fe可回收2 mol Ag,B不正确;反应①中,氯化四氨合铜溶液与浓盐酸反应生成氯化铜和氯化铵,该反应的离子方程式是[Cu(NH3)4]2++4H+===Cu2++4NH,C正确;向氯化铜和氯化铵的混合液中加入铁,铁置换出铜后生成Fe2+,然后Fe2+被通入的氧气氧化为Fe3+,氯化铵水解使溶液呈酸性,在这个过程中,溶液中的氢离子参与反应,因此氢离子浓度减少促进了铁离子水解生成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁存在沉淀溶解平衡,因此,溶液①中的金属离子是Fe3+,D不正确。
7. (2023·河北选考)一种以锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯MnCO3的清洁生产新工艺流程如下:
已知:室温下相关物质的Ksp如下表。
Al(OH)3
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Mn(OH)2
MgF2
CaF2
10-32.9
10-11.3
10-5.3
10-16.3
10-38.6
10-12.7
10-10.3
10-8.3
下列说法错误的是( )
A.酸浸工序中产生的气体①为氯气
B.滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3
C.除杂②工序中逐渐加入NaF溶液时,若Ca2+、Mg2+浓度接近,则CaF2先析出
D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O
【答案】 C
【解析】 由图知锰尘(主要成分为Mn2O3,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)加入浓盐酸进行酸浸,Mn2O3、铝、镁、钙、铁的氧化物均生成对应的盐,由于Mn2O3具有氧化性,能将盐酸中的氯离子氧化为氯气,故气体①用氢氧化钠溶液进行吸收,防止污染环境,加氨水调节pH为5~6,由表中数据知,可将铁和铝沉淀而除去,故滤渣①主要成分为Al(OH)3和Fe(OH)3,再向滤液中加入氟化钠溶液,可将镁和钙以氟化物的形式除去,滤渣②为氟化钙和氟化镁,此时滤液中主要成分为氯化锰,加入碳酸氢钠溶液,发生Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O,将锰离子沉淀,得到纯度较高的碳酸锰。由分析知,Mn2O3与浓盐酸反应生成Mn2+和Cl2,A正确;结合表中数据可知,除杂①工序中调pH为5~6,此时会产生Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀,B正确;由于Ksp(MgF2)<Ksp(CaF2),故Ca2+、Mg2+浓度接近时,先析出MgF2沉淀,C错误;由题给流程和分析可知,沉淀工序中Mn2+与HCO反应生成MnCO3、CO2和H2O离子方程式为Mn2++2HCO===MnCO3↓+CO2↑+H2O,D正确。
练模拟
物质转化价类图
1. (2024·河北保定市二模)部分含铁的纯净物的“价—类”关系如图所示。下列叙述错误的是( )
A.图中相邻物质中c→d在空气里最易转化
B.在隔绝空气条件下加热FeC2O4可得到b
C.在高温下a与水蒸气反应生成b和H2
D.e溶液中加入铜粉,发生氧化还原反应
【答案】 C
【解析】 由图可知,a为铁、b为氧化亚铁、c为氢氧化亚铁、d为氢氧化铁、e为氯化铁。氢氧化亚铁具有强还原性,易与空气中的氧气和水反应生成氢氧化铁,故A正确;草酸亚铁在隔绝空气条件下加热分解生成氧化亚铁、一氧化碳和二氧化碳,故B正确;铁在高温条件下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气,故C错误;氯化铁溶液与加入的铜粉反应生成氯化亚铁和氯化铜,反应中有元素发生化合价变化,属于氧化还原反应,故D正确。
2. (2024·广东深圳二模)自然界中氮的循环意义重大。其中,部分含氮物质的转化关系呈现在氮及其化合物的“价—类”二维图中。下列说法不正确的是( )
A.a→b的转化是工业制硝酸的基础
B.既属于g又属于f的盐可用作氮肥
C.汽车中的三元催化器可促进尾气中的b、c向a转化
D.实验室中,常用f与强碱反应产生e来检验f中阳离子的存在
【答案】 A
【解析】 由N元素的化合价及物质所属类别,可确定a为N2、b为NO、c为NO2、d为HNO3、e为NH3、f为铵盐、g为硝酸盐。工业制硝酸的基础是氨的催化氧化,即NH3→NO,而a为N2,则N2→NO的转化不是工业制硝酸的基础,A不正确;既属于g(硝酸盐)又属于f(铵盐)的盐为NH4NO3,它含氮量较高,可用作氮肥,B正确;NO、NO2是大气污染物,利用汽车中的三元催化器,可促进尾气中NO、NO2与CO作用,生成N2和CO2,C正确;实验室中,检验NH时,常用铵盐与强碱在加热条件下反应,通过检验反应产生的NH3检验NH的存在,D正确。
物质转化循环图
3. (2024·湖北武汉市二模)CO2甲烷化是“ 负碳排放”的重要研究方向,某研究团队报道了镍基催化剂上CO2与H2反应生成甲烷的两种机理如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*表示。
下列说法错误的是( )
A.镍基催化剂增加了活化分子的百分数
B.两种机理均涉及极性键的断裂和生成
C.Ni@SiXNS—H2O机理中CH4的选择性更高
D.Ni@SiXNS—C2H5OH机理涉及反应*CO2+H+e-===*HCOO-
【答案】 C
【解析】 催化剂降低反应的活化能,将普通分子转化为活化分子,则镍基催化剂增加了活化分子的百分数,A正确;两种机理均涉及C===O极性键的断裂和C—H键的生成,B正确;Ni@-SiXNS—C2H5OH机理中主要生成CH4,次要生成CO,则Ni@-SiXNS—C2H5OH机理中CH4的选择性更高,C错误;由图可知Ni@SiXNS—C2H5OH机理涉及反应*CO2+H+e-===*HCOO-,D正确。
4. (2024·湖南怀化市二模)一种利用H2和O2直接合成H2O2的反应历程如下图所示。下列说法中错误的是( )
A.总反应的原子利用率理论上可达100%
B.步骤2中,若1 mol O2完全反应,则理论上转移电子数目为2NA
C.降低了反应的活化能,加快了反应速率
D.和中Pd的化合价不相同
【答案】 D
【解析】 由图示可知,步骤1为+H2―→Pd+2HCl+2Cl-、步骤2为Pd+O2+2Cl-―→、步骤3为+2HCl―→+H2O2,所以总反应为H2+O2H2O2。总反应H2O+O2H2O2,理论上反应物全部转化为H2O2,故原子利用率理论上为100%,故A正确;步骤2为Pd+O2+2Cl-―→,若1 mol O2完全反应,则理论上转移电子数目为2NA,故B正确;由分步反应及总反应可知,为催化剂,催化剂可降低反应的活化能,加快反应速率,故C正确;中Cl化合价为-1价,则Pd元素为+2价,中Cl化合价为-1价、O化合价为-1价,则Pd元素为+2价,Pd的化合价相同,故D错误。
物质转化微流程
5. (2024·河北张家口二模)氧化铍是一种核反应器燃料基体和减速剂,还可用作有机反应催化剂,其化学性质与Al2O3相似。以绿柱石(主要成分为3BeO·Al2O3·6SiO2,还有少量含铁化合物)为原料制备氧化铍的工业流程如下。下列说法错误的是( )
A.“滤渣1”的主要成分为SiO2
B.“转化”时H2O2做氧化剂
C.“调pH”的目的是除去Fe3+和Al3+
D.“试剂M”可以选用氨水或NaOH溶液
【答案】 D
【解析】 酸浸时,得到Fe2+(可能有Fe3+)、Al3+、Be2+,SiO2成为滤渣1,H2O2做氧化剂,把Fe2+氧化为Fe3+,加入碳酸钙调pH的目的是除去Fe3+和Al3+,得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,加入氨水得到氢氧化铍,除杂煅烧得到氧化铍。根据分析知,“滤渣1”的主要成分为SiO2,A正确;H2O2做氧化剂,把Fe2+氧化为Fe3+,B正确;加入碳酸钙调pH的目的是除去Fe3+和Al3+,得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,C正确;氧化铍化学性质与Al2O3相似,过量的NaOH溶液与氧化铍反应,降低了产率,D错误。
6. (2024·湖南衡阳市二模)海水综合利用后的一种卤水中含NaCl、LiCl及少量的MgCl2、CaCl2、MnCl2等,利用该卤水制备Li2CO3的简要流程如图所示(第一次加入纯碱的量以不损失Li,其他离子尽量除去为标准):
已知:
①卤水中c(Li+)=1.581 mol·L-1、c(Mg2+)=0.120 mol·L-1;1.5812=2.5。
②Li2CO3的溶解度随温度升高而降低。
③常温下,几种难溶物质的溶度积数据如下表:
物质
Li2CO3
MgCO3
CaCO3
MnCO3
Mg(OH)2
Ksp
2.5×10-2
6.8×10-6
2.8×10-9
2.3×10-11
5.6×10-12
下列说法错误的是( )
A.滤渣中含有MgCO3、CaCO3和MnCO3
B.在实验室中分离出滤渣需要的玻璃仪器主要为漏斗、玻璃棒和烧杯
C.“ 沉淀池Ⅱ”中滴加烧碱前,c(Mg2+)=6.8×10-4 mol·L-1
D.从“沉淀池Ⅲ”中析出的Li2CO3需用热水洗涤
【答案】 C
【解析】 由题可知杂质包括Mg2+、Ca2+、Mn2+、Na+、Cl-,故需除去这些杂质,则据流程图中沉淀池Ⅱ可得到Mg(OH)2、NaCl,则沉淀池Ⅰ的滤渣为MgCO3、CaCO3,MnCO3。由分析可知,第一次加入纯碱时会产生MgCO3、CaCO3、MnCO3沉淀,则滤渣中含有MgCO3、CaCO3和MnCO3,A正确;滤渣含MgCO3、MnCO3、CaCO3,过滤需要的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗、烧杯,B正确;沉淀Ⅱ之前的主要成分有Li+、Cl-、Na+、Mg2+、CO必使Q(Li2CO3)<Ksp(Li2CO3),让Li2CO3(s)2Li+(aq)+CO(aq)正移,故可知c(CO)<=10-2 mol·L-1即此时c(Mg2+)>=6.8×10-4 mol·L-1,C错误;因为Li2CO3的溶解度随温度升高而降低,故用热水洗涤,降低溶解度,D正确。
练预测
1. (2024·河北邯郸三模)轻质碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2·3H2O]是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品,以卤块(主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+等杂质离子)为原料制备轻质碳酸镁的工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A.在实验室进行①操作所用的仪器为玻璃棒、烧杯
B.“氧化”工序中发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
C.②和③工序名称均为“过滤”
D.“沉镁”工序控制合适的温度,产生的气体X主要为NH3和CO2
【答案】 D
【解析】 由图知,向卤块(主要成分为MgCl2,含Fe2+、Fe3+等杂质离子)中加入盐酸进行酸溶,再加入过氧化氢发生2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O将Fe2+氧化为Fe3+,再加入氢氧化钠溶液Fe3+转化为氢氧化铁沉淀,过滤将其除去得到滤渣,滤渣为氢氧化铁,向滤液中加入碳酸氢铵进行沉镁,发生2Mg2++4HCO+2H2O===MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓+3CO2↑,故X主要为二氧化碳,经过过滤,得到轻质碳酸镁[MgCO3·Mg(OH)2·3H2O],据此回答。①操作需用盐酸溶解卤块,所用仪器为玻璃棒、烧杯,A正确;“氧化”目的是将Fe2+氧化为Fe3+,再通过调节pH除去,离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O,B正确;②和③操作都得到液体和固体,均为过滤,C正确;“沉镁”工序中Mg2+、HCO转化为MgCO3·Mg(OH)2·3H2O[2Mg2++4HCO+2H2O===MgCO3·Mg(OH)2·3H2O↓+3CO2↑],温度过高NH4HCO3分解才可能产生NH3,D错误。
2. (2024·河北张家口市三模)磁选后的炼铁高钛炉渣中的主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源,利用如图流程制备TiO2·xH2O并回收铝、镁等。
已知:“酸溶”后钛主要以TiO2+形式存在。下列说法正确的是( )
A.“焙烧”尾气的主要成分为氮氧化物
B.用热水“水浸”的目的是促进Fe3+水解
C.母液和尾气可循环使用
D.“酸溶”反应的离子方程式为TiO2+4H+===Ti4++2H2O
【答案】 C
【解析】 由题给流程可知,高钛炉渣与硫酸铵混合后焙烧时,氧化铝、氧化铁转化为相应的硫酸盐,尾气为氨气;将焙烧后物质加入热水水浸,二氧化钛不溶于水,硫酸铁和硫酸铝铵溶于水,过滤得到含有二氧化钛的水浸渣和含有硫酸铁、硫酸铝铵的滤液;向滤液中加入氨水,溶液中铁离子、铝离子依次沉淀;向水浸渣中加入硫酸加热酸溶,二氧化钛与稀硫酸反应得到TiOSO4,过滤得到含有硫酸钙的酸溶渣和TiOSO4溶液;将TiOSO4溶液加入热水稀释并适当加热,使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸,过滤得到含有硫酸的母液和TiO2·xH2O。由分析可知,尾气为氨气,A错误;用热水“水浸”的目的是促使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O,B错误;母液含有硫酸、尾气含有氨气,氨气溶于水得到氨水,故母液和尾气可循环使用,C正确;已知:“酸溶”后钛主要以TiO2+形式存在,则“酸溶”反应的离子方程式为TiO2+2H+===TiO2++H2O,D错误。
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