1、第4节海水中的元素备考要点素养要求1.了解海水中的化学元素。2.了解卤素单质的主要性质及其应用。3.了解镁及其重要化合物的制备方法。4.掌握镁单质及其重要化合物的主要性质及其应用。1.宏观辨识与微观探析:能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题,认识镁及其化合物的性质,知道从镁的化合物中冶炼镁的方法;在卤素学习过程中,从“宏观微观”相结合的视角来认识物质及其递变规律,形成科学的方法论。2.科学态度与社会责任:将化学知识与技能的学习、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体,充分认识海水资源的重要性。考点一卤族元素的性质及卤素离子的检验必备知识自主预诊知识梳理1.卤族元素(1)卤素单质
2、的相似性。都能与大多数金属反应:2Fe+3Br2Fe+I2都能与H2反应:H2+X2与水反应:X2+H2O(F2除外)与碱液(如NaOH溶液)反应:X2+2NaOH(F2除外)(2)卤素单质的递变性。颜色F2Cl2Br2I2颜色续表熔、沸点逐渐密度水溶性逐渐氧化性逐渐(3)卤素单质性质的特殊性。Br2是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,保存时通常用水液封。I2易升华,淀粉遇I2变蓝色。Br2和I2都可被某些有机溶剂(如四氯化碳、苯等)萃取。氟元素无正价,F2与H2O发生置换反应生成O2:2F2+2H2O4HF+O2。F2不能从NaX水溶液中置换出X2(X代表Cl、Br、I)。微点
3、拨(1)一般情况下,卤族元素单质能将同主族原子序数比其大的元素从其盐溶液中置换出来,但氟不能进行相应的置换,原因是F2能与水发生剧烈反应。(2)卤族元素的单质Cl2、Br2均能将Fe氧化为Fe3+,而I2只能将铁氧化为Fe2+。(3)卤素氢化物的两大性质:酸性:HF是弱酸,HCl、HBr、HI是强酸。沸点:HClHBrHI,由于氟化氢分子间存在氢键作用,则氟化氢沸点高于HI。2.卤素离子的检验方法(1)AgNO3溶液(稀硝酸)沉淀法。未知液生成沉淀,则含有Cl-生成沉淀,则含有Br-生成沉淀,则含有I-(2)置换萃取法。未知液有机层呈红棕色或橙红色,表明有Br-紫色、浅紫色或紫红色,表明有I-
4、(3)氧化淀粉法检验I-。未知液溶液呈蓝色,表明有I-自我诊断1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。(1)用CCl4萃取碘水中的碘,先振荡,后静置,液体分层,下层呈无色。()(2)实验室保存少量液溴时常加少量水液封,并用玻璃塞密封,不能用橡胶塞。()(3)类比Fe与Cl2的反应可知,Fe与I2反应的产物为FeI3。()(4)碘原子半径大于溴原子,HI比HBr热稳定性强。()(5)可以用淀粉溶液检验加碘食盐中的KIO3。()(6)浓硫酸不能用于干燥HBr、HI。()2.下列关于卤素(用X表示)的叙述,错误的是()A.卤素单质与水反应均可用X2+H2OHXO+HX表示B.HX都极易溶于水,它们
5、的热稳定性随X的核电荷数的增加而减小C.卤素单质的颜色由F2I2随相对分子质量增大而变深D.X-的还原性由弱到强的顺序为F-Cl-Br-Cl2I2C.生产等量的碘,途径和途径转移电子数目之比为52D.途径反应的离子方程式:3Cl2+I-+3H2O6Cl-+IO3-+6H+对点演练1(2020河北唐山一中模拟)某化学小组用如图所示装置验证卤素单质氧化性的相对强弱。下列说法不正确的是()A.E处棉花球变成橙色,说明Cl2的氧化性比Br2强B.F处棉花球变成蓝色,说明Br2的氧化性比I2强C.E处发生反应的离子方程式为Cl2+2Br-2Cl-+Br2D.G装置中NaOH溶液与Cl2反应的离子方程式为
6、2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O考向2卤离子的检验【典例2】下列能够检验出KI中是否含有Br-的实验是()A.加入足量的新制氯水,溶液变色则有Br-B.加入酸性KMnO4溶液,观察溶液颜色是否褪去C.加入少量的碘水,再加入CCl4振荡,有机层有色,则有Br-D.加入足量FeCl3溶液,用CCl4萃取后,取无色的水层并加入AgNO3溶液,有淡黄色沉淀生成,则含有Br-对点演练2鉴别NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液可以选用的试剂是()碘水、淀粉溶液氯水、CCl4溴水、苯硝酸、AgNO3溶液氯水、苯CCl4、淀粉溶液A.B.C.D.考点二海水资源的综合利用必备知识自主预诊知识梳理1.氯
7、的提取氯碱工业(1)电解NaCl溶液(写出化学方程式,下同):;(2)产物制盐酸:;(3)制漂白液:。2.海水提溴(1)工艺流程:(2)基本步骤及主要反应:浓缩:海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br-得到浓缩。氧化:向浓缩的海水中通入Cl2,将Br-氧化为Br2,反应的离子方程式为。富集:利用溴的挥发性,通入热空气或水蒸气,吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为。提取:再用Cl2将HBr氧化得到产品溴。3.碘的提取(1)海带中碘元素的检验:实验步骤及证明方法。反应原理:(2)海带提碘:工艺流程。两种原理。化学原理:。物理原理:单质碘用萃取,分液后用法将碘与有机溶剂分开。4.从海水中提取镁
8、(1)工艺流程。(2)基本步骤及主要反应。制熟石灰,CaO+H2OCa(OH)2沉淀Mg2+2OH-Mg(OH)2酸化蒸发结晶析出MgCl26H2O脱水在氯化氢气流中使MgCl26H2O脱水制得无水氯化镁电解电解熔融氯化镁制得镁:微点拨(1)由MgCl26H2O到无水MgCl2,必须在HCl气流中加热,以抑制MgCl2水解。(2)Mg在CO2中能够燃烧,反应的化学方程式为2Mg+CO22MgO+C,所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。(3)镁也可在氮气中燃烧,生成氮化镁,反应的化学方程式为3Mg+N2Mg3N2,氮化镁能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气。因镁在高温下
9、能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业电解MgCl2得到的镁,应在H2氛围中冷却。5.【必做实验】食盐的精制【实验目的】(1)从粗食盐水中除去Ca2+、Mg2+和SO42-。(2)熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作,认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。【实验用品】托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸、蒸发皿、坩埚钳、铁架台(带铁圈)、石棉网;粗盐、蒸馏水、0.1 molL-1 BaCl2溶液、20% NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、6 molL-1盐酸、pH试纸。【实验步骤】(1)溶解:用托盘天平称取5 g粗盐,放入100 mL烧杯中,然后加入20 mL蒸馏水,
10、用玻璃棒搅拌,使粗盐全部溶解,得到粗盐水。(2)除去SO42-:向粗盐水中滴加过量的BaCl2溶液(约23 mL),使SO42-与Ba2+完全反应生成BaSO4沉淀,将烧杯静置。(3)静置后,沿烧杯壁向上层清液继续滴加23滴BaCl2溶液,若不出现浑浊,则表明SO42-沉淀完全;若出现浑浊,则应继续滴加BaCl2溶液,直至SO42-沉淀完全。(4)除去Ca2+、Mg2+和过量的Ba2+:向上述除去SO42-之后的粗盐水中滴加过量的NaOH溶液(约0.25 mL),使Mg2+与OH-完全反应生成Mg(OH)2沉淀;然后滴加过量的饱和Na2CO3溶液(23 mL),使Ca2+和前面过量的Ba2+与
11、CO32-完全反应生成沉淀。(5)用与(3)中类似的方法检验Mg2+、Ca2+和Ba2+是否沉淀完全。(6)将烧杯静置,然后过滤除去生成的沉淀和不溶性杂质。(7)向所得滤液中滴加盐酸,用玻璃棒搅拌,直到没有气泡冒出,并用pH试纸检验,使滤液呈中性或微酸性。发生反应的化学方程式为NaOH+HClNaCl+H2O、Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2。(8)蒸发结晶:将滤液倒入蒸发皿中,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌溶液。当蒸发皿中出现较多固体时,停止加热,利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。(9)用坩埚钳将蒸发皿夹持到石棉网上冷却,得到去除了杂质离子的精盐。【问题和讨论】(1)本实验中加
12、入试剂的顺序是什么?按照其他顺序加入试剂能否达到同样的目的?(2)为什么每次所加的试剂都要略微过量?最后加入盐酸的目的是什么?(3)【实验步骤】中第(6)步和第(7)步的操作顺序能否颠倒?为什么?自我诊断1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)海水提溴与提碘都涉及氧化还原反应。()(2)镁失火可用CO2灭火器灭火。()(3)2.4 g Mg在足量O2中燃烧,转移的电子数为0.1NA。(设NA为阿伏加德罗常数的值)()(4)海水中提取镁所涉及的化学反应全都是氧化还原反应。()(5)将氯化镁晶体(MgCl26H2O)直接加热可制得无水氯化镁。()(6)有下列物质间转化:MgCO3MgCl
13、2(aq)Mg。()2.(2020湖南岳阳调研)下列关于镁的性质的叙述正确的是()A.镁可以用来制造信号弹和焰火,MgO可以作耐高温材料B.能在空气中燃烧,不与CO2反应C.可用电解氯化镁溶液的方法制取金属镁D.工业上制造镁粉可以将镁蒸气在N2或Ar中冷却得到关键能力考向突破考向1海水资源的综合利用【典例1】海水是宝贵的资源宝库,目前氯碱工业、海水提镁、海水提溴为人类提供了大量工业原料。如图是海水综合利用的部分流程图,据图回答问题:(1)由海水晒制的粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等离子,为除去这些离子,所加试剂及其先后顺序为(写化学式):。(2)电解饱和食盐水的化学方程式为。制取Mg
14、Cl2的过程中涉及反应:MgCl26H2OMgCl2+6H2O,该反应要在HCl气氛中进行,原因是。(3)苦卤中通入Cl2置换出Br2,吹出后用SO2吸收,写出用SO2吸收时发生反应的离子方程式:,由此判断Cl2、Br2、SO2的氧化性由强到弱的顺序为。(4)也有工艺是在吹出Br2后用碳酸钠溶液吸收,生成溴化钠和溴酸钠,同时有CO2放出,该反应的离子方程式为;最后再用H2SO4处理得到Br2,之后加入CCl4进行Br2的萃取,最终用方法得到单质Br2。方法技巧从海水中提取物质的思路海水中提取溴和碘的反应都是将其-1价离子氧化成单质。在工业实际生产中,最主要的问题是如何将大量海水中分布的元素富集
15、起来。溴的制取一般是氧化吹出吸收再氧化的路线,碘一般是由海带提取,主要过程是灼烧溶解过滤氧化萃取的路线。对点演练1(2020吉林长春第一五一中学月考)海洋是一座巨大的化学资源宝库,如图是从海水中提取若干种化学物质的流程图,则下列说法正确的是()A.除去粗盐中的SO42-、Ca2+、Mg2+等杂质,中加入试剂的顺序为Na2CO3溶液NaOH溶液BaCl2溶液过滤后加盐酸B.中包含制取MgCl2溶液、无水MgCl2及电解熔融状态的MgCl2几个阶段C.中溴元素均被氧化D.蒸馏法是技术最成熟也是最具发展前景的海水淡化方法考向2以粗盐提纯为载体的工艺流程题【典例2】(2020福建莆田第七中学期中)海水
16、是巨大的资源宝库,海水淡化及其综合利用具有重要意义。请回答下列问题:(1)步骤中,粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子,粗盐精制过程中依次加入过量BaCl2溶液、Na2CO3溶液,请写出加入Na2CO3溶液后相关化学反应的离子方程式:。(2)海水提溴,制得1 mol Br2至少需要消耗 mol Cl2。步骤中需要向母液中加入稀硫酸酸化,其作用是。步骤若用Na2SO3水溶液吸收Br2,有关反应的离子方程式为。(3)为了从工业Br2中提取纯溴,除去产物中残留的少量Cl2,可向其中加入溶液。(4)步骤由Mg(OH)2得到单质Mg,以下方法最合适的是(填序号)。A.Mg(OH)2MgCl
17、2溶液MgB.Mg(OH)2MgOMgC.Mg(OH)2MgOMgD.Mg(OH)2无水MgCl2Mg(5)判断Mg(OH)2是否洗涤干净的操作是。对点演练2(2020山西大学附属中学高三模块诊断)海水是巨大的资源宝库,从海水中提取食盐和溴的过程如图:(1)除去粗盐中杂质(Mg2+、SO42-、Ca2+),加入的药品顺序正确的是。A.NaOH溶液碳酸钠溶液氯化钡溶液过滤后加盐酸B.氯化钡溶液氢氧化钠溶液碳酸钠溶液过滤后加盐酸C.NaOH溶液氯化钡溶液碳酸钠溶液过滤后加盐酸D.碳酸钠溶液氢氧化钠溶液氯化钡溶液过滤后加盐酸(2)写出中发生反应的离子方程式:。(3)从理论上考虑,下列物质也能吸收Br
18、2的是。A.NaOH溶液B.FeCl2溶液C.Na2SO3溶液D.H2O(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是。(5)已知某溶液中Cl-、Br-、I-的物质的量之比为345,现欲使溶液中的Cl-、Br-、I-的物质的量之比变成321,那么要通入氯气的物质的量是原溶液中I-的物质的量的。A.12B.110C.310D.15网络构建核心速记1.特殊的颜色:Br2红棕色液体;I2紫黑色固体。2.X-(卤素离子)的检验3.必记的几个反应(1)2Mg+CO2C+2MgO(2)3Mg+N2Mg3N2(3)2F2+2H2O4HF+O2(4)Br2+SO2+2H2O2HBr
19、+H2SO403学科素养提升无机化工流程解题指导素养解读1.无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象,预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架,考查学生的证据推理与模型认知能力。2.无机化工流程题涉及的问题包括:原料的预处理、反应条件的控制、化学反应原理、绿色化学问题、化工生产安全等。上述问题要求学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意识;关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念;深刻理解化学、技术、
20、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然可能带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策。培养学生的科学态度与社会责任。案例探究情境:新型负载镍催化剂的应用是近年来加氢工艺技术革新的开始,负载镍催化剂在空气中安全稳定,投料好称量,操作安全性高。最重要的是新型负载镍催化剂具有平稳的活性释放特性,在生产制作的过程中比骨架镍要均匀,且单位质量或体积的活性中心差别不大,但骨架镍会有比较大的区别。新型负载催化剂是一种非常适合未来连续化大生产的催化剂,目前多采用无定形硅藻土做载体,其比表面积大,结合力强,能让镍分散得很均匀
21、,有效地降低了反应“热点”,使活性释放缓慢。【典例】(2020全国3,27)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物,还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO47H2O ):溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金属离子Ni2+Al3+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c=0.01molL-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c=1.010-5molL-1)的pH8.74.73.29.0回答下列问题:(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是。为回收金属,用稀硫酸将“滤液”调为中性,生成沉淀。写出该反应的离子方程式。(
22、2)“滤液”中含有的金属离子是。(3)“转化”中可替代H2O2的物质是。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,即,“滤液”中可能含有的杂质离子为。(4)利用上述表格数据,计算Ni(OH)2的Ksp=(列出计算式) 。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 molL-1,则“调pH”应控制的pH范围是。(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化,可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式。(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用,其意义是。解析(1)废镍催化剂中能与NaOH溶液反应的有油脂、铝及其氧化物。滤液中的溶质为NaAl(OH)4、高级脂肪酸钠和甘油,当向该
23、滤液中滴加稀硫酸将溶液调为中性时,其中的NaAl(OH)4可与稀硫酸反应得到Al(OH)3沉淀。(2)滤饼的成分为Ni、Fe及其氧化物等,用稀硫酸酸浸时可得到NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3等,则滤液中的金属阳离子有Ni2+、Fe2+、Fe3+。(3)加H2O2溶液“转化”的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,替代起氧化作用的H2O2溶液的可以为O2或空气,这样既能将Fe2+氧化,又不引进新杂质。由于Fe2+开始沉淀、沉淀完全时的pH与Ni2+的相近,所以若工艺流程改为先“调pH”后“转化”,则“调pH”得到Fe(OH)3沉淀,Fe2+与Ni2+一起存在于溶液中,通过“转化”(氧化)使F
24、e2+转变为Fe3+而被沉淀出来,则滤液中可能的杂质离子为氧化得到的Fe3+。(4)根据Ni2+开始沉淀时的pH为7.2,可得Ni(OH)2的Ksp=c平(Ni2+)c平2(OH-)=0.01(107.2-14)2mol3L-3;根据Ni2+完全沉淀时的pH为8.7,也可得Ni(OH)2的Ksp=c平(Ni2+)c平2(OH-)=10-5(108.7-14)2mol3L-3。“调pH”是为了使Fe3+沉淀完全,根据Fe3+完全沉淀时的pH为3.2可知,pH应大于3.2;同时不能使Ni2+沉淀,则c(Ni2+)c2(OH-)0.01(107.2-14)2mol3L-3,根据c(Ni2+)=1.0
25、molL-1,可求得c(OH-)10-6.2molL-1,则“调pH”的pH应小于6.2,则“调pH”控制的pH范围是3.26.2。(5)Ni2+被ClO-氧化为NiOOH,ClO-被还原为Cl-,根据电子守恒可配平得:2Ni2+ClO-2NiOOH+Cl-,最后可配平得:2Ni2+ClO-+4OH-2NiOOH+Cl-+H2O。(6)母液中含有未结晶的硫酸镍,循环使用母液可提高镍的回收率。答案(1)除去油脂、溶解铝及其氧化物Al(OH)4-+H+Al(OH)3+H2O(2)Ni2+、Fe2+、Fe3+(3)O2或空气Fe3+(4)0.01(107.2-14)2 mol3L-3或10-5(10
26、8.7-14)2 mol3L-33.26.2(5)2Ni2+ClO-+4OH-2NiOOH+Cl-+H2O(6)提高镍回收率方法规律1.工艺流程题过程解读(1)读流程图。箭头:箭头进入的是投料(反应物),出去的是主反应产物或副反应产物。三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环。(2)解题要点。审题要点:a.了解生产目的、原料及产品;b.了解题目提供的信息;c.分析各步的反应条件、原理及物质成分;d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。答题切入点:a.原料及产品的分离提纯;b.生产目的及反应原理;c.生产要求及反应条件;d.有关产率、产量及组成的计算;e.绿色化学
27、。(3)解题方法。首尾分析法:对线型流程工艺(从原料到产品为一条线的生产工序)试题,首先对比分析流程图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品),从此分析中找出它们的关系,弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺,再结合题设问题,逐一解答。分段分析法:对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题,用此法更容易找到解题的切入点。交叉分析法:有些化工生产选用多组原材料,先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主要产品,这种题适合用交叉分析法。就是将提供的流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线,然后上下交叉分析。2.
28、无机化工流程题中表述性词汇“十大答题方向”化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语,这些表述性词语就是隐性的信息,它可以暗示我们所应考虑的答题角度。“控制较低温度”常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。“加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、提高产率等。“能否加其他物质”常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。“在空气中或在其他气体中”主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。“判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液置于试管中,向其中滴加某试剂,以检验某种离子是否存在。“检验某物质的设计方案”通常取少量某液体置于试管中,加入
29、另一试剂,通过产生的某种现象得出结论。“控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。“用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。“趁热过滤(或冰水洗涤)”的目的防止某些物质降温时会析出(或升温时会溶解)而带入新的杂质。“反应中采取加热措施”的作用一般是为了增大反应速率或加速某固体的溶解。素养提升1.(2020北京化学,18)MnO2是重要的化工原料,由软锰矿制备MnO2的一种工艺流程如图:软锰矿Mn2+溶出液Mn2+纯化液MnO2资料:软锰矿的主要成分为MnO2,主要杂质有Al2O3和SiO2。金属离子沉淀的pH:离子Fe3+Al3+Mn2+Fe2+开始
30、沉淀时1.53.45.86.3完全沉淀时2.84.77.88.3该工艺条件下,MnO2与H2SO4反应。(1)溶出。溶出前,软锰矿需研磨。目的是。溶出时,Fe的氧化过程及得到Mn2+的主要途径如图所示:.步骤是从软锰矿中溶出Mn2+的主要反应,反应的离子方程式是。.若Fe2+全部来自于反应Fe+2H+Fe2+H2,完全溶出Mn2+所需Fe与MnO2的物质的量比值为2。而实际比值(0.9)小于2,原因是。(2)纯化。已知:MnO2的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO2,后加入NH3H2O,调溶液pH5,说明试剂加入顺序及调节pH的原因:。(3)电解。Mn2+纯化液经电解得MnO2。生成Mn
31、O2的电极反应式是。(4)产品纯度测定。向a g产品中依次加入足量b g Na2C2O4和足量稀硫酸,加热至充分反应。再用c molL-1 KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至终点,消耗KMnO4溶液的体积为d L(已知:MnO2及MnO4-均被还原为Mn2+。相对分子质量:MnO286.94;Na2C2O4134.0),产品纯度为(用质量分数表示)。2.(2020山东化学,16)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:已知:MnO2是一种两性氧化物;25 时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3M
32、n(OH)2Ksp110-16.3mol3L-3110-38.6mol4L-4110-32.3mol4L-4110-12.7mol3L-3回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为。(2)保持BaS投料量不变,随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无明显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小的原因是。(3)滤液可循环使用,应当将其导入到操作中(填操作单元的名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为(填化学式),再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为(当溶液中某离子浓度c1.010-5 molL-1时,可认为该离子沉淀完
33、全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为。3.(2019全国1,26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为。(2)“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是。(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH+B(OH)4-,Ka=5.8110-10 molL-1,可判断H3BO3是酸;在“过滤2”前,
34、将溶液pH调节至3.5,目的是。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是。第4节海水中的元素考点一卤族元素的性质及卤素离子的检验必备知识自主预诊1.(1)2FeBr3FeI22HXHX+HXONaX+NaXO+H2O(2)加深升高增大减小减弱2.白色淡黄色黄色自我诊断1.答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.A卤素单质中,氟气和水反应生成HF和O2,不符合X2+H2OHXO+HX,A错误;卤素原子得电子能力越强,对应HX的热稳定性越强,卤素原子的得电子能力随X的核电荷数的增加而减小,所以HX的热稳
35、定性随X的核电荷数的增加而减小,B正确;卤素单质的颜色由F2到I2逐渐加深,由F2I2依次是浅黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色,C正确;卤素单质的氧化性由F2到I2逐渐减弱,对应离子的还原性F-Cl-Br-I2,由途径可知氧化性:IO3-I2,由途径可知氧化性:Cl2IO3-,故物质氧化性由强到弱的顺序为Cl2IO3-I2,B错误;假设反应产生1molI2,途径转移2mol电子,途径转移10mol电子,因此生产等量的碘,途径和途径转移电子数目之比为210=15,C错误;途径中,Cl2把I-氧化为IO3-,Cl2被还原为Cl-,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒可得,反应的离子方程式为3Cl2+I
36、-+3H2O6Cl-+IO3-+6H+,D正确。对点演练1 BE处发生反应的离子方程式为Cl2+2Br-2Cl-+Br2,则E处棉花球变成橙色,说明Cl2的氧化性比Br2强,A、C正确;F处可能发生反应Cl2+2I-2Cl-+I2,也可能发生反应Br2+2I-2Br-+I2,F处棉花球变蓝色只能说明有碘单质生成,由于氯气的干扰,所以不能说明Br2的氧化性比I2强,B错误;G为尾气处理装置,装置中NaOH溶液与Cl2反应的离子方程式为2OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2O,D正确。典例2D在KI中加入足量新制氯水,也会置换出单质碘而使溶液变色,故不能确定是否含有溴离子,A项错误;溴离子和碘离子
37、均能使酸性高锰酸钾溶液褪色,B项错误;加入少量的碘水,再加入CCl4振荡,有机层是萃取单质碘而显色,并没有溴单质产生,C项错误。对点演练2 C将中试剂加入NaCl溶液中,最终下层为黄绿色,将中试剂加入NaBr溶液中,最终下层为橙红色,将中试剂加入NaI溶液中,最终下层为紫红色;加入中试剂与加入中试剂均产生分层现象且颜色都不同,可鉴别;将中试剂分别加入NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液可分别得到不同颜色的沉淀。考点二海水资源的综合利用必备知识自主预诊1.(1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(2)H2+Cl22HCl(3)Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O2.(2)C
38、l2+2Br-Br2+2Cl-Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO43.(1)2H+2I-+H2O2I2+2H2O(2)Cl2+2KI2KCl+I2苯或四氯化碳蒸馏4.(2)CaCO3CaO+CO2Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2OMgCl2(熔融)Mg+Cl2【问题和讨论】(1)提示:加入除杂试剂的顺序可以是:BaCl2NaOHNa2CO3HClBaCl2Na2CO3NaOHHClNaOHBaCl2Na2CO3HCl。Na2CO3一定在BaCl2之后加入,最后加入的HCl只能适量。(2)提示:BaCl2过量,确保硫酸根离子除尽;NaOH过量,确保镁离子除尽;Na2CO3过量,
39、确保钙离子和第一步中过量的钡离子除尽。HCl适量,中和第二步过量的氢氧根离子和第三步过量的碳酸根离子,这样就不引进杂质了。(3)提示:不能。因为先加入盐酸会导致碳酸钡、碳酸钙、氢氧化镁沉淀溶解。自我诊断1.答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.AMg在空气中燃烧发出耀眼的白光,常用来制造信号弹和焰火,MgO的熔点很高,常用作耐高温材料,A正确;镁在空气中燃烧时能和二氧化碳反应生成氧化镁和碳,B错误;镁是活泼金属,工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,C错误;镁蒸气和氮气反应能生成氮化镁,D错误。关键能力考向突破典例1答案(1)BaCl2、NaOH、Na2CO3、HCl(Na2CO3在Ba
40、Cl2之后,最后加HCl即可)(2)2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH防止MgCl2水解(3)Br2+SO2+2H2O2Br-+4H+SO42-Cl2Br2SO2(4)3Br2+3CO32-5Br-+BrO3-+3CO2蒸馏解析(1)SO42-、Ca2+、Mg2+分别与BaCl2溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液反应生成沉淀,再通过过滤除去,Na2CO3溶液能除去Ca2+和过量的Ba2+,盐酸能除去过量的CO32-和OH-,所以可先加BaCl2溶液再加NaOH溶液和Na2CO3溶液,最后加入盐酸,所以正确的顺序为BaCl2、NaOH、Na2CO3、HCl(Na2CO3在BaCl2之
41、后,最后加HCl即可)。(2)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH。氯化镁遇水易发生水解,为抑制其水解,氯化镁晶体应在氯化氢气流中脱水。(3)苦卤中通入Cl2已经置换出Br2,吹出后用SO2吸收Br2,使Br2转化为Br-,再用Cl2置换是为了富集溴元素,第一次吹出的Br2浓度太低,用SO2吸收主要起到富集溴的作用;在自发进行的氧化还原反应中,氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性,根据Cl2+2Br-Br2+2Cl-可知氧化性:Cl2Br2,根据SO2+2H2O+Br2H2SO4+2HBr可知氧化性:Br2SO2,所以氧化性强弱顺序为Cl2Br2SO2。(4)
42、吹出Br2后用碳酸钠溶液吸收,生成溴化钠和溴酸钠,同时有CO2放出,该反应的离子方程式为3Br2+3CO32-5Br-+BrO3-+3CO2,最后再用H2SO4处理得到Br2,加入CCl4进行Br2的萃取,最后通过蒸馏操作分离得到溴单质。对点演练1 BA项中的加入顺序会导致Ba2+无法除尽,A错误;单质镁是通过电解熔融MgCl2的方法制取的,B项正确;流程图中的第步中溴元素被还原,C项错误;蒸馏法会消耗大量的能源,不是最具有发展前景的方法,D项错误。典例2答案(1)Ca2+CO32-CaCO3、Ba2+CO32-BaCO3(2)2抑制氯气和水反应Br2+SO32-+H2OSO42-+2H+2B
43、r-(3)NaBr(或溴化钠)(4)D(5)取最后一次的洗涤液少量置于试管中,向其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液,如果没有沉淀产生,证明沉淀已经洗涤干净解析(1)粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子,可依次加入过量BaCl2(除去硫酸根离子)、Na2CO3(除去钙离子和过量的钡离子)、NaOH(除去镁离子),最后加适量盐酸调节溶液的pH等于7后蒸发即可,所以加入Na2CO3溶液后相关化学反应的离子方程式为Ca2+CO32-CaCO3、Ba2+CO32-BaCO3。(2)流程中海水提溴,先向母液中通入Cl2将Br-氧化为Br2,再用SO2将其还原为Br-,最后再通入Cl2将Br
44、-氧化为Br2,忽略过程中的损失,所以制得1molBr2至少需要消耗2molCl2。因为氯气和水能发生反应,所以步骤中需要向母液中加入稀硫酸酸化,抑制氯气和水的反应。步骤若用Na2SO3水溶液吸收Br2,SO32-被氧化成SO42-,Br2被还原为Br-,反应的离子方程式为Br2+SO32-+H2OSO42-+2H+2Br-。(3)因为氯气与溴化钠反应生成溴和氯化钠,除去Br2中残留的少量Cl2,可向其中加入NaBr溶液。(4)电解MgCl2溶液得不到单质Mg,氧化镁熔点很高,应电解熔融的MgCl2制取单质Mg,所以D项制取单质镁的方法最合适。(5)判断Mg(OH)2是否洗涤干净,就是检验最后
45、一次洗涤液中是否存在Cl-,具体操作为:取最后一次洗涤液少量置于试管中,向其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液,如果没有沉淀产生,证明Mg(OH)2已经洗涤干净。对点演练2答案(1)BC(2)Br2+SO2+2H2O4H+2Br-+SO42-(3)ABC(4)Cl2Br2SO2(5)C解析(1)可先除SO42-,然后再除Ca2+,碳酸钠可以除去过量的Ba2+,如果加反了,过量的Ba2+就没法除去;可加NaOH除去Mg2+,只要在过滤之前加入NaOH即可,沉淀完全后过滤,最后向滤液中加盐酸除去过量的氢氧根离子、碳酸根离子,所以正确的操作顺序为BC。(2)中发生的反应是溴单质氧化二氧化硫生成硫酸,
46、反应的离子方程式为Br2+SO2+2H2O4H+2Br-+SO42-。(3)NaOH溶液和溴单质反应生成溴化钠、次溴酸钠和水,可以吸收,选项A正确;FeCl2溶液具有还原性,可以被溴单质氧化为氯化铁,可以吸收溴单质,选项B正确;Na2SO3溶液具有还原性,可以被溴单质氧化,能吸收溴单质,选项C正确;H2O与溴单质反应较微弱,不能充分吸收溴单质,选项D错误。(4)已知反应Cl2+2Br-Br2+2Cl-,根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物,所以氧化性:Cl2Br2;已知反应Br2+SO2+2H2OH2SO4+2HBr,根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于还原剂,所以氧化性:Br2SO2
47、。(5)已知还原性I-Br-Cl-,反应后I-有剩余,说明Br-的数目没有变化,通入的Cl2只与I-发生反应,设原溶液中含有3molCl-、4molBr-、5molI-,通入Cl2后,它们的物质的量之比变为321,即642,则各离子物质的量分别为:6molCl-、4molBr-、2molI-,Cl-增加3mol,I-减少3mol,Br-不变,则需通入1.5molCl2,则通入的Cl2物质的量是原溶液中I-物质的量的1.55=310。学科素养提升3素养提升1.答案(1)增大反应速率,提高浸出率MnO2+4H+2Fe2+Mn2+2Fe3+2H2O二氧化锰能够氧化单质铁生成Fe2+(2)MnO2的氧
48、化性随酸性的减弱逐渐减弱(3)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+(4)(b-335cd)86.94134a100%解析(1)研磨软锰矿可增大固体与浓硫酸的接触面积,增大反应速率,提高浸出率。.根据反应途径可知,二氧化锰与亚铁离子反应生成二价锰离子和铁离子,则反应的离子方程式为MnO2+4H+2Fe2+Mn2+2Fe3+2H2O;.根据方程式可知,Fe与MnO2的物质的量比值为2,实际反应时,二氧化锰能够氧化单质铁为Fe2+,导致需要的Fe2+减少,故实际比值(0.9)小于2。(2)MnO2的氧化性与溶液pH有关,且随酸性的减弱,氧化性逐渐减弱,溶液显酸性时,二氧化锰的氧化性较强,故纯化
49、时先加入MnO2,后加入NH3H2O,调溶液pH5,除去溶液中的Al3+、Fe3+。(3)电解时,溶液呈酸性,Mn2+失电子,与水反应生成二氧化锰和氢离子,则电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。(4)根据题意可知,部分草酸钠与二氧化锰发生氧化还原反应,剩余部分再与高锰酸钾反应(5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O),则与二氧化锰反应的草酸钠的物质的量为bg134.0gmol-1-cmolL-1dL25;MnO2、Na2C2O4及H2SO4反应的化学方程式为MnO2+Na2C2O4+2H2SO4Na2SO4+MnSO4+2C
50、O2+2H2O,则n(MnO2)=n(Na2C2O4)=bg134gmol-1-cmolL-1dL25,所以产品纯度=(bg134gmol-1-cmolL-1dL25)86.94gmol-1ag100%=(b-335cd)86.94134a100%。2.答案(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率MnO2+BaS+H2OBa(OH)2+MnO+S(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O24.9(5)Mn2+HCO3-+NH3H2OMnCO3+NH4+H2O解析该题遵循化工生产的过程,对工艺流程的环节与条件进行简化处理,在科学基础上通过最简洁的呈现方式呈现生产过程,
51、并设置问题,避免信息冗长对考生造成思维上的干扰。(1)软锰矿预先粉碎可以增大接触面积,提高反应速率。根据信息,MnO2与BaS反应转化为MnO,再结合流程图反应后经过过滤、蒸发等一系列物理过程得到Ba(OH)2,过滤后酸解生成硫黄,硫黄不与H2SO4反应,故MnO2与BaS溶液反应的化学方程式为MnO2+BaS+H2OBa(OH)2+MnO+S。(2)已知MnO2是两性氧化物,保持BaS投料量不变,增大MnO2与BaS的投料比,过量的MnO2能与Ba(OH)2反应,故Ba(OH)2的量达到最大值后会减小。(3)将滤液导入蒸发装置可循环利用。(4)根据表中KspFe(OH)3KspFe(OH)2
52、,需要将滤液中的Fe2+氧化为Fe3+,因此需要加入绿色氧化剂H2O2。加入氨水调节pH,目的是使Al3+、Fe3+完全沉淀,而Mn2+不沉淀,故KspAl(OH)3=c(Al3+)c3(OH-)=1.010-5c3(OH-)mol4L-4=110-32.3mol4L-4,则c(OH-)=10-9.1molL-1,则pH=4.9。(5)碳化过程中发生复分解反应:HCO3-+NH3H2O+Mn2+MnCO3+NH4+H2O。3.答案(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出(4)2Mg2+3CO32-+2H2
53、OMg(OH)2MgCO3+2HCO3-或2Mg2+2CO32-+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2溶浸高温焙烧解析(1)由硼镁矿粉所含的元素及加入的硫酸铵溶液可知,该气体只能为氨气,碳酸氢铵与氨气反应的化学方程式为NH3+NH4HCO3(NH4)2CO3。(2)由流程图可知,B元素最终以H3BO3的形式存在,Mg元素经沉镁后以Mg(OH)2MgCO3的形式存在,可分析出Fe、Al在沉镁后不会存在于母液中,因此滤渣1的主要成分为矿石中含有的SiO2、Fe2O3、Al2O3。可用KSCN溶液检验Fe3+的存在。(3)H3BO3在水中的解离为可逆过程,且1个H3BO3分子解离出1个H+,由此可知,H3BO3为一元弱酸;调节pH,增大H+浓度,使H3BO3+H2OH+B(OH)4-的平衡向左移动,有利于H3BO3的生成。(4)“沉镁”过程中的反应物有碳酸铵,生成物有Mg(OH)2MgCO3,根据原子个数守恒和电荷守恒可写出该反应的离子方程式为2Mg2+3CO32-+2H2OMg(OH)2MgCO3+2HCO3-或2Mg2+2CO2-3+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2。根据元素守恒,NH4+、SO42-存在于母液中,即母液中主要成分为硫酸铵,可返回“溶浸”工序循环使用。高温焙烧可使Mg(OH)2MgCO3分解生成MgO。
