高三化学复习教案 物质的制备

物质的制备
一．考试要求：
1．掌握并应用化学实验的基本方法和技能。
2．元素化合物的相关知识。
3．能运用观察、实验、阅读资料等多种手段收集证据，能运用比较、分类、归纳、概括等方法形成探究结论。
二．命题趋势：试题重点考查学生综合实验的处理能力。引导学生重视元素化合物性质的学习，掌握并应用化学实验的基本方法和技能。重视物质制备生产实际过程中条件控制、产品杂质离子的检验、产率的提高、混合物的分离和提纯、结晶等实验综合能力的培养和训练，进而“能将与化学相关的实际问题分解，综合运用相关知识和科学方法，解决生产、生活实际和科学研究中的简单化学问题”。
三．问题精析：
例．(15分)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂，可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列反应制备：FeSO4＋Na2CO3=FeCO3↓＋Na2SO4 FeCO3＋C6H8O7=FeC6H6O7＋CO2↑＋H2O 下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)。
金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH
Fe3＋ 1.1 3.2
Al3＋ 3.0 5.0
Fe2＋ 5.8 8.8
(1)制备FeCO3时，选用的加料方式是 (填字母)，原因是
。
a.将FeSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中
b.将FeSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中
c.将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有FeSO4溶液的反应容器中
(2)生成的FeCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是
。
(3)将制得的FeCO3加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80℃下搅拌反应。①铁粉的作用是 。②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是 。
(4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是
。
(5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发，先制备绿矾，再合成柠檬酸亚铁。请结合右图的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤(可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH溶液)：向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，
，得到FeSO4溶液，
，得到FeSO4·7H2O晶体。
四．课堂练习：
1 ． (12分) K2SO4是无氯优质钾肥，Mn3O4是生产软磁铁氧体材料的主要原料。以硫酸工业的尾气联合制备K2SO4和Mn3O4的工艺流程如下：
（1）几种盐的溶解度见图7。反应III中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液充分反应后，进行蒸发浓缩、 ▲ 、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。
（2）检验K2SO4样品是否含有氯化物杂质的实验操作是： ▲ 。
（3）反应IV的化学方程式为 ▲ 。
（4）Mn3O4与浓盐酸加热时发生反应的离子方程式为 ▲ 。
（5）图8是煅烧MnSO4 H2O时温度与剩余固体质量变化曲线。
①该曲线中B段所表示物质的化学式为 ▲ 。
②煅烧过程中固体锰含量随温度的升高而增大，但当温度超过1000℃时，再冷却后，测得产物的总锰含量反而减小。试分析产物总锰含量减小的原因： ▲ 。
2．利用硫酸渣（主要含Fe2O3、SiO2、Al2O3、MgO等杂质）制备氧化铁的工艺流程如下：
（1）“酸浸”中硫酸要适当过量，目的是①提高铁的浸出率，② ▲ 。
（2）“还原”是将Fe3＋转化为Fe2＋，同时FeS2被氧化为SO42－，该反应的离子方程式为
▲ 。
（3）为测定“酸浸”步骤后溶液中Fe3＋的量以控制加入FeS2的量。实验步骤为：准确量取一定体积的酸浸后的溶液于锥形瓶中，加入HCl、稍过量SnCl2，再加HgCl2除去过量的SnCl2，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定，有关反应方程式如下：
2Fe3＋＋Sn2＋＋6Cl－＝2Fe2＋＋SnCl62－，
Sn2＋＋4Cl－＋2HgCl2＝SnCl62－＋Hg2Cl2↓，
6Fe2＋＋Cr2O72－＋14H＋＝6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O。
①若SnCl2不足量，则测定的Fe3＋量 ▲ （填“偏高”、“偏低”、“不变”，下同），
②若不加HgCl2，则测定的Fe3＋量 ▲ 。
（4）①可选用 ▲ （填试剂）检验滤液中含有Fe3+。产生Fe3+的原因是
▲ （用离子反应方程式表示）。
②已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Fe(OH)2 Mg(OH)2 Mn(OH)2
开始沉淀 2.7 3.8 7.5 9.4 8.3
完全沉淀 3.2 5.2 9.7 12.4 9.8
实验可选用的试剂有：稀HNO3、Ba(NO3)2溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液，要求制备过程中不产生有毒气体。
请完成由“过滤”后的溶液模拟制备氧化铁的实验步骤：
a.氧化： ▲ ；
b.沉淀： ▲ ；
c.分离，洗涤；
d.烘干，研磨。
五．专题检测：
1．Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，可通过下列方法制备：在KOH加入适量AgNO3 溶液,生成Ag2O沉淀，保持反应温度为80，边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中，反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥得到固体样品。反应方程式为2AgNO3＋4KOH＋K2S2O8 Ag2O2↓＋2KNO3＋K2SO4＋2H2O
回答下列问题：
（1）上述制备过程中，检验洗涤是否完全的方法是
。
2．KNO3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主
要步骤：
(1)反应Ⅰ中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2，该反应的化学方程式为______________________________________________________________________。
(2)反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是_______________________
_____________________________________________________________________；
从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是_____________________________________________________________________。
(3)检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取少量K2SO4样品溶解于水，_____________________________________________________________________。
(4)整个流程中，可循环利用的物质除(NH4)2SO4外，还有________(填化学式)。
3．从废钒催化剂（主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2和Fe2O3等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下：
21世纪教育网
回答下列问题：
（1）①中废渣的主要成分是 ▲ 。
（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中的R表示VO2+或Fe3+，HA表示有机萃取剂的主要成分）：R2(SO4)n（水层）+ 2n HA（有机层） 2 RA n（有机层）+ n H2SO4（水层）。②中萃取时必须加入适量碱，其原因是 ▲ ；③中反萃取时加入的X试剂是 ▲ 。
（3）完成④中反应的离子方程式：21世纪教育网
ClO3— ＋ VO2+＋ H＋ = VO3+＋ （ ）＋ （ ）
（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下表
pH 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1
钒沉淀率/% 88.1 94.8 96.5 98.0 98.821世纪教育网 98.8 96.4 93.1 89.3
试判断在实际生产时，⑤中加入氨水调节溶液的最佳pH为 ▲ ；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)＜ ▲ 。（已知：25℃时，Ksp(Fe(OH)3)＝2.6×10―39。）
（5）写出废液Y中除H＋之外的两种阳离子： ▲ 。
（6）生产时，将②中的酸性萃余液循环用于①中的水浸。在整个工艺过程中，可以循环利用的物质还有 ▲ 。
（7）全矾液流电池是一种新型电能储存和高效转化装置（如图所示，a、b均为惰性电极），已知：
V2＋为紫色，V3＋为绿色，VO2＋为蓝色，VO2＋为黄色。当充电时，右槽溶液颜色由绿色变为紫色。则：
①全矾液流电池的工作原理为：
VO2＋＋V2＋＋2H＋ VO2＋＋H2O＋V3＋
（请在可逆符号上下的括号中填“充”、“放”）
当充电时，b极接直流电源 ▲ 极。21世纪教育网
②放电过程中，a极的反应式为 ▲ ，当转移
1.0 mol电子时共有1.0 mol H+从 ▲ 槽迁移进 ▲ 槽（填“左”、“右”）。
【参考答案】答案
例
(15分)
(1)c 避免生成Fe(OH)2沉淀
(2)取最后一次的洗涤滤液1～2 mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净。
(3)①防止＋2价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全
(4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出
(5)过滤，向反应液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤。或过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤。
(滴加稀硫酸酸化)加热浓缩得到60℃饱和溶液 冷却至0℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥
课堂练习
1（1）趁热过滤 (2分)
（2）取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加AgNO3溶液(2分)
（3）MnO2＋SO2＝MnSO4(2分)
（4）Mn3O4＋8H＋＋2Cl－3Mn2＋＋Cl2↑＋4H2O(2分)
（5）①Mn3O4 (2分)
②部分Mn3O4又被氧化为Mn2O3或MnO2，造成总锰含量减小(2分)
2（1）抑制Fe3+的水解 (1分)
（2）14Fe3++FeS2+8H2O=15Fe2++2SO42—+16H+ (2分)
（3） ①偏低(2分) ②偏高(2分)
（4）①KSCN或 (2分) 4Fe2＋＋O2＋4H＋＝4Fe3＋＋2H2O (2分)
②a.向溶液中加入过量的酸性高锰酸钾溶液，搅拌(2分)
b.滴加NaOH溶液，调节溶液为pH为3.2～3.8 (2分)
专题检测
1[答案] (1)取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba(NO3)2溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全（或取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴酚酞溶液，若溶液不显红色，表示已洗涤完全）
2答案　(1)CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑
(2)加快化学反应速率，分离NH4Cl与K2SO4　防止KNO3结晶，提高KNO3的产率
(3)加入Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀，静置，向上层清液中滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，说明K2SO4中混有KCl
(4)CaSO4、KNO3
3（1）SiO2 （3分） （2）加入碱中和产生的酸，平衡右移，提高钒的萃取率 硫酸
（3）1 6 6 6 1 Cl— 3 H2O （3分） （4）1.7 2.6×10―3 mol/L（3分）
（5）Fe3+、VO3+、NH4＋、K+（任写两种即可）
（6）有机萃取剂、氨水（或氨气）
（7）放（1分） 充（1分） 负（1分） VO2++2H++e—= VO2+ +H2O 右（1分）左（1分）
图7
S/g
K2SO4
KCl
NH4Cl
(NH4)2SO4
t/℃
硫酸渣
酸浸
还原
过滤
H2SO4
FeS2
滤渣
……
氧化铁粉末
焙烧
⑥
沉淀
废钒
催化剂
K2 SO3
水
11%硫酸
水浸
①
酸浸
还原
废渣
强酸性浸出液（含VO2+、K+、SO42—等）
酸性萃余液（K+、SO42—等）
② 萃取
有机萃取剂
有机萃取剂
酸性水溶液（含VO2+、Fe3+、SO42—等）
调pH、沉钒
⑤
X试剂
反萃取
③
氯酸钾
氧化
④
氨水
废液Y
成品V2O5
废气（含
NH3等）
有机溶液
（ ）电
（ ）电