课件27张PPT。专题四
化学识图能力再提升第三篇 一、电化学装置示意图
1.金属的腐蚀与防护回扣要点知识2.新型化学电源3.电解原理的应用二、坐标曲线图
1.单曲线2.对比曲线
如：铁的浸出率结果如下图：
(1)(2)(2017·全国卷Ⅰ，13)常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。3.多曲线
(2017·全国卷Ⅱ，12)如：改变0.1 mol·L－1二元弱酸H2A溶液的pH，溶液中的H2A、HA－、A2－的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示。三、物质转化关系图
1.熟悉教材中的工艺流程
(1)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用下列步骤：分析过程 废液加入过量铁粉过滤，滤液中的主要成分为FeCl2，滤渣为Cu和过量的铁，再加盐酸溶解过量的铁，得FeCl2溶液和单质铜，并将FeCl2合并后用Cl2氧化，实现了FeCl3再生回收利用。(2)镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：分析过程 海水中首先加入生石灰沉淀Mg2＋，过滤得到Mg(OH)2，将沉淀分离，加入盐酸溶解，变成氯化镁溶液，完成Mg2＋的富集；再经过蒸发结晶、过滤得到氯化镁晶体，在HCl气流中脱水干燥得到无水氯化镁；最后电解熔融的无水氯化镁制得金属镁和氯气。(3)卤块的主要成分是MgCl2，此外还含有Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋等离子。若以它为原料按下图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁。生成氢氧化物沉淀的pHFe2＋的氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化为Fe3＋，生成Fe(OH)3沉淀除去。
分析过程 卤块溶于水，加入氧化剂(如氯水)，将Fe2＋氧化为Fe3＋，加MgO调pH，沉淀Fe(OH)3和Mn(OH)2，滤液的主要成分是MgCl2，用碱性物质(氨水)沉淀Mg2＋生成Mg(OH)2，加水煮沸使Mg(OH)2充分沉淀。(4)以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的工艺流程中，其中一种酸溶流程如下：部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：分析过程 铝土矿(Al2O3、SiO2、Fe2O3)，经盐酸反应后所得物(Al3＋、Fe3＋、SiO2)，滤渣1是SiO2，结合表格信息，经调节pH后所得物[Al3＋、Fe(OH)3]，滤渣2是Fe(OH)3。滤液2是Al3＋，经加入氨水后所得物为[Al(OH)3、NH4Cl]，滤液是NH4Cl，滤渣是Al(OH)3，经灼烧后得Al2O3，经电解后得Al。2.高考真题示例
(1)(2017·全国卷Ⅰ，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：分析过程 一、看反应原料和产物。反应原料为FeTiO3、MgO、SiO2，产物为Li4Ti5O12和LiFePO4。根据元素守恒可知原料中FeTiO3为主原料，MgO、SiO2为杂质需要从主线中分离出去。二、看流程图，从图中可观察到有一条支线和两条主线。支线的作用是分离酸浸后的难溶物。由两条主线结合题设提供的信息，可知FeTiO3中的Ti元素转移到Li4Ti5O12中。元素的化合价在整个过程中未发生变化，所以得到Li4Ti5O12的反应路线主要是溶液中的反应和最后的固体反应，未涉及氧化还原反应。得到LiFePO4的反应路线，Fe元素的化合价先升高后降低，涉及两步氧化还原反应。三、将反应原料带入反应路线中。酸浸后滤渣为难溶于酸的SiO2。滤液①中含有的离子为H＋、Cl－、Fe2＋、Mg2＋、 滤液经过水解并过滤分别得到的沉淀物TiO2·xH2O和滤液②作为上下两条主线的反应原料。在两条主线中分别经历的反应和分离过程以图示的形式分析如下：(2)(2018·全国卷Ⅰ，7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：分析过程 明确流程中元素的转化关系，正极片碱溶时铝转化为偏铝酸钠，滤渣中含有磷酸亚铁锂，加入硫酸和硝酸酸溶时，碳不与硫酸、硝酸反应，硝酸将亚铁离子氧化为铁离子，过滤后滤渣是炭黑，滤液中含有Li＋、 、Fe3＋，加入碱液时Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，滤液中加入碳酸钠时Li＋转化为沉淀。1.(2019·泰安二模)六水合高氯酸铜[Cu(ClO4)2·6H2O]是一种易溶于水的蓝色晶体，常用作助燃剂。以食盐等为原料制备高氯酸铜晶体的一种工艺流程如下：综合训练体验回答下列问题：
(1)Cu2(OH)2CO3在物质类别上属于____(填字母)。
A.碱 B.盐 C.碱性氧化物B解析 根据流程图，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，生成的氯气与碳酸钠发生歧化反应生成氯化钠和NaClO3，同时生成二氧化碳，电解生成的NaClO3溶液生成高氯酸钠和氢气，用盐酸酸化，过滤除去氯化钠晶体，蒸发浓缩得到60%以上的高氯酸溶液，在高氯酸溶液中加入碱式碳酸铜反应生成高氯酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到高氯酸铜晶体。(2)发生“电解Ⅰ”时所用的是________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
(3)歧化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应，已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。该反应的化学方程式为__________________________
_______________。
(4)“电解Ⅱ”的阳极产物为________(填离子符号)。
(5)操作a的名称是__________，该流程中可循环利用的物质是________(填化学式)。阳离子3Na2CO3＋3Cl2===5NaCl＋NaClO3＋3CO2蒸发浓缩NaCl(6)“反应Ⅱ”的离子方程式为__________________________________________。Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O解析 “反应Ⅱ”涉及物质碱式碳酸铜不溶于水，高氯酸为强酸，高氯酸铜易溶于水。2.研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济，构建生态文明社会具有重要的意义。
Ⅰ.我国科学家设计的CO2熔盐捕获与转化装置如图1。
(1)回答下列问题：
①a极的电极名称为______，N极的电极反应式为：______________________。正极11.2②若该装置中转移2 mol 电子，最多可捕获标准状况下CO2的体积为______L。Ⅱ.一定条件下，将一定量的CO2和H2通入恒容密闭容器中发生如下反应，
主反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH Ⅰ
副反应：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH<0 Ⅱ
测定平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)随X、Y条件变化如图2所示：解答下列问题：
(2)①图中X轴表示压强，a____b(填“>”或“<”)，判断的理由是_______________
_______________________________________________________________________________________________________________________。
②图中Y轴表示温度，判断反应Ⅰ的ΔH______(填“>”或“<”)0，判断的理由是
____________________________________________________。<主反应Ⅰ正向气体分子数减小，副反应Ⅱ前后气体分子数不变，增大压强反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，符合图示中a→b，φ(CH3OH)增大<降低温度，反应Ⅰ平衡正向移动，因而该反应为放热反应(3)若将2 mol CO2和6 mol H2通入2 L密闭容器中发生上述两个反应，平衡时，M点CH3OH的体积分数为12.5%，c(CH3OCH3)＝0.1 mol·L－1。
①则此时CO2的转化率为_______；用H2表示Ⅰ的反应速率为______mol·L－1·min－1
(时间为t min)。
②反应Ⅱ的平衡常数KⅡ＝________(用分数表示)。56%本课结束第三篇
一、电化学装置示意图
1．金属的腐蚀与防护
陌生装置
教材装置
知识联系
(2017·全国卷Ⅰ，11)：外加电流的阴极保护法防腐蚀
外加电流的阴极保护法示意图
钢管桩相当于钢闸门，是要保护的金属，应连接电源的负极；高硅铸铁相当于辅助阳极，应连接电源的正极，高硅铸铁作为惰性辅助电极，与辅助阳极一样不被损耗
2.新型化学电源
陌生装置
教材装置
知识联系
(2017·全国卷Ⅲ，11)：全固态锂硫电池
铅蓄电池的构造示意图
两种电池都是二次电池，电池工作时，负极金属都被氧化；充电时，正极与外电源正极相连，变为电解池的阳极，负极与外电源负极相连，变为电解池的阴极
3.电解原理的应用
陌生装置
教材装置
知识联系
(2016·全国卷Ⅰ，11)：三室式电渗析法处理含Na2SO4废水
阳离子交换膜法电解饱和食盐水
氯碱工业中，利用阳离子交换膜既能防止氯气与氢气混合爆炸，又能防止氯气与生成的NaOH反应，影响产品的纯度。电渗析法是运用多种离子交换膜，使离子有选择性的定向移动，即可达到物质分离的目的
二、坐标曲线图
1．单曲线
如：某溶液中存在：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
2．对比曲线
如：铁的浸出率结果如下图：
(1)
(2)(2017·全国卷Ⅰ，13)常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。
3．多曲线
(2017·全国卷Ⅱ，12)如：改变0.1 mol·L－1二元弱酸H2A溶液的pH，溶液中的H2A、HA－、A2－的物质的量分数δ(X)随pH的变化如图所示。
三、物质转化关系图
1．熟悉教材中的工艺流程
(1)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板。某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl3溶液，准备采用下列步骤：
分析过程 废液加入过量铁粉过滤，滤液中的主要成分为FeCl2，滤渣为Cu和过量的铁，再加盐酸溶解过量的铁，得FeCl2溶液和单质铜，并将FeCl2合并后用Cl2氧化，实现了FeCl3再生回收利用。
(2)镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
分析过程 海水中首先加入生石灰沉淀Mg2＋，过滤得到Mg(OH)2，将沉淀分离，加入盐酸溶解，变成氯化镁溶液，完成Mg2＋的富集；再经过蒸发结晶、过滤得到氯化镁晶体，在HCl气流中脱水干燥得到无水氯化镁；最后电解熔融的无水氯化镁制得金属镁和氯气。
(3)卤块的主要成分是MgCl2，此外还含有Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋等离子。若以它为原料按下图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁。
生成氢氧化物沉淀的pH
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
Mg(OH)2
9.6
11.1
Fe2＋的氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以，常将它氧化为Fe3＋，生成Fe(OH)3沉淀除去。
分析过程 卤块溶于水，加入氧化剂(如氯水)，将Fe2＋氧化为Fe3＋，加MgO调pH，沉淀Fe(OH)3和Mn(OH)2，滤液的主要成分是MgCl2，用碱性物质(氨水)沉淀Mg2＋生成Mg(OH)2，加水煮沸使Mg(OH)2充分沉淀。
(4)以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的工艺流程中，其中一种酸溶流程如下：
部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：
金属离子
Fe3＋
Al3＋
开始沉淀时pH
1.9
3.3
沉淀完全时pH
3.2
5.2
分析过程 铝土矿(Al2O3、SiO2、Fe2O3)，经盐酸反应后所得物(Al3＋、Fe3＋、SiO2)，滤渣1是SiO2，结合表格信息，经调节pH后所得物[Al3＋、Fe(OH)3]，滤渣2是Fe(OH)3。滤液2是Al3＋，经加入氨水后所得物为[Al(OH)3、NH4Cl]，滤液是NH4Cl，滤渣是Al(OH)3，经灼烧后得Al2O3，经电解后得Al。
2．高考真题示例
(1)(2017·全国卷Ⅰ，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：
分析过程 一、看反应原料和产物。反应原料为FeTiO3、MgO、SiO2，产物为Li4Ti5O12和LiFePO4。根据元素守恒可知原料中FeTiO3为主原料，MgO、SiO2为杂质需要从主线中分离出去。
二、看流程图，从图中可观察到有一条支线和两条主线。支线的作用是分离酸浸后的难溶物。由两条主线结合题设提供的信息，可知FeTiO3中的Ti元素转移到Li4Ti5O12中。元素的化合价在整个过程中未发生变化，所以得到Li4Ti5O12的反应路线主要是溶液中的反应和最后的固体反应，未涉及氧化还原反应。得到LiFePO4的反应路线，Fe元素的化合价先升高后降低，涉及两步氧化还原反应。
三、将反应原料带入反应路线中。酸浸后滤渣为难溶于酸的SiO2。滤液①中含有的离子为H＋、Cl－、Fe2＋、Mg2＋、TiOCl。滤液经过水解并过滤分别得到的沉淀物TiO2·xH2O和滤液②作为上下两条主线的反应原料。在两条主线中分别经历的反应和分离过程以图示的形式分析如下：
(2)(2018·全国卷Ⅰ，7)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
分析过程 明确流程中元素的转化关系，正极片碱溶时铝转化为偏铝酸钠，滤渣中含有磷酸亚铁锂，加入硫酸和硝酸酸溶时，碳不与硫酸、硝酸反应，硝酸将亚铁离子氧化为铁离子，过滤后滤渣是炭黑，滤液中含有Li＋、PO、Fe3＋，加入碱液时Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀，滤液中加入碳酸钠时Li＋转化为沉淀。
1．(2019·泰安二模)六水合高氯酸铜[Cu(ClO4)2·6H2O]是一种易溶于水的蓝色晶体，常用作助燃剂。以食盐等为原料制备高氯酸铜晶体的一种工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)Cu2(OH)2CO3在物质类别上属于______(填字母)。
A．碱 B．盐 C．碱性氧化物
(2)发生“电解Ⅰ”时所用的是________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
(3)歧化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应，已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。该反应的化学方程式为______________________________
________________________________________________________________________。
(4)“电解Ⅱ”的阳极产物为________(填离子符号)。
(5)操作a的名称是________，该流程中可循环利用的物质是________(填化学式)。
(6)“反应Ⅱ”的离子方程式为__________________________________________。
答案 (1)B (2)阳离子 (3)3Na2CO3＋3Cl2===5NaCl＋NaClO3＋3CO2 (4)ClO (5)蒸发浓缩 NaCl (6)Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋CO2↑＋3H2O
解析 根据流程图，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，生成的氯气与碳酸钠发生歧化反应生成氯化钠和NaClO3，同时生成二氧化碳，电解生成的NaClO3溶液生成高氯酸钠和氢气，用盐酸酸化，过滤除去氯化钠晶体，蒸发浓缩得到60%以上的高氯酸溶液，在高氯酸溶液中加入碱式碳酸铜反应生成高氯酸铜溶液，蒸发浓缩，冷却结晶得到高氯酸铜晶体。(6)“反应Ⅱ”涉及物质碱式碳酸铜不溶于水，高氯酸为强酸，高氯酸铜易溶于水。
2．研究和深度开发二氧化碳的应用对发展低碳经济，构建生态文明社会具有重要的意义。
Ⅰ.我国科学家设计的CO2熔盐捕获与转化装置如图1。
(1)回答下列问题：
①a极的电极名称为__________，N极的电极反应式为：________________________。
②若该装置中转移2 mol 电子，最多可捕获标准状况下CO2的体积为________L。
Ⅱ.一定条件下，将一定量的CO2和H2通入恒容密闭容器中发生如下反应，
主反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔHⅠ
副反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH<0Ⅱ
测定平衡时CH3OH的体积分数φ(CH3OH)随X、Y条件变化如图2所示：
解答下列问题：
(2)①图中X轴表示压强，a______b(填“>”或“<”)，判断的理由是______________
________________________________________________________________________。
②图中Y轴表示温度，判断反应Ⅰ的ΔH________(填“>”或“<”)0，判断的理由是
________________________________________________________________________。
(3)若将2 mol CO2和6 mol H2通入2 L密闭容器中发生上述两个反应，平衡时，M点CH3OH的体积分数为12.5%，c(CH3OCH3)＝0.1 mol·L－1。
①则此时CO2的转化率为________；用H2表示Ⅰ的反应速率为________mol·L－1·min－1(时间为t min)。
②反应Ⅱ的平衡常数KⅡ＝________(用分数表示)。
答案 (1)①正极 CO＋4e－===C＋3O2－ ②11.2
(2)①< 主反应Ⅰ正向气体分子数减小，副反应Ⅱ前后气体分子数不变，增大压强反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡不移动，符合图示中a→b，φ(CH3OH)增大 ②< 降低温度，反应Ⅰ平衡正向移动，因而该反应为放热反应
(3)①56% ②
