資源簡介

(共37張PPT)
主題2
無機物轉化與應用
破難點3　歸因解釋、過程評價
內容索引
檢測反饋
難點精講
名卷優(yōu)選
名 卷 優(yōu) 選
1 [2024江蘇卷]回收磁性合金釹鐵硼(Nd2Fe14B)可制備半導體材料鐵酸鉍和光學材料氧化釹。
浸出初期，起始c(H＋)較大，F(xiàn)e2O3與H＋反應生成Fe3＋；約5 min后，c(H＋)較小，F(xiàn)e3＋水解程度增大，生成Fe(OH)3沉淀進入濾渣
<
c(H＋)減小，萃取正向進行程度增大，萃取率上升；當pH大于3，部分La3＋水解生成不能被萃取的La(OH)3，萃取率下降
(2) [2024常州期末]聚合氯化鋁(PAC)水解過程中會產生聚合穩(wěn)定態(tài)物質[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7＋(簡稱Al13)。Al13對水中膠體和顆粒物具有高度電中和橋聯(lián)作用，是凈水過程中的重要物質。
①Al3＋在水解過程中會產生[Al(OH)]2＋、[Al(OH)2]＋等產物。寫出 Al3＋水解產生[Al(OH)]2＋的離子方程式：___________________________ ________。
②使用Al3＋凈水時應控制pH在6.80～8.02之間，否則凈水效果不佳。在強酸性和強堿性環(huán)境時凈水效果差的原因是___________________ ______________________________________________________________________________________。
H＋
強酸性環(huán)境，抑制Al3＋的水解，主要以Al3＋形式存在；強堿性環(huán)境，Al元素主要以[Al(OH)4]－形式存在
[溫度的影響]
2 (1) 其他條件相同時，用SO2還原浸出Cu(AsO2)21 h，不同溫度下砷的浸出率如圖1。隨著溫度升高，砷的浸出率先增大后減小的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
圖1
升溫能加快反應速率，同時溫度升高SO2的溶解度減小，反應速率減小，T＜60 ℃，升溫對反應速率影響大，T＞60 ℃，濃度減小對反應速率影響大
(2) “轉化”后所得LiHCO3溶液中含有
的Ca2＋需要加入Li3PO4除去。除鈣步驟中其
他條件不變，反應相同時間，溫度對除鈣率
和Li2CO3產率的影響如圖2。
①隨著溫度升高，最終Li2CO3的產率逐
漸減小的原因是________________________________________________ ______________。
②當溫度高于50 ℃時，除鈣率下降的原因可能是________________ _______________________。
圖2
溫度過高LiHCO3分解產生Li2CO3沉淀，與Ca3(PO4)2
一同被過濾
(3) [2024南京、鹽城期末]V2O5-WO3/TiO2催化劑可以催化NH3脫除煙氣中的NO。
反應：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)===4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝
－1 632.4 kJ/mol。
將模擬煙氣以一定流速通過裝有V2O5-WO3/TiO2催化劑的反應管，反應相同時間，測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖3所示。
圖3
①反應溫度高于350 ℃，NO轉化率下降的原因可能是____________ __________________________________________________。
②若煙氣中含有SO2，則會導致催化劑失活，原因可能是_________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
催化劑活性
下降，反應速率減??；NH3與O2發(fā)生反應生成NO
SO2會被(V2O5)催化氧化為SO3，SO3與NH3作用生成NH4HSO4或(NH4)2SO4，覆蓋(沉積)在催化劑的表面，大大減小了催化劑和反應物的接觸面積[或SO2與NH3作用生成NH4HSO3或(NH4)2SO3，最終被氧化為NH4HSO4或(NH4)2SO4，覆蓋(沉積)在催化劑的表面，大大減小了催化劑和反應物的接觸面積]
[物質性質與反應的影響]
3 (1) [2024常州期末]實驗室以廢舊磷酸鐵鋰(LiFePO4)電極粉末為原料回收Li2CO3，其實驗過程如圖1。
圖1
圖2
以鹽酸－次氯酸鈉體系選擇性浸出鋰。將2 g磷酸鐵鋰加入三頸燒瓶中(裝置見圖2)，滴液漏斗a裝有0.6 mol/L 鹽酸、b中裝有0.8 mol/L NaClO溶液?？刂?5 ℃，依次將兩種溶液加入三頸燒瓶，充分反應30 min后，過濾。
已知：常溫時，Ka1(H3PO4)＝7.5×10－3，Ka2(H3PO4)＝6.2×10－8，Ka3(H3PO4)＝2.2×10－13，Ksp(FePO4)＝1.3×10－22。
①浸出后過濾，所得濾渣的主要成分為FePO4。寫出LiFePO4轉化為FePO4的離子方程式：___________________________________________ _______________。
②控制原料n(LiFePO4)∶n(HCl)∶n(NaClO)＝1∶1.3∶0.6，鋰的浸出率為95.59%。若提高鹽酸用量，可使鋰浸出率達99%以上，但同時可能存在的缺陷有_________________________________________________ ________________________________________________________________________________________。
2LiFePO4＋ClO－＋2H＋===2FePO4＋2Li＋＋
Cl－＋H2O
過量的鹽酸溶解FePO4，F(xiàn)e元素也隨Li元素一起浸出，導致產品純度下降；產生Cl2，污染環(huán)境；后階段消耗更多的Na2CO3，增加試劑成本
(2) [2024無錫期末]使用ZnMnO3脫硫劑脫除CH4或H2中的H2S。ZnMnO3脫硫和再生的過程如圖3所示(部分產物已省略)，在脫硫過程中脫硫劑表面形成羥基，有利于H2S的脫除。
圖3
①脫除H2S(步驟Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，需350 ℃)的化學方程式為__________ __________________________________________。
②中間體MnSO4對脫硫劑的再生起關鍵作用，原因是____________ _____________________________________________________________________________________________________。
③天然氣中少量的水蒸氣加快了H2S的脫除，原因是____________ ________________________________________________。
2H2S＋3O2
MnSO4高溫
(850 ℃)分解產生SO2等氣體，生成多孔MnO2和ZnO(或生成多孔ZnMnO3)，增加了脫硫劑的比表面積
水分子吸附
在脫硫劑表面，增加了羥基，有利于H2S的脫除
【解析】 (1) ①在酸性條件下，LiFePO4中的Fe(Ⅱ)被ClO－(自身被還原為Cl－)氧化為FePO4中的Fe(Ⅲ)，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒以及原子守恒可寫出反應的離子方程式。②由于鹽酸的酸性強于磷酸，故過量的鹽酸能溶解FePO4，從而使得Fe元素也隨Li元素一起浸出，導致產品純度下降；同時過量的鹽酸與NaClO反應產生Cl2，污染環(huán)境；后階段中加入的Na2CO3也能與鹽酸反應，使得Na2CO3消耗增多，從而增加了試劑成本。(2) ③已知：脫硫劑表面形成羥基，有利于H2S的脫除，故水分子吸附在脫硫劑表面，可增加羥基數(shù)目，有利于H2S的脫除。
難 點 精 講
難點1　化工生產適宜條件選擇的一般原則
條件 原則
從化學反應速率分析 既不能過大，又不能過小
從化學平衡移動分析 既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性
從原料的利用率分析 增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產成本
從實際生產能力分析 如設備承受高溫、高壓能力等
從催化劑的使用活性分析 注意催化劑的活性對溫度的限制
難點2　溫度控制
1 控制溫度的目的
提高反應速率、提高產率和轉化率、減少副反應、提高產品純度；加熱可增大反應速率或促進反應的某個方向(一般是有利于生成物生成的方向)反應程度更大。
2 在一定范圍內控制溫度的目的
(1) 若溫度過低，則反應速率(或溶解速率)較小。
(2) 若溫度過高，某些物質會分解(如H2O2、NH4HCO3、氨水、濃硝酸)或揮發(fā)(如濃硝酸、濃鹽酸)或被氧化(如Na2SO3)或促進水解(如AlCl3)。
3 冰水浴冷卻的目的
(1) 使某物質液化、降低產物的溶解度。
(2) 減少其他副反應，提高產品純度。
難點3　其他原因分析
1 濃度
(1) 根據(jù)需要選擇適宜的濃度或投料比，不僅可控制一定的反應速率，還可使反應更有利于目標產物的生成。
(2) 反應物過量，能保證反應的完全發(fā)生或提高其他物質的轉化率，但對后續(xù)操作也會產生影響。
2 壓強：改變反應速率，使平衡向需要的方向移動。
3 催化劑：選擇合適的催化劑，能增大反應速率。
4 使用保護氣：(1) 隔絕空氣(主要是隔絕O2、H2O)。
(2) 抑制弱離子的水解(如HCl氛圍)。
5 其他歸因列舉。
目的或原因 思考方向
沉淀(晶體)洗滌的目的 若濾渣是所需的物質，洗滌的目的是除去晶體表面的可溶性雜質，得到更純凈的沉淀物
若濾液是所需的物質，洗滌的目的是洗滌過濾所得到的濾渣，把有用的物質(如目標產物)盡可能洗出來
沉淀(晶體)用冰水洗滌的目的 既能洗去晶體表面的雜質離子，又能減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗
目的或原因 思考方向
沉淀(晶體)用有機溶劑(酒精、丙酮等)洗滌的目的 既能洗去晶體表面的雜質離子，又能減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗，此外又利用有機溶劑的揮發(fā)性，除去固體表面的有機溶劑，產品易干燥
控制溶液pH的目的 防止××離子水解；防止××離子沉淀；確?！痢岭x子沉淀完全；防止××溶解等
目的或原因 思考方向
溫度不高于×× ℃的原因 溫度過高，××物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)；××物質揮發(fā)(如濃硝酸、濃鹽酸)；××物質被氧化(如Na2SO3)；促進××物質水解(如AlCl3)
蒸發(fā)、反應時的氣體氛圍 抑制××離子的水解(如加熱蒸發(fā)AlCl3溶液時，需在HCl氣流中進行；加熱MgCl2·6H2O得MgCl2時，也需在HCl氣流中進行)
檢 測 反 饋
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1 [2024南京調研]NaClO溶液處理含氨氮廢水(pH為6.0～7.0)。室溫下，分別取200 mL預處理后的廢水，將初始pH調節(jié)至不同值，加入等量NaClO溶液，30分鐘后檢測剩余氨氮濃度。不同初始pH對NaClO氧化脫除氨氮效果的影響如圖1所示，不同初始pH對應反應結束后的pH如圖2所示。
圖1
圖2
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(1) NaClO將廢水中NH3氧化為無污染氣體，反應的化學方程式為_______________________________________，實驗中NaClO溶液的實際投入量大于理論計算量，其原因是______________________________。
(2) 處理后的廢水pH在6.0～9.0之間才能排放。NaClO溶液處理含氨氮廢水初始pH設置為7.0而不是2.0的原因是_________________________ ________________________。
2NH3＋3NaClO===N2↑＋3H2O＋3NaCl
NaClO(或HClO)不穩(wěn)定，易分解
pH為7.0時氨氮去除率高且
調節(jié)pH所需的酸更少
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【解析】 (1) 由題意先寫出NH3＋NaClO——N2＋NaCl，再根據(jù)得失電子守恒寫出2NH3＋3NaClO——N2＋3NaCl，最后根據(jù)原子守恒配平。由于反應肯定是控制在一定時間內，反應物不能反應完全，為使NH3在一定時間內盡可能被氧化去除，故應增大NaClO的實際投入量；另外次氯酸鹽或次氯酸易分解，也是增大其投入量的原因之一。(2) 由圖1知，當pH＝7.0時氨氮去除率更高，由圖2知，當pH＝7.0或2.0時，反應后的廢水都符合排放標準，但調節(jié)初始pH＝2.0所需的酸更多。
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(1) 從反應后的混合物中獲得較高產率的NaFeY·3H2O粗品的實驗操作是__________________________________，過濾，水洗，干燥。檢驗NaFeY·3H2O是否洗凈的試劑是________________________。
冷卻至室溫，加入乙醇
AgNO3溶液和稀硝酸
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(2) 保持其他條件不變，乙二胺四乙酸鐵鈉的產率隨反應液pH的變化如圖所示。pH過低或過高產品產率均減小的主要原因是____________ ________________________________________________________________________________________________________。
pH過低，H4Y電離出的Y4－濃度小(或pH過低，H4Y在水中溶出量小)，pH過高，F(xiàn)e3＋轉為Fe(OH)3，溶液中Fe3＋濃度減小
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3 [2024宿遷調研]燃煤煙氣中含有大量SO2和NO。某實驗室模擬“軟錳礦漿同步脫硫脫硝技術”并制備MnSO4·H2O，部分流程如下：
已知：①軟錳礦(主要成分為MnO2，另含有少量Fe2O3、CaO、SiO2等雜質)；
②Ksp(MnF2)＝1.6×10－3；Ksp(CaF2)＝8.0×10－11；
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【解析】 (2) 除氣時，一定量的O3可將NO轉化為NO2，而NO2易與水反應，NO難溶于水，這樣會提高NO的脫除率。
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(1) ①“浸錳”過程，SO2發(fā)生的主要化學方程式為______________ ______________。
②濾渣Ⅰ的主要成分為__________________(填化學式)。
(2) “除氣”過程，煙氣中混入一定量O3可提高NO脫除率，其可能的原因是_______________________________________________________ ______。
MnO2＋SO2
===MnSO4
SiO2、CaSO4
O3可將NO氧化為在水中溶解性好的NO2；NO2氧化性強于
NO
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