《化學(xué)與技術(shù)》模塊考向探析

江蘇 朱偉剛

《化學(xué)與技術(shù)》模塊考向探析

江蘇 朱偉剛

研究近年來的高考試題可以發(fā)現(xiàn)，高考對《化學(xué)與技術(shù)》模塊的考查，通常都是選取與化學(xué)相關(guān)的新科技成果、社會熱點、環(huán)境問題、資源的開發(fā)利用、廢棄物的處理等為命題素材，從化學(xué)與資源的開發(fā)利用、化學(xué)與材料的制造和應(yīng)用、化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面選取一個角度為切入點，考查涉及化學(xué)工藝流程、反應(yīng)原理、實驗操作方法、化學(xué)用語和化學(xué)計算等內(nèi)容。

1．化學(xué)與資源開發(fā)利用

這類試題常以空氣分離、海水淡化、氯堿工業(yè)、制堿工業(yè)等工藝為命題載體，考查空氣分離、海水淡化、硬水軟化的方法及原理和海水提鎂、海水提溴、氯堿工業(yè)等知識。

2．化學(xué)與材料的制造和應(yīng)用

這類試題常以金屬冶煉、非金屬材料制備以及重要化工原料（如膽礬、氯化鋇、含硅物質(zhì)）的制備等為命題載體，考查元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理、實驗設(shè)計及三廢處理等知識。

3．化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

這類試題常以合成氨、硫酸和硝酸的制備與應(yīng)用、化石燃料的綜合利用、農(nóng)產(chǎn)品的加工、醫(yī)藥材料的制備等為命題載體，考查影響化學(xué)反應(yīng)速率的元素、平衡移動原理等知識，同時還滲透尾氣處理方法與技術(shù)。

一、考試熱點探析

2017年高考對《化學(xué)與技術(shù)》模塊的考查，命題方式不會改變，題目的背景可以不斷翻新，但考查的基礎(chǔ)知識不變。以國家藍色經(jīng)濟帶政策落實為素材，可考查海水資源的綜合利用；以新絲綢之路戰(zhàn)略為背景，可考查西部資源的開發(fā)利用，這些都可能成為命題的熱點。

1．反應(yīng)條件的控制

因為化學(xué)反應(yīng)是有條件的，往往要在一定的濃度、溫度、壓強、催化劑等條件下進行，有時還需要在一定的酸堿性條件下進行，所以生產(chǎn)中必須控制反應(yīng)條件，其中溫度和酸度的控制是條件控制的兩大主旋律。

例1 （2016全國Ⅲ）聚合硫酸鐵（PFS）是水處理中重要的絮凝劑。下圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程。

回答下列問題：

（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為________。粉碎過篩的目的是___________________。

（2）酸浸時最合適的酸是________，寫出鐵銹與酸反應(yīng)的離子方程式_____________________。

（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是_________________ _____________，下列氧化劑中最合適的是___________（填標(biāo)號）。

a．KMnO4b．Cl2c．H2O2d．HNO3

（4）聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)。pH偏小時Fe3＋水解程度弱，pH偏大時則________。

（5）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是____________。

解析：（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵的水合物。粉碎過篩可以選取細小的廢鐵屑顆粒，增大反應(yīng)物之間的接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率。

（2）反應(yīng)時不能引入新的雜質(zhì)，酸浸時最合適的酸是硫酸。

（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe2＋氧化為Fe3＋，為了不引入新的雜質(zhì)，應(yīng)加入綠色氧化劑H2O2。

（4）pH偏大時，F(xiàn)e3＋會轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀而損失，造成產(chǎn)率降低。

（5）壓強減小時，物質(zhì)的沸點降低。相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是可防止溫度過高，聚合硫酸鐵分解。

（6）由題意可知，與樣品反應(yīng)的鹽酸的物質(zhì)的量為（V0－V）c×10－3mol，則樣品中OH－的物質(zhì)的量為（V0－V）c×10－3mol。因為該樣品中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w，則mg樣品中鐵的物質(zhì)的量是mol，因此。

答案：（1）Fe2O3·xH2O 選取細小顆粒，增大反應(yīng)物接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率

（2）H2SO4Fe2O3·xH2O＋6H＋2Fe3＋＋（x＋ 3）H2O

（3）使Fe從＋2價變成＋3價 c

（4）形成氫氧化鐵沉淀

（5）降低蒸發(fā)溫度防止產(chǎn)物分解

2．物質(zhì)的分離與提純

為了得到純凈的產(chǎn)物，生產(chǎn)過程中經(jīng)常要對物質(zhì)進行分離與提純。提純就是要除去雜質(zhì)，除雜的方法較多，其中調(diào)溶液的pH除雜是一種重要方法。控制溶液的酸堿性可使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。例如，若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，可先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH到3．7。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。例如：要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。

例2 （2016全國Ⅱ）雙氧水是一種重要的氧化劑、漂白劑和消毒劑。生產(chǎn)雙氧水常采用蒽醌法，其反應(yīng)原理和生產(chǎn)流程如圖所示：

A．氫化釜 B．過濾器 C．氧化塔 D．萃取塔 E．凈化塔F．工作液再生裝置 G．工作液配制裝置

生產(chǎn)過程中，把乙基蒽醌溶于有機溶劑配制成工作液，在一定溫度、壓力和催化劑作用下進行氫化，再經(jīng)氧化、萃取、凈化等工藝得到雙氧水。回答下列問題：

（1）蒽醌法制備H2O2理論上消耗的原料是________，循環(huán)使用的原料是________，配制工作液時采用有機溶劑而不采用水的原因是_______________________。

（2）氫化釜A中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________。進入氧化塔C的反應(yīng)混合液中的主要溶質(zhì)為________。

（3）萃取塔D中的萃取劑是__________，選擇其作萃取劑的原因是___________________________________________。

（4）工作液再生裝置F中要除凈殘留的H2O2，原因是___________________________。

（5）雙氧水濃度可在酸性條件下用KMnO4溶液測定，該反應(yīng)的離子方程式為_________________________，一種雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27．5%（密度為1．10g·cm－3），其濃度為________mol·L－1。

解析：（1）由反應(yīng)原理可知，蒽醌法制備H2O2理論上消耗的原料是氫氣和氧氣；由工藝流程圖可知，循環(huán)使用的原料是乙基蒽醌。乙基蒽醌是有機物，難溶于水而易溶于有機溶劑，所以配制工作液采用有機溶劑而不采用水。（2）在氫化釜A中，乙基蒽醌與氫氣反應(yīng)生成乙基氫蒽醌。進入氧化塔C的反應(yīng)混合液中的主要溶質(zhì)為乙基氫蒽醌。（3）萃取塔D中需要分離H2O2和乙基蒽醌，H2O2溶于水被水萃取，乙基蒽醌不溶于水，所以選取的萃取劑是水。（4）H2O2可分解放出O2，與H2混合易發(fā)生爆炸，工作液再生裝置F中要除凈殘留的H2O2。（5）H2O2在酸性條件下被KMnO4氧化，Mn元素的化合價由＋7價降低到＋2價，O元素的化合價由－1價升高到0價，根據(jù)得失電子相等、電荷守恒和原子守恒可配平方程式。根據(jù)物質(zhì)的量濃度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的換算公式，可求出雙氧水的物質(zhì)的量濃度。

答案：（1）氫氣和氧氣 乙基蒽醌 乙基蒽醌（乙基氫蒽醌）不溶于水，易溶于有機溶劑

（3）水 H2O2溶于水被水萃取，乙基蒽醌不溶于水

（4）H2O2分解放出氧氣，與氫氣混合，易發(fā)生爆炸

（5）6H＋＋5H2O2＋2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O 8．9

3．經(jīng)濟環(huán)保的意識

化工生產(chǎn)既要考慮化學(xué)反應(yīng)原理，又要考慮生產(chǎn)實際，要力求做到經(jīng)濟環(huán)保。例如，對于合成氨反應(yīng)，溫度降低有利于平衡正向移動，但溫度太低反應(yīng)速率慢，不經(jīng)濟；壓強大有利于反應(yīng)正向移動，但壓強太大，對設(shè)備、動力的要求更高，也不經(jīng)濟，故應(yīng)選擇適宜的壓強和溫度。再如，對SO2催化氧化為SO3的反應(yīng)，增大壓強有利于提高SO2的轉(zhuǎn)化率，但常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)比較大，增大壓強提高轉(zhuǎn)化率不經(jīng)濟，故采用常壓下進行反應(yīng)。

例3 （2016全國Ⅰ）高錳酸鉀（KMnO4）是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等。以軟錳礦（主要成分為MnO2）為原料生產(chǎn)高錳酸鉀的工藝路線如下：

回答下列問題：

（1）原料軟錳礦與氫氧化鉀按1∶1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，其作用是______________。

（2）“平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為__________________。

（3）“平爐”中需要加壓，其目的是___________________。

（4）將K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4的生產(chǎn)有兩種工藝。

①“CO2歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱堿性，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成KMnO4，MnO2和_________________（寫化學(xué)式）。

②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4的水溶液，電解槽中陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為_____________，陰極逸出的氣體是________。

③“電解法”和“CO2歧化法”中，K2MnO4的理論利用率之比為________。

解析：（1）粉碎軟錳礦可增大反應(yīng)物之間的接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率。

（2）“平爐”中的反應(yīng)物是MnO2、O2和KOH，產(chǎn)物除K2MnO4外，還應(yīng)有水。

（3）在“平爐”中增大壓強，可以提高O2的濃度，加快反應(yīng)速率，同時也可使化學(xué)平衡正向移動（化學(xué)反應(yīng)大多具有可逆性），提高軟錳礦的轉(zhuǎn)化率。

（4）①根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可知反應(yīng)中還有KHCO3生成。②電解時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成；陰極水電離出的H＋發(fā)生還原反應(yīng)生成H2。③在“電解法”中，K2MnO4的理論利用率是100%；在“CO2歧化法”中，K2MnO4的理論利用率是2/3，故二者的理論利用率之比為1∶2/3＝3∶2。

答案：（1）增大接觸面，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率

（3）提高氧氣的壓強，加快反應(yīng)速率，增加軟錳礦轉(zhuǎn)化率

（作者單位：江蘇省常州市橫山橋高級中學(xué)）