2011年高考化學(xué)元素化合物考查之亮點(diǎn)掃描

2011年高考已落下帷幕，作為化學(xué)科目的主干知識(shí)，元素化合物在各套試卷中均以不同的形式呈現(xiàn)，或難或易。理科綜合題目數(shù)一定程度的減少，考點(diǎn)綜合程度增加，以元素化合物的變化和化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作為主線的工藝流程題日漸普及。本文以幾例加以探討。

工藝流程題一般由三個(gè)部分組成：題頭、流程圖和問題。題頭一般簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的（含副產(chǎn)品）；流程圖主要以框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來；問題主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及到的化學(xué)知識(shí)設(shè)制成系列問題。解答化學(xué)工藝流程題一般理清兩條線：其一是提取題目中有效信息，弄清元素化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系；其二是整個(gè)流程中經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)操作步驟；同時(shí)把握兩者的聯(lián)系，具體分析各小題進(jìn)行解答。

例1.（2011年廣東卷，第32題）由熔融鹽電解法獲得的粗鋁含有一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用于鋼材鍍鋁。工藝流程如下：

（注：NaCl熔點(diǎn)為801℃；AlCl3在181℃升華）

（1）精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時(shí)它們分別與鋁發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，相關(guān)的化學(xué)方程式為① 和②

（2）將Cl2連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮除去。氣泡的主要成分除Cl2外還含有 ；固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在。

（3）在用廢堿液處理A的過程中，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。

（4）鍍鋁電解池中，金屬鋁為極，熔融鹽電鍍中鋁元素和氯元素主要以AlCl4-和Al2Cl7-形式存在，鋁電鍍的主要電極反應(yīng)式為 。

（5）鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因是。

【解析】（1）結(jié)合題意，即是Fe2O3、SiO2和金屬Al在高溫下發(fā)生置換反應(yīng)；（2）雜質(zhì)中還存在H2，與Cl2結(jié)合形成HCl，高溫下Cl2也能與Na和Al反應(yīng)生成NaCl和AlCl3（700℃時(shí)升華形成氣體）。（3）冷凝后的氣體Cl2和HCl均能與堿液反應(yīng)；（3）電鍍時(shí)，鍍層金屬作陽極，失電子形成陽離子，即Al失電子形成Al3+，Al3+結(jié)合AlCl4-形成Al2Cl7-；（5）防止腐蝕的原理包括隔絕金屬與電解質(zhì)溶液的接觸、改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

【答案】?譹?訛2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，②4Al＋3SiO22Al2O3＋3Si

（2）HCl，氯化鋁；NaCl

（3）Cl2＋2OH-＝ClO-＋Cl-＋H2O，H+＋OH-＝H2O

（4）陽 Al＋7AlCl4-─3e-＝4Al2Cl7-

（5）致密的氧化鋁膜能隔絕鋼材與空氣中的O2、CO2和H2O等接觸，使電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕不能發(fā)生。

【試題評析】本試題以簡單的流程呈現(xiàn)了粗鋁的精煉過程，金屬鋁的電鍍。試題立足基礎(chǔ)、突出主干，以元素化合物為線全面的考查中學(xué)階段的基礎(chǔ)知識(shí)，化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、離子反應(yīng)方程式的書寫、電極的判斷和電極反應(yīng)方程式書寫、金屬的防護(hù)等。對學(xué)科內(nèi)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)簡單融合，考查了學(xué)生對知識(shí)整合與綜合運(yùn)用能力。

例2.（2011年安徽卷，第27題）MnO2是一種重要的無機(jī)功能材料，粗MnO2的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了將粗MnO2（含有較多的MnO2和MnCO3）樣品轉(zhuǎn)化為純MnO2實(shí)驗(yàn)，其流程如下：

（1）第①步加稀H2SO4時(shí)，粗MnO2樣品中的

（寫化學(xué)式）轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)。

（2）第②步反應(yīng)的離子方程式□ ＋□ClO3-＋□ ＝□MnO2↓＋□Cl2↑+□ 。

（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、、、 ，已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO3和NaOH，則一定還有含有（寫化學(xué)式）。

（4）若粗MnO2樣品的質(zhì)量為12.69g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到8.7gMnO2，并收集到0.224LCO2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則在第②步反應(yīng)中至少需要

molNaClO3

【解析】（1）碳酸鹽和金屬氧化物均能溶于強(qiáng)酸；（2）反應(yīng)中ClO3-轉(zhuǎn)化成Cl2，發(fā)生還原反應(yīng)，故另一反應(yīng)物為Mn2+，被氧化成MnO2，配平該離子反應(yīng)方程式即可；（3）蒸發(fā)需要蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈等，Cl2與NaOH反應(yīng)得到NaClO和NaCl；（4）結(jié)合MnCO3＋H2SO4＝MnSO4＋H2O＋CO2↑，n(MnCO3)＝n(CO2)＝＝0.01mol，m(MnCO3)＝0.01mol×105g#8226;mol-1＝1.05g，m(MnO)＝12.69g-1.05g-8.7g＝2.94g(即0.04mol)，故溶液中的n(Mn2+)＝0.01mol+0.04mol＝0.05mol，結(jié)合（2）知，至少加入n(ClO3-)＝0.05mol×＝0.02mol。

【答案】（1）MnO、MnCO3

（2）5Mn2+＋2ClO3-＋4H2O＝5MnO2↓＋Cl2↑＋8H+

（3）蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈NaCl

（4）0.02

【試題評析】工藝流程題目是以元素化合物的變化和化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作兩線為基礎(chǔ)的綜合考察，本試題考查了元素化合物的變化，更強(qiáng)化了化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的考查，依據(jù)物質(zhì)的變化確定進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)類型，并分析所需的化學(xué)儀器，突出了化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)。

例3.（2011年高考福建卷，第24題）四氯化鈦（TiCl4）是制取航天航空工業(yè)材料——鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦（主要成為是FeTiO3）制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程示意如下：

回答下列問題

（1）往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時(shí)溶液仍呈強(qiáng)酸性。該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：

2Fe3+＋Fe＝3Fe2+

2TiO2+（無色）＋Fe＋4H+＝2Ti3+（紫色）＋Fe2+＋2H2O

Ti3+（紫色）＋Fe3+＋H2O＝TiO2+（無色）＋Fe2+＋2H+

加入鐵屑的作用是。

（2）在②─→③工藝過程中需要控制條件以形成TiO2#8226;nH2O溶液，該溶液的分散質(zhì)顆粒直徑大小在

范圍。

（3）若把③中制得的固體TiO2#8226;nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3雜質(zhì)，還可以制得鈦白粉。已知25°C時(shí)，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10-39該溫度下反應(yīng)Fe(OH)3＋3H+Fe3+＋3H2O的平衡常數(shù)K＝ 。

（4）已知：

TiO2(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋O2(g)； ΔH＝+140kJ#8226;mol－1

2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)； ΔH＝－221kJ#8226;mol－1

寫出④中TiO2和焦炭、氧氣反應(yīng)生成液態(tài)TiCl4和CO氣體的熱化學(xué)方程式：。

（5）上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處是（只要求寫出一項(xiàng)）。

（6）依據(jù)下表信息，要精制含少量SiCl4雜質(zhì)的TiCl4的，可采用 方法。

【解析】（1）結(jié)合方程式知鐵屑作還原劑，將Fe3+還原成Fe2+，結(jié)合浸出液顯紫色，即溶液含有Ti3+，防止了Ti3+被Fe3+氧化成TiO2+。（2）形成TiO2#8226;nH2O溶膠，即是膠體，分散質(zhì)顆粒直徑大小為10-9m～10-7m（或1nm～100nm）；（3）Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3+)×c3(OH-)＝2.79×10-39，25℃時(shí)，c(H+)×c(OH-)＝Kw＝1×10-14；反應(yīng)Fe(OH)3＋3H+ Fe3+＋H2O的平衡常數(shù)K＝==＝2.79×103。（4）結(jié)合蓋斯定律，兩熱化學(xué)方程式相加得：TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋2CO(g)； ΔH＝－81kJ#8226;mol－1。（5）據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足在于產(chǎn)生廢氣，廢液，廢渣等。（6）結(jié)合表信息，SiCl4，TiCl4兩者沸點(diǎn)相差較大，精制TiCl4可用蒸餾（分餾）等方法。

【答案】（1）使Fe3+還原為Fe2+，生成Ti3+保護(hù)Fe2+不被氧化

（2）10－9m～10－7m

（3）2.79×103

（4）TiO2(s)＋2C(s)＋2Cl2(g)＝TiCl4(l)＋2CO(g)； ΔH＝－81kJ#8226;mol－1

（5）產(chǎn)生三廢

（6）蒸餾（或分餾，或精餾）

【試題評析】本試題通過鐵屑的加入、膠體性質(zhì)的判斷、綠色化學(xué)、物質(zhì)的精煉等考查，滲透了SYSE教育，體現(xiàn)了新高考測試的功能強(qiáng)調(diào)認(rèn)知領(lǐng)域中知識(shí)、能力與情感態(tài)度多元目標(biāo)的統(tǒng)一，揭示科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的相互關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的自然觀和價(jià)值觀。本題（3）問如果要求學(xué)生書寫出計(jì)算過程，更能考查學(xué)生的計(jì)算能力和運(yùn)用化學(xué)用語的表達(dá)能力。

例4.（2011年江蘇卷，第16題）以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl3#8226;6H2O）的工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）在一定條件下，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)為2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)2SO3(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝；過量的SO2與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（2）酸溶及后續(xù)過程中均需保持鹽酸過量，其目的是、。

（3）通氯氣氧化后時(shí)，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為；該過程產(chǎn)生的尾氣可用堿溶液吸收，尾氣中污染空氣的氣體為（寫化學(xué)式）。

【解析】（1）平衡常數(shù)K等于產(chǎn)物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比；過量SO2與NaOH反應(yīng)生成NaHSO3；（2）酸過量是為了保證鐵的化合物充分溶解，轉(zhuǎn)化為離子，后續(xù)過程中一直保持酸過量是為抑制Fe3+水解；（3）Cl2氧Fe2+生成Fe3+；（4）尾氣中含未反應(yīng)的Cl2和揮發(fā)出的酸性HCl氣體。

【答案】

（1）SO2＋NaOH＝NaHSO3

（2）提高鐵元素的浸取率抑制Fe3+水解

（3）Cl2＋2Fe2+＝2Cl－＋2Fe3+ Cl2、HCl

【試題評析】本試題第（1）問相對基礎(chǔ)，得分較容易，但后面的問題分析要求學(xué)生具備全面分析問題的能力、科學(xué)的表達(dá)能力和按不同要求使用化學(xué)用語的能力，試題結(jié)構(gòu)設(shè)置層次分明。

（作者單位：四川省瀘州市瀘縣二中）

責(zé)任編校 李平安

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