江苏2022届高考化学二轮：无机化工流程 突破(二)由“功能二维材料”的研究热潮把握物质的转化原理及物质确定

微点突破课(二)|由“功能二维材料”的研究热潮把握物质的转化原理及物质确定课题探究——功能二维材料———————————(体现知识的转化，强化迁移应用能力)(一)“功能二维材料”的研究价值近年来，石墨烯在二维功能材料领域掀起了一阵研究热潮，这也大大促进了一系列类似结构的过渡金属二硫化物新一轮的探索，二维材料(2D)由单层或少数层原子、分子层组成。与传统材料相比，二维材料外比表面积更大，更有利于反应物的扩散，具有稳定性高、机械性能优异等优点。一类新型的二维层状化合物——二维层状二硫化钼出现在人们视野中，二维层状二硫化钼以其独特的物理、化学、光电性质而成为新型材料领域的研究热点。(二)二维层状二硫化钼制备工艺被誉为“高级固体润滑油之王”

新型二维材料二硫化钼(MoS2，其中Mo的化合价为＋4)的生产工艺。[原料]低品质的辉钼矿(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等杂质)。[制备工艺][问题设计]1．辉钼矿(含MoS2、SiO2以及CuFeS2等杂质)用盐酸、氢氟酸酸浸，SiO2与氢氟酸反应，化学方程式为

，CuFeS2与盐酸反应进入溶液，从而得到粗MoS2。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O[思维建模]首先分析题干信息，明确原料成分，看清流程图中的箭头指向，根据物质性质写出相关的化学反应(离子方程式或化学方程式)，最后根据题干信息确定滤液中物质的成分。滤液中物质的成分确定的思维模型如图所示：命题点(一)工艺流程中的物质确定1．循环物质的确定2．副产品的确定3．滤渣成分的确定①过量的反应物。②原料中不参与反应的物质。③由原料转化的生成物。④由杂质转化的沉淀物。[迁移应用]1．(2021·湖南等级考)一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：下列说法错误的是

(

)A．物质X常选用生石灰B．工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2解析：苦卤水中含有大量镁离子，加入生石灰，生石灰与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙再与镁离子反应生成氢氧化镁，生石灰来源丰富、价格便宜，常用来做沉镁的沉淀剂，A说法正确；镁为活泼金属，工业上常用电解熔融氯化镁的方法来制备金属镁，B说法正确；根据题给流程图可知，“煅烧”氢氧化镁得到氧化镁，“氯化”过程中，加入碳和氯气与氧化镁反应，生成无水氯化镁和一种气体，根据原子守恒和化合价升降可得反应的化学方程式为MgO＋C＋Cl2

MgCl2＋CO，C说法正确；向“煅烧”后所得氧化镁中加稀盐酸，得到氯化镁溶液，由于镁离子会发生水解反应Mg2＋＋2H2OMg(OH)2＋2H＋，直接蒸发MgCl2溶液，生成的HCl挥发，最终得到的是氢氧化镁，而不是无水氯化镁，D说法错误。答案：D

2．(好题再发掘)由第1题的题给信息回答以下问题：(1)沉镁步骤中分离操作的名称是________，所使用的玻璃仪器有________、烧杯、玻璃棒。(2)“煅烧”后的产物中加稀盐酸，加热蒸发无法获得氯化镁晶体，原因是__________________________________，应该采取的措施是____________________。答案：(1)过滤漏斗(2)加热促进氯化镁水解，生成氢氧化镁在HCl气流中加热3．(2020·全国卷Ⅲ·节选)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：金属离子Ni2＋Al3＋Fe3＋Fe2＋开始沉淀时(c＝0.01mol·L－1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH8.74.73.29.0解析：(1)因Ni、Fe及其氧化物不与NaOH溶液反应，Ni、Fe及其氧化物存在于“滤饼①”中，向“滤饼①”中加入稀硫酸，Ni、Fe及其氧化物与稀硫酸反应，故得到的“滤液②”中含有的金属离子为Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。(2)“转化”过程是将二价铁离子全部转化为三价铁离子，选用的氧化剂是H2O2溶液，选用过氧化氢溶液氧化的好处是不引入其他杂质，因此替代过氧化氢溶液的物质也不能引入其他杂质，可用O2或空气替代H2O2溶液；由题表中金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH可知，Fe2＋开始沉淀时，Ni2＋已经沉淀一部分，Ni2＋沉淀完全时，Fe2＋还不能沉淀完全，“转化”时会生成Fe3＋，则滤液③中可能含有Fe3＋。(3)母液中还含有少量的硫酸镍，将母液收集、循环使用可提高镍回收率。答案：(1)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋

(2)O2或空气Fe3＋

(3)提高镍回收率4．轻质碳酸钙(CaCO3)是一种重要的化工产品，广泛应用于油漆、塑料、橡胶和造纸等工业。一种以低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)为原料生产高纯度轻质碳酸钙的循环工艺流程如图：回答下列问题：(1)气体A为________，滤渣的主要成分是____________________。(2)“沉钙”过程中发生反应的化学方程式为__________________________。(3)“系列操作”包含有：____________________。(4)氧化镁可以在尾液处理中循环使用，______和________可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。解析：(1)低品位石灰石(含CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3)用盐酸酸溶，CaCO3、MnCO3、Fe2O3及Al2O3分别与盐酸发生复分解反应，离子方程式为CaCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Ca2＋，MnCO3＋2H＋===H2O＋CO2↑＋Mn2＋，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，所以气体A为CO2，向粗制的氯化钙溶液中通入氨气，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，过滤得到滤渣的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2。(2)气体A为CO2，用水吸收氨气和二氧化碳生成碳酸铵，“沉钙”过程中氯化钙与碳酸铵发生复分解反应：CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl得到碳酸钙沉淀和氯化铵。(3)镁的氯化物在溶液中水解生成氢氧化镁和HCl，加热时HCl挥发促进水解，气体C为氯化氢，最终生成氢氧化镁，焙烧得MgO，“系列操作”包含有加热蒸发、煅烧。(4)氯化镁加热蒸发，水解生成氢氧化镁和HCl，气体C为氯化氢，溶于水为盐酸，可用于溶解低品位石灰石，氯化铵中加入氧化镁并加热，反应生成氯化镁、氨气和水；向粗制的氯化钙溶液中通入氨气，除去Fe3＋、Al3＋、Mn2＋，所以HCl、NH3可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。答案：(1)CO2

Fe(OH)3、Al(OH)3、Mn(OH)2(2)CaCl2＋(NH4)2CO3===CaCO3↓＋2NH4Cl(3)加热蒸发、煅烧(4)HCl

NH3命题点(二)工艺流程中的方程式书写1．陌生非氧化还原反应方程式的书写建模运用“证据→推理→符号”思路书写新情境方程式的基本过程如下：“读”取题目中的有效信息(证据)，写出主要反应物和生成物的化学式(推理＋表征)，再依据质量守恒、电荷守恒(基本规律)，即可轻松写出规范的方程式。[建模]2.氧化还原反应方程式的书写(1)学会氧化还原反应产物的判断①常见氧化剂及其还原产物氧化剂Cl2(X2)O2Fe3＋酸性KMnO4MnO2还原产物Cl－(X－)H2O/O2－/OH－Fe2＋Mn2＋Mn2＋

氧化剂ClO浓H2SO4HNO3H2O2(H＋)PbO2还原产物Cl－SO2NO2(浓)、NO(稀)H2OPb2＋

氧化剂酸性K2Cr2O7HClOFeO(H＋)NaBiO3—还原产物Cr3＋Cl－Fe3＋Bi3＋—②常见还原剂及其氧化产物(2)把握陌生氧化还原反应方程式的书写步骤[迁移应用]1．连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，有强还原性，在空气中极易被氧化。用NaHSO3还原法制备保险粉的流程如下：下列说法错误的是

(

)A．反应1说明酸性：H2SO3＜H2CO3B．反应1结束后，可用盐酸酸化的BaCl2溶液检验NaHSO3是否被氧化C．反应2中发生的反应为2NaHSO3＋Zn===Na2S2O4＋Zn(OH)2D．反应2最好在无氧条件下进行解析：反应1为二氧化硫通入碳酸钠溶液生成亚硫酸氢钠和二氧化碳，则说明酸性：H2SO3>H2CO3，A错误；反应1结束后，溶液中为亚硫酸氢钠溶液，不与氯化钡反应，若加入用盐酸酸化的BaCl2溶液，出现白色沉淀，则沉淀为硫酸钡，可证明NaHSO3被氧化，B正确；反应2为2NaHSO3＋Zn===Na2S2O4＋Zn(OH)2，C正确；连二亚硫酸钠(Na2S2O4)有强还原性，在空气中极易被氧化，反应2最好在无氧条件下进行，D正确。答案：A

2．(好题再发掘)由第1题的题给信息可拓展以下问题：(1)保险粉在空气中容易吸收氧气而发生氧化。其方程式为①2Na2S2O4＋O2＋2H2O===4NaHSO3或②Na2S2O4＋O2＋H2O===NaHSO3＋NaHSO4。若在此条件下NaHSO3不会被氧化，请设计实验证明氧化时发生的反应是②_______。(2)后续处理得到保险粉产品的过程中。①洗涤步骤可能需要用到以下操作：a.加入水至浸没沉淀物；b.加入甲醇至浸没沉淀物；c．洗涤剂缓慢通过沉淀物；d.洗涤剂快速通过；e.关小水龙头；f.开大水龙头；g.重复2～3次。请选出正确的操作并排序____→____→____→g→____。②干燥步骤如图所示，选用此装置的目的是_______________________。答案：(1)取少许固体溶于水中，加入BaCl2溶液，有白色沉淀产生，则证明是②(或取少许固体溶于水中，若闻到刺激性气味，则证明是②)

(2)①e

b

c

f

②抽除空气，避免保险粉被氧化；减压，有利于脱去甲醇3．铵明矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]是分析化学常用的基准试剂，工业上常用铝土矿(主要成分为Al2O3)来生产铵明矾，其中Z的水溶液可用于伤口消毒，其工艺流程图如下：(1)写出反应Ⅱ的离子方程式_____________________________________。(2)从反应Ⅳ的铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为________、_________、过滤、洗涤(填操作名称)。(3)