高三復(fù)習(xí)中有關(guān)條件控制類試題歸納與詳解

江蘇 季宗寶

化學(xué)與我們的生產(chǎn)生活聯(lián)系非常緊密，通過分析2016～2019年全國卷各卷區(qū)的高考試題，在化學(xué)實驗題、工藝流程題里面一定會出現(xiàn)條件控制類的試題，而且這類試題的出題形式也越來越向著多樣化、創(chuàng)新化形式發(fā)展，是高考化學(xué)中重點考查的題型之一。通過條件控制等來解決實際問題，也是化學(xué)在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用的一種重要體現(xiàn)。題目一般不是很難，只要明確問題形式，掌握基礎(chǔ)知識，就能夠得到相應(yīng)的分數(shù)，對于提高學(xué)生成績，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，有重要的意義。下面筆者就對條件控制問題的常見考查角度、相應(yīng)的措施和目的進行歸納，并通過歷年真題的形式了解在高考試題中的應(yīng)用，從而了解命題的規(guī)律和解題的方法，最終提高考生解決化學(xué)問題能力，提升考生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

一、常見考查角度

類型1：工業(yè)操作中條件控制的措施

【例1】(2019·全國卷Ⅲ·26改編)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備，工藝如圖所示。回答下列問題：

相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol/L]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(1)為了提高“溶浸”的反應(yīng)速率，可以采取的措施有______________________________(答出一點即可)。

(2)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為________～6之間。

(3)在“氧化”過程中，氧化劑除了可以選擇MnO2，還可以使用________。

【答案】(1)將礦石粉碎、適當增加硫酸的濃度、加熱、加快攪拌等

(2)4.7

(3)H2O2

【解析】(1)提高“溶浸”反應(yīng)速率的答案有很多，但也要注意答題語言的規(guī)范性，如“粉碎”不可寫作“壓扁”，“攪拌”最好寫成“加快攪拌”，另外“催化劑”盡量少寫或不寫，因為催化劑只是針對少部分反應(yīng)才有效。

(2)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH一定要大于等于Fe3+和Al3+完全沉淀時的pH，故應(yīng)該為4.7。

(3)對于氧化劑的選擇要注意不能引入新的雜質(zhì)，最好反應(yīng)后便于除去，氧化Fe2+，最常用試劑是H2O2，此外這個反應(yīng)的離子方程式也是常考考點之一。

【拓展練習(xí)】題干信息同【例1】

(1)在“溶浸”時，需加入的試劑是________；

(2)除了使用MnO2進行“氧化”，還可以采用什么試劑________；

(3)在“沉錳”過程中，反應(yīng)溫度不能太高，實驗中，可采取的措施是______________。

【答案】(1)稀硫酸

(2)H2O2

(3)放入冰水浴中

【注意】1.確定pH的調(diào)節(jié)范圍時要根據(jù)離子完全沉淀或開始沉淀的數(shù)值來選擇，要避免取值范圍有所重疊。若要除去Mn2+溶液中含有的雜質(zhì)Fe2+，應(yīng)該先加雙氧水把Fe2+氧化成Fe3+，再調(diào)節(jié)pH至2.8～8.1。

類型2：與控制條件有關(guān)的目的或原因分析

【例2】題干信息同【例1】

(1)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是____________________________。

(2)“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是________。

(3)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是______________________。

【答案】(1)將Fe2+氧化成Fe3+

(2)ZnS和NiS

【例3】(2019·全國卷Ⅰ·27改編)硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O] 是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下：

回答下列問題：

(1)步驟①的目的是去除廢鐵屑表面的油污，方法是________________________________________。

(2)步驟②需要加熱的目的是______________，

溫度保持80～95℃，采用的合適加熱方式是______________。

(3)步驟③中選用足量的H2O2，理由是__________________。分批加入H2O2，同時為了______________，溶液要保持pH小于0.5。

【答案】(1)堿煮水洗

(2)加快反應(yīng) 熱水浴

(3)將Fe2+全部氧化為Fe3+且不引入雜質(zhì) 防止Fe3+水解

【解析】(1)熱堿溶液可以洗去油污。(2)加熱的目的一般都是加快反應(yīng)速率，如果保持溫度恒定一般采用水浴法，但要寫清是“冷水浴”還是“熱水浴”，當溫度超過100℃時可選擇油浴法。(3)由圖可知在步驟②中加入稀硫酸則產(chǎn)生Fe2+，而步驟③中產(chǎn)生了Fe3+，則是將Fe2+全部氧化為Fe3+，最后溶液要保持pH小于0.5，則是防止Fe3+水解。

【拓展練習(xí)】以軟錳礦(主要成分為MnO2、SiO2等)為原料制備高純MnO2的流程如下：

(1)酸浸時，為提高酸浸速率，通常加入FeSO4溶液，F(xiàn)eSO4的作用可能是______________；

(2)酸性條件下，用合適的氧化劑可以將MnSO4轉(zhuǎn)化為高純MnO2。

①用NaClO3作氧化劑時會同時產(chǎn)生NaCl，該反應(yīng)的離子方程式為______________________。反應(yīng)中NaClO3的用量不宜過多的原因是______________。

【答案】(1)作催化劑

過量的NaClO3在酸性條件下與氯離子反應(yīng)生成有毒的氯氣

【解析】(1)由題干信息可知，操作的目的是“提高酸浸速率”，而且FeSO4溶液又不參與反應(yīng)，所以應(yīng)該想到作催化劑，而且Fe3+也是化學(xué)反應(yīng)中常用的一種催化劑。

二、知識要點總結(jié)

控制條件措施和目的控制pH1.調(diào)節(jié)溶液的pH,就是控制溶液的酸堿性,從而抑制某些離子的水解,在某些物質(zhì)的制備時可通過加酸抑制某些陽離子如Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+等的水解2.加酸、加堿,使可溶性金屬離子進入溶液,不溶物通過過濾除去,如除去鐵礦石中的SiO2可加入稀鹽酸或稀硫酸,或除去鎂鋁合金中的鋁加入氫氧化鈉溶液等3.某些金屬離子控制溶液酸堿性使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如除溶液中的Zn2+、Fe3+,加堿形成Zn(OH)2、Fe(OH)3沉淀除去

續(xù)表

三、即時訓(xùn)練

【練習(xí)】工業(yè)上利用廢鎳催化劑(主要成分為Ni，還含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)制備草酸鎳晶體的流程如下：

(1)請寫出一種能提高“酸浸”速率的措施：______________________；濾渣Ⅰ的成分是CaSO4和________(填化學(xué)式)。

(2)除鐵時，控制不同的條件可以得到不同的濾渣Ⅱ。已知濾渣Ⅱ的成分與溫度、pH的關(guān)系如圖所示：

①若控制溫度40℃、pH=8，則濾渣Ⅱ的主要成分為________(填化學(xué)式)。

②若控制溫度80℃、pH=2，可得到黃鐵礬鈉[Na2Fe6(SO4)4(OH)12] 沉淀(圖中陰影部分)，寫出生成黃鐵礬鈉的離子方程式：________________________。

(3)已知除鐵后所得100 mL溶液中c(Ca2+)=0.01 mol·L-1，加入100 mL NH4F溶液，使Ca2+恰好沉淀完全即溶液中c(Ca2+)=1×10-5mol·L-1，則所加c(NH4F)=________mol·L-1。[已知Ksp(CaF2)=5.29×10-9]

(4)加入有機萃取劑的作用是______________。

【答案】(1)把廢鎳催化劑粉碎、適當加熱，適當增大酸的濃度或攪拌等 SiO2

(3)6.6×10-2

(4)除去溶液中的Zn2+

【點評】本題考查工業(yè)上利用廢鎳催化劑制備草酸鎳晶體的工藝流程，側(cè)重考查物質(zhì)分離的實驗設(shè)計和方法應(yīng)用，主要是利用溶液不同條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液pH除去雜質(zhì)離子，同時考查除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，解題時先要弄清制備流程中各步反應(yīng)原理和目的以及讀圖能力，從而知道分離提純的環(huán)節(jié)中各成分組成，再結(jié)合氧化還原反應(yīng)和沉淀溶度積等知識解決各問題。