《化学与技术》模块考向探析

江苏 朱伟刚

《化学与技术》模块考向探析

江苏 朱伟刚

研究近年来的高考试题可以发现，高考对《化学与技术》模块的考查，通常都是选取与化学相关的新科技成果、社会热点、环境问题、资源的开发利用、废弃物的处理等为命题素材，从化学与资源的开发利用、化学与材料的制造和应用、化学与工农业生产等方面选取一个角度为切入点，考查涉及化学工艺流程、反应原理、实验操作方法、化学用语和化学计算等内容。

1．化学与资源开发利用

这类试题常以空气分离、海水淡化、氯碱工业、制碱工业等工艺为命题载体，考查空气分离、海水淡化、硬水软化的方法及原理和海水提镁、海水提溴、氯碱工业等知识。

2．化学与材料的制造和应用

这类试题常以金属冶炼、非金属材料制备以及重要化工原料（如胆矾、氯化钡、含硅物质）的制备等为命题载体，考查元素化合物、化学反应原理、实验设计及三废处理等知识。

3．化学与工农业生产

这类试题常以合成氨、硫酸和硝酸的制备与应用、化石燃料的综合利用、农产品的加工、医药材料的制备等为命题载体，考查影响化学反应速率的元素、平衡移动原理等知识，同时还渗透尾气处理方法与技术。

一、考试热点探析

2017年高考对《化学与技术》模块的考查，命题方式不会改变，题目的背景可以不断翻新，但考查的基础知识不变。以国家蓝色经济带政策落实为素材，可考查海水资源的综合利用；以新丝绸之路战略为背景，可考查西部资源的开发利用，这些都可能成为命题的热点。

1．反应条件的控制

因为化学反应是有条件的，往往要在一定的浓度、温度、压强、催化剂等条件下进行，有时还需要在一定的酸碱性条件下进行，所以生产中必须控制反应条件，其中温度和酸度的控制是条件控制的两大主旋律。

例1 （2016全国Ⅲ）聚合硫酸铁（PFS）是水处理中重要的絮凝剂。下图是以回收废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。

回答下列问题：

（1）废铁屑主要为表面附有大量铁锈的铁，铁锈的主要成分为________。粉碎过筛的目的是___________________。

（2）酸浸时最合适的酸是________，写出铁锈与酸反应的离子方程式_____________________。

（3）反应釜中加入氧化剂的作用是_________________ _____________，下列氧化剂中最合适的是___________（填标号）。

a．KMnO4b．Cl2c．H2O2d．HNO3

（4）聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。pH偏小时Fe3＋水解程度弱，pH偏大时则________。

（5）相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是____________。

解析：（1）铁锈的主要成分是氧化铁的水合物。粉碎过筛可以选取细小的废铁屑颗粒，增大反应物之间的接触面积，提高“酸浸”反应速率。

（2）反应时不能引入新的杂质，酸浸时最合适的酸是硫酸。

（3）反应釜中加入氧化剂的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，为了不引入新的杂质，应加入绿色氧化剂H2O2。

（4）pH偏大时，Fe3＋会转化为Fe（OH）3沉淀而损失，造成产率降低。

（5）压强减小时，物质的沸点降低。相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是可防止温度过高，聚合硫酸铁分解。

（6）由题意可知，与样品反应的盐酸的物质的量为（V0－V）c×10－3mol，则样品中OH－的物质的量为（V0－V）c×10－3mol。因为该样品中Fe的质量分数w，则mg样品中铁的物质的量是mol，因此。

答案：（1）Fe2O3·xH2O 选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高“酸浸”反应速率

（2）H2SO4Fe2O3·xH2O＋6H＋2Fe3＋＋（x＋ 3）H2O

（3）使Fe从＋2价变成＋3价 c

（4）形成氢氧化铁沉淀

（5）降低蒸发温度防止产物分解

2．物质的分离与提纯

为了得到纯净的产物，生产过程中经常要对物质进行分离与提纯。提纯就是要除去杂质，除杂的方法较多，其中调溶液的pH除杂是一种重要方法。控制溶液的酸碱性可使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如，若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，可先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3．7。调节pH所需的物质应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH。

例2 （2016全国Ⅱ）双氧水是一种重要的氧化剂、漂白剂和消毒剂。生产双氧水常采用蒽醌法，其反应原理和生产流程如图所示：

A．氢化釜 B．过滤器 C．氧化塔 D．萃取塔 E．净化塔F．工作液再生装置 G．工作液配制装置

生产过程中，把乙基蒽醌溶于有机溶剂配制成工作液，在一定温度、压力和催化剂作用下进行氢化，再经氧化、萃取、净化等工艺得到双氧水。回答下列问题：

（1）蒽醌法制备H2O2理论上消耗的原料是________，循环使用的原料是________，配制工作液时采用有机溶剂而不采用水的原因是_______________________。

（2）氢化釜A中反应的化学方程式为_______________。进入氧化塔C的反应混合液中的主要溶质为________。

（3）萃取塔D中的萃取剂是__________，选择其作萃取剂的原因是___________________________________________。

（4）工作液再生装置F中要除净残留的H2O2，原因是___________________________。

（5）双氧水浓度可在酸性条件下用KMnO4溶液测定，该反应的离子方程式为_________________________，一种双氧水的质量分数为27．5%（密度为1．10g·cm－3），其浓度为________mol·L－1。

解析：（1）由反应原理可知，蒽醌法制备H2O2理论上消耗的原料是氢气和氧气；由工艺流程图可知，循环使用的原料是乙基蒽醌。乙基蒽醌是有机物，难溶于水而易溶于有机溶剂，所以配制工作液采用有机溶剂而不采用水。（2）在氢化釜A中，乙基蒽醌与氢气反应生成乙基氢蒽醌。进入氧化塔C的反应混合液中的主要溶质为乙基氢蒽醌。（3）萃取塔D中需要分离H2O2和乙基蒽醌，H2O2溶于水被水萃取，乙基蒽醌不溶于水，所以选取的萃取剂是水。（4）H2O2可分解放出O2，与H2混合易发生爆炸，工作液再生装置F中要除净残留的H2O2。（5）H2O2在酸性条件下被KMnO4氧化，Mn元素的化合价由＋7价降低到＋2价，O元素的化合价由－1价升高到0价，根据得失电子相等、电荷守恒和原子守恒可配平方程式。根据物质的量浓度和质量分数的换算公式，可求出双氧水的物质的量浓度。

答案：（1）氢气和氧气 乙基蒽醌 乙基蒽醌（乙基氢蒽醌）不溶于水，易溶于有机溶剂

（3）水 H2O2溶于水被水萃取，乙基蒽醌不溶于水

（4）H2O2分解放出氧气，与氢气混合，易发生爆炸

（5）6H＋＋5H2O2＋2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O 8．9

3．经济环保的意识

化工生产既要考虑化学反应原理，又要考虑生产实际，要力求做到经济环保。例如，对于合成氨反应，温度降低有利于平衡正向移动，但温度太低反应速率慢，不经济；压强大有利于反应正向移动，但压强太大，对设备、动力的要求更高，也不经济，故应选择适宜的压强和温度。再如，对SO2催化氧化为SO3的反应，增大压强有利于提高SO2的转化率，但常压下SO2的转化率已经比较大，增大压强提高转化率不经济，故采用常压下进行反应。

例3 （2016全国Ⅰ）高锰酸钾（KMnO4）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿（主要成分为MnO2）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下：

回答下列问题：

（1）原料软锰矿与氢氧化钾按1∶1的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，其作用是______________。

（2）“平炉”中发生的化学方程式为__________________。

（3）“平炉”中需要加压，其目的是___________________。

（4）将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。

①“CO2歧化法”是传统工艺，即在K2MnO4溶液中通入CO2气体，使体系呈中性或弱碱性，K2MnO4发生歧化反应，反应中生成KMnO4，MnO2和_________________（写化学式）。

②“电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4的水溶液，电解槽中阳极发生的电极反应为_____________，阴极逸出的气体是________。

③“电解法”和“CO2歧化法”中，K2MnO4的理论利用率之比为________。

解析：（1）粉碎软锰矿可增大反应物之间的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。

（2）“平炉”中的反应物是MnO2、O2和KOH，产物除K2MnO4外，还应有水。

（3）在“平炉”中增大压强，可以提高O2的浓度，加快反应速率，同时也可使化学平衡正向移动（化学反应大多具有可逆性），提高软锰矿的转化率。

（4）①根据质量守恒定律，可知反应中还有KHCO3生成。②电解时，阳极发生氧化反应生成；阴极水电离出的H＋发生还原反应生成H2。③在“电解法”中，K2MnO4的理论利用率是100%；在“CO2歧化法”中，K2MnO4的理论利用率是2/3，故二者的理论利用率之比为1∶2/3＝3∶2。

答案：（1）增大接触面，加快反应速率，提高原料利用率

（3）提高氧气的压强，加快反应速率，增加软锰矿转化率

（作者单位：江苏省常州市横山桥高级中学）