高三复习中有关条件控制类试题归纳与详解

江苏 季宗宝

化学与我们的生产生活联系非常紧密，通过分析2016～2019年全国卷各卷区的高考试题，在化学实验题、工艺流程题里面一定会出现条件控制类的试题，而且这类试题的出题形式也越来越向着多样化、创新化形式发展，是高考化学中重点考查的题型之一。通过条件控制等来解决实际问题，也是化学在生产、生活中应用的一种重要体现。题目一般不是很难，只要明确问题形式，掌握基础知识，就能够得到相应的分数，对于提高学生成绩，培养学生学习化学的兴趣，有重要的意义。下面笔者就对条件控制问题的常见考查角度、相应的措施和目的进行归纳，并通过历年真题的形式了解在高考试题中的应用，从而了解命题的规律和解题的方法，最终提高考生解决化学问题能力，提升考生的化学核心素养。

一、常见考查角度

类型1：工业操作中条件控制的措施

【例1】(2019·全国卷Ⅲ·26改编)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol/L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9

(1)为了提高“溶浸”的反应速率，可以采取的措施有______________________________(答出一点即可)。

(2)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为________～6之间。

(3)在“氧化”过程中，氧化剂除了可以选择MnO2，还可以使用________。

【答案】(1)将矿石粉碎、适当增加硫酸的浓度、加热、加快搅拌等

(2)4.7

(3)H2O2

【解析】(1)提高“溶浸”反应速率的答案有很多，但也要注意答题语言的规范性，如“粉碎”不可写作“压扁”，“搅拌”最好写成“加快搅拌”，另外“催化剂”尽量少写或不写，因为催化剂只是针对少部分反应才有效。

(2)“调pH”除铁和铝，溶液的pH一定要大于等于Fe3+和Al3+完全沉淀时的pH，故应该为4.7。

(3)对于氧化剂的选择要注意不能引入新的杂质，最好反应后便于除去，氧化Fe2+，最常用试剂是H2O2，此外这个反应的离子方程式也是常考考点之一。

【拓展练习】题干信息同【例1】

(1)在“溶浸”时，需加入的试剂是________；

(2)除了使用MnO2进行“氧化”，还可以采用什么试剂________；

(3)在“沉锰”过程中，反应温度不能太高，实验中，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.确定pH的调节范围时要根据离子完全沉淀或开始沉淀的数值来选择，要避免取值范围有所重叠。若要除去Mn2+溶液中含有的杂质Fe2+，应该先加双氧水把Fe2+氧化成Fe3+，再调节pH至2.8～8.1。

类型2：与控制条件有关的目的或原因分析

【例2】题干信息同【例1】

(1)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是____________________________。

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

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

【答案】(1)将Fe2+氧化成Fe3+

(2)ZnS和NiS

【例3】(2019·全国卷Ⅰ·27改编)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O] 是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是________________________________________。

(2)步骤②需要加热的目的是______________，

温度保持80～95℃，采用的合适加热方式是______________。

(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是__________________。分批加入H2O2，同时为了______________，溶液要保持pH小于0.5。

【答案】(1)碱煮水洗

(2)加快反应 热水浴

(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+且不引入杂质 防止Fe3+水解

【解析】(1)热碱溶液可以洗去油污。(2)加热的目的一般都是加快反应速率，如果保持温度恒定一般采用水浴法，但要写清是“冷水浴”还是“热水浴”，当温度超过100℃时可选择油浴法。(3)由图可知在步骤②中加入稀硫酸则产生Fe2+，而步骤③中产生了Fe3+，则是将Fe2+全部氧化为Fe3+，最后溶液要保持pH小于0.5，则是防止Fe3+水解。

【拓展练习】以软锰矿(主要成分为MnO2、SiO2等)为原料制备高纯MnO2的流程如下：

(1)酸浸时，为提高酸浸速率，通常加入FeSO4溶液，FeSO4的作用可能是______________；

(2)酸性条件下，用合适的氧化剂可以将MnSO4转化为高纯MnO2。

①用NaClO3作氧化剂时会同时产生NaCl，该反应的离子方程式为______________________。反应中NaClO3的用量不宜过多的原因是______________。

【答案】(1)作催化剂

过量的NaClO3在酸性条件下与氯离子反应生成有毒的氯气

【解析】(1)由题干信息可知，操作的目的是“提高酸浸速率”，而且FeSO4溶液又不参与反应，所以应该想到作催化剂，而且Fe3+也是化学反应中常用的一种催化剂。

二、知识要点总结

控制条件措施和目的控制pH1.调节溶液的pH,就是控制溶液的酸碱性,从而抑制某些离子的水解,在某些物质的制备时可通过加酸抑制某些阳离子如Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+等的水解2.加酸、加碱,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去,如除去铁矿石中的SiO2可加入稀盐酸或稀硫酸,或除去镁铝合金中的铝加入氢氧化钠溶液等3.某些金属离子控制溶液酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如除溶液中的Zn2+、Fe3+,加碱形成Zn(OH)2、Fe(OH)3沉淀除去

续表

三、即时训练

【练习】工业上利用废镍催化剂(主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如下：

(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施：______________________；滤渣Ⅰ的成分是CaSO4和________(填化学式)。

(2)除铁时，控制不同的条件可以得到不同的滤渣Ⅱ。已知滤渣Ⅱ的成分与温度、pH的关系如图所示：

①若控制温度40℃、pH=8，则滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式)。

②若控制温度80℃、pH=2，可得到黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12] 沉淀(图中阴影部分)，写出生成黄铁矾钠的离子方程式：________________________。

(3)已知除铁后所得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，则所加c(NH4F)=________mol·L-1。[已知Ksp(CaF2)=5.29×10-9]

(4)加入有机萃取剂的作用是______________。

【答案】(1)把废镍催化剂粉碎、适当加热，适当增大酸的浓度或搅拌等 SiO2

(3)6.6×10-2

(4)除去溶液中的Zn2+

【点评】本题考查工业上利用废镍催化剂制备草酸镍晶体的工艺流程，侧重考查物质分离的实验设计和方法应用，主要是利用溶液不同条件下离子沉淀的情况不同，控制溶液pH除去杂质离子，同时考查除杂原则不能引入新的杂质，解题时先要弄清制备流程中各步反应原理和目的以及读图能力，从而知道分离提纯的环节中各成分组成，再结合氧化还原反应和沉淀溶度积等知识解决各问题。