高考化学备考 中等生百日捷进提升系列 专题22 以物质性质为基础的化工工艺综合题（含解析）

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求专题二十二 以物质性质为基础的化工工艺综合题解题方法策略考试方向无机工业流程图题为高考常考题型，能够以真是的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。通常考查到的知识点有：元素及化合物知识、化学实验基本操作、化学计算等。经典题例析【例题1】【2015山东卷】毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl22H2O的流程如下:（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是 。实验室用37%的盐酸配置15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的 。a烧杯 b容量瓶 c玻璃棒 d滴定管（2）Ca2+Mg2+Fe3+开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2加入NH3H2O调节pH=8可除去 （填离子符号），滤渣中含 （填化学式）。加入H2C2O4时应避免过量，原因是 。已知：Ksp（BaC2O4）=1.610-7，Ksp（CaC2O4）=2.310-9（3）利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量，实验分两步进行。已知：2CrO42+2H+=Cr2O72+H20 Ba2+CrO42=BaCrO4步骤 移取xml一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V0mL。步骤：移取y mLBaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤 相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2+完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL。滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的 （填“上方”或“下方”）。BaCl2溶液的浓度为 molL1，若步骤中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2+浓度测量值将 （填“偏大”或“偏小”）。【答案】（1）增大接触面积从而使反应速率加快；ac（2）Fe3+；Mg(OH)2、Ca(OH)2；H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品的产量减少。（3）上方；（V0bV1b）/y；偏小。【考点定位】本题通过化学流程的分析，考查了基本操作和基本仪器、离子的去除、溶液的配制和酸碱中和滴定，包含了实验数据的分析和处理、和误差的分析。【名师点睛】本题为化学流程题，往年的流程题信息量大，题目较长，本年的化学流程属于简短型，题目涉及的知识也不难，同时与化学实验相结合，突出了实验在化学学科中的重要地位，题目通过表格给出了相关信息，考生应运用题目所给信息，与所学基础知识相结合，分析化学流程的有关问题，关于酸碱中和滴定，问题设计全面，难度梯度设计合理，既有滴定管的结构、又有数据的计算和误差的分析，不同层次的考生都能展现出各自的水平。【例题2】【2015广东卷】七铝十二钙（12CaO7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：（1）煅粉主要含MgO和 ，用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶， 若溶液I中c(Mg2+)小于510-6molL-1,则溶液pH大于 （Mg(OH)2的Ksp=510-12)；该工艺中不能用（NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是 。（2）滤液I中的阴离子有 （忽略杂质成分的影响）；若滤液I中仅通入CO2，会生成 ，从而导致CaCO3产率降低。（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为 。（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为 。（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4和Al2Cl7两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为 。【答案】（1）CaO；11；加入（NH4)2SO4会生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，造成生成的CaCO3减少。（2）NO3、OH；Ca(HCO3)2 （3）2OH+Al2O32AlO2+H2O（4）2Al+6H20 2Al(OH)3+3H2 （5） Al3e7 AlCl44 Al2Cl73e7 AlCl44 Al2Cl7。【考点定位】本题主要考查学生对利用物质的性质和物料守恒进行对化工流程的分析，涉及到溶度积的应用、物质的分离、物质的性质电极、电极反应的书写等。【名师点睛】在解化工流程题是关键要利用物质的性质，分析流程中发生的反应，弄清楚每个环节物质的去向。流程只是一个载体，考查的落脚点是元素及其化合物的性质，如铝及其化合物、铁及其化合物等，基本化学理论，如化学平衡、电化学等，实验操作如：过滤、分液、蒸发、萃取等。此题的综合性强，知识的涉及面广，要求有较好的基础知识和知识的运用能力。 解题方法与策略1、解题思路明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步发生的反应及得到的产物结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点 在解这类题目时：首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。分析流程图需要掌握的技巧是：浏览全题，确定该流程的目的由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考：从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。考察内容主要有：原料预处理反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯）绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。2、规律主线主产品 分支副产品 回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯3、工业生产流程主线与核心 原料预处理除杂、净化产品分离提纯反应条件控制原料循环利用排放物的无害化处理4、熟悉工业流程常见的操作与名词原料的预处理溶 解 通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等灼 烧 如从海带中提取碘煅 烧 如煅烧高岭土 改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质高温下氧化、分解研 磨 适用于有机物的提取 如苹果中维生素C的测定等。控制反应条件的方法控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 - pH值的控制。蒸发、反应时的气体氛围加热的目的 加快反应速率或促进平衡向某个方向移动降温反应的目的 防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动趁热过滤 防止某物质降温时会析出冰水洗涤 洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗物质的分离和提纯的方法结晶固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）过滤固、液分离蒸馏液、液分离分液互不相溶的液体间的分离萃取用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。升华将可直接气化的固体分离出来。盐析加无机盐使溶质的溶解度降低而析出常见名词浸 出：固体加水（酸）溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少酸 浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程水 洗：通常为除去水溶性杂质水 浸：与水接触反应或溶解阅读题目，明确解题要求审题析题答题明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出方向认真审题，获取有用信息（1）紧扣信息，弄清流程中每一步发生了什么反应。（2）弄清有关反应原理，明确目的（如沉淀反应、除杂、分离等）（3）全盘细审流程图，得出关键信息（4）根据制备物质的稳定性或溶解性等信息，关注对应信息：若为受热易分解的物质，则需要关注温度的控制；若制备的物质是会水解的盐，要防止水解；如果制备的物质是强氧化剂或强还原剂，则需要关注他是否发生氧化还原反应，防止与氧化性或还原性的物质接触；如果制备的物质易吸水或潮解，要防止与空气中的水整齐接触；如果涉及制备的物质的溶解度信息，要注意对比它们的溶解度随温度变化而变化的情况。规范作答对于图像信息的分析须谨慎，回答问题时，表述要准确。如果确定范围，应根据题意，确定准确范围。跟踪训练1某化学兴趣小组设计如下流程，从酸性工业废液（含H、Al3、Mg2、Cr3、SO42）中提取铬。有关数据如下表：回答下列问题：（1）步骤所得滤液可用于制取MgSO47H2O，酸性工业废液中加入适量氧化铝的作用是 。（2）若酸性废液中c(Mg2+)0.lmol.L-l， 为达到步骤的实验目的，则废液的pH应保持在 范围（保留小数点后l位）。（3）步骤中生成NaCrO2的离子方程式为 。（4）步骤中反应的离子方程式为 。（5）步骤在空气中充分灼烧的目的是 ，可选用的装置是 （填序号）。（6）用如图所示装置制取铬酸钠(Na2CrO4)，回答相关问题。a是电源的_极，阳极的电极反应式为_。若电解一段时间后阴极收集到标准状况下的气体3.36 L，则理论上可制得 g铬酸钠(忽略反应2CrO42-(aq) + 2H+(aq)Cr2O72-(aq)+ H2O（1）的影响）【答案】（1）调节溶液的pH（2分）（2）（5.3，6.5）（2分）（3）Cr(OH)3 + OH-CrO2 - + 2H2O（2分）（4）7H2O + 4CrO42- + 6S4Cr(OH)3+3S2O32- + 2OH-（2分）（5）使Cr(OH)3完全转化为Cr2O3（1分） D（1分）（6）负极（1分） Cr -6e- + 8OH-CrO42- + 4H2O （2分） 8.1g（2分）【考点定位】本题主要是考查物质制备工艺流程图的有关分析与判断【名师点晴】工艺流程题解题方法与策略1、制备型工艺流程题（1）明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素及化合物知识，善于从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。箭头进入的是投料(反应物)，箭尾是生成物。（2）注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择。读懂流程图，写出主要的化学反应方程式或制备原理。（3）要解决一个物质的制备、合成等实际的化学问题往往从成本角度、环保角度、现实角度等多角度考虑。2、化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：（1）沉淀溶解平衡的相关应用：沉淀的最小浓度控制；沉淀转化的条件。（2）反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：反应速率控制；化学平衡移动；化学平衡常数的应用；反应条件的控制。（3）氧化还原反应的具体应用：强弱规律；守恒规律；选择规律。（4）盐类水解的具体应用：水解规律；水解反应的控制(抑制或促进)。3、实验技术类无机化工类实验题主要以无机化工流程图为载体，联系中学化学中基本实验方法，如装置气密性检查，混合物分离、提纯和检验以及产品收集与尾气处理等。无机化工实验题的命题热点主要有：（1）金属冶炼类，如冶炼铁、铜、锰和钨等金属，联系产品纯度测定、冶炼条件控制以及混合物分离和提纯等。（2）中学重要化工产品的制备，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铜、硝酸铜和碳酸钙等物质的制备。（3）模拟化工原理，设计实验。如探究接触法制硫酸、合成氨、氨催化氧化法制硝酸和硅的精炼等原理。加入什么物质发生什么反应如何分离箭头指向为加入物质，指出为生成物质根据反应的基本原理（氧化还原反应、离子反应），写出方程式。实验基本操作，根据物质的状态、性质进行规范答题根据分析，规范作答，准确表达。2锗及其化合物被广泛应用于半导体、催化剂等领域。以铅锌矿含锗烟尘为原料可制备GeO2，其工艺流程图如下。已知：GeO2是两性氧化物；GeCl4易水解，沸点866;PbO不溶于稀硫酸（1）第步滤渣主要成分有（填化学式），实验室萃取操作用到的玻璃仪器有。（2）第步萃取时，锗的萃取率与V水相/V有机相（水相和有机相的体积比）的关系如图所示，从生产成本角度考虑，较适宜的V水相/V有机相的值为。（3）第步加入盐酸作用（答两点即可）。（4）第步反应的化学方程式。（5）检验GeO2nH2O是否洗涤干净的操作是。（6）GeO2产品中通常混有少量SiO2。取样品5.4g，测得其中氧原子的物质的量为 0.105mol，则该样品中GeO2的物质的量为_ mol【答案】（1）SiO2、PbO 分液漏斗、烧杯 （每空各 2 分） （2）8 （2 分） （3）中和 NaOH，作反应物，抑制 GeCl4 水解 （答对两点即给 2 分） （4）GeCl4 + (n+2)H2O =GeO2nH2O + 4HCl （2 分） （5）取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入 HNO3 酸化的 AgNO3 溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净。若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净。 （2 分） （6）0.050 （2 分）【考点定位】本题主要是考查物质的分离和提纯的方法和基本实验操作【名师点睛】常见物质分离与提纯方法小结：方法适用范围主要仪器注意点实例固+液蒸发易溶固体与液体分开酒精灯、蒸发皿、玻璃棒不断搅拌；最后用余热加热；液体不超过容积2/3NaCl(H2O)固+固结晶溶解度差别大的溶质分开NaCl(KNO3)升华能升华固体与不升华物分开酒精灯I2(NaCl)固+液过滤易溶物与难溶物分开漏斗、烧杯一贴、二低、三靠；沉淀要洗涤；定量实验要“无损”NaCl(CaCO3)Fe粉(A1粉)液+液萃取溶质在互不相溶的溶剂里，溶解度的不同，把溶质分离出来分液漏斗先查漏；对萃取剂的要求；使漏斗内外大气相通;上层液体从上口倒出从溴水中提取Br2分液分离互不相溶液体分液漏斗乙酸乙酯与饱和Na2CO3溶液蒸馏分离 沸点不同混合溶液蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、牛角管温度计水银球位于支管处；冷凝水从下口通入；加碎瓷片乙醇和水、I2和CCl4渗析分离胶体与混在其中的分子、离子半透膜更换蒸馏水淀粉与NaCl盐析加入某些盐，使溶质的溶解度降低而析出烧杯用固体盐或浓溶液蛋白质溶液、硬脂酸钠和甘油气+气洗气易溶气与难溶气分开洗气瓶长进短出CO2(HCl)、CO (CO2)液化沸点不同气分开U形管常用冰水NO2(N2O4)3高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如下： 已知：2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O（条件：温度较低）6KOH+3Cl2=5KCl+KClO3+3H2O（条件：温度较高）回答下列问题：（1）该生产工艺应在_（填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行,在溶液I中加入KOH 固体的目的是_。（2）从溶液II中分离出K2FeO4后，还会有副产品KNO3、KCl，则反应中发生的离子反应方程式_。（3）洗涤除去K2FeO4晶体表面的杂质，应选择的最佳试剂为（填代号）_。a水 bKOH溶液 c饱和K2FeO4溶液 d异丙醇(4)目前，人们针对K2FeO4的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展。下列物质中可能提高化合物K2FeO4水溶液稳定性的是（填代号）_。a亚硫酸钠 bKOH c醋酸 dFe(NO3)2用试管取少量最后一次的洗涤液，加入硝酸银溶液，无白色沉淀则已被洗净（5）高铁酸钾（K2FeO4）作为水处理剂的一个优点是能与水反应生成胶体吸附杂质，写出该反应的离子方程式：_。（6）请你设计一个实验，用化学方法区分KClO溶液与KClO3溶液，写出实验简要步骤，观察到的现象和结论_。【答案】（13分）（1）温度较低（1分） 与溶液中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO，为下一步反应提供碱性环境（2分）（2）2Fe3+2ClO+10OH=2FeO42+3Cl+ 5H2O（2分） （3）d（2分） （4）b（2分）（5）4FeO42+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+3O2+8OH-（2分）（6）取样，向两溶液里滴加适量稀硫酸酸化，再滴加口红溶液，能使口红褪色的是KClO溶液（2分）【考点定位】以高铁酸钾为载体，考查氧化还原反应、盐类的水解及物质的鉴别等，综合性比较强。【名师点晴】本题是无机工艺流程制备高铁酸钾，考查了运用氧化还原反应理论去探究反应原理，要始终紧扣高铁酸钾具有强氧化性和易水解的特点，避免目标产物与还原性和促水解的物质混合使用，由此也很容易分析如何保存及解释为何能作水处理剂的原因。4NiSO46H2O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等。可以电镀废渣(除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)为原料获得。工艺流程如下图：请回答下列问题：（1）用稀硫酸溶解废渣时，为了提高浸取速率可采取的措施有_(任写一点)。（2）向滤液中滴入适量的Na2S溶液，目的是除去Cu2、Zn2，写出除去Cu2的离子方程式：_。（3）上述流程中滤液的主要成分是_。（4）确定步骤四中Na2CO3溶液足量，碳酸镍已完全沉淀的简单实验方法是_。（5）操作的实验步骤依次为(实验中可选用的试剂：6molL1的H2SO4溶液、蒸馏水、pH试纸)：_；_；蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得NiSO46H2O晶体；用少量乙醇洗涤NiSO46H2O晶体并晾干。【答案】（1）加热或搅拌或增大硫酸浓度等(1分) （2）Cu2S2=CuS(2分)（3）NiSO4(2分) （4）上层清液呈无色(1分) （5）过滤，并用蒸馏水洗净沉淀(2分)向沉淀中加6 molL1的H2SO4溶液，直至恰好完全溶解(2分) 【考点定位】考查物质的分离提纯的实验方案的设计【名师点晴】废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物杂质），在硫酸溶解调节pH后过滤后除去铁离子，滤液含有二价铁离子、三价铬离子、铜离子、锌离子等杂质，滤液I中加入硫化钠形成CuS、ZnS沉淀，可除去铜离子、锌离子，过滤，滤液II中加H2O2是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH使三价铁和三价铬都以氢氧化物的沉淀而除去，滤液含有可溶性硫酸盐，主要是NiSO4，还有Na2SO4，再加碳酸钠沉淀二价镍，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO4晶体。据此分析解题就容易多了，因此正确的分析是成功解析一的半，千万不要省这个时间噢。5已知草酸镍晶体（NiC2O42H2O）难溶于水，工业上从废镍催化剂（成分主 要是Ni，含有一定量的Al2O3、Fe、SiO2、CaO等）制备草酸镍晶体的流程如图所示：已知：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：金属离子Fe3+Fe2+Al3+Ni2+开始沉淀的pH1.15.83.06.8完全沉淀的pH3.28.85.09.5Ksp（CaF2）=1.4610-10当某物质模拟高度小于1.010-5molL-1时，视为完全沉淀（1）请写出一种能提高酸浸速率的措施_。（2）试剂a是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式_。（3）pH的调控范围为_，试用化学反应原理的相关知识解释滤渣的生成。5.66.8（4）写出“沉镍”时反应的离子方程式_，证明Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是_，（5）操作a的内容为_。【答案】（1）把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等 （2）2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O（3）5.66.8 加入Ni(HO)2调节消耗溶液中的氢离子，促使Fe3+、Al3+的水解平衡右移，使Fe3+、Al3+转化为相应的沉淀 （4）Ni2+C2O42-+2H2O=NiC2O42H2O 取上层清液，继续滴加(NH4)2C2O4溶液，无沉淀生成 （5）过滤、洗涤、干燥【考点定位】本题考查制备方案，涉及化学工艺流程、对操作与试剂的分析评价、化学方程式书写、原电池与电解原理等。【名师点晴】废镍催化剂（成分主要为Ni，含有一定量的Al2O3、Fe、SiO2、CaO等），用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，过滤得到滤液中含有NiSO4、FeSO4、Al2（SO4）3、CaSO4及过量的硫酸，试剂a是一种绿色氧化剂，所以加入 的是H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，加入Ni（HO）2调节pH，使pH大于5.0小于6.8，Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀、Al3+转化为Al（OH）3沉淀，过滤除去，滤液中含有NiSO4、CaSO4，向滤液中加入NH4F，除去Ca 2+，过滤，再向滤液中加入（NH4）2C2O4，得到草酸镍沉淀，再过滤、洗涤、