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2018高考专题工艺流程综合题型探究河南省淮阳县第一高级中学 高三复习部 【备考策略】在全国近几年的高考中，主要考查物质的制备和提纯的工艺流程，其中涉及元素及其化合物的性质、离子反应、氧化还原反应、电池反应等。在2018年的备考中，应关注元素化合物知识与生产、生活的联系，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化合物知识。解答这类试题要注意循环经济、原子经济、节能环保等要求。【考情分析】年份试题知识点分值2013第27题电极反应式、化学方程式、电池总反应式的书写，物质的回收，环境保护15分2015第27题化学方程式的书写，加快浸出速率的措施，物质的分离提纯，电子式的书写15分2016第26题物质的制备、实验基本操作、盐类水解、实验方案的设计与评价、元素及其化合物的性质14分2017第27题反应速率，离子、化学方程式，沉淀溶解平衡，计算14分化学工艺流程题的解题要领解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。要明确流程图中箭头方向和代表的含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)，返回的箭头一般是“循环利用”的物质。图中一般会出现超纲知识，要读懂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。所以一定要关注题目的每一个字眼，但不必将每一个物质都推出，问什么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。在答题时应注意前后问题往往没有连带效应，即前一问不能回答没关系，不影响后面回答问题。遇到做不出来的问题要及时放弃，以免影响其他问题的作答。最后，作答时一定要看清所提问题，不能答非所问，注意语言表达的科学性。 1. 常见的化工术语关键词释 义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程水浸与水接触反应或溶解过滤固体与液体的分离滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定蒸发结晶蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出蒸发浓缩蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度水洗用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解(沉淀) 2. 常见的操作与答题常见的操作答题要考虑的角度加过量试剂使反应完全进行(或增大转化率、产率)等加氧化剂氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子判断能否加其他物质要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作；从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩冷却结晶过滤(洗涤、干燥)提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)在空气中或在其他气体中进行的反应或操作要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的pH调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)“酸作用”还可除去氧化物(膜)“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)控制温度(常用水浴、冰浴或油浴 )防止副反应的发生使化学平衡移动；控制化学反应的方向控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)控制反应速率；使催化剂达到最大活性升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求洗涤晶体水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作23次表面处理用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等如何确定有关工艺流程中的重要物质?【问题引出】化工生产技术的“工艺流程题”已成为高考的新亮点和主流题型，其中“循环物质、副产品、滤渣和滤液”是常考知识点，具有一定的难度和区分度。1(1) 解题策略解题步骤 解题策略首尾呼应、找出主线1. 对照原料和产品，确定核心反应和核心辅料2. 依核心反应，明确流程主线、支线和除杂任务分段剖析、明析细节3. 以核心辅助原料为准，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段4. 依箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析5. 某些暂时琢磨不透的环节，可“跳过去”而“难得糊涂”，如有必要，可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析 由易到难、破解答案6. 先易后难：先回答与工艺流程非密切相关的问题，确保易拿的分数先拿，增强答题信心7. 变换角度：从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题8. 对棘手问题：不忘尝试从题给信息中寻找答案 (2) 物质判断：主线主产品，副线副产品，回头为循环。2. 循环物质的确定3. 副产品的判断4. 滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质中的每一种成分在每一步与每一种试剂的反应情况：(1) 哪些物质(离子)消失了。(2) 所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子；再考虑这些离子间是否会发生反应。(3) 去除主产品和副产品，原料中的相关成分存在于何处。1(2013新课标卷)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：(1) LiCoO2中，Co元素的化合价为。(2) 写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式： 。(3) “酸浸”一般在80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式：可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是 (4) 写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式： (5) 充放电过程中发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式： (6) 上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有(填化学式)。答案(1) +3 (2) 2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2(3) 2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O、2H2O22H2O+O2有氯气生成，污染较大(4) CoSO4+2NH4HCO3CoCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O(5) Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C(6) Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4解析(1) 根据化合物化合价代数和为0，LiCoO2中Co元素的化合价为+3价。(2) 电池正极材料，有钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等，“正极碱浸”即是铝和氢氧化钠溶液反应：2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2。(3) 锂离子电池正极材料中的钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔经过碱浸后剩余LiCoO2，结合流程图中后面生成的是Li2SO4、CoSO4，“酸浸”发生的氧化还原反应的化学方程式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O、2H2O22H2O+O2；若用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，氯离子被氧化会有氯气生成，污染较大。(4) 用NH4HCO3沉淀CoSO4生成CoCO3，结合质量守恒写出反应的化学方程式：CoSO4+2NH4HCO3CoCO3+(NH4)2SO4+CO2+H2O。(5) 由LiCoO2转化成Li1-xCoO2得到电子，电极反应式为LixC6-xe-6C+xLi+，正极是Li1-xCoO2得电子转化成LiCoO2，总的电池反应方程式+LixC6LiCoO2+6C。(6) 放电时Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。2(2015新课标卷)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下：回答下列问题：(1) 写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式： 。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有(写出两条)。(2) 利用的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 (填化学式)。(3) “净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是；然后再调节溶液的pH约为5，目的是。(4) “粗硼酸”中的主要杂质是(填名称)。(5) 以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为。(6) 单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用 化学方程式表示制备过程： 。答案(1) Mg2B2O5H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3粉碎铁硼矿、充分搅拌、适当升高温度等(任写两条)(2) Fe3O4SiO2和CaSO4(3) 氧化溶液中的Fe2+使溶液中的Al3+和Fe3+变成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，然后除去(4) (七水)硫酸镁(5) Na+ (6) 2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg3MgO+2B解析(1) 根据题干信息可知硼酸难溶于水，Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式为Mg2B2O5H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3；提高浸出速率常用的方法有：适当提高酸的浓度、粉碎铁硼矿、充分搅拌、适当升高温度等。(2) 常见的有磁性的物质有Fe3O4；“浸渣”中还剩余的是不溶于硫酸的SiO2和微溶于水的硫钙。(3) 结合流程图，酸浸后溶液中的离子主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Fe3+，能够和H2O2溶液反应的是Fe2+，加入H2O2溶液的作用是氧化溶液中的Fe2+；再调节溶液的pH约为5，目的是除去溶液中的Al3+和Fe3+。(4) “粗硼酸”中的主要杂质是未除去的镁形成的(七水)硫酸镁。(5) 硼氢化钠(NaBH4)是离子化合物，电子式为Na+。(6) H3BO3不稳定，分解生成B2O3和H2O，B2O3和Mg反应生成MgO和B。【考题分析】化学工艺流程和物质的制备典题演示1(2015河南焦作一模)高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿(主要成分MnO2)制备高锰酸钾的流程图。(1) KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒机理与下列(填字母)物质相似。A. 75%酒精B. 双氧水 C. 苯酚D. 84消毒液(NaClO溶液)(2) 软锰矿粉碎的目的是。写出MnO2、KOH的熔融混合物中通入空气时发生的主要反应的化学方程式： 。(3) 该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要直接制备出纯净的CO2，所需试剂最好选择(填字母)。a. 石灰石 b. 稀盐酸c. 稀硫酸d. 纯碱所需气体发生装置是(填字母)。(4) 上述流程中反应：向K2MnO4溶液中通入CO2以制备KMnO4，该反应中的还原剂是。(5) 上述流程中可以循环使用的物质有Ca(OH)2、CO2、和(填化学式)。(6) 若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则每1 mol MnO2可制得mol KMnO4。答案(1) BD(2) 增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O(3) cdA(4) K2MnO4(5) KOHMnO2(6) 0.67解析(1) KMnO4有强氧化性，利用其强氧化性杀菌消毒，消毒原理与NaClO溶液、双氧水一样，苯酚、75%酒精消毒的原理是使病毒的成分蛋白质发生变性进行消毒。(2) 软锰矿粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全；MnO2、KOH的熔融混合物中通入空气，反应生成K2MnO4，反应的化学方程式为2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。(3) HCl有挥发性，会导致CO2不纯，因此酸最好选择稀硫酸，碳酸钙与稀硫酸反应生成的CaSO4在水中的溶解性很小，反应过程中沉积在石灰石表面，会阻止反应的继续进行，所以所需试剂最好为稀硫酸和纯碱。稀硫酸与纯碱是液体与固体发生反应，不能选用装置B，由于纯碱溶于水，也不能使用启普发生器，只有A装置符合气体发生装置的要求。(4) 向K2MnO4溶液中通入CO2制备KMnO4发生反应的化学方程式为3K2MnO4+2CO22KMnO4+2K2CO3+MnO2，K2MnO4中一部分Mn元素由+6价升高到+7价，另一部分Mn元素由+6价降低到+4价，电子只在Mn元素之间转移，K2MnO4既是氧化剂又是还原剂。(5) 由转化关系图知，除Ca(OH)2、二氧化碳外，K2MnO4溶液中通入CO2以制备KMnO4生成的MnO2及最后由母液加入Ca(OH)2生成的KOH，会在MnO2、KOH熔融制备K2MnO4中被循环利用。(6) 若不考虑物质循环与制备过程中的损失，1 mol MnO2可制得1 mol K2MnO4，由方程式可知，3K2MnO4+2CO22KMnO4+2K2CO3+MnO2，1 mol K2MnO4可以制备 mol KMnO4，在上述条件下，1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。变式训练1(2015江西师大附中、鹰潭一中联考)Na2S2O35H2O可作为高效脱氯剂，工业上用硫铁矿(FeS2) 为原料制备该物质的流程如下：硫铁矿气体A溶液C溶液DNa2S2O35H2O已知：气体A可以使品红溶液褪色，与硫化氢(H2S) 混合能获得单质硫。pH约为11的条件下，单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。回答下列问题：(1) 沸腾炉中将粉碎的硫铁矿用空气吹动使之达到“沸腾”状态，其目的是 。(2) 吸收塔中的原料B可以选用(填字母) 。A. NaCl溶液B. Na2CO3溶液C. Na2SO4溶液(3) 某小组同学用右图装置模拟制备Na2S2O3的过程(加热装置已略去) 。A中使用70%的硫酸比用98%的浓硫酸反应速率快，其原因是；装置B的作用是。C中制备Na2S2O3发生的连续反应有Na2S+H2O+SO2Na2SO3+H2S、和Na2SO3+SNa2S2O3。(4) 工程师设计了从硫铁矿获得单质硫的工艺，将粉碎的硫铁矿用过量的稀盐酸浸取，得到单质硫和硫化氢气体，该反应的化学方程式为。答案(1) 使固体与气体充分接触，加快反应速率(2) B(3) 该反应的实质是H+与S反应，70%的硫酸中含水较多，c(H+)和c(S)都较大，生成SO2速率更快防止倒吸2H2S+SO23S+2H2O(4) FeS2+2HClFeCl2+H2S+S解析(1) 将硫铁矿进行粉碎的目的在于增大接触面积，使固体与气体充分接触，从而加快反应速率。(2) 根据提示信息“pH约为11的条件下，单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐”可知，使用原料B的目的在于吸收SO2，故原料B应是碱性溶液，NaCl、Na2SO4溶液呈中性，Na2CO3溶液呈碱性。(3) 该反应的实质是H+与S反应，70%的硫酸中含水较多，c(H+)和c(S)都较大，生成SO2速率更快；装置B为安全瓶，作用是防止倒吸。在制备Na2S2O3发生的连续反应中，第一步利用Na2S与SO2反应生成Na2SO3和H2S，第二步利用H2S与SO2反应得到单质硫，第三步利用单质硫与亚硫酸钠化合生成产物Na2S2O3，故第二步反应的化学方程式为2H2S+SO23S+2H2O。(4) 硫铁矿和过量的稀盐酸反应得到单质硫和硫化氢，故反应的化学方程式为FeS2+2HClFeCl2+H2S+S。化学工艺流程与实验技术典题演示2(2015江西赣州模拟)高铁酸钾(K2FeO4)具有很强的氧化性，是一种新型的高效水处理剂。(1) 高铁酸钾具有强氧化性的原因是。(2) 高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为，。(3) 制备K2FeO4可以采用干式氧化法或湿式氧化法。干式氧化法的初始反应是2FeSO4+6Na2O22Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2，该反应中每生成2 mol Na2FeO4时转移电子mol。1 湿式氧化法的流程如下图：上述流程中制备Na2FeO4的化学方程式是 (4) 高铁电池是正在研制中的可充电电池，右图为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有 、 。答案(1) 其中的铁元素为+6价，易得电子(2) 高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒产生的Fe(OH)3胶体有吸附性，有絮凝作用(3) 102Fe(NO3)3+3NaClO+10NaOH2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O(4) 放电时间长工作电压稳定解析(1) 高铁酸钾中的铁是+6价，处于高价态，具有强氧化性。(2) 高铁酸钾具有强氧化性，还原产物铁离子水解生成氢氧化铁胶体有吸附性，有絮凝作用。(3) 由反应方程式2FeSO4+6Na2O22Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2可知，6 mol Na2O2中12 mol的-1价的氧，有2 mol变为0价，还有10 mol变为-2价，而铁是+2价变为+6价，所以每生成2 mol Na2FeO4时转移电子10 mol。Fe(NO3)3被NaClO氧化成Na2FeO4，反应方程式为2Fe(NO3)3+3NaClO+10NaOH2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O。(4) 由图中高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，可以得出高铁电池具有放电时间长、工作电压稳定等优点。变式训练2氯化亚铜(CuCl)是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐。从酸性电镀废液(主要含Cu2+、Fe3+)中制备氯化亚铜的工艺流程图如下：已知：金属离子浓度为1 molL-1时，Fe(OH)3开始沉淀和沉淀完全的pH分别为1.4和3.0，Cu(OH)2开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.2和6.7。金属离子含量、CuCl产率与混合液pH的关系如右图。请回答下列问题：(1) 酸浸时发生反应的离子方程式是；析出CuCl晶体时的最佳pH在左右。(2) 铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子方程式为。(3) 析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于70 干燥2 h、冷却、密封包装。70 真空干燥、密封包装的目的是。(4) 产品滤出时所得滤液的主要成分是，若想从滤液中获取FeSO47H2O晶体，我们还需要知道的是。(5) 若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜，试写出该反应的化学方程式：。为提高CuCl的产率，常在该反应体系中加入稀碱溶液，调节pH至3.5，这样做的目的是 。答案(1) Cu(OH)2+2H+Cu2+2H2O3(2) 2Cu2+2Cl-+Fe2CuCl+Fe2+(3) 加快乙醇和水的蒸发，防止CuCl被空气氧化(4) Na2SO4和FeSO4不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度(5) 2CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O2CuCl+2Na2SO4+H2SO4OH-中和了反应中的H+，有利于反应向右进行，提高CuCl的产率，但当OH-浓度过大时，Cu+能与OH-结合，生成氢氧化亚铜，从而降低了CuCl的产率解析(1) 电镀液中加入碱得到Fe(OH)3和Cu(OH)2沉淀，酸浸且控制溶液的pH4时，Cu(OH)2溶解，即Cu(OH)2+2H+Cu2+2H2O。从图中可以看出当pH=3时，CuCl的产率最大，故析出CuCl时pH最好控制在3左右。(2) 根据氧化还原反应中转移电子数目相等可写出该反应的离子方程式：2Cu2+2Cl-+Fe2CuCl+Fe2+。(3) 在70 真空干燥便于加快乙醇和水的蒸发，密封包装是防止CuCl被空气氧化。(4) 结合题中流程可确定所得滤液的主要成分是Na2SO4和FeSO4，要从滤液中得到FeSO47H2O晶体，需知道不同温度下Na2SO4和FeSO4的溶解度，便于控制温度使FeSO47H2O晶体析出。 2018历年模拟强化卷精选1. (2015河南郑州质检)利用生产磷铵(NH4)3PO4排放的废渣磷灰石Ca3(PO4)2制取硫酸并联产水泥的工艺流程如下：(1) 操作a的名称 ，实验室中进行此操作时用到的玻璃仪器有 。(2) 在实验室中操作b包括 、冷却结晶。(3) 干燥机中发生反应的化学方程式为 。(4) 水泥常用作建筑材料，是利用了水泥的 性质。(5) SO2的催化氧化反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。实验测得压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为SO2：7%、O2：11%、N2：82%)。压强/MPa转化率/%温度/0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.594.4实际生产中，SO2的催化氧化反应是在常压、400500 条件下进行。采用常压的主要原因是 ；该反应化学平衡常数大小关系：Ksp(400 )(填“”、“移去反应中放出的热量，使反应后的气体降温并预热未反应的气体(6) cd2(1) CuSO4(2) 3.24.3趁热过滤(3) 2H2O+HS+2Cu2+Cu2O+S+5H+产生SO2污染环境3(1) (2) (3) Ca2+SCaSO4(或Ba2+SBaSO4)Mg(OH)269.6(4) MgCl2Mg+Cl2MgCl2+2H2OMg(OH)2+H2+Cl24(1) Fe3+3H2OF