专题四 化工流程题专题.doc

清远市一中2013届高考理综化学二轮专题复习学案专题三 化学工艺流程题专题一、近三年高考真题再现【2010年广东】（16分） 碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以-锂辉石（主要成分为Li2OAl2O34SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。（1）步骤前，-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是 。（2）步骤中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入 (填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.06.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。（3）步骤中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有 。（4）步骤中，生成沉淀的离子方程式为 。（5）从母液中可回收的主要物质是 。【2011年广东】32.（16分）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：（注：NaCl熔点为801；AlCl3在181升华）（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为 和 。 （2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有 ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 。（3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为 。（4）镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4 和Al2Cl7形式存在，铝电极的主要电极反应式为 。 （5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是 。【2012年广东】32.（17分）难溶性杂卤石（K2SO4MgSO42CaSO42H2O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡为能充分利用钾资源，用饱和Ca（OH）2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：（1）滤渣主要成分有 和 以及未溶杂卤石。（2）用化学平衡移动原理解释Ca（OH）2溶液能溶解杂卤石浸出K+的原因： 。（3）“除杂”环节中，先加入 溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入 溶液调滤液PH至中性。 （4）不同温度下，K+的浸出浓度与溶浸时间的关系如图14，由图可得，随着温度升高， ， 。（5）有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：已知298K时， Ksp(CaCO3)=2.80109， Ksp(CaSO4)=4.90105 ，求此温度下该反应的平衡常数K（计算结果保留三位有效数字）。思考与交流：结合近三年广东高考化学工艺流程题思考下列问题1、化学工艺流程题通常在哪些方面设问?2、化学工艺流程题常考的考点有哪些?3、解答一道化学工艺流程题的思路是什么?4、化学工艺流程题常见的化学名词有哪些?近三年高考化学工艺流程题真题参考答案(2010年) （16分）（1）增加接触面积使反应充分同时加快反应速度。（2）石灰石。石灰石与酸作用，才可调节溶液的PH值。调节溶液的PH到6.06.5，沉淀部分杂质离子，此时Al3+、Fe3+已除去（3）Fe2+ ，Mg2+、Ca2+ 。加入适量的H2O2溶液、石灰乳为了把Fe2+ ，Mg2+除去，加入适量Na2CO3溶液为了除去Ca2+ ,过滤后，滤液为LiOH和Li2SO4。蒸发浓缩滤液和加入饱和碳酸钠溶液有利于得到Li2CO3沉淀。（4）2Li+CO32-=Li2CO3 NaOH、Na2SO4 (2011年) （16分）（1）2Al +Fe2O3= Al 2O3+2Fe 4Al+3SiO2=3Si+ 2Al 2O3（2）H2、AlCl3；NaCl（3）Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O（4）阳极； Al-3e-+7AlCl4=4Al2Cl7（6）铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用(2012年)（17分）（1）Ca（OH）2 Mg（OH）2（2）氢氧根与镁离子结合，使平衡向右移动，K+变多。（3）K2CO3 H2SO4 （4）在同一时间K+的浸出浓度大。反应的速率加快，平衡时溶浸时间短。（5）K=1.75104二、近三年广东高考化学工艺流程题分析设问类型（1）氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写。（2）利用控制pH分离除杂。（3）化学实验的基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等。（4）流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用。（5）减少污染，注意环保，发展“绿色化学”。（6）反应速率与平衡理论的运用。常考考点1、原料的处理（1）溶解：固体粉碎目的；溶解试剂（水溶、酸溶、碱溶、盐溶等）的选择。（2）灼烧：仪器选择（如坩埚、坩埚钳、泥三角、酒精灯等），如从海带中提碘。（3）煅烧：如碳酸钙分解；煅烧高岭土改变其结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。2、控制反应条件的方法（1）控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀、pH值的控制。（2）蒸发、反应时的气体氛围。（3）加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。（4）降温的目的：防止某物质在高温时溶解（或分解）、使化学平衡向着题目要求的方向移动。（5）趁热过滤：防止某物质降温时会析出。3、元素化合物：物质转化的条件及反应。4、基本理论和原理：（1）化学反应：氧化还原反应。 （2）电化学：原电池、电解池的电极反应书写。（3）化学平衡：水解平衡、溶解-沉淀平衡。5、产品获得的方法（1）洗涤：洗涤剂选择（如冰水洗、乙醇洗等）；目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗；晶体表面洗净检验方法（实质上检验晶体表面一些可溶性杂质离子，要注意强调取最后一次洗涤液少许于试管中）。（2）结晶方法蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好（不会热分解）的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。要注意若有些金属离子易水解，控制酸性条件或酸性气体氛围，抑制其水解。蒸发浓缩、冷却结晶、过滤：目的主要是让溶解度随温度变化大的溶质析出，多用于结晶水合物、不稳定的盐类（如铵盐、硝酸盐）的结晶析出。这种题往往是用图像表示溶解度与温度关系。蒸发结晶、趁热过滤：目的是让溶解度随温度变化小的溶质析出，防止某物质降温时会析出，如除去氯化钠溶液中硝酸钾。趁热过滤需用到保温漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗外壁，以防因温度下降而析出杂质。重结晶：提高产品的纯度（3）副产品与循环利用物质的区别首先要能利用物质间的转化关系和整体思维思想判断副产品的成分，然后再结合流程判断哪些物质能够循环利用； 解题思路1、了解实验目的。流程题一般有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。2、仔细分析，读懂流程图。（1）一般情况是：主线主产品；分支副产品；回头为循环。 （2）原料与产品：从某原料出发，要得到最终产品，须除去什么元素、引进什么元素？（3）核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、条件的控制、产品分离提纯的方法。（4）感觉与结果：有的步骤不能读懂，这时主要看这一步的结果，“跟着感觉走”、“顺藤摸瓜”，用已学过的知识来“圆”这个结果。（5）工业流程主线与核心3、分析问题，回归课本知识，关注信息提示。大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往结合流程或信息提示才能回答，有时也可能存在有悖所学知识，这时就要结合化工生产实际考虑原料成本低廉、环境友好、产量产率高等等。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 注意答题有模式与要点 工业流程常用名词：(1)浸出：固体加入到水、酸、碱、盐等溶解得到离子。(2)浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。(3)酸浸：指在酸溶液中反应使可溶于酸的物质以离子的形式进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程。(4)水浸：指与水接触反应或溶解。水浸时采用加热和搅拌操作的目的是使指定物质尽可能多和尽可能快地溶解在溶液中。(5)水洗：水洗通常是为了除去水溶性的杂质(冷水洗涤减少沉淀的溶解；酒精洗涤减少晶体溶解，较快得到干燥的沉淀)。三、典型例题例1、过氧化钙(CaO2)难溶于水，在常温下稳定，在潮湿空气及水中缓慢分解放出氧气，因而广泛应用于渔业、农业、环保等许多方面。下图是以大理石(主要杂质是氧化铁)等为原料制取过氧化钙(CaO2)的流程。请回答下列问题：(1)用氨水调节pH至89的目的是 。(2)若测得滤液C中c(CO)103 molL1，则Ca2_(填“是”或“否”)沉淀完全。已知c(Ca2)105 molL1可视为沉淀完全；Ksp(CaCO3)4.96109(3)若在滤液C中，加入HNO3使溶液呈酸性以得到副产物NH4NO3，则酸化后溶液中c(NH)_c(NO)(填“”“”“”“”或“”)。(4)在低温下，往过氧化氢浓溶液中投入无水氯化钙进行反应，写出该反应的化学方程式： ，一段时间后，再加入氢氧化钠溶液，当调节溶液pH至911才出现大量沉淀。用化学方程式和简要的文字解释需用氢氧化钠调节pH至911的原因_。例2、七水合硫酸亚铁(FeSO47H2O)是一种重要的食品或饲料添加剂、颜料及电子工业的原材料。其实验室中常采用如下流程来制备：回答下列问题：(1)向废铁屑中加入热Na2CO3溶液的目的是 。(2)加入“过量稀硫酸”的实验操作明显不合理，原因是 。(3)某同学认为铁屑与硫酸反应不需要精确温度，因此不必使用热水浴加热，可改用酒精灯直接加热来维持反应温度，该做法的不妥之处是 。(4)“趁热过滤”后的滤液有时略显黄色，其原因是(用离子方程式表示) 。(5)已知硫酸亚铁的溶解度(S)随温度变化的曲线如图所示：若需从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO44H2O，应控制结晶和过滤的温度(t)范围为_。例3、现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益。高纯氧化铁可作现代电子工业的材料，以下是用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁(软磁Fe2O3)的生产流程示意图：(1)步骤中过滤所得滤渣的主要成分是_。(2)步骤中加入铁粉的目的是_。(3)步骤中可选用_试剂调节溶液的pH(填标号)。A稀硝酸 B双氧水C氨水 D高锰酸钾溶液(4)写出在空气中煅烧FeCO3，制备高纯氧化铁的化学方程式_。(5)从滤液C中回收的主要物质的一种用途是_。阳离子吸附剂石灰浆MnO2粉末SO2滤渣MnSO4H2O浸出液软锰矿浆浸出氧化调节pH静 置过滤滤液吸附静置、过滤滤渣例4、研究人员研制利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO2)吸收硫酸厂的尾气SO2，制备硫酸锰的生产流程如下：已知：浸出液的pH2，其中的金属离子主要是Mn2，还含有少量的Fe2、Al3、Ca2、Pb2等其他金属离子。PbO2的氧化性大于MnO2。有关金属离子的半径、形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。 离子离子半径(pm)开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHFe2747.69.7Fe3642.73.7Al3503.84.7Mn2808.39.8Pb21218.08.8Ca299Pb2Ca2Fe2 Fe3吸附率1.000.750.500.250 2 4 6 8 吸附时间/h Al3请回答下列问题：（1）写出浸出过程中生成Mn2+反应的化学方程式 。（2）氧化过程中主要反应的离子方程式 。（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至 范围。（4）阳离子吸附剂可用于除去杂质金属离子。请依据图、表信息回答，决定阳离子吸附剂吸附效果的因素有 、 等。吸附步骤除去的主要离子为： 。（5）电解MnSO4和ZnSO4的混合溶液可制备MnO2和Zn，写出阳极的电极反应方程式 。四、强化训练1聚合氯化铝是新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6n。工业上常采用铝盐溶液部分水解制备碱式氯化铝，其工艺流程如下：已知：高岭土：Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)及少量杂质和水。Al3以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH为5.2。根据流程图回答下列问题：(1)写出溶解过程中反应的离子方程式 ， 。(2)加适量铝粉的主要目的是 。(3)溶液的pH需控制在4.24.5的原因是 ，具体操作中除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是 。(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90100 ，控制该温度的操作名称是 ，写出该过程反应的化学方程式_。2以氯化钾和硫酸亚铁为原料生产硫酸钾和氧化铁红颜料，其主要流程如下：已知：NH4HCO3溶液呈碱性，30 以上NH4HCO3大量分解。(1)NH4HCO3溶液呈碱性的原因是 。(2)写出沉淀池中反应的化学方程式 ，该反应必须控制的反应条件是_。(3)检验沉淀池中Fe2沉淀是否完全的方法是 _。(4)酸化的目的是_。(5)在沉淀池的反应中，为使反应物尽可能多地转化为生成物，可在反应过程中加入_。a(NH4)2SO4 bKCl c丙醇 d水(6)N、P、K、S都是植物生长所需的重要元素。滤液A可做复合肥料，因为其中含有_等元素。3多晶硅（硅单质的一种）被称为“微电子大厦的基石”，制备中副产物以SiCl4为主，它对环境污染很大，能遇水强烈水解，放出大量的热。研究人员利用SiCl4水解生成的盐酸和钡矿粉（主要成份为BaCO3，且含有铁、镁等离子）制备BaCl22H2O，工艺流程如下。已知： 常温下Fe3+、Mg2+完全沉淀的pH分别是：3.2、12.4。 M (BaCO3)=197g/mol，M(BaCl22H2O)=244 g/mol （1）SiCl4水解反应的方程式为：_ _ 。已知：SiCl4(s)+H2(g)=SiHCl3(s)+HCl(g) H1=+47 kJ/molSiHCl3(s)+H2(g)=Si(s)+3HCl(g) H2=+189 kJ/mol则由SiCl4制备硅的热化学方程式为：_ _。（2）加钡矿粉并调节pH=7的作用是使BaCO3转化为BaCl2和_ _。（3）加20% NaOH调节pH=12.5，得到滤渣A的主要成分是_ _。（4）BaCl2滤液经_、_、过滤、洗涤，再经真空干燥后得到BaCl22H2O。（5）10吨含78.8 % BaCO3的钡矿粉理论上最多能生成BaCl22H2O_ _吨。4镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害。某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：已知：NiCl2易溶于水，Fe3不能氧化Ni2。已知实验温度时的溶解度：NiC2O4NiC2O4H2ONiC2O42H2O回答下列问题：(1)用NiO调节溶液的pH，析出沉淀的成分为 (填化学式)。(2)写出加入Na2C2O4溶液的反应的化学方程式 。(3)电解滤液时的化学方程式为 ；检验电解滤液时阳极产生的气体的方法 _。(4)写出氧化反应的离子方程式 。(5)如何检验Ni(OH)3已洗涤干净？ _。五、晚练1一种以黄铜矿和硫磺为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：注：反应的化学方程式为CuFeS2S=FeS2CuS，CuFeS2中的S化合价为2价。反应滤液的主要成分为CuCl。(1)为使反应充分进行，工业上可采取的措施是 ；反应生成12 g FeS2转移的电子数为_。(2)反应的离子方程式为 。(3)反应通入空气的目的是 。一定温度下，在反应所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，其原因是_。(4)以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料制备铜，也可以采用“火法熔炼工艺”。“火法熔炼工艺”中的“焙烧”程序，是在通入少量空气的情况下使黄铜矿部分脱硫生成焙砂(主要成分是Cu2S和FeO)和SO2，该反应的化学方程式为 。2、为回收利用废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：部分含钒物质在水中的溶解性如下：物质VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶难溶难溶易溶回答下列问题：(1)工业由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，该反应的氧化剂为_。(2)滤液中含钒的主要成分为 (填化学式)。(3)该工艺中反应的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式_；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数(NH4Cl加入质量与料液中V2O5的质量比)和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为_、_ 。(4)用硫酸酸化的H2C2O4溶液滴定(VO2)2SO4溶液，以测定反应后溶液中含钒量，反应方程式为2VOH2C2O42H=2VOn2CO2mH2O，其中n、m分别为_、_。(5)全矾液流电池的电解质溶液为VOSO4溶液，电池的工作原理为：VOV22H VO2H2OV3，电池放电时正极的电极反应式为_。3、高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2。检验Fe2是否除尽的实验操作是 _ 。(2)通常条件下KspFe(OH)34.01038，除杂后溶液中c(Fe3)约为 。 (3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是 。(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是 。 (5)“分离”操作名称是_(填字母代号)。A蒸馏B分液C过滤参考答案典型例题例1、(1)除去Fe3 (2)是 (3)(4)CaCl2H2O2CaO22HCl加入NaOH溶液后，平衡CaCl2H2O2CaO22HCl向正反应方向移动，有利于CaO2沉淀的生成例2、(1)除去废铁屑表面的油污(2)应该铁屑过量(或反应后溶液中必须有铁剩余)，否则酸性条件下Fe2易被氧化为Fe3(3)直接加热不易控制反应所需要的温度，温度过高时Fe2易被氧化，同时由于反应中有氢气生成，明火加热不安全(4)4Fe2O24H=4Fe32H2O(5)56.6 t64例3、 (1)SiO2 (2)将Fe3还原为Fe2 (3)C(4)4FeCO3O22Fe2O34CO2 (5)作氮肥例4、（1）SO2MnO2MnSO4 （2）2Fe2MnO24H2Fe3Mn22H2O（3） 4.7 pH8.3 （4）吸附时间、金属离子的半径 、金属离子的电荷； Pb2、Ca2（5）4OH-4eO2+2H2O（3分）强化训练1(1)Al2O36H=2Al33H2O，Fe2O36H=2Fe33H2O(2)除去溶液中的铁离子(3)pH超过4.