优化方案（全国通用）高考化学二轮复习 下篇 应试高分策略 专题2 非选择题提分策略 第二讲 化工工艺流程题学案.doc

第二讲化工工艺流程题化工工艺流程题是近年来高考中备受关注的一类题型，该类题是将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式表示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，构成与化工生产紧密联系的化工工艺流程题。化工工艺流程题的结构分题头、流程图和问题三部分。题头部分一般简单介绍该工艺生产的原材料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原材料到产品的主要生产工艺表示出来，问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列问题。解答化工工艺流程题的三种方法范例审题指导(14分)镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料是由ni(oh)、碳粉1和氧化铁1等涂在铝箔1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回收研究，设计实验流程如下：已知：a.nicl2易溶于水，fe3不能氧化ni2。b.某温度下一些金属氢氧化物的ksp及沉淀析出的理论ph如表所示：m(oh)nkspph开始沉淀沉淀完全al(oh)31.910333.4324.19fe(oh)33.910382.5322.94ni(oh)21.610147.609.75回答下列问题：(1)根据表中数据判断步骤依次析出沉淀_和沉淀_(填化学式)，则ph1_ph2(填“”、“”或“nic2o4h2onic2o42h2o4，则步骤的化学方程式是_。步骤后，过滤沉淀所需的玻璃仪器5有_。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_。(3)中阳极反应产生的气体e6为_，验证该气体的试剂为_。(4)试写出步骤的离子7方程式：_。1注意电极材料的成分以及和盐酸反应后的离子2a溶液呈酸性，加入nio的目的是为了降低h浓度，促进fe3、al3的水解，根据表中提供信息，fe3先形成沉淀3只要注意到表中ph的数据，即可选出答案4溶解度越小，越先形成沉淀5注意只要求写出玻璃仪器6注意d的成分为nacl溶液7看准要求标准答案(1)fe(oh)3(1分)al(oh)3(1分)(1分)c(1分)(2)nicl2na2c2o42h2o=nic2o42h2o2nacl(2分)(普通)漏斗、玻璃棒和烧杯(2分)玻璃棒划破滤纸(1分)、滤液超过滤纸边缘(1分)(3)cl2(1分)淀粉ki溶液(1分)(4)2ni(oh)22ohcl2=2ni(oh)32cl(2分)评分细则(1)写成名称不得分，“”写成“小于”不得分。(2)化学方程式漏写“”不扣分。所需玻璃仪器少写一种扣1分，少写两种不得分。原因按标准答案评分。(3)cl2写成氯气不扣分。检验cl2也可以用其他方法，如nabr溶液和苯或ccl4。(4)按照标准答案评分。失分点评本题属于化工工艺流程与实验技术的结合，较简单，但仍未得满分，主要原因是化学用语书写不规范，审题不仔细，如化学式出现错误、把化学试剂写成了试纸等。制备类工艺流程题kno3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的kno3制备方法的主要步骤：(1)反应中，caso4与nh4hco3的物质的量之比为12，该反应的化学方程式为_。(2)反应需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是_；从反应所得混合物中分离出caso4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是_。(3)检验反应所得k2so4中是否混有kcl的方法是取少量k2so4样品溶解于水，_。(4)整个流程中，可循环利用的物质有_(填化学式)。(5)将硝酸与浓kcl溶液混合，也可得到kno3，同时生成等体积的气体a和气体b(nocl)，该反应的化学方程式为_；气体b与o2反应生成1体积气体a和2体积红棕色气体c，该反应的化学方程式为_。解析(1)反应中，caso4与nh4hco3的物质的量之比为12，由流程图可知生成caco3、(nh4)2so4和co2，由质量守恒可知反应方程式为caso42nh4hco3=caco3(nh4)2so4co2h2o。(2)(nh4)2so4加入kcl，在干态、加热的条件下进行，可生成易分解的nh4cl，加热时nh4cl分解生成hcl和nh3，温度降低又生成nh4cl，以此可分离出nh4cl，得k2so4，且能加快反应速率；从反应所得混合物中分离出caso4的方法是趁热过滤，目的是防止kno3结晶，提高kno3的产率。(3)检验反应所得k2so4中是否混有kcl，应先加入ba(no3)2，使k2so4完全转化为baso4沉淀，以免干扰cl的检验，然后再加入agno3检验kcl，操作方法为加入ba(no3)2溶液至不再产生沉淀，静置，取上层清液，滴加agno3溶液，若有沉淀生成，说明k2so4中混有kcl。(4)整个流程中，可循环利用的物质有(nh4)2so4、caso4、kno3。(5)根据氧化还原反应的规律及原子守恒，即可写出化学方程式。答案(1)caso42nh4hco3=caco3(nh4)2so4h2oco2(2)分离nh4cl与k2so4，加快化学反应速率防止 kno3结晶，提高kno3的产率(3)加入过量ba(no3)2溶液至不再产生沉淀，静置，取上层清液，滴加agno3溶液，若有沉淀生成，说明 k2so4中混有kcl(4)caso4、kno3、(nh4)2so4(5)4hno33kcl(浓)=noclcl23kno32h2o2noclo2=cl22no24.(2015河南洛阳高三期末)钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿(主要成分为钛酸亚铁，化学式为fetio3)制备ti等产品的一种工艺流程示意图如下：已知：tio2易水解，只能存在于强酸性溶液中。常温下，难溶电解质溶解度与ph关系如图。25 时tio(oh)2溶度积ksp11029。回答下列问题：(1)写出钛铁矿酸浸时反应的离子方程式：_。(2)操作包含的具体操作方法有_。(3)向“富含 tio2溶液”中加入na2co3粉末的作用是_，tio2水解的离子方程式为_，当溶液ph_时，tio(oh)2已沉淀完全。(4)加入铁屑将fe3转化为fe2的原因是_。解析：(1)钛铁矿酸浸时，发生反应的离子方程式为fetio34h=tio2fe22h2o。(2)向含有tio2、fe2、fe3等的酸性溶液中加入适量的fe屑，发生反应：2fe3fe=3fe2，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶就会产生feso47h2o，然后将晶体过滤出来，就得到了绿矾。(3)滤液中含有大量的tio2，向该溶液中加入na2co3粉末，调整溶液的酸碱性，促进tio2的水解，由图像可知当溶液的ph2.5 时，tio(oh)2已经完全沉淀。(4)若不加入铁屑，就会同时产生tio(oh)2和fe(oh)3导致制取的物质纯度不高，所以加入铁屑将fe3转化为fe2，避免fe3和tio2同时沉淀。答案：(1)fetio34h=tio2fe22h2o(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(3)调节溶液ph，促进tio2水解tio22h2otio(oh)22h2.5(4)避免fe3和tio2同时沉淀产品提纯类工艺流程题绿矾(feso47h2o)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：查询资料，得有关物质的数据如下表：25 时ph饱和h2s溶液3.9sns沉淀完全 1.6fes开始沉淀3.0fes沉淀完全5.5(1)检验制得的绿矾晶体中是否含有fe3，可选用的试剂为_。akscn溶液bnaoh溶液ckmno4溶液 d苯酚溶液(2)操作中，通入硫化氢至饱和的目的是_；在溶液中用硫酸酸化至ph2的目的是_。(3)操作的顺序依次为_、冷却结晶、_。(4)操作得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是除去晶体表面附着的硫酸等杂质；_。(5)测定绿矾产品中fe2含量的方法：a.称取2.85 g绿矾产品，溶解，在250 ml容量瓶中定容；b.量取25.00 ml待测溶液于锥形瓶中；c.用硫酸酸化的0.010 00 moll1kmno4溶液滴定至终点，消耗kmno4溶液体积的平均值为20.00 ml。滴定时盛放kmno4溶液的仪器为_(填仪器名称)。判断此滴定实验达到终点的方法是_。计算上述样品中feso47h2o的质量分数为_。解析(1)a.kscn溶液和fe3反应生成红色溶液，可以检验fe3的存在，故a符合；b.naoh溶液和fe2反应生成白色沉淀迅速变化为灰绿色最后变为红褐色，naoh和fe3反应也生成红褐色沉淀，不能检验fe3的存在，故b不符合；c.kmno4溶液不与fe3反应，无现象发生，故c不符合；d.苯酚溶液和fe3反应生成紫色溶液，可以检验fe3的存在，故d符合。(2)通入硫化氢，可以沉淀sn2，并因为硫化氢具有强还原性，可以防止fe2被氧化。已知：在h2s饱和溶液中，sns沉淀完全时溶液的ph为1.6；fes开始沉淀时溶液的ph为3.0，沉淀完全时的ph为5.5，操作在溶液中用硫酸酸化至ph2的目的是在溶液ph2时，sn2完全沉淀，fe2不沉淀。(3)溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩、结晶析出、过滤洗涤等，所以操作的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。(4)冰水温度低，物质溶解度减小，可以洗去沉淀表面的杂质离子，减少绿矾溶解带来的损失。(5)高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化橡胶管，不能用碱式滴定管，应用酸式滴定管。滴定实验达到终点时，滴加最后一滴kmno4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色。由题意知：5fe2mno8h=5fe3mn24h2o5 1n(fe2)0.010 00 moll10.02 l所以n(fe2)0.001 mol，则250 ml溶液中n(fe2)0.001 mol0.01 mol，则feso47h2o物质的量为0.01 mol，质量为0.01 mol278 gmol12.78 g，质量分数为100%97.5%。答案(1)ad(2)除去溶液中的sn2，并防止fe2被氧化防止 fe2生成沉淀(3)蒸发浓缩过滤洗涤(4)降低洗涤过程中feso47h2o的损耗(5)酸式滴定管滴加最后一滴kmno4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色97.5%5.(2015江西南昌高三第一次调研)从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：已知：铬渣含有na2so4及少量cr2o、fe3；fe3、cr3完全沉淀(c1.0105moll1)时ph分别为3.6和5。(1)“微热”除能加快反应速率外，同时还可以_，滤渣a为_(填化学式)。(2)根据溶解度(s)温度(t)曲线，操作b的最佳方法为_(填字母序号)。a蒸发浓缩，趁热过滤b蒸发浓缩，降温结晶，过滤(3)酸化后cr2o可被so还原成cr3，离子方程式为_；酸c为_，cr(oh)3的溶度积常数kspcr(oh)3_。(4)根据2cro2hcr2oh2o设计图示装置(均为惰性电极)电解na2cro4溶液制取na2cr2o7，图中右侧电极连接电源的_极，其电极反应式为_。解析：(1)由信息知ph约3.6时可除去fe3，加热促进fe3水解，滤渣a是fe(oh)3沉淀。(2)由图像知na2so4的溶解度在45 左右最大，而na2cr2o7的溶解度随温度的升高不断变大，所以蒸发浓缩后趁热过滤可得到na2so4固体。(3)该反应的氧化剂是cr2o，还原产物是cr3，还原剂是so，氧化产物是so，由得失电子守恒可知n(cr2o)n(so)13，最后根据质量守恒和电荷守恒配平。为了不引入其他杂质，应加h2so4酸化。ph5时，cr3完全沉淀，c(cr3)1.0105 moll1，c(oh)109moll1，kspcr(oh)3c(cr3)c3(oh)1.0105(109)31.01032。(4)由图可知na2cro4发生反应生成na2cr2o7，所以在该电极产生了大量的h，而在另一极naoh由稀到浓可知产生了大量的oh，所以右侧电极是阳极，oh失去电子发生氧化反应生成h2o和o2，所以连接电源的正极。答案：(1)促进fe3水解生成fe(oh)3而除去fe(oh)3(2)a(3)3socr2o8h=2cr33so4h2oh2so41.01032(4)正4oh4e=o22h2o题型四制备类工艺流程题1钛被称为“二十一世纪金属”，工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下：请回答下列问题：(1)铁在元素周期表中的位置为_。(2)写出tio2水解的离子方程式：_。加入过量铁粉的作用是_；_。(3)操作1的实验步骤为_、_、过滤。(4)副产品主要成分的化学式为_。(5)写出tio2转化成ticl4的化学方程式：_。解析：(1)fe在元素周期表中位于第四周期第族。(2)根据题意可知，tio2水解时，结合水电离出的oh生成h2tio3。由于fe2易被氧化，故加入过量铁粉可以防止fe2被氧化为fe3；加入的过量铁粉还可以消耗溶解钛铁矿时多余的硫酸。(3)经过操作1得到含tio2的滤液和副产品，则操作1为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(4)依据流程图及原子守恒可知副产品为硫酸亚铁晶体。(5)该反应中氯气作氧化剂，焦炭作还原剂，根据焦炭过量可以确定产物中有co，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式即可。答案：(1)第四周期第族(2)tio22h2oh2tio32h防止fe2被氧化为fe3消耗多余的硫酸(3)蒸发浓缩冷却结晶(4)feso47h2o(写成feso4也可)(5)2cl2tio22cticl42co2(2015浙江杭州第一次质量检测)高锰酸钾是常用的氧化剂。工业上以软锰矿(主要成分是mno2)为原料制备高锰酸钾晶体。如图是实验室制备kmno4的操作流程：上述反应的化学方程式：3k2mno42co2=2kmno4mno22k2co3。已知：物质k2co3khco3k2so4ch3cook293 k溶解度(g)11133.711.1217(1)反应的化学方程式为_。(2)从滤液中得到kmno4晶体的实验操作依次是_(选填字母代号，下同)。a蒸馏 b蒸发 c灼烧 d抽滤 e冷却结晶(3)制备过程中需要用到纯净的co2气体。制取纯净co2最好选择下列试剂中_。a石灰石b浓盐酸c稀硫酸d纯碱(4)实验时，若co2过量会生成khco3，导致得到的kmno4产品的纯度降低。原因是_。(5)由于co2的通入量很难控制，因此对上述实验方案进行了改进，即把实验中通co2改为加其他的酸。从理论上分析，选用下列酸中_，得到的产品纯度更高。a醋酸b浓盐酸c稀硫酸解析：(3)因为盐酸有挥发性，稀硫酸和石灰石反应生成的硫酸钙会覆盖在石灰石上阻碍反应的进行，所以要制取纯净的二氧化碳气体，可选择纯碱和稀硫酸。(5)因为盐酸具有还原性，醋酸钾的溶解度比硫酸钾大很多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，故选用醋酸，得到产品的纯度更高。答案：(1)3mno2kclo36koh3k2mno4kcl3h2o(2)bed(3)cd(4)khco3的溶解度比k2co3小很多，滤液蒸发浓缩时khco3会随kmno4一起结晶析出(5)a3(2015安徽黄山屯溪一中高三月考)铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。(1)氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：回答下列问题：操作、的名称分别是_、_。写出在空气中煅烧feco3的化学方程式：_。煅烧如果不充分，产品中将有fe2存在，试设计实验检验产品中有无fe2：_。(2)有些同学认为kmno4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定。a称取2.850 g绿矾(feso47h2o)产品，配成250 ml溶液；b量取25.00 ml待测溶液于锥形瓶中；c用硫酸酸化的0.010 00 moll1 kmno4溶液滴定至终点，消耗kmno4溶液体积的平均值为20.00 ml。写出酸性kmno4溶液与feso4溶液反应的离子方程式：_。计算上述样品中feso47h2o的质量分数为_已知m(feso47h2o)278 gmol1。滴定达到终点时锥形瓶中溶液颜色变化为_。下列操作会导致样品中feso47h2o的质量分数的测定结果偏高的有_。a未干燥锥形瓶b盛装标准液的滴定管没有用标准液润洗c滴定结束时仰视刻度线读数d量取待测液的滴定管没有润洗解析：(1)分析流程可知操作、的名称分别是过滤、洗涤。在空气中煅烧feco3的化学方程式为4feco3o2高温,2fe2o34co2。fe3中存在fe2，检验方法为取固体样品少许放置试管中，加入足量稀硫酸，振荡试管，再加入几滴kmno4溶液。如果kmno4溶液褪色，则有fe2。(2)根据反应关系式kmno45feso47h2o0.010 00 moll120103 l 1103 mol则样品中feso47h2o的质量分数为100%97.54%。滴定达到终点时锥形瓶中溶液颜色变化为滴加最后一滴溶液，溶液刚好由黄色变成紫红色，且半分钟内不变色。a.未干燥锥形瓶对结果没有影响；b.盛装标准液的滴定管没有用标准液润洗，造成标准液浓度偏低，消耗标准液体积偏大，结果偏高；c.滴定结束时仰视刻度线读数，标准液体积读数偏大，结果偏高；d.量取待测液的滴定管没有润洗，待测液的量偏小，结果偏低。答案：(1)过滤洗涤4feco3o2高温,2fe2o34co2取固体样品少许放置试管中，加入足量稀硫酸，振荡试管，再加入几滴kmno4溶液。如果kmno4溶液褪色，则有fe2(2)5fe2mno8h=5fe3mn24h2o97.54%滴加最后一滴溶液，溶液刚好由黄色变成紫红色，且半分钟内不变色bc题型五产品提纯类工艺流程题1(2015广东六校第三次联考)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为mno2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的so2，又制得电池材料mno2(反应条件已省略)。请回答下列问题：(1)上述流程中多次涉及过滤操作，实验室进行过滤操作时需要用到的含硅酸盐的仪器有：玻璃棒、_、_；其中玻璃棒的作用是_。(2)用mnco3能除去溶液中的al3和fe3，其原理是_。(3)已知ksp(cus)8.41045，ksp(nis)1.41024；在除铜、镍的过程中，当ni2恰好完全沉淀时此时溶液中c(ni2)1.0105moll1，溶液中cu2的浓度是_moll1。(4)工业上采用电解k2mno4水溶液的方法来生产kmno4，其中惰性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式：_。(5)下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气so2含量的是_。(填编号)anaoh溶液、酚酞试液b稀h2so4酸化的kmno4溶液c碘水、淀粉溶液d氨水、酚酞试液解析：(1)玻璃仪器属于含硅酸盐的仪器，过滤操作需要用到玻璃棒、烧杯、漏斗；玻璃棒的作用是引流。(2)al3和fe3都能水解，生成h和对应的氢氧化物，h与mnco3反应，h被消耗，促进al3和fe3进一步水解，最后al3和fe3形成氢氧化物沉淀。(3)ksp(nis)c(ni2)c(s2)，即1.410241.0105c(s2)，c(s2)1.41019moll1；ksp(cus)c(cu2)c(s2)，即8.410451.41019c(cu2)，c(cu2)6.01026moll1。(4)阳极发生氧化反应，mno失电子转化成mno：mnoe=mno。(5)a、d项溶液颜色变化时不能确定溶质的成分，b、c项试剂可以准确测定so2的含量。答案：(1)烧杯漏斗引流，防止液体溅出(2)mnco3消耗溶液中的h，促进al3和fe3水解，生成氢氧化物沉淀 (3)6.01026(4)mnoe=mno(5)bc2(2015河南郑州第一次质量预测)平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含有sio2、fe2o3、ceo2以及其他少量不溶于稀盐酸的物质。二氧化铈(ceo2)是一种重要的稀土氧化物，某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：(1)第步反应的化学方程式是_，检验滤渣a是否洗净的方法是_。(2)第步反应的离子方程式是_。(3)萃取是分离稀土元素的常用方法，化合物tbp作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来。实验室进行萃取操作需要用到分液漏斗，分液漏斗洗净后，在使用前需要进行的操作是_；tbp是一种磷酸三丁酯，密度为0.97 gcm3，则产物应该从分液漏斗的_(填“上口倒出”或“下口流出”)。(4)取上述流程中得到的ce(oh)4(mce(oh)4)208 gmol1)产品0.5 g，加硫酸溶解后，用0.100 0 moll1 feso4标准溶液滴定到终点时(ce4被还原为ce3)，消耗20.00 ml标准溶液，该产品中ce(oh)4的质量分数为_(保留小数点后一位)。解析：(1)结合流程可知ceo2不溶于盐酸而进入滤渣，因此在第步反应中只有fe2o3与hcl反应；检验滤渣a是否洗净，可通过取最后一次洗涤液来检验是否含有fe3来判断。(2)在第步中，ceo2与h2o2在酸性环境中发生氧化还原反应，ceo2被还原，则h2o2一定被氧化，氧化产物应为o2，因此可写出反应的离子方程式。(3)分液漏斗在使用前一定要检查是否漏液；tbp的密度小于水，萃取后在上层，因此产物应从分液漏斗上口倒出。(4)利用电子得失守恒可得关系式：ce4fe2，因此可知所取0.5 g ce(oh)4样品中含有mce(oh)40.100 0 moll10.020 l208 gmol10.416 g，故产品中ce(oh)4的质量分数为0.416 g0.5 g100%83.2%。答案：(1)fe2o36hcl=2fecl33h2o取最后一次洗涤液，滴加kscn溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，则未洗净(2)2ceo2h2o26h=2ce3o24h2o(3)检查是否漏液上口倒出(4)83.2%3(2015陕西咸阳高考一模)锌焙砂主要含zno、znfe2o4，还含有少量cao、feo、cuo、nio等氧化物。下图是工业上利用锌焙砂制取金属锌的流程图。(1)酸浸时znfe2o4会生成两种盐，该反应的化学方程式为_。(2)净化操作分为两步：第一步是将溶液中少量的fe2氧化；第二步是控制溶液ph，使fe3转化为fe(oh)3沉淀。写出酸性条件下h2o2与fe2反应的离子方程式：_。25 时，ph3的溶液中，c(fe3)_ moll1(已知25 ，kspfe(oh)34.01038)。净化生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_。(3)本流程中可以循环利用的物质除硫酸锌外还有_。(4)若没有净化操作，则对锌的制备带来的影响是_。解析：(1)根据信息，酸浸时znfe2o4会生成两种盐，这两种盐分别为硫酸锌、硫酸铁，即znfe2o4与硫酸反应的化学方程式为znfe2o44h2so4=znso4fe2(so4)34h2o。(2)亚铁离子被双氧水氧化成铁离子，反应的离子方程式为h2o22fe22h=2fe32h2o；氢氧化铁的溶度积kspfe(oh)34.01038，ph3的溶液中，氢氧根离子的浓度为11011 moll1，c(fe3) moll14.