2020届高考化学难点点点过专题03化学工艺流程试题（含解析）.docx

化学工艺流程试题【考情分析】高考中“化学工艺流程试题”命题内容广泛，密切联系生产、生活实际，设问方式灵活，充分体现了“化学是真实的”的命题指导思想，主要特征是以化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程，主题内容广泛，密切联系生产、生活实际，题材丰富。主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。【考点归纳】1.实验型化学工艺流程试题实验型化学工艺流程试题是以考查考生实验基础知识、基本操作及基本技能为主要目的的一类化工流程题。解答此类题时，应认真审题，找到该实验的目的。一般来说，该流程题只有两个目的，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。 （1）对于以提纯某一物质为实验目的的流程题，其实就是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关知识。当遇到这一类题时，要求考生一定要认真在流程中找出得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些；认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。 （2）对于以制备某一物质为实验目的的流程题，要求注意以下几个方面： 明确要制备的是什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。题目中的信息往往是制备该物质的关键所在。若产物具有某些特殊性质(由题目信息获得或根据所学知识判断)，则要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其他杂质。一般来说主要有如下几种情况：如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如侯德榜制碱中的NaHCO3，还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质；如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生，则要加相对应的酸来防止水解。如制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu(NO3)2等物质，蒸干其溶液得到固体溶质时，都要加相对应的酸或在酸性气流中干燥以防止其水解；如果产物是一种强氧化剂或强还原剂，则要防止可以与其发生氧化还原反应的物质，如含Fe2、SO等离子的物质，要防止其与氧化性强的物质接触；如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水而变质的物质(如NaOH固体等)，在制备过程中则要将CO2或水除去，同时也要防止空气中的CO2或水进入装置；如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据它们的不同变化，找出合适的分离方法。 （3）寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学方程式或制备原理，从中了解流程图。若题目已给出制备物质时所需的原料，则一般会涉及物质的分离、提纯等操作，所以在明确实验目的之后，再写出主要的化学方程式，观察有没有副产物，如果有，则剩余的步骤就是分离和提纯了。对原料进行预处理的常用方法及其作用：研磨的目的是减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率；水浸的目的是与水接触反应或溶解；酸浸的目的是与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去；灼烧的目的是除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。2. 制备型化学工艺流程试题制备型化学工艺流程题以物质制备流程为主线，主要考查元素及其化合物、物质结构、元素周期律、氧化还原反应等知识。解答与物质制备的化学工艺流程题首先要明确原料和产品(包括副产品)，即箭头进出方向；其次依据流程图分析反应原理，搞清流程中每一步发生了什么反应，联系储存的知识，有效地进行信息的利用，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。（1）循环物质的确定：（2）副产品的判断：（3）滤渣、滤液成分的确定：要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：反应过程中哪些物质(离子)消失了；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?要考虑这些离子间是否会发生反应。（4）温度对化学工艺流程的影响： 趁热过滤(或冰水洗涤)的目的是防止某物质降温时会析出(或升温时会溶解)而损失或带入新的杂质；冰水中反应(或降温反应)的目的是防止某物质在高温时溶解或使化学平衡向着题中要求的方向移动；反应中采取加热措施的目的一般是加快反应速率或加速某固体的溶解。 如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内(可用水浴或油浴来控制)，一般有以下几个目的： 防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，具体问题要具体分析。如Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在8090 ，目的是使Br2挥发出来同时减少水蒸气混入Br2中。使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或SO2的催化氧化反应，选择的温度是500 左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。 防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170 ，原因是在140 时会有乙醚产生。对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的目的。【过关练习】1.闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)是冶炼锌单质的原料，有两种常见的冶炼方式：火法炼锌和湿法炼锌。两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。已知：(I)相关金属单质的熔沸点金属单质ZnFeCuCd熔点 (K)69318121356594沸点 (K)1180302328401040(II)几种离子生成氢氧化物沉淀的pHFe3+Zn2+Cu2+Cd2+开始沉淀pHl.l5.94.76.9完全沉淀pH3.28.96.79.6请回答下列问题：(1)步骤若焦炭与ZnO(s)反应生成1molCO时吸收akJ的热量，请写出该反应的热化学方程示_。(2)步骤中操作I的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为_左右。(3)步骤需调节溶液pH为_，目的是_。(4)写出步骤中反应的离子方程式 (任写一个)。(5)步骤以Pt为电极进行电解，阴极的电极反应方程式为_。(6)分别取闪锌矿200kg，通过火法炼锌得到Zn的质量为65kg，通过湿法炼锌得到Zn的质量为78kg，闪锌矿中ZnS的质量分数约为_。2.三盐基硫酸铅(3PbOPbSO4H2O)简称三盐，白色或微黄色粉末，稍带甜味、有毒。200以上开始失去结晶水，不溶于水及有机溶剂。可用作聚氯乙烯的热稳定剂。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。已知：常温下PbSO4的溶解度比PbCO3的溶解度大。请回答下列问题：(1)步骤转化的目的是_，滤液1中的溶质为Na2CO3和_(填化学式)。(2)步骤酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是_(任写一条)。其中铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO的离子方程式为_。(3)滤液2中可循环利用的溶质为_(填化学式)。(4)步骤合成三盐的化学方程式为_。(已知反应中元素价态不变)。(5)简述步骤洗涤沉淀的方法_。3.锌锰干电池是最早的实用电池。现用下列工艺回收正极材料中的金属（部分条件未给出）。（1）碱性锌锰电池反应为：Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH)，电解质是 KOH，该电池的负极材料为 (填化学式)，MnO（OH）中Mn的化合价为： ，正极反应式为: 。（2）黑粉的主要成份为 MnO2 和石墨，写出反应的化学方程式：。（3）MnO2 的转化率与温度的关系如下表，生产中常选反应温度为 80，其理由是：。温度/20406080100转化率/86.090.091.392.092.1（4）“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰MnCO36Mn(OH)25H2O，写出其离子反应方程式： ，检验沉淀是否洗净的操作是： 。滤液中可回收的物质为_（填化学式）。(5)“预处理”时，废旧锌锰电池经过拆解、筛分得到炭包，其中含 MnO2 为 34.8%。 称取 5.000 g 炭包，经处理得到 3.211 g MnSO4H2O，计算锰的回收率为：_。4.工业上以锂辉石为原料生产碳酸锂的部分工业流程如下：已知：锂辉石的主要成分为Li2OAl2O34SiO2，其中含少量Ca、Mg元素。Li2OAl2O34SiO2 + H2SO4(浓)Li2SO4 + Al2O34SiO2H2O某些物质的溶解度(s)如下表所示。T/20406080s(Li2CO3)/g1.331.171.010.85s(Li2SO4)/g34.232.831.930.7(1)从滤渣中分离出Al2O3的流程如下图所示。请写出生成沉淀的离子方程式。(2)已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向滤液1中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡原理简述) _。(3)最后一个步骤中，用“热水洗涤”的目的是_。(4)工业上，将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下：a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液做阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解。b.电解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li2CO3。a中，阳极的电极反应式是_。电解后，LiOH溶液浓度增大的原因_，b中生成Li2CO3反应的化学方程式是_。(5)磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+，试写出该电池放电时的正极反应：_。5.辉铜矿主要成分Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，以及少量SiO2、Fe2O3等杂质。研究人员开发综合利用这两种资源，用同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰品体和碱式碳酸铜。其工艺流程如下:已知：MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫；Cu(NH3)4SO4常温稳定，在热水溶液中会分解生成NH3；部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围(开始沉淀和完全沉淀的pH)：Fe3+：1.53.2Mn2+：8.39.8Cu2+：4.46.4MnSO4H2O溶于1份冷水、0.6份沸水，不溶于乙醇。(1)实验室配制250mL4.8molL-1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯以外还需要。(2)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有(任写一点)。(3)酸浸时，得到浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。写出该反应的化学方程式：。(4)调节浸出液pH=4的作用是。(5)本工艺中可循环使用的物质是(写化学式)。(6)获得的MnSO4H2O晶体后常用酒精洗涤，主要目的是 。(7)测定MnSO4H2O样品的纯度：准确称取样品14.00g，加蒸馏水配成100mL溶液，取出25.00mL用标准的BaCl2溶液测定，完全反应后得到了4.66g沉淀，则此样品的纯度为。晶体的损失(7)96.57%6.废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn 总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO 的部分实验过程如下：(1)铜帽溶解时加入H2O2 的目的是 (用化学方程式表示)。铜帽溶解完全后， 需将溶液中过量的H2O2 除去。除去H2O2 的简便方法是 。(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO，杂质为铁及其氧化物)的量，实验中需测定除去H2O2 后溶液中Cu2的含量。实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu2的溶液于带塞锥形瓶中，加适量水稀释，调节溶液pH=34，加入过量的KI，用Na2S2O3标准溶液滴定至终点。上述过程中反应的离子方程式如下：2Cu2+4I=2CuI(白色)+I2，2+I2=2I+。 滴定选用的指示剂为 ，滴定终点观察到的现象为 。 若滴定前溶液中的H2O2 没有除尽，所测定的Cu2含量将会 (填“偏高”、“偏低”或“不变”)。(3)已知pH11 时Zn(OH)2 能溶于NaOH溶液生成Zn(OH)42-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1. 0 molL-1计算)。开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe31. 13. 2Fe25. 88. 8Zn25. 98. 9实验中可选用的试剂：30%H2O2、1. 0 molL-1HNO3、1. 0 molL-1NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO 的实验步骤依次为： ； ；过滤； ；过滤、洗涤、干燥；900煅烧。【过关练习参考答案】1.【解析】闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，其中还含有其他金属的氧化物。焙砂中的金属氧化物被焦炭还原生成金属单质和残渣，要得到金属蒸气，需要控制温度在1373K1573K，得到的蒸气中含有锌和镉，通过蒸馏可以分离锌和镉；焙砂中加入硫酸将金属氧化物溶解，再加入双氧水将生成的亚铁盐氧化，调节溶液的酸碱性，使铁离子沉淀，得到的溶液中主要含有Zn2+、Cu2+、Cd2+，再加入锌，将Cu2+、Cd2+还原，得到的溶液中主要含有Zn2+，最后电解得到金属锌。(1)步骤若焦炭与ZnO(s)反应生成1molCO时吸收akJ的热量，反应的热化学方程式为ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) H = + a kJ/mol；(2)根据相关金属单质的熔沸点数据可知，步骤中操作I的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为1040K左右；(3)根据几种离子生成氢氧化物沉淀的pH数据可知，步骤需调节溶液pH除去溶液中的Fe3+，因此需要控制pH在3.2 pH 5.9；(4)根据上述分析，步骤中加入锌，将Cu2+、Cd2+还原除去，反应的离子方程式有ZnCu2=Zn2Cu、ZnCd2=Zn2Cd；(5)步骤以Pt为电极进行电解，阴极上锌离子发生还原反应生成锌，电极反应方程式为Zn2+2e=Zn；(6)根据流程图，闪锌矿中ZnS的质量分数只能通过火法炼锌计算，则闪锌矿中ZnS的质量分数为100%=48.5%。【答案】(1)ZnO(s) + C(s)Zn(g) + CO (g) H = + a kJ/mol(2)1040 K(3)3.2 pH 5.9 ；除去溶液中的Fe3+(4)ZnCu2Zn2Cu ZnCd2Zn2Cd(5)Zn2+2eZn(6)48.5%2.【解析】(1)步骤向铅泥中加Na2CO3溶液，PbCO3的溶解度小于PbSO4的溶解度，Na2CO3(aq)+PbSO4(s)=Na2SO4(aq)+PbCO3(s)，则可将PbSO4转化成PbCO3，所以滤液的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3；(2)酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等)；铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO，反应的离子方程式为：3Pb+8H+2NO3-=3Pb2+2NO+4H2O；(3)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用；(4)步骤为PbSO4与NaOH在5060条件下合成三盐，合成的化学方程式为：4PbSO4+6NaOH3PbOPbSO4H2O+3Na2SO4+2H2O；(5) 三盐沉淀表面附着硫酸根离子，洗涤沉淀的方法为：用玻璃棒引流，向过滤器中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复上述操作2 - 3次。【答案】(1)将PbSO4化为PbCO3，提高铅的利用率；Na2SO4(2)适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等其他合理答案) 3Pb + 8H+23Pb2+ +2NO+4H2O(3)HNO3(4)4PbSO4 +6NaOH3Na2SO4+3PbO PbSO4 H2O + 2H2O(5)用玻璃棒引流，向过滤器中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复上述操作2 - 3次3.【解析】（1）碱性锌锰电池反应为：Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH)，根据化合价分析电池的正负极材料以及拆写正负两极上的方应式。（2）的化学方程式MnO2+2FeSO4+2H2SO4 = MnSO4+Fe2(SO4)3+H2O，（3）80已经比较高了。（4）“沉锰”过程中生成碱式碳酸锰MnCO36Mn(OH)25H2O，写出其离子反应方程式：7Mn2+7+11H2O= MnCO36Mn(OH)25H2O+ CO2，洗净的操作是取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀生成，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已洗涤干净；若有白色沉淀生成，则说明未洗涤干净；中可回收的物质为Na2SO4，(5) 根据MnO2MnSO4H2O，理论上n(MnO2)= n(MnSO4H2O)= 34.8%5.000 g/87，但实际上只有3.211 g MnSO4H2O，所以锰的回收率= =95%。【答案】（1）Zn +3 MnO2+H2O+e- = MnO(O H)+OH- （2）MnO2+2FeSO4+2H2SO4 = MnSO4+Fe2(SO4)3+H2O（3）由表格中的数据可知，MnO2的转化率随温度的升高而升高，80时MnO2转化率已经较高，更高的温度会增加能耗，增大生产成本，得不偿失（4）7Mn2+7+11H2O= MnCO36Mn(OH)25H2O+ CO2 取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀生成，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已洗涤干净；若有白色沉淀生成，则说明未洗涤干净 Na2SO4 （5）95%4.【解析】锂辉石（Li2OAl2O34SiO2，含少量Ca，Mg元素）经过研磨、加热、酸化得到可溶性的硫酸锂、硫酸铝和不溶的二氧化硅，经过过滤，得到滤渣1为二氧化硅，滤液1经过调节PH值，向滤液1中加入石灰乳以增加Ca2+、OH-的浓度，使Mg(OH)2、CaCO3更利于析出，以便形成滤渣2，热水洗涤Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，可减少Li2CO3的损失，得到最终产物碳酸锂。(1)铝离子生成氢氧化铝的反应，氢氧化铝不能溶解于弱碱溶液氨水中，反应离子方程式为：Al3+ + 3NH3H2O Al(OH)3 + 3。(2) 石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，更完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，向滤液1中加入石灰乳的作用是增加Ca2+、OH-的浓度，有利于Mg(OH)2、CaCO3的析出。(3)图表中碳酸锂溶解度随温度升高减小，向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”可减少Li2CO3的损失。(4)Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中氯离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2Cl-2e-Cl2。电解后向LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂的方程式为：2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 。(5) 磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li+，则负极的电极反应式为：Li-e-Li+，总反应减去负极反应可得该电池放电时的正极反应为：FePO4+Li+ e- LiFePO4。【答案】(1)Al3+ + 3NH3H2O Al(OH)3 + 3(2) 增加Ca2+、OH-的浓度，有利于Mg(OH)2、CaCO3的析出(3)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，可减少Li2CO3的损失(4)2Cl-2e-Cl2阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动 2LiOH+NH4HCO3Li2CO3 +2H2O+NH3 (5)FePO4+Li+ e- LiFePO45.【解析】（1）配制250mL4.8molL-1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯外，还需要250mL容量瓶、胶头滴管。（2）酸浸是促进矿石溶解，为了提高浸取率可采取粉碎矿石、适当升高温度、适当增大硫酸的浓度或者搅拌。（3）由题意知浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4，反应中有S生成，则反应中Cu2S做还原剂被氧化，MnO2做氧化剂被还原，故反应的化学方程式为Cu2S+2MnO2+4H2SO42CuSO4+2MnSO4+S+4H2O；（4）由题意及已知