高考化学 工艺流程专题复习 化学工艺提分训练

“化学工艺”综合考查一、探究解题思路呈现形式：流程图、表格、图像 设问方式：措施、成分、物质、原因能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力 知识落点：基本理论、元素化合物、实验无机工业流程图题能够以真实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。【例题】某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下： 分离提纯预处理分离提纯 还原原 料：矿石（固体）预处理：酸溶解（表述：“浸出”）除 杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀核心化学反应是：控制条件，调节PH，使Mg2+全部沉淀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：1）、原料预处理2）、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）3）、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）4）、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）5）、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。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH 如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8问题：若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？调节pH所需的物质一般应满足两点： 、能与H反应，使溶液pH值增大； 、不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值 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专 项 练 习1. 一种含铝、锂、钴的新型电子材料，生产中产生的废料数量可观，废料中的铝以金属铝箔的形式存在；钴以Co2O3CoO的形式存在，吸附在铝箔的单面或双面；锂混杂于其中。(已知Co2O3的氧化性Cl2的氧化性)从废料中回收氧化钴(CoO)的工艺流程如下：(1)过程中采用NaOH溶液溶出废料中的Al，反应的离子方程式为_。(2)过程中加入稀H2SO4酸化后，再加入Na2S2O3溶液浸出钴。则浸出含钴物质的反应化学方程式为(产物中只有一种酸根)_。在实验室模拟工业生产时，也可用盐酸浸出钴，但实际工业生产中不用盐酸，请分析不用盐酸浸出钴的主要原因：_。(3)过程得到锂铝渣的主要成分是LiF和Al(OH)3，碳酸钠溶液在产生Al(OH)3时起重要作用，请写出该反应的离子方程式：_(4)碳酸钠溶液在过程和中所起作用有所不同，请写出在过程中起的作用是_。(5)在Na2CO3溶液中存在多种粒子，下列各粒子浓度关系正确的是_(填序号)。Ac(Na)2c(CO)Bc(Na)c(CO)c(HCO)Cc(OH)c(HCO)c(H)Dc(OH)c(H)c(HCO)2c(H2CO3)(6)CoO溶于盐酸可得粉红色的CoCl2溶液。CoCl2含结晶水数目不同而呈现不同颜色，利用蓝色的无水CoCl2吸水变色这一性质可制成变色水泥和显隐墨水。下图是粉红色的CoCl26H2O晶体受热分解时，剩余固体质量随温度变化的曲线，物质A的化学式是_。答案(1)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(2)4Co2O3CoONa2S2O311H2SO4=12CoSO4Na2SO411H2OCo2O3CoO可氧化盐酸产生Cl2，污染环境(3)2Al33CO3H2O=2Al(OH)33CO2(4)调节pH，提供CO，使Co2沉淀为CoCO3(5)BCD(6)CoCl22H2O解析(2)废料中Co为3价和2价，由工艺流程中过程后溶液只含有Co2，则可知Co3氧化S2O，还原产物为Co2，由产物中只有一种酸根可知氧化产物只有SO。(3)Al3与CO可以发生双水解生成Al(OH)3沉淀。(4)由过程中提示加入Na2CO3后调节pH及产生CoCO3沉淀可获得其在该过程中的作用。(6)由无水CoCl2可知其物质的量为n(CoCl2)65103g130gmol15104mol，A中含有水的物质的量为n(H2O)(8365)103g18gmol11103mol，则n(CoCl2)n(H2O)12，即物质A为CoCl22H2O。2. ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2SiO2，还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取。已知：ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2。部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。金属离子Fe3Al3ZrO2开始沉淀时pH1.93.36.2沉淀完全时pH3.25.28.0(1)熔融时ZrSiO4发生反应的化学方程式为_，滤渣的化学式为_。(2)为使滤液的杂质离子沉淀完全，需用氨水调pHa，则a的范围是_；继续加氨水至pHb时，所发生反应的离子方程式为_。(3)向过滤所得滤液中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为_。(4)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是_。答案(1)ZrSiO44NaOHNa2SiO3Na2ZrO32H2OH2SiO3(或H4SiO4)(2)5.26.2ZrO22NH3H2OH2O=Zr(OH)42NH(3)2NHCaCO3Ca22NH3CO2H2O(4)取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净解析(1)锆英砂在NaOH熔融下，生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2，Fe2O3不溶，再加入HCl酸浸时，Fe2O3溶解生成Fe3，Na2ZrO3转化成ZrO2，Na2SiO3转化成H2SiO3沉淀，NaAlO2转化成Al3，ZrSiO4与NaOH反应为非氧化还原反应，根据元素守恒可配平反应。(2)加入氨水，使Fe3、Al3杂质除去，但不可使ZrO2沉淀，所以pH的范围为5.26.2。继续加入氨水，使ZrO2转化为Zr(OH)4沉淀，根据电荷守恒知，产物有2molNH生成，根据N守恒知，反应物有2molNH3H2O参加反应，根据H、O元素守恒知，反应物需要补充1molH2O。(3)NH水解显酸性，加入CaCO3可生成CO2，同时促进了NH水解，生成NH3。(4)过滤处的滤液为NH4Cl，Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净，只要检验滤液中是否含有Cl即可。3.聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝Al2(OH)nCl6n。本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：Al2O3（25%34%）、SiO2（40%50%）、Fe2O3（0.5%3.0%）以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：根据流程图回答下列问题：“煅烧”的目的是_。配制质量分数15的盐酸需要200 mL 30的浓盐酸（密度约为1.15 gcm3）和_ g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、_。“溶解”过程中发生反应的离子方程式为_。加少量铝粉的主要作用是_。“调节溶液pH在4.24.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_；“蒸发浓缩”需保持温度在90100，控制温度的实验方法是_。解析：对比原料与产品可知，该生产的主要工序：一是除去原料高岭土中的杂质，二是将Al2O3利用水解絮凝法转化为产品。再进一步分析，除铁用铝置换后过滤，高岭土中的Al2O3不溶于酸，必须经煅烧改变结构。该题经这样分析，题设的所有问题的答案就在分析之中。 答案：改变高岭土的结构，使其能溶于酸；230；量筒；Al2O36H2Al33H2O Fe2O36H2Fe33H2O；除去溶液中的铁离子；pH计（或精密pH试纸）；水浴加热4、在已知提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用下面的工艺流程生产单质碘：试回答：（1）乙、丁中溶质的分子式：乙 ，丁 。（2）第步操作中用稀H2SO4浸洗的目的是 （填写字母编号）a.除去未反应的NO3 b.除去未反应的I c.除去未反应的Fe d.除去碱性物质（3）第步操作可供提纯的两种方法是 和 （不要求写具体步骤）。（4）实验室检验I2的方法是 。（5）甲物质见光易变黑，其原因是（用化学方程式表示） 。（6）中溶解银的硝酸应该用 硝酸（填浓或稀）。原因是 。（1）FeI2 FeCl3 （2）C （3）升华、凝华、萃取、分液、减压蒸馏（4）将I2加在淀粉溶液中，溶液显蓝色 光（5）2AlI= 2Ag +I2 （6）稀（2分） 减少过程中产生NOx的量；节生硝酸物质的量 5、工业上用铝土矿（成分为氧化铝、氧化铁）制取铝的过程如下：请回答下列问题：（1）水蒸气的作用 。（2）沉淀C的化学式为_，该物质除了用于金属冶炼以外，还可用作_。（3）操作I、操作II、操作III都用到的玻璃仪器是有_。（4）实验室洗涤Al(OH)3沉淀应该如何操作： 。（5）生产过程中，除NaOH、H2O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有_（填化学式）。用此法制取铝的副产品是_（填化学式）。（1）加热加快反应 （2）Fe2O3 颜料；（3）烧杯、漏斗、玻璃棒；（4）用玻璃棒引流向过滤器中加水浸没沉淀，滤去洗液后，反复2到3次即可。；（5）CaO和CO2 Fe2O3和O2；6氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，在空气中迅速被氧化成绿色；见光则分解，变成褐色。下图是工业上用制作印刷电路的废液(含Fe3、Cu2、Fe2、Cl)生产CuCl的流程：根据以上信息回答下列问题：(1)写出生产过程中X_，Y_。(2)写出产生CuCl的化学方程式：_。(3)在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体，结合化学方程式和必要的文字说明理由：_。(4)在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外，你认为还应该注意的关键问题是_。(5)实验探究pH对CuCl产率的影响如下表所示：pH1234567CuCl产率70908278757270析出CuCl晶体最佳pH为_，当pH较大时CuCl产率变低的原因是_。(6)氯化亚铜的定量分析：称取样品0.25g和10mL过量的FeCl3溶液于250mL锥形瓶中，充分溶解。用0.10molL1硫酸铈Ce(SO4)2标准溶液滴定。已知：CuClFeCl3=CuCl2FeCl2、Fe2Ce4=Fe3Ce3。三次平行实验结果如下(平行实验结果相差不能超过1%)：平行实验次数1230.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积(mL)24.3524.0523.95则样品中CuCl的纯度为_(结果保留三位有效数字)。答案(1)Fe稀盐酸(2)CuCl2CuSO4SO22H2O=2CuCl2H2SO4(3)反应Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O中生成的CuSO4和SO2为11，所以理论上不需要补充SO2气体(4)生产中应防止CuCl的氧化和见光分解(5)2pH较大时，Cu2水解程度增大，反应生成的CuCl减少(6)0.955(或95.5%)解析(1)废液中含有Fe3、Cu2，应加入Fe除去，过量的Fe用稀盐酸除去，所以试剂X、Y分别是Fe、稀盐酸。(2)由流程图可知，CuCl晶体的制备过程中，反应物为SO2、CuSO4、CuCl2，生成物为H2SO4、CuCl，由化合价升降守恒及原子守恒，可得反应方程式为CuCl2CuSO4SO22H2O=2CuCl2H2SO4。(3)由反应方程式Cu2H2SO4(浓)CuSO4SO22H2O可知，Cu与浓硫酸反应的过程中有SO2生成，且生成的CuSO4和SO2为11，生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2也为11，所以理论上不需要补充SO2气体。(4)因CuCl在空气中迅速被氧化成绿色且见光分解，变成褐色，故生产中应注意防止CuCl的氧化和见光分解。(5)由表中数据可知，pH2时，CuCl产率最高；pH较大时，Cu2水解程度增大，导致反应生成的CuCl减少。(6)滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是24mL，所以CuCl的纯度为(24103L0.10molL199.5gmol1)/0.25g100%95.5%。7硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知：硼镁矿主要成分为Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为Na2B4O710H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程如下：回答下列有关问题：(1)硼砂中B的化合价为_，溶于热水后，常用H2SO4调pH到23制取H3BO3，反应的离子方程式为_。X为H3BO3晶体加热脱水的产物，其与Mg反应制取粗硼的化学方程式为_，该反应中的氧化剂是(填化学式)_。(2)硼酸是一种一元弱酸，它与水作用时结合水电离的OH而释放出水电离的H，这一变化的化学方程式为_。皮肤上不小心碰到氢氧化钠溶液，一般先用大量水冲洗，然后再涂上硼酸溶液，则硼酸与氢氧化钠反应的离子方程式为_。(3)MgCl27H2O需要在HCl氛围中加热制MgCl2，其目的是_。(4)制得的粗硼在一定条件下生成BI3，BI3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30molL1Na2S2O3(H2S2O3为弱酸)溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液18.00mL。盛装Na2S2O3溶液的仪器应为_(填“酸式”或“碱式”)滴定管。该粗硼样品的纯度为_(提示：I22S2O=2IS4O)。答案(1)3B4O2H5H2O=4H3BO33MgB2O32B3MgOB2O3(2)H3BO3H2OB(OH)4HH3BO3OH=B(OH)4(3)防止MgCl2水解生成Mg(OH)2(4)碱式99%(或0.99)解析(4)2BI3=2B3I2I22S2O=2IS4On(B)n(I2)n(S2O)18103L0.30molL11.8103mol所以样品纯度为100%99%。8以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl36H2O)的工艺流程如下：(1)氧化过程中发生反应