2020届高考化学提分攻略 题型15以物质制备为目的的工业流程题(含解析)

1、2020届高考化学提分攻略题型15以物质制备为目的的工业流程题一、解题策略制备类工业流程题在流程上一般可大致分为4个阶段：原料处理分离提纯核心反应产品处理“无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产量和产率；四是减少污染，注意环保，发展绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。命题者围绕以上几方面设问，我们的解题思路是：（1）从生产目的(标)出发，读懂框图(流程)。解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。（2）分析流程中的每一步骤，从几个方面

2、了解流程：a反应物是什么，b发生了什么反应，c该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为了获得产品。（3）从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑)。二、题型分类【典例1】【2019课标全国，26】硼酸(h3bo3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含mg2b2o5h2o、sio2及少量fe2o3、al2o3)为原料生产硼

3、酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：回答下列问题：（1）在95“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_。（2）“滤渣1”的主要成分有_。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有fe3离子，可选用的化学试剂是_。4（3）根据h3bo3的解离反应：h3bo3h2ohb(oh)，ka5.811010，可判断h3bo3是_酸；在“过滤2”前，将溶液ph调节至3.5，目的是_。（4）在“沉镁”中生成mg(oh)2mgco3沉淀的离子方程式为_，母液经加热后可返回_工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_。【答案】（1）nh4hco3nh3=(nh4)2co3（2）sio2、fe2o3、

4、al2o3kscn（3）一元弱转化为h3bo3，促进析出2332（4）2mg23co232h2o=mg(oh)mgco32hco(或2mg22co2h2o=mg(oh)mgco3co2)溶浸高温焙烧【解析】4（1）硫酸铵溶液中存在平衡：nhh2onh3h2oh，硼酸镁能与水解出的h反应，促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡nh3h2onh3h2o，一水合氨浓度增大，促进nh3h2o分解产生nh3。用nh4hco3溶液吸收氨气，发生的反应为nh4hco3nh3=(nh4)2co3。（2）二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检

5、验fe3的试剂可选用kscn。“（3）由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。过滤2”之前，调节ph3.5目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。2（4）“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生双水解反应生成碱式碳酸镁：2mgso42(nh4)2co3h2o=mg(oh)mgco32(nh4)2so4co2，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和高温二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法，mgco3mg(

6、oh)2=2mgoh2oco2。【典例2】2019课标全国，26】高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含fe、al、mg、zn、ni、si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：相关金属离子c0(mn)0.1moll1形成氢氧化物沉淀的ph范围如下：金属离子mn2fe2fe3al3mg2zn2ni2开始沉淀的ph沉淀完全的ph8.110.16.38.31.52.83.44.78.910.96.28.26.98.9（1）“滤渣1”含有s和_；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_。（2）“氧化”中添加适量的mno2的作用是_。（3）“调p

7、h”除铁和铝，溶液的ph范围应调节为_6之间。（4）“除杂1”的目的是除去zn2和ni2，“滤渣3”的主要成分是_。（5）“除杂2”的目的是生成mgf2沉淀除去mg2。若溶液酸度过高，mg2沉淀不完全，原因是_。（6）写出“沉锰”的离子方程式_。（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为linixcoymnzo2，其中ni、co、mn的1化合价分别为2、3、4。当xy3时，z_。4【答案】（1）sio2(不溶性硅酸盐)mno2mns2h2so4=2mnsos2h2o（2）将fe2氧化为fe3（3）4.7（4）nis和zns（5）f与h结合形成弱电解质hf，mgf2mg22f平

8、衡向右移动（6）mn22hco3=mnco3co2h2o（7）31【解析】（1）硫化锰矿中硅元素主要以sio2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为s和sio2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含s，可知“溶浸”时mno2与mns在酸性条件下发生氧化还原反应生成mnso4和s，根据得失电子守恒可配平该反应。（2）“溶浸”后溶液中含fe2，“氧化”中加入的适量mno2能将fe2氧化为fe3。（3）“调ph”除去fe3和al3时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的ph在4.76之间。（4）“除杂1”中加入na2s能将zn2和ni2分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为nis和zn

9、s。（5）“除杂2”中f与mg2反应生成mgf2沉淀，若溶液酸度过高，则f与h结合生成弱电解质hf，导致mgf2(s)mg2(aq)2f(aq)平衡向右移动，mg2不能完全除去。（7）化合物linixcoymnzo2中，当xy3时，根据化合价代数和为0得123334z220，解得z。3（6）“沉锰”时mn2与hco反应生成mnco3并放出co2，由此可写出离子方程式。111131磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上用氯化铵焙烧锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：已知：锰矿粉的主要成分是mnco3

10、，还含少量fe、al、ca、mg等元素。相关金属mn+离子c(mn+)0.1moll-1形成m(oh)n沉淀的ph范围如下：常温下，ksp(caf2)1.4610-10ksp(mgf2)7.4210-11ka(hf)1.0010-4回答下列问题：（1）分析下列图1、图2，氯化铵焙烧锰矿粉的最佳条件是：_。（2）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为_。（3）浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入mno2将fe2+氧化为fe3+，反应的离子方程式为_；再调节溶液的ph将al3+、fe3+变为沉淀除去；然后加入nh4f将ca2+、mg2+沉淀除去，此时溶液ph为6，c(mg2+)4.6410-6mo

11、ll-1，c(hf)为_moll-1。（4）碳化结晶时，反应的离子方程式为_。（5）碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液可能的原因是_。（6）测定碳酸锰产品的纯度。称取0.5000g碳酸锰产品于锥形瓶中，加25.00ml磷酸，加热，碳酸锰全部转化为mn(po4)23-，冷却至室温。加水稀释至100ml，滴加23滴指示剂，然后用浓度为0.2000moll-1的硫酸亚铁铵(nh4)2fe(so4)2标准溶液滴定（反应为：mn(po4)23-+fe2+mn2+fe3+2po43-）。重复操作3次，记录数据如下表：0.2000moll-1的硫酸亚铁铵标准溶液读数（ml）滴定次数滴定前10.1

12、0滴定后20.20231.321.0521.3220.95则产品的纯度=_，若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。【答案】（1）500m(nh4cl)m(锰矿粉)=1.10（2）mnco32nh4clmncl22nh3co2h2o（3）mno22fe24hmn22fe32h2o4.010-5（4）mn22hco3mnco3co2h2o（5）碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(oh-)较大，易产生mn(oh)2沉淀（6）92.00%偏低【解析】将菱锰矿粉(主要成分是mnco3，还含少量fe、al、ca、mg等元素)和氯化铵混合研

13、磨后焙烧，反应生成二氧化碳和氨气，因此反应方程式为mnco3+2nh4clmncl2+2nh3+co2+h2o，浸出，浸出液含有mn2+、fe2+、al3+、ca2+、mg2+，浸出液需要净化除杂，根据（3）的提示，需要加入mno2将fe2+氧化为fe3+，再调节溶液的ph将al3+、fe3+变为al(oh)3、fe(oh)3沉淀除去，然后加入nh4f将ca2+、mg2+以caf2、mgf2沉淀除去，净化液中主要溶质为mncl2、nh4cl，加入碳酸氢铵发生反应：mn2+2hco3-mnco3+co2+h2o，炭化结晶，过滤，滤饼干燥后得到mnco3，滤液为nh4cl溶液，蒸发结晶得到nh4c

14、l固体，可循环使用，据此分析解答。（1）根据图像可知，锰的浸出率随着温度的升高而增大，随着m(nh4cl)m(锰矿粉)增大而增大，500、m(nh4cl)m(锰矿粉)=1.10时，锰的浸出率最高，温度过高，m(nh4cl)m(锰矿粉)再打，浸出率变化不大，成本增加，故焙烧温度取500、m(nh4cl)m(锰矿粉)=1.10即可。（2）将菱锰矿粉(主要成分是mnco3，还含少量fe、al、ca、mg等元素)和氯化铵混合研磨后焙烧，反应生成二氧化碳和氨气，因此反应方程式为mnco3+2nh4clmncl2+2nh3+co2+h2o。（3）mno2将fe2+氧化为fe3+，离子反应为：mno2+2f

15、e2+4h+mn2+2fe3+2h2o；已知：常温下，ksp(mgf2)7.4210-11，ka(hf)1.0010-4，溶液ph为6，c(mg2+)4.6410-6moll-1，则此时c(f-)=mol/l=410-3mol/l，ka(hf)=1.0010-4，c(hf)=4.010-5mol/l。（4）碳化结晶时，反应的方程式为：mn2+2hco3-mnco3+co2+h2o。（5）碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(oh-)较大，易产生mn(oh)2沉淀，故碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液。（6）根据表格数据，三次消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积(ml)分别为：20.10、2

16、0.00、19.90，消耗的平均体积为20.00ml，根据关系式：mnco3mn(po4)23-(nh4)2fe(so4)2，则n(mnco3)=n(硫酸亚铁铵)=0.2000mol/l0.02l=0.004mol，产品的纯度为100%=92.00%；若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则标准液消耗的体积读数偏小，故测得的碳酸锰粗产品的纯度偏低。2钛白粉(tio2)广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。利用黑钛矿石主要成分为(mg0.5fe0.5)ti2o5，含有少量al2ca(sio4)2制备tio2，工艺流程如下。已知：tioso4易溶于水，在热水中易水解生成h2tio3，回答下

17、列问题：（1）(mg0.5fe0.5)ti2o5中钛元素的化合价为_，实验“焙烧”所需的容器名称是_，“滤渣”的主要成分是_(填化学式)。（2）制取h2tio3的化学方程式为_。（3）矿石粒度对tio2的提取率影响如图，原因是_。1（4）相关的金属难溶化合物在不同ph下的溶解度(s，moll)如图所示，步骤应该控制的ph范围是_(填标号)a12b23c56d1011（5）常用硫酸铁铵nh4fe(so4)2滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：用足量酸溶解ag二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100ml，取20.00ml，以nh4scn作指示剂，用标准硫4酸铁铵溶液滴定至终点，反

18、应原理为：ti3fe3=tife2滴定终点的现象为_。滴定终点时消耗bmoll1nh4fe(so4)2溶液vml，则tio2纯度为_。(写表达式)【答案】（1）4坩埚caso4、casio3（2）tioso42h2o=h2tio3h2so4（3）矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快（4）b40bv（5）当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30s内不变回原色a%【解析】（1）设ti的化合价为x，(mg0.5fe0.5)ti2o5化合价代数和等于0，(20.520.5)2x250，x4；灼烧固体用坩埚；黑钛矿石主要成分为(mg0.5fe0.5)ti2o5，含有少量al2ca(sio

19、4)2加入nh4hso4焙烧后，加水过滤，沉淀中含有caso4和casio3；（2）由tioso4水解制备h2tio3，反应方程式为：tioso42h2o=h2tio3h2so4；（3）由图中变量结合影响反应的速率、转化率的因素，矿石粒度对tio2的提取率影响，原因是矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快；（4）由图读出：金属难溶化合物在不同ph下的溶解度(s，moll1)，步骤应该控制的ph范围是：钛酸沉淀ph大于2，而氢氧化铝不沉淀，ph小于3，故选b；（5）铁离子过量时，反应结束，故终点现象为：当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30s内不变回原色；由tio2fe3关系式，

20、n(tio2)n(fe3)bmoll1v103l100ml/20ml5bv10mol，tio2纯度为5bv103mol80gmol1/ag100%。340bva3mnco3可用作电器元件材料，也可作为瓷釉、颜料的制作原料。工业上用酸性含锰废水(主要含mn2、cl、h、fe2、cu2)制备mnco3；已知：几种金属离子沉淀的ph如表金属离子fe2fe3cu2mn2开始沉淀的ph完全沉淀的ph7.59.73.23.75.26.48.810.4回答下列问题：（1）中加入过量mno2的作用是_，滤渣w的成分是_。（2）过程中，调ph的目的是_。（3）过程中有co2生成，则生成mnco3的离子方程式是_

21、。（4）过程中得到纯净mnco3的操作方法是_，该过程中的副产品化学式是_。（5）mnco3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图所示。则300时，剩余固体中n(mn)n(o)为_；图中点d对应固体的成分为_(填化学式)。【答案】（1）将fe2氧化为fe3fe(oh)3和过量的mno2程中，调ph是将cu2转化为沉淀除去。3）过程中，反应会有co2生成，故反应为mn22hco3（2）使cu2完全沉淀为cu(oh)23（3）mn22hco=mnco3co2h2o（4）过滤、洗涤、干燥nh4cl（5）12mn3o4和mno【解析】（1）在过程中，mno2在酸性条件下

22、可将fe2氧化为fe3，在过程中，向溶液中加入氨水，调节溶液的ph3.7，这时溶液中的fe3会形成fe(oh)3沉淀，过量的mno2也以固体形式存在。（2）过（=mnco3co2h2o。（4）过程中得到纯净mnco3的操作方法是过滤、洗涤、干燥。根据元素守恒，可知副产品为nh4cl。（5）mnco3的物质的量为1mol，即质量为115ga点剩余固体质量为115g75.65%87g则n(mn)n(o)551611减少的质量为115g87g28g可知mnco3失去的组成为con(mn)n(co)为12，故剩余固体的成分为mno2c点剩余固体质量为115g61.74%71g据锰元素守恒知m(mn)5

23、5g，则m(o)171g55g16g5516故剩余固体的成分为mno同理，b点剩余固体质量为115g66.38%76.337g因m(mn)55g，则m(o)276.337g55g21.337g5521.337则n(mn)n(o)551634故剩余固体的成分为mn3o4因d点介于b、c之间，故d点对应固体的成分为mn3o4与mno的混合物。4一种磁性材料的磨削废料(含镍质量分数约为21%)的主要成分是铁镍合金，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备纯度较高的氢氧化镍的工艺流程如下：回答下列问题：（1）合金中的镍难溶于稀硫酸，“酸溶”时除了加入稀硫酸，还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸，反应生成的气体

24、只有n2。写出金属镍溶解的离子方程式：_。“（2）除铁”时h2o2的作用是_，为了证明添加的h2o2已足量，应选择的试剂是_(填“铁氰化钾”或“硫氰化钾”)溶液。（3）“除铜”时，反应的离子方程式为_，若用na2s代替h2s除铜，优点是_。（4）已知除杂过程在陶瓷容器中进行，naf的实际用量为理论用量的1.1倍，用量不宜过大的原因是_。（5）镍氢电池已成为混合动力汽车的主要电池类型，其工作原理如下：m+ni(oh)2m为储氢合金),写出电池放电过程中正极的电极反应式：_。mh+niooh(式中步骤另取25.00ml溶液a，加足量bacl2溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥后得沉淀1.165g。（

25、6）已知黄钠铁矾naxfey(so4)m(oh)n具有沉淀颗粒大、沉淀速率快、容易过滤等特点。某研究小组为测定黄钠铁矾的组成，进行了如下实验：步骤.称取4.850g黄钠铁矾样品，加盐酸完全溶解后，配成100.00ml溶液a；步骤.量取25.00ml溶液a，加入足量的ki，用0.2500moll1的na2s2o3溶液进行滴定(反应为i2+2na2s2o3=2nai+na2s4o6)，滴定至终点时消耗30.00mlna2s2o3溶液。.用na2s2o3溶液进行滴定时，使用的指示剂为_，滴定达到终点时的颜色变化为_。黄钠铁矾的化学式为_。【答案】（1）5ni+12h+2no3=5ni2+n2+6h2o（2）将fe2+氧化为fe3+铁氰化钾（3）h2s+cu2+=cus+2h+无易挥发污染性气体h2s产生（4）过量的f会生成氢氟酸腐蚀陶瓷容器（5）niooh+h2o+e=ni(oh)2+oh（6）淀粉溶液当溶液蓝色恰好褪去，且半分钟内不再恢复nafe3(so