2020年高考化学提分攻略15以物质制备为目的的工业流程题

1、 2020 年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

2、一步骤，从几个方面了解流程：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、题型分类第 1 页 共 13 页 第 2 页 共 13 页 【典例 1】【2019课标全国，26】硼酸(h bo )是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等33工业。一种以硼镁矿

3、(含 mg b o h o、sio 及少量 fe o 、al o )为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺225222323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 fe 离子，可选用的化学试剂是3_。h b(oh) ，k 5.8110 ，可判断 h bo 是_10433332a3323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_。43332232333（4）2mg 3co 2h

4、o=mg(oh) mgco 2hco (或 2mg 2co h o=mg(oh) mgco 2322332232【解析】232nh h o，一水合氨浓度增大，3232促进 nh h o 分解产生nh 。用nh hco 溶液吸收氨气，发生的反应为nh hco nh =(nh ) co 。323434333（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 验 fe 的试剂可选用 kscn。3（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。（4）“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁

5、溶液发生双水解反应生成碱式碳酸镁：2mgso 2(nh ) co 44 23h o=mg(oh) mgco 2(nh ) so co ，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，2234 242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，mgco mg(oh) =2mgoh oco 。3222【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

6、 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c (m )0.1 moll 形成氢氧化物沉淀的 ph 范围如下：n10ni26.9开始沉淀的 ph沉淀完全的 ph8.110.18.32.84.710.98.28.9（ 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 mno 的作用是_。2（3）“调 ph”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 zn 和 ni ，“滤渣 3”的主要成分是_

7、。22（5）“除杂 2”的目的是生成 mgf 沉淀除去 mg 。若溶液酸度过高， mg 沉淀不完全，原因是2 2 2_。（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 lini co mn o ，其中 ni、co、mn 的xyz213化合价分别为2、3、4。当 xy 时，z_。第 4 页 共 13 页 【答案】（1）sio (不溶性硅酸盐) mno mns2h so =2mnsos2h o222442（2）将 fe 氧化为 fe23（3）4.7 （4）nis 和 zns（5）f 与 h 结合形成弱电解质 hf，mgfmg 2f 平衡向右移动221

8、3（6）mn 2hco =mnco co h o （7）23322【解析】（1）硫化锰矿中硅元素主要以 sio 或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣 1”的主要成分为 s 和 sio (或不溶22性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含s，可知“溶浸”时mno 与mns在酸性条件下发生氧化还原反应生成mnso42和 s，根据得失电子守恒可配平该反应。（2）“溶浸”后溶液中含 fe ，“氧化”中加入的适量 mno 能将 fe 氧化为 fe 。2232（3）“调 ph”除去 fe 和 al 时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的ph 在 4.76 之间。33（4）“除杂 1”中加入 na s 能将 zn 和 n

9、i 分别转化为沉淀除去，故“滤渣 3”的主要成分为 nis 和 zns。222（5）“除杂 2”中 f 与 mg 反应生成 mgf 沉淀，若溶液酸度过高，则 f 与 h 结合生成弱电解质 hf，导22致 mgf (s)mg (aq)2f (aq)平衡向右移动，mg 不能完全除去。2 22（6）“沉锰”时 mn 与 hco 反应生成 mnco 并放出 co ，由此可写出离子方程式。2332131313（7）化合物lini co mn o 中，当xy 时，根据化合价代数和为0 得 12 3 4z220，解得xyz21z 。31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

10、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：第 5 页 共 13 页 已知：锰矿粉的主要成分是 mnco ，还含少量 fe、al、ca、mg 等元素。3相关金属 m 离子 c(m ) 0.1 mol l 形成 m(oh) 沉淀的 ph 范围如下：n+n+-1n常温下，k (caf ) 1.4610k (mgf ) 7.4210k (hf) 1.00 10-10-11-4sp2sp2a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

11、化除杂”过程如下：首先加入 mno 将 fe 氧化为 fe ，反应的离子方程式为_；2+3+2再调节溶液的 ph 将 al 、fe 变为沉淀除去；然后加入 nh f 将 ca 、mg 沉淀除去，此时溶液3+3+2+2+4ph 为 6，c(mg )4.6410 moll ，c(hf)为_moll 。2+-6-1-1（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 0.5000 g 碳酸锰产品于锥形瓶中，加 25.00 ml 磷酸，加热，碳酸锰全部转化为mn(po ) ，3-4 2冷却至室温。加水稀释至 1

12、00 ml，滴加 23 滴指示剂，然后用浓度为 0.2000 moll 的硫酸-1亚铁铵(nh ) fe(so ) 标准溶液滴定（反应为：mn(po ) +fe mn +fe +2po ）。重 复3-2+2+3+3-4 24 24 24操作 3 次，记录数据如下表：0.2000 moll 的硫酸亚铁铵标准溶液读数（ml）-1滴定次数滴定前10.1020.20第 6 页 共 13 页 231.321.0521.3220.95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）500 m(nh cl)m(锰矿粉)

13、=1.104（2）mnco 2nh clmncl 2nh co h o342322（3）mno 2fe 4h mn 2fe 2h o4.010-522322（4）mn 2hcomnco co h o23322（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) 沉淀-2（6）92.00%偏低【解析】将菱锰矿粉(主要成分是 mnco ，还含少量 fe、al、ca、mg 等元素)和氯化铵混合研磨后焙烧，3反应生成二氧化碳和氨气，因此反应方程式为mnco +2nh clmncl +2nh +co +h o，浸出，342322浸出液含有 mn 、fe 、al 、ca 、mg

14、，浸出液需要净化除杂，根据（3）的提示，需要加入mno2+2+3+2+2+2将 fe 氧化为 fe ，再调节溶液的 ph 将 al 、fe 变为 al(oh) 、fe(oh) 沉淀除去，然后加入 nh f2+3+3+3+334将 ca 、mg 以 caf 、mgf 沉淀除去，净化液中主要溶质为 mncl 、nh cl，加入碳酸氢铵发生反应：2+2+2224mn +2hcomnco +co +h o，炭化结晶，过滤，滤饼干燥后得到mnco ，滤液为 nh cl 溶2+-332234液，蒸发结晶得到 nh cl 固体，可循环使用，据此分析解答。4（1）根据图像可知，锰的浸出率随着温度的升高而增大，

15、随着m(nh cl)m(锰矿粉)增大而增大，500、4m(nh cl)m(锰矿粉)=1.10 时，锰的浸出率最高，温度过高，m(nh cl)m(锰矿粉)再打，浸出率变化44不大，成本增加，故焙烧温度取 500、m(nh cl)m(锰矿粉)=1.10 即可。4（2）将菱锰矿粉(主要成分是 mnco ，还含少量 fe、al、ca、mg 等元素)和氯化铵混合研磨后焙烧，反应3生成二氧化碳和氨气，因此反应方程式为mnco +2nh clmncl +2nh +co +h o。342322（3）mno 将 fe 氧化为 fe ，离子反应为：mno +2fe +4h mn +2fe +2h o；已知：常温下

16、，2+3+2+2+3+222k (mgf )7.4210 ，k (hf)1.0010 ，溶液 ph 为 6，c(mg )4.6410 moll ，则此时 c(f )=-11-42+-6-1-sp2amol/l=410 mol/l，k (hf)=1.0010 ，c(hf)=-3-4a=4.010 mol/l。-5（4）碳化结晶时，反应的方程式为：mn +2hcomnco +co +h o。2+-3322第 7 页 共 13 页 （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) 沉淀，故碳化结晶过程中不能用-2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

17、亚铁铵标准溶液的体积(ml)分别为：20.10、20.00、19.90，消耗的平均体积为 20.00 ml，根据关系式：mnco mn(po ) (nh ) fe(so ) ，则 n(mnco )=n(硫酸亚铁3-34 24 24 23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(tio )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(mg fe )ti o ，20.5 0.525含有少量 al ca(sio ) 制

18、备 tio ，工艺流程如下。24 22已知：tioso 易溶于水，在热水中易水解生成 h tio ，回答下列问题：423（1）(mg fe )ti o 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0.5 0.525要成分是_(填化学式)。（2）制取 h tio 的化学方程式为_。23（3）矿石粒度对 tio 的提取率影响如图，原因是_。2（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1_(填标号)a12 b23 c56d1011（5）常用硫酸铁铵nh fe(so ) 滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：用足量酸溶解a

19、 g 二氧化钛样品，44 2第 8 页 共 13 页 用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 ml，取 20.00 ml，以 nh scn 作指示剂，用标准硫4酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为：ti fe =ti fe2334滴定终点的现象为_。滴定终点时消耗 b mol l nh fe(so ) 溶液 v ml，则 tio 纯度为_。 (写表达式)144 22【答案】（1）4 坩埚 caso 、casio34（2）tioso 2h o=h tio h so422324（3）矿石粒度越小，反应物接触面积越大，反应速率越快（4）b（5）当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成红色，且30 s

20、内不变回原色 40bv%a【解析】（1）设 ti 的化合价为x，(mg fe )ti o 化合价代数和等于 0，(20.520.5)2x250，x4；灼0.5 0.525烧固体用坩埚；黑钛矿石主要成分为(mg fe )ti o ，含有少量 al ca(sio ) 加入 nh hso 焙烧后，0.5 0.52524 244加水过滤，沉淀中含有 caso 和 casio ；43（2）由 tioso 水解制备 h tio ，反应方程式为：tioso 2h o=h tio h so ；423422324（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tio 的提取率影响，原因是矿石粒度越2

21、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，moll )，步骤应该控制的 ph 范围是：钛酸1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30 s 内不变回原色；由 tio fe 关系式，n(tio )n(fe )b mol l v10 l100 ml/20 ml5bv1033132240bvmol，tio 纯度为 5bv10 mol80 gmol /a g100%。331a23 mnco 可用作电器元件材料，也可作为瓷釉、颜料的制作

22、原料。工业上用酸性含锰废水(主要含 mn 、23cl 、h 、fe 、cu )制备 mnco ；223已知：几种金属离子沉淀的 ph 如表第 9 页 共 13 页 金属离子mn28.8开始沉淀的 ph完全沉淀的 ph9.73.76.410.4回答下列问题：（1）中加入过量mno 的作用是_，滤渣w的成分是_。2（2）过程中，调 ph 的目的是_。（3）过程中有 co 生成，则生成 mnco 的离子方程式是_。23（4）过程中得到纯净mnco 的操作方法是_，该过程中的副产品化学式是3_。（5）mnco 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 3时

23、，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 fe 氧化为 fe3 fe(oh) 和过量的 mno232（2）使 cu 完全沉淀为 cu(oh)22（3）mn 2hco =mnco co h o23322（4）过滤、洗涤、干燥 nh cl4（5）12 mn o 和 mno34【解析】（1）在过程中，mno 在酸性条件下可将 fe 氧化为 fe ，在过程中，向溶液中加入氨水，调232节溶液的 ph3.7，这时溶液中的 fe 会形成 fe(oh) 沉淀，过量的 mno 也以固体形式存在。（2）过332程中，调 ph 是将 cu 转化为沉淀除去。

24、（3）过程中，反应会有 co 生成，故反应为 mn 2hco2232=mnco co h o。（4）过程中得到纯净mnco 的操作方法是过滤、洗涤、干燥。根据元素3223守恒，可知副产品为 nh cl。4（5）mnco 的物质的量为 1 mol，即质量为 115 g3a 点剩余固体质量为 115 g75.65%87 g第 10 页 共 13 页 减少的质量为 115 g87 g28 g可知 mnco 失去的组成为 co3n(mn)n(co)为 12，故剩余固体的成分为 mno2c 点剩余固体质量为 115 g61.74%71 g据锰元素守恒知 m(mn)55 g，则 m(o) 71 g55 g

25、16 g155 16则 n(mn)n(o) 1155 16故剩余固体的成分为 mno同理，b 点剩余固体质量为 115 g66.38%76.337 g因 m(mn)55 g，则 m(o) 76.337 g55 g21.337 g255 21.337则 n(mn)n(o) 345516故剩余固体的成分为 mn o43因 d 点介于 b、c 之间，故 d 点对应固体的成分为 mn o 与 mno 的混合物。344一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

26、酸，“酸溶”时除了加入稀硫酸，还要边搅拌边缓慢加入稀硝酸，反应生成的气体只有 n 。写出金属镍溶解的离子方程式：_。2（2）“除铁”时 h o 的作用是_，为了证明添加的 h o 已足量，应选择的试剂是_(填“铁2222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 na s 代替 h s 除铜，优点是_。22（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 +

27、niooh(式中第 11 页 共 13 页 （6）已知黄钠铁矾na fe (so ) (oh) 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xy4 mn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 0.2500 moll 的 na s o 溶液进行滴定(反应为 i +12 2322na s o = 2nai + na s o )，滴定至终点时消耗 30.00ml na s o 溶液。2 232 462 23.步骤 另取 25.00ml 溶液

28、a，加足量 bacl 溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥后得沉淀1.165g。2用 na s o 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_。2 23黄钠铁矾的化学式为 _。【答案】（1）5ni+12h +2no = 5ni +n +6h o+2+322（2）将 fe 氧化为 fe铁氰化钾无易挥发污染性气体 h s 产生2+3+（3）h s+cu =cus+2h2+22（4）过量的 f 会生成氢氟酸腐蚀陶瓷容器（5）niooh + h o + e = ni(oh) + oh22（6）淀粉溶液【解析】当溶液蓝色恰好褪去，且半分钟内不再恢复nafe (so ) (oh)34 26（1）已知 ni 难溶于稀硫酸，“酸溶”时除了加入稀硫酸，还边搅拌边缓慢加入了稀硝酸