2019高考化学(工艺流程题)解题模板

2019高考化学(工艺流程题)解题模板

化学工艺流程题解题模板原料预处理的各种方法1、粉碎或研磨：可以增加固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增加原料的转化率（或浸取率）。2、煅烧或灼烧：可以将不易转化的物质转化为容易提取的物质；将其他矿物转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质。3、酸浸：可以溶解、去除氧化物（膜）、调节pH促进水解（沉淀）。4、碱溶：可以去除油污，去除铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）。例题1．【2015全国Ⅰ卷】硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：铁硼矿→粉碎→硫酸浸出→过滤→浸渣净化除杂→过滤→浸渣蒸发浓缩冷却结晶→过滤→含镁盐母液→粗硼酸回答下列问题：（1）写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有哪两条？化学方程式：Mg2B2O5·H2O+2H2SO4→2MgSO4+H3BO3+5H2O采取的措施：1.加热反应体系，提高反应速率。2.粉碎原料，增大原料的转化率。【对点练习】1、步骤I前，将β-锂辉石粉碎成细颗粒的目的是为了增加固液接触面积，加快反应速率。2．MgSO4·7H2O可用于造纸、纺织、陶瓷、油漆工业，也可在医疗上用作泻盐。某工业废渣主要成分是MgCO3，另外还有CaCO3、SiO2等杂质。从此废渣中回收MgSO4·7H2O的工艺如下：第一步不用硫酸浸出。（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有哪些？可采取的措施：调节溶液的pH：1、目的：使溶液中的金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。2、需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，是pH增大的物质。例如，可以使用MgO、Mg(OH)2等。3、原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度，增大pH。4、pH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的pH。例题2、碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以β-锂辉石（主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2）为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2CO3的水溶液中，Li+的浓度越高，其溶解度越小。回答下列问题：（1）“烧结”步骤中，为什么要在高温下进行？烧结是指将粉末状的β-锂辉石在高温下加热，使其颗粒之间发生结合，形成致密的块状物质。这样可以增加固液接触面积，加快反应速率，提高原料的转化率。（2）“浸出”步骤中，为提高锂的浸出率，可采取的措施有哪些？可采取的措施：调节溶液的pH：1、目的：使溶液中的金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。2、需要的物质：含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐，即能与H+反应，是pH增大的物质。例如，可以使用MgO、Mg(OH)2等。3、原理：加入的物质能与溶液中的H+反应，降低了H+的浓度，增大pH。4、pH控制的范围：大于除去离子的完全沉淀值，小于主要离子的开始沉淀的pH。（3）为什么要在“结晶”步骤中加入乙酸？加入乙酸可以促进Li2CO3的结晶，提高产率。4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g和12.7g，而LiOH的溶解度比Li2CO3高出了近三倍，这是因为LiOH是强碱，而Li2CO3只是弱碱。另外，Li2CO3的溶解度比LiOH低是因为Li2CO3的分子中有两个氧原子，使得分子间的相互作用力增强，难以被水分子分解。例题3、稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素之总称。他们的化学性质非常相似，常见化合价为+3。其中，钇(Y)元素是激光和超导材料的重要组成部分。我国拥有丰富的含钇矿石(Y2FeBe2Si2O10)，通过以下生产流程可以获得氧化钇。在这个流程中，需要调节溶液的pH值，以使得沉淀得到的离子杂质最少。其中，对于Fe3+离子的沉淀，需要将溶液的pH值调节到6.0-6.5之间，才能使得沉淀完全。3、为了降低废水中重金属元素铬的毒性，可以将Cr2O7转化为Cr(OH)3沉淀除去。已知，Cr(OH)3的开始沉淀的pH值为5.0，完全沉淀的pH值为7.0；Fe(OH)3的开始沉淀的pH值为2.7，完全沉淀的pH值为3.7；Al(OH)3的开始沉淀的pH值为7.6，完全沉淀的pH值为9.6。在处理含铬废水的过程中，可以通过调节溶液的pH值，使得Fe和Cr的阳离子都能够完全沉淀。4、锶(Sr)是第五周期ⅡA族元素，高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值。在制备高纯六水氯化锶的过程中，需要用工业碳酸锶粉末(含少量Ba、Fe的化合物)。在该过程的步骤③中，需要将溶液的pH值调节到8-10之间，此时宜选用氢氧化钠作为试剂。5、硫酸工业中的废渣主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3和MgO。为了提取这些废渣中的金属元素，可以使用一定的试剂和调节pH值的方法。具体实验方案如下：首先，将固体A、C、E和G与试剂X反应，产生气体CO2，然后将产生的气体充分反应，得到溶液B、D、F和H。接下来，需要调节溶液的pH值，使其在3.7左右，以便沉淀出所需的金属元素。4.反应IV生成Li2CO3沉淀，实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称是沉淀法。洗涤所得Li2CO3沉淀要使用冷水，因为热水会使Li2CO3溶解。6.氯化钠和硫酸铵制备氯化铵及副产品硫酸钠的工艺流程如图所示。在制备过程中，先将氯化钠和硫酸铵混合溶解，然后趁热蒸发浓缩，过滤得到滤液。滤液冷却后结晶，过滤得到NH4Cl产品和Na2SO4副产品。实验室进行蒸发浓缩时，主要使用烧杯、玻璃棒和酒精灯等仪器。检查NH4Cl产品是否纯净的方法是测定其熔点，操作时将NH4Cl加热至熔化，记录熔点范围，如果熔点范围小且与标准值相近，则说明NH4Cl产品较为纯净。7.回收MgSO4·7H2O的工艺流程如下：将工业废渣浸出，过滤得到滤液。滤液加入稀硫酸，加热至沸腾，过滤得到滤渣A和滤液。滤渣A冷却后结晶，过滤得到MgSO4·7H2O产品。滤液再次加热至沸腾，过滤得到滤渣B和滤液。滤渣B冷却后结晶，过滤得到CaSO4副产品。在回收过程中，需要根据CaSO4和MgSO4的溶解度曲线来控制温度和pH值，以达到最佳的回收效果。操作I的名称是加热，操作II的名称是过滤、洗涤和结晶。在操作I中，玻璃棒的主要作用是搅拌溶液，使其均匀加热。在操作II中，玻璃棒的主要作用是搅拌滤液，使其均匀通过过滤器。8.镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。为了回收资源并减少对环境的危害，某兴趣小组设计了实验流程。在实验中，先将NiCl2溶解，然后加入NaOH沉淀Ni(OH)2。Ni(OH)2经过洗涤干燥后，与碳粉和氧化铁混合，制成电极材料。检验电解滤液时阳极产生的气体的方法是通过气体的性质和颜色来鉴别。检验Ni(OH)3是否洗涤干净的方法是测定其重量，将洗涤后的Ni(OH)3干燥称重，与理论值相比较，如果误差很小，则说明Ni(OH)3洗涤干净。19、取20.00mL富碘卤水放入滴定瓶中，将0.1mol·L的酸性高锰酸钾溶液装入滴定管中，当溶液变浅粉色且持续30秒时，达到滴定终点的标志是滴定液颜色由紫色变为浅粉色。10、(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的Fe2+和少量Fe3+。检验Fe是否除尽的实验操作是加入氢氧化钠试液，如产生棕色沉淀则说明Fe未除净。滤液和滤渣的成分判断需要熟记常见难溶于水和微溶于水的物质，如盐酸盐：AgCl、HgCl、CuCl；硫酸盐：BaSO4、PbSO4、CaSO4、Ag2SO4；碳酸盐、亚硫酸盐：除K、Na、NH4+外均难溶；氢氧化物：除KOH、NaOH、Ba(OH)2、NH3·H2O外均难溶。例题5、难溶性杂卤石（K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡反应。为了充分利用钾资源，可以用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，滤渣主要成分有CaSO4和未溶杂卤石。例题6、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：在pH3.4、5和12.4的条件下分别加入Fe(OH)3、Al(OH)3和Mg(OH)2进行完全沉淀。滤渣I的主要成分有Mg(OH)2。11、高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。工业上以钛白粉生产的副产品FeSO4制备高铁酸钾的生产流程如下：将FeSO4溶液氧化I，再加入H2O2进行氧化II，最后加入试剂A进行反应操作IK，得到的滤渣B中除NaCl还有Fe(OH)3和K2FeO4。根据K2FeO4的性质可知：①在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定；②溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂；③具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液。在氧化II中，试剂A为H2O2；过滤操作中，得到的滤渣B中除NaCl还有Fe(OH)3和K2FeO4。12、工业上利用硫铁矿烧渣（主要成分为Fe2O3、FeO、SiO2等）为原料制备高档颜料铁红(Fe2O3)，具体生产流程如下：将硫铁矿烧渣加入H2SO4溶液中，再加入NaOH和KOH使溶液pH达到10-11，氧化Fe2+为Fe3+，然后加入试剂A进行反应，得到的滤渣中除SiO2外还有Fe(OH)3和Fe2O3。3＞Ni(OH)2流程图如下：稀酸溶解Ni(OH)2、碳粉、氧化铁滤Ni2+溶液Fe还原Ni(OH)2沉淀滤Ni(OH)2干燥回答下列问题：（1）稀酸溶解过程中，Ni(OH)2发生了什么化学反应？请写出反应式。（2）还原过程中，Fe的作用是什么？请简要说明。（3）为什么在实验中不能使用氧化铁还原Ni(OH)2？请简要说明。（4）该兴趣小组的研究对环境保护有何意义？请简要说明。9、硫铁矿烧渣是化学化工产业中间产物，主要由Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等组成。该烧渣可用于制备高效净水剂聚合硫酸铁[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m。制备流程如下：首先将硫铁矿烧渣经过酸溶处理，再加入废铁皮，在反应操作后进行滤水操作，最后得到聚合硫酸铁。在酸溶过程中，Fe3O4会溶解，化学反应方程式为2Fe3O4+4H2SO4→Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O。在该过程中加入适量的H2O2是为了氧化Fe，生成Fe的离子方程式为Fe+H2O2→FeO+H2O。15、铁氧体可用于隐形飞机上吸收雷达波涂料。一种以废旧锌锰电池为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如下：首先进行稀H2SO4/H2O2酸浸，将二氧化锰还原成Mn2+，反应式为MnO2+H2O2+2H2SO4→MnSO4+2H2O+2O2。接着进行操作，利用活性铁粉除汞，其中铁粉的作用为还原剂。16、高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。工业上以钛白粉生产的副产品FeSO4制备高铁酸钾的生产流程如下：首先将FeSO4溶液氧化，然后加入试剂A，进行过滤操作，得到滤渣B。在反应操作后，得到高铁酸钾。K2FeO4具有强氧化性，能够氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液。在氧化I中，生成Fe3+的离子反应方程式为2FeSO4+H2O2+2NaOH→Na2FeO4+2NaSO4+2H2O。氧化II中，试剂A为H2O2。在净水时，高铁酸钾能够逐渐与水反应生成絮状的Fe(OH)3，反应方程式为K2FeO4+2H2O+2KOH→2Fe(OH)3↓+2K2SO4。17、镍电池电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。为了回收资源并减少对环境的危害，某兴趣小组设计了一种实验流程。首先进行稀酸溶解，将Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等溶解，得到Ni2+溶液。接着进行Fe还原，将Ni(OH)2还原成Ni(OH)2沉淀，然后进行滤水和干燥操作，最终得到回收的电极材料。在稀酸溶解过程中，Ni(OH)2发生了化学反应，反应式为Ni(OH)2+2H+→Ni2++2H2O。在还原过程中，Fe的作用是还原剂。不能使用氧化铁还原Ni(OH)2，因为氧化铁不能还原Ni(OH)2。该兴趣小组的研究对环境保护有重要意义，可以回收资源并减少对环境的危害。某温度下几种金属氢氧化物的溶解度积Ksp和沉淀析出时的pH如下表所示：|金属氢氧化物|Ksp|开始沉淀时的pH|沉淀完全时的pH||---|---|---|---||Al(OH)3|1.9×10^-23|3.4|4.2||Fe(OH)3|3.8×10^-10|2.5|2.9||Ni(OH)2|1.6×10^-14|7.6|9.8|加入Na2C2O4溶液会发生以下化学反应：Ni2++C2O42-→NiC2O4↓氧化反应的离子方程式：2Fe2++H2O2+2H+→2Fe3++2H2O相关计算：例10、某人使用可溶性碳酸盐作为溶解剂，已知298K时，CaCO3的Ksp为2.80×10^-9，CaSO4的Ksp为4.90×10^-5，求该反应的平衡常数K（结果保留三位有效数字）