专题14化学工艺流程原卷版

专题14化学工艺流程【核心考点梳理】一、以物质制备为目的的化学工艺流程1．原料处理阶段的常见考查点(1)加快反应速率(2)溶解：通常用酸溶。如用稀硫酸、盐酸、浓硫酸等。(3)灼烧、焙烧、煅烧：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。2．分离提纯阶段的常见考查点(1)调pH除杂①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mg2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。②调节pH所需的物质一般应满足两点：一能与H＋反应，使溶液pH增大；二不引入新杂质。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。(2)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。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。如侯氏制碱法中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。(3)降温：防止某物质在高温时溶解(或分解)；使化学平衡向着题目要求的方向移动。3．获得产品阶段的常见考查点(1)洗涤(冰水、热水)：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；乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。二、以分离提纯为目的的化学工艺流程1.物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2．常用的提纯方法水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节溶液的pH法如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等3．常用的分离方法过滤分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法萃取和分液利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸发结晶提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl冷却结晶提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸馏或分馏分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油冷却法利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气三、工艺流程题的解题思路1.工艺流程题的解题流程工艺流程题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。解此类题目的基本思路：(1)先粗读，从题干中获取有用信息，理清思路。先不必把每个环节的原理都搞清楚。(2)针对问题再精读，分析细节，根据问题去研究某一步或某一种物质。(3)要看清所问问题，不能答非所问，并注意语言表达的规范性。2.工艺流程题的解题方法(1)明确目的，提取有用信息。通过阅读题头，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，进而明确生产目的——制备什么物质，找到制备物质时所需的原料及所含杂质，提取出所给的相关信息——化学反应方程式、物质的稳定性、物质的溶解性等。(2)分析流程，弄清各步作用。对比分析流程图中的第一种物质(原料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，联系问题有针对性地思考：原料转化为产品的过程中依次进行了什么反应？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质是否要除去，采用什么操作方法除去？(3)看清问题，准确规范作答。这一步很关键，历年的高考评卷分析都指出考生的简述能力比较差，特别是化学用语的表述与实际要求存在很大偏差。所以答题时要看清问题，不能答非所问，要注意语言表达的科学性和准确性，如分清是要求回答实验操作名称还是具体操作步骤。【点对点真题回顾】1.（2023·北京卷）以银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。已知：酸性条件下，的氧化性强于。（1）“浸锰”过程是在溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除，有利于后续银的浸出：矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中。①“浸锰”过程中，发生反应，则可推断：__________(填“>”或“<”)。②在溶液中，银锰精矿中的和氧化锰矿中的发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离子有__________。（2）“浸银”时，使用过量和的混合液作为浸出剂，将中的银以形式浸出。①将“浸银”反应的离子方程式补充完整：__________。②结合平衡移动原理，解释浸出剂中的作用：____________________。（3）“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。①该步反应的离子方程式有______________________________。②一定温度下，的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释分钟后的沉淀率逐渐减小的原因：______________。（4）结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势：________。2.（2022·北京卷）白云石的主要化学成分为，还含有质量分数约为2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2。利用白云石制备高纯度的碳酸钙和氧化镁，流程示意图如下。已知：物质（1）白云石矿样煅烧完全分解的化学方程式为___________。（2）用量对碳酸钙产品的影响如下表所示。氧化物()浸出率/%产品中纯度/%产品中Mg杂质含量/%(以计)计算值实测值2.1∶198.41.199.199.7——2.2∶198.81.598.799.50.062.4∶199.16.095.297.62.20备注：ⅰ、浸出率=(浸出的质量/煅烧得到的质量)(M代表Ca或Mg)ⅱ、纯度计算值为滤液A中钙、镁全部以碳酸盐形式沉淀时计算出的产品中纯度。①解释“浸钙”过程中主要浸出的原因是___________。②沉钙反应的离子方程式为___________。③“浸钙”过程不适宜选用的比例为___________。④产品中纯度的实测值高于计算值的原因是___________。（3）“浸镁”过程中，取固体B与一定浓度的溶液混合，充分反应后的浸出率低于60%。加热蒸馏，的浸出率随馏出液体积增大而增大，最终可达98.9%。从化学平衡的角度解释浸出率增大的原因是___________。（4）滤渣C中含有的物质是___________。（5）该流程中可循环利用的物质是___________。3.（2021·北京卷）铁黄是一种重要的化工产品。由生产钛白粉废渣制备铁黄的过程如下。

资料：i.钛白粉废渣成分：主要为FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物ii.TiOSO4+(x+1)H2O⇌TiO2·xH2O↓+H2SO4iii.0.1mol/LFe2+生成Fe(OH)2，开始沉淀时pH=6.3，完全沉淀时pH=8.3；0.1mol/LFe3+生成FeOOH，开始沉淀时pH=1.5，完全沉淀时pH=2.8（1）纯化①加入过量铁粉的目的是_______。②充分反应后，分离混合物的方法是_______。（2）制备晶种为制备高品质铁黄产品，需先制备少量铁黄晶种。过程及现象是：向一定浓度FeSO4溶液中加入氨水，产生白色沉淀，并很快变成灰绿色。滴加氨水至pH为6.0时开始通空气并记录pH变化(如图)。①产生白色沉淀的离子方程式是_______。②产生白色沉淀后的pH低于资料iii中的6.3。原因是：沉淀生成后c(Fe2+)_______0.1mol/L(填“＞”“=”或“＜”)。③0t1时段，pH几乎不变；t1t2时段，pH明显降低。结合方程式解释原因：_______。④pH≈4时制得铁黄晶种。若继续通入空气，t3后pH几乎不变，此时溶液中c(Fe2+)仍降低，但c(Fe3+)增加，且(Fe2+)降低量大于c(Fe3+)增加量。结合总方程式说明原因：_______。（3）产品纯度测定铁黄纯度可以通过产品的耗酸量确定。wg铁黄溶液b溶液c滴定资料：Fe3++3=Fe(C2O4)，Fe(C2O4)不与稀碱液反应Na2C2O4过量，会使测定结果_______(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。【点对点模拟仿真】1．（2023·北京顺义·北京市顺义区第一中学校考模拟预测）钛白粉学名二氧化钛(TiO2)是性能最佳、应用最广、用量最大的白色颜料。钛铁矿(FeTiO3)中往往含有Fe2O3、MgO、CaO、Al2O3、SiO2等杂质。一种硫酸法钛白粉生产工艺如图：已知：①酸解后，钛主要以形式存在。强电解质在溶液中仅能电离出和一种阳离子。②不溶于水和稀酸。(1)写出基态Ti原子的价层电子排布式。(2)磨矿的目的是。(3)滤渣①的主要成分是。(4)酸解过程中，写出发生反应的化学方程式。(5)还原过程中，加入铁粉的目的是还原体系中的。为探究最佳反应条件，某实验室做如下尝试：①在其它条件不变的情况下。体系中Fe(Ⅲ)含量随pH变化如图，试分析在pH介于4～6之间时，Fe(Ⅲ)含量基本保持不变的原因：。②保持其它条件不变的情况下，体系中Fe(Ⅲ)含量随温度变化如图，55℃后，Fe(Ⅲ)含量增大的原因是因为温度升高，易被体系中的氧化，写出反应的离子方程式。(6)水解过程是硫酸法制钛白工艺中的重要一步：①水解过程中得到沉淀③的离子方程式为。②一定量的存在有利于水解工艺的进行，因此在水解之前，先要测定钛液中的含量。实验室常用酸性高锰酸钾溶液进行滴定，用离子方程式表示其原理。2．（2023·北京东城·北京五十五中校考模拟预测）氯化亚铜()广泛应用于冶金工业，也用作催化剂和杀菌剂。以硫化铜精矿为原料生产的工艺如下：已知：难溶于醇和水，溶于较大的体系，潮湿空气中易水解氧化。(1)步骤1是“氧化酸浸”的过程，该过程生成蓝色溶液和浅黄色沉淀，化学方程式是。(2)步骤2是溶解过程，溶解时反应的离子方程式。(3)步骤3为主反应，的沉淀率与加入的的量关系如图所示。①反应的氧化产物是；②比较相对大小：A点C点(填“>”、“<”或“=”)；③提高C点状态混合物中沉淀率的措施是；(4)步骤4进行的实验操作是；(5)洗涤过程中不能用硝酸代替硫酸进行“酸洗”，理由是。用乙醇洗涤的目的是。(6)产品纯度测定：称取产品ag于锥形瓶中，加入足量的酸性溶液使其充分溶解，然后用标准溶液滴定，消耗溶液bmL。(本实验中的被还原为，不与产品中杂质和反应)。①溶于溶液的离子方程式是。②产品中(摩尔质量为99g/mol)的质量分数为。3．（2023·北京·高三统考专题练习）铁红(Fe2O3)常用于油漆、油墨及橡胶工业。工业上以一定质量的硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4，另含少量难溶杂质)为主要原料制备铁红的一种工艺流程如下：已知：某些过渡元素(如Cu、Fe、Ag等)的离子能与NH3、H2O、OH、SCN等形成可溶性配合物。(1)“酸浸”时加入的硫酸不宜过量太多的原因是。(2)“过滤1”所得滤液中含有的阳离子有。(3)“沉淀”过程中，控制NH4HCO3用量不变，铁的沉淀率随氨水用量的变化如图所示。当氨水用量超过一定体积时，铁的沉淀率下降。其可能的原因是。(4)“过滤2”所得滤渣的主要成分为FeOOH和FeCO3，写出Fe2+与氨水和NH4HCO3反应生成FeCO3沉淀的离子方程式。滤渣需洗涤，证明滤渣已经洗涤干净的操作是。(5)写出FeCO3在空气中焙烧生成铁红的化学方程。4．（2023·北京西城·高三北京师大附中校考阶段练习）三氧化二镍()是重要的电子元件和蓄电池材料，工业上利用含镍废料(主要含、、的氧化物，，C等)制备的工艺流程如下所示：已知：①在该实验条件下、不能氧化。②常温下，溶液中金属离子形成氢氧化物沉淀的如下表所示：

离子开始沉淀7.23.72.27.5完全沉淀8.7—3.29.0③萃取的原理为。回答下列问题：(1)“预处理时，可以用(填化学式)溶液除去废料表面的油脂油污。(2)“浸出时，提高浸出效率可采取的措施有(任写一种)。滤渣1的主要成分是。(3)“氧化时，加入发生反应的离子方程式为，目的是。(4)若常温下，“调时，溶液中浓度为，为使等杂质离子沉淀完全()，经过计算，需控制溶液的范围是。(5)“萃取时，操作若在实验室进行，需要用到的主要玻璃仪器有、烧杯。请利用化学平衡原理解释该流程中用反萃取的原理。(6)资料显示，硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如下关系：温度低于高于晶体形态多种结晶水合物从溶液获得稳定的晶体的操作是：。5．（2023·北京·高三统考专题练习）活性氧化锌能对太阳光线和其他大气物质形成防护，常用于敏感皮肤的面霜和化妆品．工业上可用转炉炼铜所得的铜灰[主要含及少量的（II）、、、元素]制取活性氧化锌。流程如下：已知：①活性炭主要吸附有机质；②25℃时，；③本流程中，沉锌前溶液环境中锌元素以形式存在；④部分金属离子开始沉淀和完全沉淀的：金属离子开始沉淀1.97.04.58.1完全沉淀3.29.06.410.1(1)滤渣I的主要成分中，的化合价为。(2)“浸取”步骤时，发生反应的离子方程式。(3)“浸取”步骤后，转化为。写出“除杂1”步骤主要反应的离子方程式：。(4)加入适量溶液的目的是除去铁元素的同时溶液中不会有明显的锰元素残留，则滤渣Ⅱ的成分为、，常温下此时体系中残留最大浓度为。(5)已知“除杂3”是利用置换反应进行除杂，则试剂a为。(6)根据平衡移动原理，解释碱式碳酸锌的生成。(7)活性氧化锌纯度测定：已知：与相当的氧化锌质量为。取所得活性氧化锌样品配成含的待测液，用标准液进行滴定，消耗标准液。写出计算样品中氧化锌质量分数的表达式。6．（2023秋·北京通州·高三统考期末）工业上湿法冶炼金属锌，通常先将含锌矿石焙烧。锌焙烧矿再加稀硫酸浸出，所得浸出液中含Zn2+和Fe2+、Fe3+等杂质。铁元素的存在对后续电解锌有害。从锌浸出液中沉铁的方法有多种，其中将铁以针铁矿(FeOOH)形式沉淀，铁渣易过滤。其工艺流程如下：已知：i.滤渣1的主要成分是硫单质；ii.滤渣2中铁元素的存在形态为FeOOH；iii.溶液中Fe3+浓度小于1g/L，才能顺利析出FeOOH晶体。溶液pH较大时，Fe3+水解主要生成氢氧化铁胶体。(1)酸浸：能加快锌焙烧矿浸出速率的措施有。A．加热

B．粉碎锌焙烧矿

C．降低稀硫酸的浓度(2)还原：①为了便于沉铁时调控溶液中Fe3+浓度，向锌浸出液中加入过量ZnS精矿先将Fe3+还原为Fe2+，该反应的离子方程式：(已知室温时，Ksp(ZnS)=2.5×1022)②检验滤液1中是否含Fe3+的方法是。(3)沉铁：溶液pH对铁去除率的影响实验结果如下图所示：①从图中数据来看，沉铁的最佳pH为。②结合图中数据，解释pH偏小或偏大都不利于沉铁的原因是。(4)除氟：通常锌浸出液中还有一定量的氟离子，氟离子浓度过高也会影响电解锌。FeOOH对F有吸附作用。若将流程中ZnO更换为CaO，可进一步显著提高F去除率。若要求滤液2中氟离子含量在38mg/L以下，则滤液2中所含Ca2+的浓度至少为mol/L。(已知室温时，)7．（2023秋·北京海淀·高三统考期末）含钛高炉渣的主要化学成分为、、、、、、和金属等，对其综合利用具有重要的经济价值和社会效益。Ⅰ、一种含钛高炉渣提钛工艺流程如下图所示。已知：①不溶于水、稀酸和碱溶液；②能与强酸、强碱反应。(1)盐酸酸浸过程中发生反应的离子方程式为。(2)“磁选”的目的是。(3)下列说法正确的是(填字母序号)。a、滤渣1的主要成分为、b、若将流程A部分与流程B部分互换顺序，最终得到的滤渣成分相同c、若将流程A部分与流程B部分互换顺序，理论上氢氧化钠用量不变Ⅱ、含钛高炉渣中金属含量的测定：ⅰ、配制金属浸取液：取一定量的亚硫酸钠和邻菲岁啉(抑制水解)溶于水，加入乙酸和乙酸铵混合溶液调，此时铁的化合物不溶解。ⅱ、取粉碎后的含钛高炉渣，加入足量金属浸取液，室温下浸取。ⅲ、过滤，将滤液及洗涤液全部转移至盛有过量溶液的烧杯中，加入稀硫酸充分反应。ⅳ、将反应后的溶液煮沸至冒大气泡并继续微沸。ⅴ、冷却，用浓度为的抗坏血酸标准液滴定，消耗抗坏血酸标准液。已知：①酸性条件下，(未配平)②(抗坏血酸)(脱氢抗坏血