化学人教版新高考专用核心素养微专题2化学工艺流程试题的解题策略

核心素养微专题2化学工艺流程试题的解题策略1.原料预处理的常用方法及其作用(1)研磨：减小固体颗粒度，增大物质间接触面积，加快反应速率。(2)水浸或酸浸：与水接触反应或溶解；与酸接触反应或溶解，得可溶性金属离子溶液，不溶物过滤除去。(3)浸出：固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。(4)灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化。(5)煅烧：改变结构，使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。2.制备过程中应注意的反应条件(1)溶液的pH：①控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。②常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。(2)温度：根据需要选择适宜温度，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动，减少副反应的发生，确保一定的反应速率，控制溶解度便于提纯。(3)浓度：①根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。②过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。(4)趁热过滤：防止某物质降温时会大量析出。(5)冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体损耗。3.无机化工流程中的分离方法(1)洗涤(冰水、热水)：洗去晶体表面的杂质离子；(2)过滤(热滤或抽滤)：分离难溶物和易溶物；(3)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；(4)蒸发结晶：提取溶解度随温度的变化不大的溶质；(5)冷却结晶：提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等；(6)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物；(7)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体。【典例】(2019·全国卷Ⅰ)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Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼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____________。

(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________(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH++B(OH)4-，Ka=5.81×1010，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)2·MgCO3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______________。

【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。【解析】(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O，故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH++B(OH)4-可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-或2Mg2++2COMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。答案：(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3，促进析出(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2溶浸高温焙烧以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下： 注：铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。(1)在废渣溶解操作时，应选用________溶解(填字母)。

A.氨水 B.氢氧化钠溶液C.盐酸 D.硫酸(2)物质A是一种氧化剂，工业上最好选________(供选择使用的有空气、Cl2、MnO2)，其理由是________________________________。氧化过程中发生反应的离子方程式为______________。

(3)根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件(从温度、pH和氧化时间三方面说明)是______________。

(4)铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe(OH)3、________。铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为__

__________。

【解析】(1)该流程的目的是制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+，也不能选用。(2)空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(3)由图知，控制温度在80℃、pH为、氧化时间为4h，Fe2+的氧化率较高。(4)废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+，加氨水后，可能生成Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得(NH4)2SO4和Fe(OH)答案：(1)D(2)空气原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(3)溶液温度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化时间为4(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12+6NH3·H2O4(NH4)2SO4+6Fe(OH)3↓【加固训练】1.(提纯型化工流程)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下，请回答下列问题：(1)步骤①所得废渣的成分是________(写化学式)，操作Ⅰ的名称________。

(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)：R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)，②中萃取时必须加入适量碱，其原因是______________。

③中X试剂为________。

(3)⑤的离子方程式为______________。

(4)25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pHpH钒沉淀率%结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)<________。(已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10(5)该工艺流程中，可以循环利用的物质有________和________。

【解析】(1)将含K2SO4、SiO2杂质的VOSO4溶于水，SiO2不溶于水，步骤①是过滤，将SiO2与溶液分离。(2)②中萃取时必须加入适量碱，有利于中和硫酸，促使平衡正向移动；③为反萃取，使上述平衡向逆方向移动，X试剂为H2SO4。(3)在含有VO2+、SO42-的溶液中加入氧化剂氯酸钾，可以将VO2+氧化为VO3-，步骤⑤中加氨水，VO3-与氨水反应生成NH4VO3的离子方程式为NHNH4VO3↓+OH。(4)根据25℃时，钒沉淀率和溶液pH之间的关系知，pH为、时，钒沉淀率最高，调节溶液的最佳pH为最好；若钒沉淀率为93.1%，pH=2.0，c(OH)=1×1012mol·L1，此时没有Fe(OH)3沉淀，则溶液中的c(Fe3+)<Ksp[Fe(OH)3]÷c3(OH)=2.6×1039÷(1×1012)3=2.6×103mol·L(5)根据流程示意图可知：该工艺流程中可以循环利用的物质有氨气(或氨水)和有机萃取剂。答案：(1)SiO2过滤(2)加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动(或提高钒的萃取率)H2SO4(3)NH3·H2O+VO3-NH4VO3↓+OH(4)1.7～1.8(或、其中一个)2.6×103mol·L1(5)氨气(或氨水)有机萃取剂2.(制备型化工流程)二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。工业以锰结核矿为原料，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2，其制备过程如图所示：(1)步骤Ⅰ中，试剂甲必须具有的性质是________(填序号)。

A.碱性 B.稳定性C.氧化性 D.还原性(2)用惰性材料作电极，电解硫酸锰溶液制二氧化锰，写出阳极反应式：___________________________。

步骤Ⅲ中，以KClO3为氧化剂，当生成molMnO2时，消耗mol·L1的NaClO3溶液200mL，该反应的离子方程式为____________。

(3)工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为____________。

(4)二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案；实验mL双氧水溶液浓度粉状MnO2温度待测数据Ⅰ5%20℃Ⅱ5%20℃Ⅲ10%20℃Ⅳw30℃①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是_________________。

②利用实验Ⅰ和Ⅳ是探究温度对化学反应速率的影响，w=________。本实验待测数据是________。

【解析】(1)锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子，试剂甲必须具有还原性。(2)电解硫酸锰溶液时，阳极发生氧化反应，反应式为Mn2+2e+2H2OMnO2↓+4H+。生成mol二氧化锰时，失去电子的物质的量mol×2=mol；设还原产物中氯元素化合价为+x，n(NaClO3)=LmolL1mol。由电子守恒知mol×(5xmol，x=0，氯酸钾被还原后产物为氯气，离子方程式为2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H+。(3)实验室制氯气的残余物质含Mn2+，吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl。(4)①实验Ⅱ和Ⅲ中双氧水溶液浓度不同，反应物浓度越大，反应速率越快。②实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响，则w=5%，对于产生气体实验，测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。答案：(1)D(2)Mn2+2e+2H2OMnO2↓+4H+2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H(3)2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl(4)①其他条件相同，反应物浓度越大，反应速率越快②5%收集等体积氧气所需要的时间3.(提纯型化工流程)(2019·济南模拟)锗铜合金是一种常用的标准电阻材料，工业生产中会出现一些技术指标达不到要求的合金，为避免资源浪费可利用如下流程对不达标合金中的锗、铜进行回收，请回答相关问题。(1)锗在元素周期表中的位置是________。

(2)氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是

_________________。

为加快氧化溶解反应速率可采用的措施有

_______(任写两种)。

(3)滤渣的成分是____________。

(4)水解过程发生的反应是GeCl4+2H2OGeO2↓+4HCl，为得到纯净的GeO2，对水解所得混合物要进行过滤、洗涤、干燥等操作，判断GeO2是否洗涤干净的操作是

_________________。

(5)下列金属的冶炼原理与流程中锗的冶炼原理相似的是________(填选项序号)。

A.钠B.铝C.铁D.银(6)若含锗6.2%的高锗铜合金的质量为50kg，还原过程中参与反应的H2体积为m3(已折合为标准状况)，则锗的回收率为________(【解析】(1)锗在元素周期表中的位置是第四周期ⅣA族。(2)氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O。搅拌、适当加热、适当增大硫酸浓度等都可以加快氧化溶解反应速率。(3)置换过滤过程是用铁置换铜，铁粉会适当过量，因此滤渣成分是铜和过量的铁。(4)判断GeO2是否洗涤干净的操作是取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则GeO2已洗涤干净，如果有沉淀，则没有洗