2020年高考化学提分攻略16以混合物的分离、提纯为目的的工业流程题

1、 2020 年高考化学提分攻略题型 16 以混合物的分离、提纯为目的的工业流程题一、解题策略第一步：挖掘题干信息，分析原材料，确定主要成分及所含杂质。第二步：原材料预处理，通过酸浸和碱浸等手段，完成初步分离。第三步：分析核心反应，通过氧化、中和及离子交换等手段完成主要物质到产物的转化。第四步：产品的分离与提纯及含量测定，通过沉淀、结晶及煅烧等手段，得到粗品，通过滴定等定量过程，完成含量测定。二、题型分类第 1 页 共 11 页 第 2 页 共 11 页 【典例 1】【2018 江苏卷】以高硫铝土矿（主要成分为 al o 、fe o 、sio ，少量 fes 和金属硫酸盐）为232322原料，生

2、产氧化铝并获得 fe o 的部分工艺流程如下：34（1）焙烧过程均会产生 so ，用 naoh 溶液吸收过量 so 的离子方程式为_ 。22（2）添加 1%cao 和不添加 cao 的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题16 图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 硫去除率=（1焙烧后矿粉中硫元素总质量）100%焙烧前矿粉中硫元素总质量不添加 cao 的矿粉在低于 500 焙烧时，去除的硫元素主要来源于_。700焙烧时，添加 1%cao 的矿粉硫去除率比不添加 cao 的矿粉硫去除率低，其主要原因是_。（3） 向“过滤”得到的滤液中通入过量 co ，铝元素存在的形式由_（填化学式

3、）转化为2_（填化学式）。（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的 fe o 。fe o 与 fes 混合后在缺氧条件下焙烧生成 fe o 和 so ，23232342理论上完全反应消耗的 n（fes ）n（fe o ）=_。223【答案】（1）so +ohhso32（2）fes2硫元素转化为 caso 而留在矿粉中4（3）naalo al(oh)32第 3 页 共 11 页 （4）116【解析】根据流程，矿粉焙烧时 fes 与 o 反应生成 fe o 和 so ，在空气中 cao 可与 so 反应生成 caso 、2223223caso 再与 o 反应生成 caso ；“碱浸”时 al o 、si

4、o 转化为溶于水的 naalo 、na sio ；fe o 与 fes324232223232混合后在缺氧条件下焙烧生成 fe o 和 so ，342（1）过量so 与 naoh 反应生成 nahso 和 h o，反应的化学方程式为so +naoh=nahso ，离子方23223程式为 so +oh =hso 。-23（2）根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于 600，不添加 cao 的矿粉低于 500焙烧时，去除的硫元素主要来源于 fes 。2添加 cao，cao 起固硫作用，添加 cao 发生的反应为 2cao+2so +o =2caso ，根据硫去除率的计224算公式及其含义可知，

5、不添加 cao 的矿粉硫去除率较高，因此，700焙烧时，添加 1%cao 的矿粉硫去除率比不添加 cao 的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为caso 留在矿粉中。4（3）“碱浸”时 al o 、sio 转化为溶于水的 naalo 、na sio ，向“过滤”得到的滤液中通入过量 co ，2322232co 与naalo 反应生成nahco 和al(oh) ，反应的离子方程式为co +alo -+2h o=al(oh) +hco -，223322233即 al 元素存在的形式由 naalo 转化为 al(oh) 。23（4）fe o 与 fes 混合后在缺氧条件下焙烧生成 fe o 和 so

6、 ，反应的化学方程式为 fes +16fe o23234222311fe o +2so ，理论上完全反应消耗的 n（fes ）：n（fe o ）=1:16。342223【典例 2】【2017 北京卷】ticl 是由钛精矿（主要成分为 tio ）制备钛（ti）的重要中间产物，制备纯 ticl424的流程示意图如下：资料：ticl 及所含杂质氯化物的性质4181（升华）69互溶193在ticl 中的溶解性微溶难溶4（1）氯化过程：tio 与 cl 难以直接反应，加碳生成 co 和 co 可使反应得以进行。222已知：tio (s)+2 cl (g)= ticl (g)+ o (g) =+175.4

7、 kjmolh-1224212c(s)+o (g)=2co(g) h =-220.9 kjmol-122 沸腾炉中加碳氯化生成 ticl (g)和 co(g)的热化学方程式：_。4第 4 页 共 11 页 氯化过程中co和co 可以相互转化，根据如图判断：co 生成co反应的h_（0 填“”“”22或“=”），判断依据：_。 氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的 hcl 和 cl 经吸收可得粗盐酸、fecl 溶液，则尾气的23吸收液依次是_。 氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗ticl 混合液，则滤渣中含有_。4（2）精制过程：粗 ticl 经两步蒸馏得纯 ticl 。示意图如下：44物质 a

8、是_， 应控制在_。t2【答案】（1）tio (s)+2cl (g)+2c(s)=ticl (g)+2co(g) =-45.5 kj/molh224 随温度升高，co 含量增大，说明生成 co 的反应是吸热反应h o、fecl 溶液、naoh 溶液 mgcl 、alcl 、fecl22233（2）sicl 高于 136，低于 1814【解析】（1）生成 ticl 和 co 的反应方程式为 tio 2cl 2c=ticl 2co，根据盖斯定律，两式相加，4224得到 tio (s)+2cl (g)+2c(s)=ticl (g)+2co(g) h= + =（-220.9 kj mol ）+（+17

9、5.4 kj mol ）hh-1-122412=-45.5kjmol。根据图像，随着温度的升高，co 的浓度增加，co 浓度降低，说明升高温度，平衡12向正反应方向移动，即h0。尾气中的 hcl 经水吸收可得到粗盐酸，然后再将 cl 通入 fecl 溶液22中，最后用氢氧化钠溶液吸收剩余酸性气体。资料中已经给出“ticl 及所含杂质氯化物的性质”一览4表，因此氯化过程中生成的 mgcl 、alcl 、fecl 只有少量溶解在液态 ticl 中，而 sicl 完全溶解在23344ticl 中，因此过滤得到粗 ticl 混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。滤渣应为 mgcl 、alcl 、442

10、3fecl 。（2）根据资料，sicl 的沸点最低，先蒸馏出来，因此物质a 为 sicl ，根据流程目的，为了得到344纯净的 ticl ，后续温度需控制在稍微大于 136，但小于 181。4第 5 页 共 11 页 1废旧光盘金属层中含有金属 ag(其它金属微量忽略不计)，从光盘中提取金属 ag 的工艺流程如下。请回答下列问题。（1）“氧化”阶段需在 80 条件下进行，使用的加热方式为_。（2）naclo 溶液与 ag 反应的产物为 agcl、naoh 和 o ，该反应的化学方程式为_。有人提2出用 hno 代替 naclo 氧化 ag，从反应产物的角度分析，其缺点是_。3（3）“过滤”中洗

11、涤难溶物的实验操作为_。（4）常用 10的氨水溶解 agcl 固体， agcl 与 nh h o 按 1:2 反应可生成 cl 和一种阳离子_(填32阳离子的化学式)的溶液。实际反应中，即使氨水过量，“废渣”中也含有少量 agcl 固体，可能的原因是_。（5）理论上消耗 0.1 mol n h h o 可“还原”得到_ g ag 的单质。242【答案】（1）水浴加热（2）4ag+4naclo+2h o=4agcl+4naoh+o 生成氮氧化物，污染空气（3）向漏斗中加入蒸馏水至沉淀完全浸没，使洗涤液自然流下，重复23 次（4）ag（nh ） 氨水溶解 agcl 的反应是可逆反应，不能进行到底2

12、232（5）43.2【解析】（1）“氧化”阶段需在 80 条件下进行，使用水浴加热；（2）根据得失电子守恒，naclo 溶液与 ag 反应生成 agcl、naoh 和 o 的方程式是24ag+4naclo+2h o=4agcl+4naoh+o ；若用硝酸做氧化剂，还原产物是氮氧化合物，污染环境。22（3）“过滤”中洗涤难溶物的实验操作为向漏斗中加入蒸馏水至沉淀完全浸没，使洗涤液自然流下，重复23 次（4）agcl 与 nh h o 按 1:2 反应方程式是 agcl+2nh h o ag（nh ） cl，所以生成的阳离子是323232ag（nh ） ；由于可逆反应不能进行到底，所以即使氨水过量

13、，“废渣”中也含有少量 agcl 固体；32第 6 页 共 11 页 （5）n h h o 与a g（nh ）cl 发生氧化还原反应，氧化产物是氮气，还原产物是 ag，0.1 mol n h h o24232242反应转移 0.4mol 电子，根据得失电子守恒，可“还原”得到 0.4mol ag，质量为 0.4mol108g/mol= 43.2g。2五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业，主要用于冶炼钒铁、用作冶金添加剂，占五氧化二钒总消耗量的80%以上，其次是用作有机化工的催化剂。为了增加v o 的利用率我们从废钒催化剂(主要成分v o 、2525voso 、k so 、sio 和 fe o 等

14、)中回收 v o 的一种生产工艺流程示意图如下：42422325（1）中废渣的主要成分是_；中 v o 发生反应的离子方程式为_。25（2）、中的变化过程可简化为(下式中的 r 表示 vo 或 fe ，ha 表示有机萃取剂的主要成分)：r (so )2324(水层)2nha(有机层)2ran(有机层)nh so (水层)。24中萃取时必须加入适量碱，其原因是_；实验室进行萃取操作使用的玻璃仪器为_。（3）实验室用的原料中 v o 占 6%(原料中的所有钒已换算成 v o )。取 100 g 该废钒催化剂按工业生产的2525步骤进行实验当加入 100 ml 0.1 mol/l 的 kclo 溶液

15、时，溶液中的钒恰好被完全处理，假设以后各步钒3没有损失，则该实验中钒的回收率是_m(v o )182 g/mol25（4）25 时取样进行试验分析，得到钒沉淀率和溶液ph 之间的关系如下表：ph1.31.41.51.61.71.81.92.0钒沉淀率/%88.194.896.598.098.898.696.493.1试判断在实际生产时，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，则此时溶液中 c(fe )_。已知：25 时 k fe(oh) 2.610239sp3【答案】（1）sio v o 4h so =2vo so 2h o222225342

16、（2）加入碱，中和 h so ，使平衡正向移动 分液漏斗、烧杯24（3）91.0% （4）1.7 2.610 mol/l3【解析】第 7 页 共 11 页 （1）上述分析可知滤渣 a 为 sio ，从流程图可以看出，在酸性条件下，v o 转化为 vo ，so 能被 v o22225325氧化生成 so ，根据氧化还原反应的规律配平该离子反应方程式为： v o so 4h =2vo 2224253so 2h o；242（2）反萃取时，分析平衡 r (so ) (水层)2nha(有机层)2ran(有机层)nh so (水层)，为提高中2424萃取百分率，则加入碱中和硫酸，可以使平衡正移，多次连续萃

17、取。萃取分液操作时，用到的玻璃仪器有分液漏斗和烧杯；（3）根据氧化还原规律可知，当加入100 ml 0.1 mol/l 的 kclo 溶液时，溶液中的钒恰好被完全处理的离3子方程式为：clo 6vo 3h o=6vo 6h cl ，再结合 v o so 4h =2vo so 322222225342h o，从而得出关系式：3v o 6vo clo ，因 n(clo )0.1 mol/l0.1 l0.01 mol，所以 n(v o )233225250.03 mol182 g/mol100 g6%30.01 mol0.03 mol 因此该实验中钒的回收率是100%91.0 %；（4）从沉淀率和

18、ph 关系找出最佳沉淀率。若钒沉淀率为 93.1%时，不产生 fe(oh) 沉淀，此时溶液 ph2，3计算氢氧根离子浓度，结合溶度积常数计算溶液中铁离子的浓度。由表中数据可知，ph1.7 时钒的沉淀率最大为 98.8%，故加入氨水调节溶液的最佳ph 为 1.7。若钒沉淀率为93.1%时不产生 fe(oh) 沉淀，32.61039此时溶液 ph2，c(oh )10 mol/l，k fe(oh) 2.610 c(fe )c (oh )，c(fe )1239333sp3（10 ）3122.610 (mol/l)。33某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量 ag(金属层中其他金属含量过低，对

19、实验的影响可忽略)。已知：naclo 溶液在受热温度过高或酸性条件下容易分解，如3naclo=2naclnaclo3agcl 可溶于氨水：agcl2nh h oag(nh ) cl 2h o323 22常温时 n h h o(水合肼)在碱性条件下能还原 ag(nh ) ：4ag(nh ) n h h o=4agn 2423 23 224224nh 4nh h o432（1）氧化时采用了过量的 naclo 溶液并水浴加热，水浴加热的目的是_。（ 2 ） naclo 溶 液 与 ag 反 应 的 产 物 为 agcl 、 naoh 和 o ， 该 反 应 的 离 子 方 程 式 为 ：2第 8 页

20、 共 11 页 _；若改用稀 hno 氧化 ag，生成了 no 气体等，则该反应的化学方程式为：_；3从反应产物的角度分析，以稀 hno 代替 naclo 的缺点是：_。3（3）为提高 ag 的回收率，需利用少量 10%氨水对“过滤”的滤渣进行洗涤，并将洗涤后的滤液合并入过滤 ii 的滤液中，在实验室洗涤该滤渣的操作为：_。（4）请设计从“过滤”后的滤液中获取单质 ag 的实验方案：(提供的试剂有：2 moll 水合肼溶液、1 moll1h so 溶液)_。124【答案】（1）加快反应速率，且防止 naclo 受热温度过高而分解（2）4ag4clo 2h o=4agcl4oh o 4hno (

21、稀)3ag=3agno no2h o 会释放出22332氮氧化物(no)，造成环境污染（3）沿玻璃棒向漏斗中注入 10%氨水，使溶液完全浸没沉淀，待溶液完全流尽后，重复操作23 次（4）向滤液中滴加 2 moll 水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 moll h so 溶液吸收反应中放1124出的 nh ，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥3【解析】（1）氧化时采用了过量的 naclo 溶液并水浴加热，采用水浴加热可以加快反应速率，且防止naclo 受热温度过高而分解；（2）naclo 溶液与 ag 反应的产物为 agcl、naoh 和 o ，ag、o 元素的化合价升高，

22、cl 元素的化合价降2低，由电子、原子守恒可知该反应的化学方程式为4ag4naclo2h o=4agcl4naoho ，反22应的离子方程式为 4ag4clo 2h o=4agcl4oh o ； hno 也能氧化 ag 生成硝酸银、一223氧化氮和水，反应的化学方程式为 4hno (稀)3ag=3agnono2h o；从反应产物的角度分析，332以 hno 代替 naclo 的缺点是会释放出氮氧化物(no)，造成环境污染；3（3）为提高 ag 的回收率，需对“过滤”的滤渣进行洗涤，并将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中，具体操作为：沿玻璃棒向漏斗中注入10%氨水，使溶液完全浸没沉淀，待溶液完全流尽后，重复操作23 次；（4）由信息可知，从“过滤”后的滤液中获取单质ag 的实验方案为向滤液中滴加2 moll 水合肼溶液，