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文档简介
高考化学.工艺流程.考点解析
【题型分析]
1.试题结构:工艺流程题的结构分题引、题干和题设三部分。题引一般是简单
介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品(包括副产品)有时还提供相关表
格、图像等参考数据或信息;题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产
工艺流程表示出来;题设主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成一系列问
题,构成一道完整的化学试题。
2.解题策略
(1)审题干:准确分析题干中的信息,如生产目的、原料成分、产品成分、新物
质的性质及相关反应等,进而分析每个生产环节所发生的反应和操作。
(2)审设问:结合题中的问题,回到流程图中找答案。
【题型示例]
(2017♦郑州模拟)已知草酸擦晶体(NiC2O4-2H2O)难溶于水,工业上从废银催化
剂住要成分为Ni,含有一定量的AI2O3、FeO、SiO2、Ca。等)制备草酸银晶
体的流程如图所示:
H2SO4试剂aNi(OH)2NH4F(NH4)2C2O4
废银催化剂
滤渣I滤渣n滤渣in滤液
已知:①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据:
金属黑子Fe3"Fe*-AP+Ni2~
开始沉淀的pH1.15.83.06.8
完全沉淀的pH3.28.85.09.5
@Ksp(CaF2)=1.46x10-10;
③当某物质浓度小于1.0x10-5moH.-1时,视为完全沉淀。
请回答下列问题:
(1)请写出一种能提高"酸浸"速率的措施:。
(2)试剂a是一种绿色氧化剂,写出"氧化"时反应的离子方程式:—。
(3)"调pH"时pH的调控范围为试用化学反应原理的相关知识解释滤
渣n的生成:。
(4)写出"沉镇"时发生反应的离子方程式:
证明Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是_____________________
当Ca2+沉淀完全时,溶液中c(F-)>mol-L-1(写出计算式即可)。
⑸操作a的内容是_____________________________o
[解析](1)把废银催化剂粉碎,或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率
等都可以提高酸浸速率。
⑵试剂a是过氧化氢,反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2===2Fe3
++2H2Oo
(3)因为铁、铝是以氢氧化铁和氢氧化铝的形式沉淀下来的,并且不能使银离子
形成沉淀,故pH范围为5.0<pH<6.8;加入Ni(0H)2消耗溶液中的氢离子,
促使铁离子、铝离子的水解平衡向右移动,使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀
而除去。
(4)加入草酸筱后生成的固体是NiC2O4.2H2O,因此有水参加反应,故反应的
离子方程式为Ni2++C20eq\o\al(2-,4)+2H20===NiC204-2H20lo若操
离子没有完全沉淀,则继续加入草酸筱,仍会有沉淀生成,所以证明Ni2+已经
沉淀完全的操作及实验现象是:取适量上层清液于试管中,继续滴加
(NH4)2C2O4溶液,无沉淀生成。钙离子沉淀完全的标志是溶液中钙离子的物
质的量浓度小于1.0x10-5mol-L-1,结合CaF2的Ksp可求出。
一、/1.46X1O-10
c(F)>A/----------------molL%
\jl.oxio-5…v
(5)从溶液中分离出晶体需要进行过滤、洗涤、干燥。
[答案]⑴把废银催化剂粉碎(或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率
等)
⑵2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O
⑶5.0WpH<6.8加入Ni9H)2消耗溶液中的H+,促使铁离子、铝离子的水
解平衡右移,使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀
(4)Ni2++C20eq\o\al(2-,4)+2H2O===NiC2O4-2H2Ol取适量上层清
液于试管中,继续滴加(NH4)2C2O4溶液,无沉淀生成
/L46X10R
vLOX10-5
(5)过滤、洗涤、干燥
(2017♦合肥模拟)高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。
以工业级氧化锌(含Fe2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等)为原料,用硫
酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下:
硫酸高镒酸钾锌粉碳酸钠
工业级氧化锌,陵由H画汩亶珈砌T复分解方麽谑H磁卜成品
已知Ksp[Fe(0H)3]=4.0x10-38O
回答下列问题:
Q)浸出时,为了提高浸出效率可采取的措施有(写两种):。
(2)氧化时,加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2+和Mn2+(溶液中
Mn全部转化为MnO2),请配平下列除去Fe2+的离子方程式:
MnOeq\o\al(-,4)+Fe2++===MnO2l+Fe(0H)3l+
H+
(3)加入锌粉的目的是
(4)已知H2SO4浸出液中,c(Fe2+)=5.04mgL-1、c(Mn2+)=1.65mg-L
-lo
①加入KMnO4溶液反应一段时间后,溶液中c(Fe3+)=0.56mg-L-1,若溶
液pH=3,则此时Fe3+(填"能"或"不能")生成沉淀。
②若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2+和Mn2+,需加入gKMnO4o
[解析](1)为了提高浸出效率,可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提
高浸出温度等。(2)镒元素由+7价降低到+4价,而铁元素由+2价升高到+3
价,根据得失电子守恒、元素守恒和电荷守恒配平方程式。(3)加入锌粉的目的
是消耗溶液中的H+,调节溶液,pH,促进溶液中的Cu2+、Ni2+、Cd2+
等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3+)=eq\f(0.56xl0-3g-L-1,56gmol-1)
=1.0x10-5mol-L-1,此时溶液中c(OH-)=1.0x10-llmol-L-1,c(Fe3
+)v3(OH-)=LOxlO-38<Ksp[Fe(OH)3],故不能生成Fe(OH)3沉淀。②加
入KMnO4将Fe2+和Mn2+分别氧化为Fe3+和MnO2,而KMnO4被还原
为MnO2,根据得失电子守恒可知,加入KMnO4的质量为
eq\f(\f(5.04xl0-3g-L-1,56gmol-1)x1000L+\f(1.65xl0-3g-L-
1,55gmol-l)x2xl000L,3)x158gmol-1=7.9go
[答案](1)将工业级氧化锌粉碎、搅拌(其他合理答案也可)
(2)137H2O135
(3)调节溶液pH,除去溶液中的Cu2+、Ni2+、Cd2+等
(4)①不能②7.9
无机化工流程题考蛰的热点
1•原料的各项预处理操作或目的
Q)溶解:通常用酸进行溶解,如硫酸、盐酸等。
(2)灼烧、焙烧、燃烧:改变物质结构,使一些物质转化为目标物质,或使一些
杂质在高温下氧化或分解。
(3)控制反应条件:因为化学反应是有条件的,往往需要在一定的浓度、温度、
压强、催化剂和酸碱性等条件下进行,所以生产中必须控制反应条件,其中温度
和酸度的控制是条件控制的两大主旋律。可采用水浴加热、油浴加热等控制温度,
防止温度过高时反应物或生成物发生分解导致产率降低。
(4)调节溶液的pH:①控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉
淀。如含Mn2+的溶液中同时含有Fe2+,可先加氧化剂将Fe2+氧化为Fe3
+,再调节溶液的酸度为3.7<pH<8.3,即可使Fe3+转化为Fe(0H)3沉淀。
②调节溶液的pH时,所选的物质应满足两点:一是能与H+或0H-反应,二
是不引入新的杂质。
(5)加热:加快化学反应速率或促使化学平衡向某个方向移动。
(6)降温:防止某物质在高温时溶解(或分解)或使化学平衡向着题目要求的方向移
动。
2.产品分离和提纯的方法或操作
(D蒸发:蒸发掉一部分溶剂。有时要考虑反应时的气体氛围以抑制某物质发生
水解。
(2)蒸发浓缩、冷却结晶:适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质的分离、
提纯。
(3)蒸发结晶、趁热过滤:适用于杂质的溶解度随温度变化较大的物质的分离、
提纯,可减少杂质晶体的析出。
(4)晶体的干燥:常见的干燥方法为自然晾干、滤纸吸干、干燥器中烘干。
(5)沉淀的洗涤:由于沉淀生成时,表面会吸附一定量的离子(尤其是沉淀成分离
子)。因此过滤后要进行沉淀的洗涤。洗涤方法是向过滤器中慢慢注入适量蒸储
水,至刚好没过沉淀,然后静置,让其自然流下,重复以上操作2~3次,直至
洗涤干净。为了减少沉淀(或晶体)的溶解,可用冰水或有机溶剂洗涤。
(6)沉淀是否洗涤干净的检验:主要检验洗涤液中是否还含有沉淀表面吸附的离
子。一般的检验方法:取少量最后一次的洗涤液,置于一洁净的试管中,滴加少
量的检验试剂,若没有特征现象出现,说明沉淀洗涤干净。
(7)从溶液中得到晶体的一般过程:蒸发浓缩一冷却结晶一过滤-洗涤一干燥。
3.步骤中发生反应的化学方程式(或离子方程式)的书写
书写化学方程式(或离子方程式)时,首先要明确反应物、生成物及反应条件等,
然后根据各种守恒关系配平化学方程式(或离子方程式)。
[对点训I练]
1.(2016•全国丙卷节选)过氧化钙微溶于水,溶于酸,可作分析试剂、医用防腐
剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题:
过氧化钙的制备
稀盐酸、煮沸、过滤氨水和双氧水过滤
CaCO3一一>滤液一一>---->白色结晶
①冰浴②
(1)步骤①的具体操作为逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,此时溶液
呈______性(填"酸"、"碱'或中’)。将溶液煮沸,趁热过滤。将溶液煮沸的作用
是______________O
(2)步骤②中反应的化学方程式为______________________________
该反应需要在冰浴下进行,原因是__________________________。
(3)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸憎水、乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是
(4)制备过氧化钙的另一种方法是:将石灰石燃烧后,直接加入双氧水反应,过
滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是_____________________
产品的缺点是______O
[解析](1)步骤①中逐滴加入稀盐酸,至溶液中尚存有少量固体,该固体为
CaCO3,溶液中含有CaCI2,由于溶解了生成的CO2,溶液呈弱酸性。将溶液
煮沸,可排出溶解的C02,防止与后续加入的氨水及生成的CaO2反应。(2)滤
液中含有CaCI2,加入氨水和双氧水在冰浴条件下反应,经过滤得到白色晶体
(CaO2),结合元素守恒推知步骤②中反应还生成NH4CI和H2。,化学方程式
为CaCI2+2NH3H2O+H2O2+6H2O===CaO2-8H2Ol+2NH4cl或CaCI2
+2NH3H2O+H2O2===CaO2l+2NH4CI+2H2OoH2O2不稳定,受热易
分解生成H20和02,故该反应在冰浴条件下进行,其目的是防止H2O2受热
分解。(3)过氧化钙微溶于水,能溶于酸,白色结晶(Ca02)可依次使用蒸储水、
乙醇洗涤,使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。(4)将石灰石燃烧后,直
接加入双氧水反应,过滤后可得到过氧化钙产品。与第一种方法相比,其优点是
工艺简单、操作方便;产品的缺点是纯度较低。
[答案]Q)酸除去溶液中的C02(2)CaCI2+2NH3-H2O+H2O2+
6H2O===CaO2-8H2Ol+2NH4cl或CaCI2+2NH3H2O+H2O2===CaO2
1+2NH4CI+2H2O温度过高时双氧水易分解(3)去除结晶表面水分(4)工
艺简单、操作方便纯度较低
2.(2013・全国卷口)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化
工业级氧化锌[含有Fe(U)、Mn(n)、Ni(n)等杂质]的流程如下:
稀硫酸、皿.,亦调PH约为5过滤
工业11—亍f位出液适量高镒酸钾溶液,一"德液
②
Zn过滤、a2cO3过滤煨烧
丁一滤液一万一一滤饼/Zn0
提示:在本实验条件下,不能被氧化;高镒酸钾的还原产物是
Ni(H)MnO2o
回答下列问题:
(1)反应②中除掉的杂质离子是发生反应的离子方程式为
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________/
在加高镒酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是______________0
(2)反应③的反应类型为过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有
___________________O
(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3-xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2g,城
烧后可得到产品8.1g,则x等于o
[解析]从分析整个流程图入手,明确每步发生的反应,从而解决相关问题。
(1)在反应②中,通过调节溶液的pH,高镒酸钾能将溶液中的Fe2+氧化为Fe3
+,将Mn2+氧化为MnO2而除去;若开始溶液的pH过低,Fe2+、Mn2+
将很难生成沉淀而除去。
(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2+、Ni2+、H+等,加入锌后可
将Ni置换出来,故滤渣中还含有金属银。
(3)反应④生成的沉淀为ZnC03,同时生成Na2SO4,若沉淀未洗涤干净,洗涤
液中应含有SOeq\o\al(2-,4)和Na+,故只要对洗涤液中是否含有SOeq
\o\al(2-,4)进行检验即可。
(4)燃烧过程中ZnCO3、Zn9H)2均发生分解反应生成ZnO,根据关系式
ZnCO3-xZn(OH)2~(x+l)ZnO,可彳导eq\f(125+99x,81x+1)=eq
\f(11.2g,8.1g),故x=l。
[答案]Q)Fe2+和Mn2+MnOeq\o\al(-,4)+3Fe2++
7H2O===3Fe(OH)3l+Mn02l+5H+,2MnOeq\o\al(-,4)+3Mn2++
2H2O===5MnO21+4H+铁离子和镒离子不能生成沉淀,从而无法除去铁
和镒杂质
(2)置换反应镇
(3)取少量水洗液于试管中,滴入1~2滴稀硝酸,再滴入硝酸钢溶液,若无白色
沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净(4)1
3.高镒酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快。实验室可用软镒矿
(主要成分为Mn02)为原料制备高镒酸钾。其部分流程如图所示:
已知:①流程中所加软镒矿中含50gMnO2;②生成墨绿色浸出液的反应为:
KCIO3+3MnO2+6KOH===3K2MnO4+KCI+3H2Oo
回答下列问题:
Q)实验中采用铁用埸而不是瓷土甘埸的原因是__________________。
(2)通入CO2,可使MnOeq\o\al(2-,4)发生反应,生成MnOeq\o\al(-,4)
及MnO2,写出该反应的离子方程式:
若通入CO2太多,则在加热浓缩时,会有晶体和KMnO4晶体一起析
出。
(3)在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高,其原因是__________;
趁热过滤的目的是____________;加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是
洗涤KMnO4晶体用冷水洗涤较好的原因是.
⑷计算12.25gKCI03固体经过上述转化最多可制得KMnO4的质量为_(结
果保留一位小数)。
[解析]⑴瓷珀堪的主要成分中含有SiO2,KOH熔融时会与Si02反应,因此
选择铁t甘堪。(2)通入C02时,一部分MnOeq\o\al(2-,4)被氧化成MnOeq
\o\al(-,4),另一部分MnOeq\o\al(2-,4)被还原成MnO2;若通入C02太
多,则有KHCO3生成。(3)在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高,
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