2020年高考化学二轮复习专题10化工流程大题教案

专题10化工流程大题近几年高考常以含金属元素(Fe、Cu、Ti、Cr、Mn、W、V、Co等)的陌生物质为载体，将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并依照生产流程中相关的化学知识进行设问，观察物质的制备、分别提纯等基本实验原理及操作，陌生化学方程式的书写，产品纯度或产率的化学计算，化工生产合适条件的选择等。这类试题拥有较强的合用性和综合性，能观察考生解析问题和解决问题的能力，是近几年高考的常考题型。工艺流程题的解题思路工艺流程题实际上是观察考生运用化学反响原理及相关知识来解决工业生产中实责问题的能力。解此类题目的基本思路：先粗读，从题干中获得适用信息，理清思路。先不用把每个环节的原理都搞清楚。针对问题再精读，解析细节，依照问题去研究某一步或某一种物质。要看清所问问题，不能够答非所问，并注意语言表达的规范性。工艺流程题的解题方法明确目的，提取适用信息。经过阅读题头，认识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——化学反响方程式、物质的牢固性、物质的溶解性等。解析流程，弄清各步作用。对照解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虑：原料转变为产品的过程中依次进行了什么反响？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质可否要除掉，采用什么操作方法除掉？看清问题，正确规范作答。这一步很要点，历年的高考评卷解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质要求存在很大偏差。因此答题时要看清问题，不能够答非所问，要注意语言表达的科学性和正确性，如分清是要求回答实验操作名称还是详尽操作步骤。解工业流程题必备知识常用思虑方法。①反响原理；②提高原料利用率；③快速反响；④提高产率；⑤提高产品纯度；⑥绿色环保；⑦工业成本低。(2)控制反响条件。①调治

pH值的目的：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物积淀。调

pH值所加试剂：一般是含被提纯物质中的金属阳离子对应的金属、金属氧化物、金属氢氧化物或金属碳酸盐

(总之，这些物质要能与

H+反响，又难溶于水，这样可即使过分而又不会引入新的杂质离子

)，有时也可能加

NaOH或氨水来调pH值，要据题意详尽解析(一般是加的Na+、NH4+不会在后续的程序中难以分别)。pH值的调治范围：据题建议告的某离子完好积淀或开始积淀的pH值数据来选择，不能够随意更正，应该是题目中原始数据的组合。物质的分别和提纯的方法。①结晶(重结晶)；②过滤；③趁热过滤；④冲洗(水洗，冰水冲洗，醇洗)；⑤蒸馏：液、液分别(主要仪器：蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接收)；⑥蒸发(实验仪器：蒸发皿、铁架台、玻璃棒、坩埚钳、酒精灯)；⑦萃取；⑧分液(主要仪器：分液漏斗)；⑨升华；⑩盐析：加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。?灼烧：高温条件下固体物质的燃烧(主要仪器：坩埚)；?煮沸：目的平时是除掉溶解在水中的气体(平时为O2)，或是为了促使水解，聚沉后便于过滤分别。常有文字表达规范套路(重要)(1)如何进行滴定终点的判断？答：

当滴入最后一滴标准液时，溶液颜色由××颜色变为

##颜色，且半分钟内不恢还原色。

(注：只写“变色”或“褪色”不得分

)(2)冲洗积淀的方法：往漏斗中加入蒸馏水至没过积淀物，待水自然流下后，重复以上操作

2～3次。(3)检验积淀可否冲洗干净的方法：取最后一次的冲洗液，滴加××试剂

(可与杂质的某些离子发生沉淀反响

)，若是没有积淀生成，说明积淀冲洗干净；否则说明积淀未冲洗干净。

(注：这类情况由于离子浓度较低，应该采用反响矫捷的特点反响。此时一般不用焰色反响实验检验)。检验积淀可否完好的方法：静置，向上层清液中连续滴加××试剂，若没有积淀生成，说明积淀完好；若出现积淀则说明积淀未完好。如何进行萃取操作？答：在分液漏斗中加溶液和萃取剂，右手堵住漏斗上口塞，左手握活塞，倒转用力振荡，放气，正立放铁圈上静置。主要观察方面：一、以物质制备为目的的化学工艺流程1．原料办理阶段的常有观察点加快反响速率溶解：平时用酸溶。如用稀硫酸、盐酸、浓硫酸等。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．分别提纯阶段的常有观察点(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积淀。如若要除掉Al3＋2＋溶液中含有的、MgFe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。②调治pH所需的物质一般应满足两点：一能与H＋反响，使溶液pH增大；二不引入新杂质。比方，若要除掉Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调治溶液的pH。加热：加快反响速率或促使平衡向某个方向搬动。若是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；还如同H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。降温：防范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搬动。3．获得产品阶段的常有观察点冲洗(冰水、热水)：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在冲洗过程中的溶解耗费；乙醇冲洗既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的耗费。(2)蒸发时的气体氛围控制水解：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。蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混杂溶液，若将混杂溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主若是K2Cr2O7，这样即可分别出大部分K2Cr2O7；同样原理可除掉KNO3中的少许NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混杂溶液，若将混杂溶液蒸发一段时间，析出的固体主若是NaCl，同样原理可除掉NaCl中的少许KNO3。例1Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材

料，可利用钛铁矿

(主要成分为

FeTiO3，还含有少许MgO、SiO2等杂质)来制备。工艺流程以下：回答以下问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果以下列图。由图可知，当铁的浸出率为件为__________________________。

70%时，所采用的实验条(2)“酸浸”后，钛主要以2－形式存在，写出相应反响的离子方程式：________。TiOCl4(3)TiO2·xH2O积淀与双氧水、氨水反响40min所得实验结果以下表所示：温度/℃3035404550TiO2·xH2O转变率/%9295979388解析40℃时TiO2·xH2O转变率最高的原因______________________________。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。(5)若“滤液②”中2＋－1，加入双氧水和磷酸3＋恰好c(Mg)＝0.02mol·L(设溶液体积增加1倍)，使Fe积淀完好即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5－1342积淀生成？_______________(列式mol·L，此时可否有Mg(PO)计算)。FePO、Mg(PO)的K分别为1.3×10－22－24。2、1.0×10434sp(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：__________________。[学审题析题]【答案】(1)100℃、2h,90℃、5h(2)FeTiO＋＋4Cl－2＋＋TiOCl2－＋2HO342(3)低于40℃，TiO·xHO转变反响速率随温度高升而增加；高出40℃，双氧水分解与氨气逸出以致22TiO2·xH2O转变反响速率下降(4)43＋3－1.3×10－22－1－17－132＋23－(5)Fe恰好积淀完好时，c(PO4)＝1.0×10－5mol·L＝1.3×10mol·L，c(Mg)·c(PO4)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40<Ksp[Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2积淀高温(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4=====2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O例2重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程以下列图：回答以下问题：步骤①的主要反响为：高温FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3――→Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2上述反响配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能够使用陶瓷容器，原因是______________________________________________________。滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是____________(用离子方程式表示)。相关物质的溶解度以下列图。向“滤液3”中加入合适KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤获得KCrO固体。冷却到________(填标号)获得的KCrO固体产品最多。227227a．80℃b．60℃c．40℃d．10℃步骤⑤的反响种类是________________。某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7，最后获得产品m2kg，产率为________________。【答案】(1)2∶7陶瓷在高温下会与Na2CO3反响(2)FeAl(OH)3(3)小2－＋2－＋H2O2CrO4＋2H2O7(4)d复分解反响190m2×100%147m1【解析】(1)1molFeO·Cr2O参加反响共失去7mol电子，而1molNaNO参加反响获得2mol电子，33依照得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反响，因此该步骤二、以分别提纯为目的的化学工艺流程物质分别提纯的原则不增：不引入新的杂质。不减：不减少被提纯的物质。易分别：被提纯物与杂质易于分别。易还原：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掉可溶性杂质酸溶法除掉碱性杂质碱溶法除掉酸性杂质氧化剂或还原剂法除掉还原性或氧化性杂质加热灼烧法除掉受热易分解或易挥发的杂质调治溶液的pH法如除掉酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等3．常用的分别方法过滤分别难溶物和易溶物，依照特别需要采用趁热过滤也许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样提取分别物质，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KNO、3冷却结晶324242FeCl、CuCl、CuSO·5HO、FeSO·7HO等蒸馏或分馏分别沸点不同样且互溶的液体混杂物，如分别乙醇和甘油利用气体液化的特点分别气体，如合成氨工业采用冷却法分别平衡混杂气体冷却法中的氨气例3.以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既防范污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2＜1数/%以下是一种废钒催化剂回完工艺路线：回答以下问题：＋(1)“酸浸”时V2O5转变为VO2，反响的离子方程式为________________________________________________________________________，242＋同时VO转变为VO。“废渣1”的主要成分是________。(2)“氧化”中欲使2＋＋KClO最少为________mol。23(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124－形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4－离子交换－4ROH＋V4O12洗脱R4V4O12＋4OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。“流出液”中阳离子最多的是________。“沉钒”获得偏钒酸铵(NH4VO3)积淀，写出“煅烧”中发生反响的化学方程式________________________________________________________________________。[学审题析题]【答案】＋＋(1)V2O5＋2H===2VO＋H2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K＋高温3(6)2NH4VO3=====V2O5＋H2O＋2NH↑例4.污染物的有效去除和资源的充分利用是重要的研究课题。某化学研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少许铁、铝、铜、镍等金属的化合物)作脱硫剂，经过以下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池资料MnO2(反响条件已略去)。请回答以下问题：若将SO2气体通入以下溶液中，会褪色的是________(填字母)。A．品红溶液B．紫色石蕊溶液C．酸性KMnO溶液D．溴水4(2)用MnCO3能除掉溶液中的Al3＋和Fe3＋，其原因是_____________________________。(3)分别写出MnS除掉溶液中的Cu2＋和Ni2＋的离子方程式：_______________________、________________________。(4)写出KMnO4和MnSO4溶液反响生成MnO2的化学方程式：____________________。(5)若要制得硫酸锰晶体(MnSO·HO，相对分子质量为169)，能够将除杂后获得的MnSO溶液经过424__________(填操作名称)而制得。【答案】(1)ACD耗资溶液中的酸，使Fe3＋和Al3＋水解生成氢氧化物积淀2＋2＋(3)MnS＋Cu===CuS＋Mn2＋2＋MnS＋Ni===NiS＋Mn(4)2KMnO4＋3MnSO4＋2H2O===5MnO2↓＋K2SO4＋2H2SO4蒸发浓缩、冷却结晶、过滤例5以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO·7HO的过程以下列图：42硼镁泥的主要成分以下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%～40%20%～25%5%～15%2%～3%1%～2%1%～2%回答以下问题：“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是___________、__________________。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是______________________________。(4)分别滤渣3应趁热过滤的原因是____________________________________。【答案】(1)H2SO4SiO2(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋调治溶液pH，使Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式积淀除去(3)取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完好(4)防范MgSO·7HO结晶析42出例6“分子筛”是一种拥有多孔结构的铝硅酸盐(NaAlSiO4·nH2O)，其中有好多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子经过而将大的分子留在外面，故此得名。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备“分子筛”的一种工艺以下：(1)分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na＋被Ca2＋代替时就制得5A型分子筛，当Na＋被K＋代替时就制得3A型分子筛。要高效分别正丁烷(分子直径为4.65A)和异丁烷(分子直径为5.6A)应该采用________型的分子筛。(2)铝灰在90℃时水解的化学方程式为____________________________；“水解”采用90℃而不在室温下进行的原因是_________________________________。(3)“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为__________，原因是_____________。“氧化”时，发生的主要反响的离子方程式为____________________________。该工艺中滤渣的成分是________。“胶体”调理pH后过滤所得“晶体”需清洗，如何证明该晶体已经清洗干净？_________________。【答案】(1)5A℃(2)AlN＋3H2O=====Al(OH)3＋NH3↑加快AlN水解反响速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出盐酸电解时生成的氢气和氯气能够制备盐酸(4)2Fe2＋＋2H＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O(5)Fe(OH)3取最后一次冲洗液少许，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不能够产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则冲洗干净，否则未冲洗干净(或取最后一次冲洗液少许，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色积淀，则冲洗干净，否则未冲洗干净)例7PFS是水办理中重要的絮凝剂，以下列图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是________；PFS中铁元素的化合价为________；在酸浸槽中，为了提高浸出率，能够采用的措施有________________(写两条)。若废铁屑中含有许多铁锈(Fe2O3·xH2O)，则酸浸时反响的化学方程式有________________________。(3)若是反响釜中用H2O2作氧化剂，则反响的离子方程式为_______________；生产过程中，发现反响釜中产生了大量的气体，且温度明显高升，其原因可能是______________________。聚合釜中溶液的pH一定控制在必定的范围内。假如溶液酸性过强，造成的结果是____________________。若是溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁积淀。若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始积淀时，溶液的pH约为________。[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10－39]。【答案】(1)H2SO4＋3加热、搅拌、多次浸取等(2)Fe2O3·xH2O＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋(3＋x)H2O、Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋3＋＋2HOHO与Fe2＋HO过多，且生成的3＋能作HO分解的催化剂，===2Fe的反响为放热反响，加入的Fe2222222H2O2发生分解反响，生成了O2(4)影响Fe3＋－的结合(合理答案均可)1与OH【解析】(1)絮凝剂是硫酸盐，制备时不能够引入杂质，要用硫酸酸浸；依照[Fe2(OH)x(SO4)3－x/2]y中各元素正负化合价的代数和为0，得铁的化合价为＋3。(2)Fe2O3·xH2O和Fe均与硫酸反响。(4)Fe3＋＋3H2H)3＋3H＋，酸性过强，Fe3＋水解平衡逆向搬动，不利于Fe(OH)3的生成；若溶液中Fe3＋的浓度为1mol·L－1，当Fe3＋开始积淀时，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－39＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，则1.0×10－39＝1mol·L－1×c3(OH－)，解得c(OH－)＝10－13mol·L－1，则c(H＋)＝0.1mol·L－1，因此pH＝1。例8醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程图以下：相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性以下表：金属离子开始积淀的pH积淀完好的pH物质20℃时溶解性(H2O)Fe3＋1.13.2CaSO4微溶Fe2＋5.88.8NiF2可溶Al3＋3.05.02难溶CaFNi2＋6.79.5NiCO3Ksp＝9.60×10－6(1)调治pH步骤中，溶液pH的调治范围是____________。(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、________。(3)写出氧化步骤中加入HO发生反响的离子方程式：___________________________。22(4)酸浸过程中，1molNiS失去6A个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反响的化学方程式：N______________________________________。(5)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0mol·L－1，欲使100mL该滤液中的Ni2＋积淀完好[c(Ni2＋)≤10－5mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(保留小数点后1位有效数字)保持其他条件不变，在不同样温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最正确温度与时间分别为________℃、________min。【答案】(1)5.0≤pH＜6.7(2)SiO2、CaSO4CaF22＋＋3＋＋2HO(3)2Fe＋HO＋2H===2Fe222(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O(5)31.4(6)70120NO，依照得失电子守恒、原子守恒可写出反响的化学方程式。(5)Ni2＋积淀完好时溶液中2－c(CO3)＝Ksp39.60×10－6－1－1c2＋＝10－5＝0.96mol·L，故需要加入Na2CO3的质量最少为[0.96mol·L×0.1L＋(2.0mol·L－1－10－5mol·L－1)×0.1L]×106g·mol－1＝31.4g。例9硫酸锌可用于制造锌钡白、印染媒染剂等。用锌白矿(主要成分为ZnO，还含有FeO、CuO、SiO232等杂质)制备ZnSO·7HO的流程以下：42相关金属离子生成氢氧化物积淀的pH(开始积淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算)如表所示：金属离子开始积淀的pH积淀完好的pHFe3＋1.13.2Fe2＋5.88.8Zn2＋6.48.0“滤渣1”的主要成分为________(填化学式)。“酸浸”过程中，提高锌元素浸出率的措施有：合适提高酸的浓度、____________(填一种)。“置换”过程中，加入合适的锌粉，除与溶液中的Fe3＋、H＋反响外，另一主要反响的化学方程式为______________________________________。(3)“氧化”一步中，发生反响的离子方程式为________________________________。溶液pH控制在[3.2,6.4)之间的目的是____________________________________。“母液”中含有的盐类物质有____________(填化学式)。【答案】(1)SiO2粉碎锌白矿(或充分搅拌浆料、合适加热等)(2)Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4(3)3Fe2＋－＋＋MnO2＋7Zn2＋3＋积淀完好，而2＋不积淀＋MnO4＋7ZnO＋9H===3Fe(OH)3使FeZn(4)ZnSO4、K2SO4例10某科研小组采用以下方案回收一种光盘金属层中的少许Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。已知：①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO===2NaCl＋NaClO3②AgCl可溶于氨水：AgCl＋2NH3·H2＋＋Cl－＋2H2O3)2③常温时NH·HO(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH)＋：4Ag(NH)＋＋NH·HO===4Ag↓＋N↑＋22242332422＋＋4NH3↑＋H2O4NH“氧化”阶段需在80℃条件下进行，合适的加热方式为________________。(2)NaClO溶液与Ag反响的产物为AgCl、NaOH和O2，该反响的化学方程式为__________________________________。HNO3也能氧化Ag，从反响产物的角度解析，以

HNO3代替

NaClO的缺点是

___________________________________________。(3)为提高

Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行冲洗，并

_____________________。(4)若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反响容器中滴加

10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过分NaClO

与

NH3·H2O

反响外

(

该条件下

NaClO3

与

NH3·H2O

不反响

)

，还由于_