题型二化学工艺流程题

题型二化学工艺流程题高考题型突破重难考向剖析题型强化训练··题型特点

本题型以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离、提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理、紧扣信息、抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，能较好地考查学生信息获取能力、分析问题能力、语言表达能力和计算能力等。重难考向剖析【答案】

(1)①100℃、2h，90℃、5h②FeTiO3＋4H＋＋4Cl－=Fe2＋＋TiOCl42-＋2H2O③低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降(2)①将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋

H2O2

②SiO2(或H2SiO3)

SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)③防止胶体生成，易沉淀分离Al(OH)3

Fe(OH)3(3)①Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径

②Fe3O4

SiO2和CaSO4

③将Fe2＋氧化成Fe3＋使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物而除去

④(七水)硫酸镁【解析】(1)①由图示知，在“酸浸”时，浸出率为70%时的条件为100℃、2h或90℃、5h。②利用信息知，“酸浸”时FeTiO3与HCl反应生成TiOCl42-，然后结合原子守恒、电荷守恒可得反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－=Fe2＋＋TiOCl42-＋2H2O。③当低于40℃时，随温度升高，反应速率加快，故温度低于40℃时，相同时间内，随温度升高TiO2·xH2O转化率升高；当超过40℃时，H2O2易分解、氨水易挥发，所以当温度高于40℃时，H2O2的分解与氨水的挥发使TiO2·xH2O转化反应速率下降，在相同时间内，TiO2·xH2O转化率下降；因此，在40℃时TiO2·xH2O转化率最高。(2)①Fe3＋在pH较小时容易沉淀，所以加入HNO3的目的是将溶解液中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋

时不会引入杂质，故可利用H2O2来替代HNO3作氧化剂氧化Fe2＋。②根据水泥的成分和相关的反应可知，沉淀为不溶于盐酸、硝酸的SiO2；SiO2与弱酸HF反应的化学方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。③加氨水能使金属阳离子生成氢氧化物沉淀，加热能使生成的微量胶体聚沉，故加氨水过程中加热的目的是防止胶体生成，易沉淀分离；加氨水前滤液中有四种金属阳离子，它们形成的碱的碱性由弱到强的顺序是Fe(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2、Ca(OH)2，因此加热生成沉淀的主要成分是前两种：Fe(OH)3、Al(OH)3。(3)①根据题干表述及流程图知硫酸酸浸铁硼矿过程中，与Mg2B2O5·H2O反应的产物应有H3BO3、MgSO4；铁硼矿与硫酸的反应为固液反应，为提高反应速率可通过升高温度、增大溶液浓度、增大固体表面积(粉碎矿石)、搅拌等措施。②Fe3O4俗名磁性氧化铁，可利用其磁性从滤渣中分离，剩余固体为SiO2和CaSO4。③Fe2＋沉淀所需溶液pH较大，Fe3＋沉淀所需溶液pH较小，可加入H2O2将Fe2＋转化为Fe3＋后调节pH，使之沉淀除去。④从流程图看，铁硼矿中的Fe3O4、Fe2O3、FeO、Al2O3和SiO2等杂质经过前几次操作均已被除去，剩余含MgSO4和硼酸的溶液，会有MgSO4·7H2O晶体混杂在硼酸中。解题策略1．化工生产的一般工艺流程(1)原料预处理的几种常用方法研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率水浸使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中酸浸使金属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液，不溶物通过过滤除去碱浸除去油污、溶解酸性氧化物(如二氧化硅)、铝及其氧化物等醇浸对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质加热煮沸排除溶液中溶解的气体(2)反应条件控制调pH确保“某离子”完全形成氢氧化物沉淀，防止“另外离子”的沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋(或OH－)反应，使溶液的pH增大(或减小)；②不引入新的杂质升温加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等降温防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动控温温度过高，物质会分解或挥发；温度过低，物质无法挥发或者反应速度慢控制压强改变反应速率，影响化学平衡趁热过滤“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶析出。趁热过滤的目的：一是提高纯度，二是减少结晶损失加入物质加沸石或碎瓷片：防止液体暴沸；加有机溶剂：萃取某些物质，或降低某些物质的溶解度冰水洗涤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【答案】

(1)2OH－＋SO2=SO32-＋H2O

SO32-与Ca2＋生成CaSO3沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成(2)①CO(NH2)2＋H2OCO2＋2NH3

②8NH3＋6NO27N2＋12H2O③2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O=2(NH4)2SO4(3)①V2O5＋2H＋=2VO2+＋H2O

SiO2

②2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑【解析】(1)SO2遇碱反应生成亚硫酸盐和水。Na2SO3电离出SO32-，SO32-与Ca2＋结合生成CaSO3沉淀，平衡正向移动，生成NaOH。(2)①反应物为尿素和水，产物为NH3和CO2；②NH3与NO2反应生成N2和H2O；③根据产物(NH4)2SO4，该反应原理可以理解为SO2与O2反应生成SO3，SO3与氨水反应生成(NH4)2SO4，或者SO2与氨水反应生成(NH4)2SO3，(NH4)2SO3再被O2氧化为(NH4)2SO4，类似于酸雨的形成过程。(3)①“酸浸”时V2O5与硫酸反应，转化为VO2+，V的化合价不变，离子方程式为V2O5＋2H＋=2VO2+＋H2O。“酸浸”时SiO2与硫酸不反应，而其他物质与硫酸反应或溶于硫酸，故“废渣1”为SiO2；②NH4VO3中V为＋5价，“煅烧”时生成V2O5，V的化合价不变，则为非氧化还原反应，故化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。解题策略分析题给流程中反应物，什么条件下反应，生成了什么物质；根据化合价变化规律或元素守恒确定其他生成物；结合氧化还原反应规律或其他，配平并完成方程式的书写。1．碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图G2­7：

专题强化训练图G2­7

已知部分阳离子以氧氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表。Fe3＋Fe2＋Al3＋pH(开始沉淀)2.37.53.4pH(完全沉淀)3.29.04.4

回答下列问题：(1)碱式硫酸铁能够净水的原因是_________________。(2)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，使溶液中的________沉淀。(3)假设沉淀完全时溶液中金属离子的浓度为1.0×10－5mol·L－1，试估算Ksp[Fe(OH)2]＝________。(4)反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子，该反应的离子方程式为____________。(5)实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2以减少NaNO2的用量，若参与反应的O2体积为11.2L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为________。(6)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2＋及NO，某同学根据提供的试剂设计实验检验所得产品中不含Fe2＋，含有SO42-，可供选择的试剂如下：A．新制氯水B．0.1mol·L－1KSCN溶液C．10%NaOH溶液D．20%HNO3溶液E．0.05mol·L－1酸性KMnO4溶液F．0.1mol·L－1BaCl2溶液请你帮助该同学完成实验，将相关项目填入表中：实验操作现象结论取适量产品于洁净烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌，静置，滤去沉淀得红棕色溶液溶液中含有Fe3＋__________________________溶液中不含Fe2＋__________________________溶液中含有SO42-

(7)为测定含Fe2＋和Fe3＋溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H2O2，调节pH＜2，加热除去过量H2O2；加入过量KI充分反应后，加少量淀粉，再用0.1000mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。已知：2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2，I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-。则溶液中铁元素的总含量为________g·L－1。【答案】

(1)Fe3＋能水解生成吸附能力较强的胶体(2)Al3＋

(3)10－15(4)2H＋＋Fe2＋＋NO2-=Fe3＋＋NO↑＋H2O

(5)2mol(6)(7)5.6【解析】废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑、Al2O3＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2O、Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe2(SO4)3＋Fe=3FeSO4，然后加入NaHCO3并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al3＋＋3HCO3-=Al(OH)3↓＋3CO2↑，所以滤渣中成分是Al(OH)3，过滤得到硫酸亚铁溶液，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性条件下，NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发取少量溶液于试管中，滴加0.05mol/L的酸性高锰酸钾溶液溶液不褪色

溶液中不含Fe2＋取少量溶液于试管中，滴加0.1mol/L的氯化钡溶液，再加入20%稀硝酸溶液有白色沉淀生成，加稀硝酸后沉淀不溶解溶液中含有SO42-

浓缩、过滤得到碱式硫酸铁。(1)铁离子水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，所以氢氧化铁胶体能吸附水中的悬浮物而净水。(2)过量废铁屑溶于稀硫酸得FeSO4、Al2(SO4)3混合溶液，根据表中数据可知，向混合溶液中加入少量NaHCO3，沉淀Al3＋而不沉淀Fe2＋，反应方程式为Al3＋＋3HCO3-=Al(OH)3↓＋3CO2↑，所以加入碳酸氢钠调节溶液pH除去Al3＋。(3)亚铁离子完全沉淀时溶液的pH＝9.0，则溶液中c(OH－)＝10－5mol/L，Ksp[Fe(OH)2]＝c(Fe2＋)·c2(OH－)＝10－5×(10－5)2＝10－15。(4)酸性条件下，亚硝酸根离子和亚铁离子发生氧化还原反应生成铁离子和NO，离子方程式为2H＋＋Fe2＋＋NO2-=Fe3＋＋NO↑＋H2O。(6)亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，其操作为取少量溶液于试管中，滴加0.05mol/L的酸性高锰酸钾溶液，如果溶液不褪色，就说明原来产品中不含亚铁离子；用氯化钡溶液检验硫酸根离子，硫酸钡不溶于稀硝酸，其操作为取少量溶液于试管中，滴加0.1mol/L的氯化钡溶液，有白色沉淀生成，再加入20%稀硝酸溶液，白色沉淀不溶解，就说明溶液中含有SO42-。(7)根据2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2、I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-知，存在Fe3＋～S2O32-，设加入H2O2后溶液中Fe3＋的物质的量为n。Fe3＋～S2O32-1

1n

0.1000mol·L－1×0.020L1∶1＝n∶(0.1000mol·L－1×0.020L)n＝0.1000mol/L×0.020L＝0.002mol，m(Fe)＝0.002mol×56g/mol＝0.