2023届新高考新教材化学鲁科版一轮专项提能特训二　学会拆分化工流程题解一通百

专项提能特训二学会拆分化工流程题解一通百1．化工流程题题图解读(1)读流程图①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。(2)解题要点①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步的反应条件、原理及物质成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理；c.生产要求及反应条件；d.有关产率、产量及组成的计算；e.绿色化学。2．化工流程题常见答题方向工艺操作(结果)目的评价(或操作名称)方法措施研磨(粉碎)增大接触面积，加快反应(溶解)速率煅烧(焙烧)矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质水浸利用水溶性把物质进行分离酸浸(碱浸)利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子控制条件调节溶液pH某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解控制温度加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等增大某反应物用量增大另一反应物的转化率(产率)某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度分离提纯不相溶液体分液相溶性液体蒸馏难溶性固体过滤易溶性固体蒸发浓缩、冷却结晶趁热过滤防止温度降低，某物质析出冰水洗涤减少晶体的溶解损失乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失[典例]磷酸铁锂(LiFePO4)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。某企业利用富铁浸出液生成磷酸铁锂，开辟了处理硫酸亚铁废液一条新途径。其主要流程如下：已知：H2TiO3是种难溶于水的物质。(1)钛铁矿用浓硫酸处理之前，需要粉碎，其目的是。(2)TiO2＋水解生成H2TiO3的离子方程式为。(3)加入NaClO发生反应的离子方程式为。(4)在实验中，从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，应如何操作。(5)为测定钛铁矿中铁的含量，某同学取经浓硫酸等处理的溶液(此时钛铁矿中的铁已全部转化为二价铁离子)，采取KMnO4标准液滴定Fe2＋的方法：(不考虑KMnO4与其他物质反应)在滴定过程中，若未用标准液润洗滴定管，则使测定结果(填“偏高”“偏低”或“无影响”)，滴定终点的现象是。滴定分析时，称取ag钛铁矿，处理后，用cmol/LKMnO4标准液滴定，消耗VmL，则铁元素的质量分数的表达式为。[析图]工艺流程解读如下：[信息处理]钛铁矿用浓硫酸处理后得到含Fe2＋、SOeq\o\al(2－,4)、TiO2＋的溶液，水解后得到钛酸沉淀，再对滤液进行处理得到目标产物磷酸铁锂(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固体与溶液反应时的接触面积，加快反应的进行；(2)根据水解规律，TiO2＋水解生成H2TiO3和H＋；(3)酸性条件下ClO－将Fe2＋氧化为Fe3＋，ClO－被还原成Cl－；(4)滤液浑浊，说明过滤器损坏，应换上新过滤器后，重新过滤；(5)如果未用标准液润洗滴定管，会导致标准液被稀释，消耗KMnO4标准液体积偏大，使测定结果偏高；当滴定达终点时，滴加最后一滴KMnO4标准液，溶液变成紫红色，且半分钟内不褪色，根据电子得失守恒进行计算解答。[解析](1)将钛铁矿粉碎，可以增大表面积，增大浓硫酸的接触面积，加快反应速率；(2)TiO2＋水解生成H2TiO3，同时生成氢离子，反应离子方程式为：TiO2＋＋2H2O=H2TiO3↓＋2H＋；(3)ClO－具有强氧化性，将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Cl－，酸性条件下，同时生成水，反应离子方程式为：ClO－＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O；(4)从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，需要更换过滤器，重新过滤；(5)如果未用标准液润洗滴定管，会导致标准液被稀释，消耗KMnO4标准液体积偏大，使测定结果偏高；当滴定达终点时，滴加最后一滴KMnO4标准液，溶液变成紫红色，且半分钟内不褪色。由MnOeq\o\al(－,4)～5Fe2＋知，w(Fe)＝eq\f(cV×10－3×5×56,a)×100%＝eq\f(28cV,a)%。[答案](1)增大固体的表面积，加快化学反应速率(2)TiO2＋＋2H2O=H2TiO3↓＋2H＋(3)ClO－＋2Fe2＋＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O(4)换上新的过滤器，将浑浊滤液重新过滤(5)偏高滴加最后一滴KMnO4标准液，溶液变成紫红色，且在半分钟内不褪色为止eq\f(28cV,a)%1．废钒催化剂的主要成分为V2O5、V2O4、K2SO4、Al2O3、SiO2、Fe2O3。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。下图为废钒催化剂回收工艺路线：已知：①酸浸时，V2O5、V2O4分别转化为VOeq\o\al(＋,2)，VO2＋②“离子交换”和“洗脱”过程可简单表示为4ROH＋V4Oeq\o\al(4－,12)eq\o(,\s\up7(离子交换),\s\do5(洗脱))R4V4O12＋4OH－(ROH为阴离子交换树脂)(1)酸浸时需要粉碎废钒催化剂，目的是。(2)写出酸浸时V2O4的转化反应方程式。废渣1的主要成分是(填化学式)。(3)氧化时加入0.1molKClO3，理论上能氧化mol的VO2＋。(4)为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈(填酸性或碱性)。(5)已知沉钒时溶液中产生钒酸铵沉淀(NH4VO3)，写出煅烧时的化学反应方程式：。解析：(1)根据影响化学反应速率的因素可知，酸浸时需要粉碎废钒催化剂，目的是加快浸取速率，提高浸取率。(2)酸浸时V2O4转化为VO2＋，反应方程式V2O4＋4H＋=2VO2＋＋2H2O。酸浸时，只有SiO2不溶于硫酸，废渣1的主要成分是SiO2。(3)加入氧化剂KClO3把VO2＋氧化为VOeq\o\al(＋,2)，氯元素化合价由＋5降低为－1，V元素化合价由＋4升高为＋5，根据电子守恒，氧化时加入0.1molKClO3，理论上能氧化0.6mol的VO2＋。(4)4ROH＋V4Oeq\o\al(4－,12)eq\o(,\s\up7(离子交换),\s\do5(洗脱))R4V4O12＋4OH－，根据平衡移动原理，为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈碱性；(5)煅烧NH4VO3分解为V2O5、氨气、水，反应的化学反应方程式为2NH4VO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())V2O5＋H2O＋2NH3↑。答案：(1)加快浸取速率，提高原料浸取率(2)V2O4＋4H＋=2VO2＋＋2H2OSiO2(3)0.6(4)碱性(5)2NH4VO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())V2O5＋H2O＋2NH3↑2．高纯硝酸锶[Sr(NO3)2]可用于制造信号灯、光学玻璃等。工业级硝酸锶含硝酸钙、硝酸钡等杂质，提纯流程如下：已知：①“滤液1”的主要溶质是Ca(NO3)2；“滤渣1”的成分为Ba(NO3)2、Sr(NO3)2；“滤渣2”的主要成分为BaCrO4(杂质不与硝酸反应)。②铬酸(H2CrO4)为弱酸。(1)“酸浸”不能采用高温的原因是。(2)相对于水洗，用浓HNO3洗涤的优点是。(3)“滤液2”中过量的H2CrO4被N2H4还原为Cr3＋，同时放出无污染的气体，写出反应的离子方程式：。(4)在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，常温下，Cr(OH)3的溶度积Ksp＝1.0×10－32，当c(Cr3＋)降至1.0×10－5mol/L，认为Cr3＋已经完全沉淀。现将还原后溶液的pH调至4，此时Cr3＋是否沉淀完全？(列式计算)。(5)已知Cr(OH)3类似Al(OH)3，还原后溶液的pH不能大于8的原因是(结合离子方程式说明理由)。(6)为了测定“滤渣2”中BaCrO4的含量，进行以下实验：①判断Ba2＋完全沉淀的方法：。②“滤渣2”中BaCrO4的质量分数为(用代数式表示)。解析：(1)浓HNO3易挥发和分解，“酸浸”不能采用高温的原因是避免浓HNO3挥发和分解。(2)根据同离子效应，硝酸锶在浓HNO3中比在水中溶解度小，用浓HNO3洗涤可减少硝酸锶溶解而造成的损失。(3)“滤液2”中过量的H2CrO4被N2H4还原为Cr3＋，同时产生一种无污染的气体——氮气，根据得失电子守恒和原子守恒，离子方程式为4H2CrO4＋3N2H4＋12H＋=4Cr3＋＋3N2↑＋16H2O。(5)已知Cr(OH)3类似Al(OH)3，Cr(OH)3在碱性溶液中会发生反应Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2O而溶解，所以还原后溶液的pH不能大于8。(6)①硝酸钡溶液和Na2SO4溶液反应生成硫酸钡和硝酸钠，所以判断Ba2＋完全沉淀的方法是静置，向上层清液中继续滴加Na2SO4溶液，上层清液中无白色沉淀生成。②设“滤渣2”中BaCrO4的质量为xBaCrO4～BaSO4253233xng×5eq\f(253,x)＝eq\f(233,5ng)，解得x＝eq\f(1265n,233)g。所以“滤渣2”中BaCrO4的质量分数为eq\f(\f(1265n,233),mg)×100%＝eq\f(1265n,233m)×100%。答案：(1)避免浓HNO3挥发和分解(2)减少Sr(NO3)2溶解而造成的损失(3)4H2CrO4＋3N2H4＋12H＋=4Cr3＋＋3N2↑＋16H2O(4)c(OH－)＝10－10mol/L时，c(Cr3＋)＝eq\f(1.0×10－32,1.0×10－103)mol/L＝1.0×10－2mol/L>1.0×10－5mol/L，此时Cr3＋没有沉淀完全(5)pH大于8时，Cr(OH)3会溶解，Cr(OH)3＋OH－=CrOeq\o\al(－,2)＋2H2O(6)①静置，向上层清液中继续滴加Na2SO4溶液，上层清液中无白色沉淀生成②eq\f(1265n,233m)×100%3．镍废料中主要含有Ni，还含有少量的Cu、Fe等。现从中制取Ni2O3，其可用于制造人造卫星、宇宙飞船的高能电源，也可用于制造镉镍碱性电池。以镍废料为原料制备Ni2O3的工艺流程如图所示：已知常温下0.010mol/L的金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如表所示：Fe3＋Cu2＋Ni2＋开始沉淀pH3.05.07.4完全沉淀pH4.06.59.0回答下列问题：(1)“酸浸”时参与反应的H2SO4与HNO3的物质的量之比保持为3∶2，此时镍单质被氧化为NiSO4，发生反应的化学方程式为。(2)加入碳酸钙调pH的目的是，“沉渣2”的主要成分是(填化学式)，必须先过滤“沉渣1”后再进行“除Cu”的原因是。(3)用离子方程式解释加入NH4F“除Ca”的过程：。(4)“操作B”是，煅烧时产生的两种气体是。(5)向NiO中加入盐酸，待NiO完全溶解后，需要加入NaOH溶液和NaClO溶液，加入NaOH溶液和NaClO溶液发生反应的离子方程式为。(6)根据题中表格数据，计算当0.010mol/LNiSO4溶液中Ni2＋完全沉淀时，c(Ni2＋)＝mol/L。解析：(1)根据“酸浸”时参与反应的H2SO4与HNO3的物质的量之比保持为3∶2，结合工艺流程图知Ni单质被氧化为NiSO4，则HNO3被还原成NO，化学方程式为3Ni＋3H2SO4＋2HNO3eq\o(=,\s\up7(70～80℃))3NiSO4＋2NO↑＋4H2O。(2)加入碳酸钙，CaCO3与H＋反应，会使溶液pH增大，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3而除去；“沉渣2”是“除Cu”过程中得到的滤渣，因Cu2＋＋H2S=CuS↓＋2H＋，故“沉渣2”的主要成分是CuS；必须先过滤“沉渣1”后再进行“除Cu”的原因是“除