高考化学二轮复习配套文档第十二单元工艺流程综合题型研究word版有答案.docx
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高考化学二轮复习配套文档第十二单元工艺流程综合题型研究word版有答案
微专题十二 工艺流程综合题型研究
【知识网络】
(本专题对应学生用书第6472页)
【能力展示】
能力展示
1.(2013·新课标Ⅰ卷)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。
某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等。
充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+Li++e-LiC6。
现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资(部分条件未给出)。
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为 。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式:
。
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式:
;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是 。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式:
。
(5)充放电过程中发生LiCoO2与Li1-CoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式:
。
(6)上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是 。
在整个回收工艺中,可回收的金属化合物有 (填化学式)。
〖答案〗
(1)+3
(2)2Al+2OH-+2H2O2Al
+3H2↑
(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O2
2H2O+O2↑ 有氯气生成,污染较大
(4)CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O
(5)Li1-CoO2+LiC6LiCoO2+6C
(6)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
〖解析〗
(1)根据化合物化合价代数和为0,LiCoO2中Co元素的化合价为+3价。
(2)电池正极材料,有钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔等,“正极碱浸”即是铝和氢氧化钠溶液反应:
2Al+2OH-+2H2O2Al
+3H2↑。
(3)锂离子电池正极材料中的钴酸锂(LiCoO2),导电剂乙炔黑和铝箔经过碱浸后剩余LiCoO2,结合流程图中后面生成的是Li2SO4、CoSO4,“酸浸”发生的氧化还原反应的化学方程式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2
Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O2
2H2O+O2↑;若用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,氯离子被氧化会有氯气生成,污染较大。
(4)用NH4HCO3沉淀CoSO4生成CoCO3,结合质量守恒写出反应的化学方程式:
CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。
(5)由LiCoO2转化成Li1-CoO2得到电子,电极反应式为LiC6-e-6C+Li+,正极是Li1-CoO2得电子转化成LiCoO2,总的电池反应方程式
+LiC6LiCoO2+6C。
(6)放电时Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中,有利于锂在正极的回收。
在整个回收工艺中,可回收的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。
2.(2015·新课标Ⅰ卷)硼及其化合物在工业上有许多用途。
以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式:
。
为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的措施有 (写出两条)。
(2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。
“浸渣”中还剩余的物质是
(填化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 ;然后再调节溶液的pH约为5,目的是 。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。
(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原剂,其电子式为 。
(6)单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能的硼钢。
以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程:
。
〖答案〗
(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 粉碎铁硼矿、充分搅拌、适当升高温度等(任写两条)
(2)Fe3O4 SiO2和CaSO4
(3)氧化溶液中的Fe2+ 使溶液中的Al3+和Fe3+变成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀,然后除去
(4)(七水)硫酸镁
(5)Na+
(6)2H3BO3
B2O3+3H2O、B2O3+3Mg
3MgO+2B
〖解析〗
(1)根据题干信息可知硼酸难溶于水,Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式为Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3;提高浸出速率常用的方法有:
适当提高酸的浓度、粉碎铁硼矿、充分搅拌、适当升高温度等。
(2)常见的有磁性的物质有Fe、Fe3O4;“浸渣”中还剩余的是不溶于硫酸的SiO2和微溶于水的硫酸钙。
(3)结合流程图,酸浸后溶液中的离子主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Fe3+,能够和H2O2溶液反应的是Fe2+,加入H2O2溶液的作用是氧化溶液中的Fe2+;再调节溶液的pH约为5,目的是除去溶液中的Al3+和Fe3+。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是未除去的镁形成的(七水)硫酸镁。
(5)硼氢化钠(NaBH4)是离子化合物,电子式为Na+
。
(6)H3BO3不稳定,分解生成B2O3和H2O,B2O3和Mg反应生成MgO和B。
【考题分析】
年份
试题
知识点
分值
2013
第27题
电极反应式、化学方程式、电池总反应式的书写,物质的回收,环境保护
15分
2015
第27题
化学方程式的书写,加快浸出速率的措施,物质的分离提纯,电子式的书写
15分
【备考策略】
在全国近几年的高考中,主要考查物质的制备和提纯的工艺流程,其中涉及元素及其化合物的性质、离子反应、氧化还原反应、电池反应等。
在2016年的备考中,应关注元素化合物知识与生产、生活的联系,善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素化合物知识。
解答这类试题要注意循环经济、原子经济、节能环保等要求。
1.(2015·江西模拟)氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等,制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下:
已知:
①卤块的主要成分为MgCl2·6H2O,含有较多的MgSO4、MgCO3、FeCl2等杂质。
②四种化合物的溶解度(S)随温度(T)的变化曲线如右图所示。
(1)过滤的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外,还需要 。
(2)加H2O2调节pH后过滤所得滤渣的主要成分为 。
(3)试剂的滴加顺序为 (填字母)。
a.BaCl2溶液,Na2CO3溶液,过滤后加适量盐酸
b.Na2CO3溶液,BaCl2溶液,过滤后加适量盐酸
c.以上两种顺序都可
(4)加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式为 ,
再进一步制取Mg(ClO3)2·6H2O的实验步骤依次为:
①蒸发浓缩;②趁热过滤;③ ;④过滤、洗涤。
(5)产品中Mg(ClO3)2·6H2O含量的测定。
步骤1:
准确称量4.20g产品配成100mL溶液。
步骤2:
取10.00mL溶液于锥形瓶中,加入30.00mL0.200mol·L-1Na2S2O3溶液。
步骤3:
用0.100mol·L-1碘液滴定剩余的Na2S2O3,此过程中反应的离子方程式为2S2
+I2S4
+2I-。
步骤4:
将步骤2、3重复两次,平均消耗标准碘液20.00mL。
1步骤2中,硫元素被氧化至最高价态,试写出该反应的离子方程式:
。
2产品中Mg(ClO3)2·6H2O的质量分数为 。
〖答案〗
(1)玻璃棒
(2)Fe(OH)3 (3)a
(4)MgCl2+2NaClO3Mg(ClO3)2+2NaCl↓ 冷却结晶
(5)①3S2
+4Cl
+3H2O6S
+4Cl-+6H+ ②95%
〖解析〗
(1)过滤实验用到的仪器:
漏斗、玻璃棒、烧杯、滤纸、铁架台等,其中玻璃仪器有:
漏斗、玻璃棒、烧杯。
(2)加H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,由于Fe3+→Fe(OH)3沉淀的pH≈3,所以调节pH=4的目的是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。
(3)先加入BaCl2溶液可以除去溶液中的S
,再加入Na2CO3溶液可以除去过量的Ba2+,过滤后加入适量盐酸,使C
转化为CO2挥发;如果先加入Na2CO3溶液再加入BaCl2溶液,则新引入的Ba2+无法除去,达不到提纯的效果。
(4)加入NaClO3饱和溶液发生反应的化学方程式为MgCl2+2NaClO3Mg(ClO3)2+2NaCl↓。
根据题给图像可知:
Mg(ClO3)2溶解度随温度变化较大,可以通过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶、过滤洗涤的方法获得晶体。
(5)根据3S2
+4Cl
+3H2O6S
+4Cl-+6H+、2S2
+I2S4
+2I-可以得出:
4Cl
~3S2
、2S2
~I2,所以用0.100mol·L-1碘液滴定至终点的过程可以得出剩余S2
的物质的量=2×0.100mol·L-1×20.00×10-3L=0.004mol,和Cl
反应的S2
物质的量=0.200mol·L-1×30.00×10-3L-0.004mol=0.002mol,所以Cl
物质的量=
×0.002mol,产品中Mg(Cl
·6H2O的质量分数=
×100%=95%。
2.(2015·河北唐山模拟)工业上常用含少量Al2O3的钒铁矿(FeO·V2O5)碱熔法提取V2O5。
简要流程如下:
已知:
①焙烧时Al2O3和V2O5都能与纯碱反应,生成相对应的钠盐,同时放出CO2气体。
②常温下物质的溶解度:
NaVO3~21.2g/100g水;HVO3~0.008g/100g水。
(1)请写出钒铁矿焙烧时,V2O5与纯碱反应的化学方程式:
。
“浸出渣B”的主要成分可能是① ;② ;③ ;④ (填化学式,可不填满)。
(2)生产中,不直接用H2SO4浸泡“烧渣A”获取HVO3的原因是 。
(3)“操作①”包括 、洗涤、干燥。
如果不洗涤,则产品中可能含有的金属阳离子是 、 。
下列装置(部分夹持仪器省去)可用在实验室进行“操作②”的是 (填字母)。
(4)NaVO3用于原油的脱硫技术,可将V2O5溶于热NaOH溶液制取,反应的离子方程式为 。
〖答案〗
(1)V2O5+Na2CO3
2NaVO3+CO2↑ ①Fe2O3 ②Fe3O4 ③Fe2O3和Fe3O4
(2)H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3,HVO3包裹在一些烧渣的表面,阻碍了反应的进行,从而降低了HVO3产率,且使产生的HVO3不纯;另外,铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子,增加干扰离子,消耗硫酸,浪费资
(3)过滤 Na+ Al3+ B
(4)V2O5+2OH-
2V
+H2O
〖解析〗
(1)已知Al2O3与纯碱反应生成NaAlO2,根据已知①可推出,V2O5与纯碱反应的化学方程式:
V2O5+Na2CO3
2NaVO3+CO2↑;FeO焙烧,Fe化合价升高,可生成Fe2O3或Fe3O4或Fe2O3和Fe3O4。
加入水,烧渣A中两种钠盐都溶于水,铁的氧化物不溶,可知“浸出渣B”的主要成分可能是Fe2O3或Fe3O4或Fe2O3和Fe3O4。
(2)若直接用H2SO4浸泡“烧渣A”,H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3,HVO3包裹在一些烧渣的表面,阻碍了反应的进行,从而降低了HVO3产率,且使产生的HVO3不纯;另外,铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子,增加干扰离子,消耗硫酸,浪费资。
(3)由于HVO3难溶,“操作①”应是先过滤,得到HVO3,再洗涤、干燥。
在浸出液中有NaVO3和NaAlO2,加入稀硫酸,分别与之反应生成Na2SO4、Al2(SO4)3,如果不洗涤,则产品中含有的金属阳离子为Na+、Al3+。
HVO3灼烧后可得到V2O5,B装置符合题意。
(4)将V2O5溶于热NaOH溶液中可制取NaVO3,反应的离子方程式为V2O5+2OH-
2V
+H2O。
1.CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径如下图。
相对于途径①、③,途径②为什么能更好地体现绿色化学思想?
2.CuCl2溶液中含有少量的FeCl2、FeCl3,如何除去杂质得到纯净的CuCl2?
生成氢氧化物沉淀的pH
Cu(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀
4.2
6.3
1.5
沉淀完全
6.3
8.3
2.8
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1。
【能力提升】
能力提升
化学工艺流程题的解题要领
解题时首先要粗读试题,尽量弄懂流程图。
要明确流程图中箭头方向和代表的含义。
流程图中箭头进入的是反应物(投料),箭头出去的是生成物(产物、副产物),返回的箭头一般是“循环利用”的物质。
图中一般会出现超纲知识,要读懂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,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用。
所以一定要关注题目的每一个字眼,但不必将每一个物质都推出,问什么推什么。
其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。
在答题时应注意前后问题往往没有连带效应,即前一问不能回答没关系,不影响后面回答问题。
遇到做不出的问题要及时放弃,以免影响其他问题的作答。
最后,作答时一定要看清所提问题,不能答非所问,注意语言表达的科学性。
1.常见的化工术语
关键词
释义
研磨、
雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧)
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。
如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸出率
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程
水浸
与水接触反应或溶解
过滤
固体与液体的分离
滴定
定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发结晶
蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH、促进水解(沉淀)
2.常见的操作与答题
常见的操作
答题要考虑的角度
加过量试剂
使反应完全进行(或增大转化率、产率)等
加氧化剂
氧化某物质,生成目标产物或除去某些离子
判断能否
加其他物质
要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作;
从溶液中得到晶体的方法:
蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率
绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或在
其他气体中进
行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气,防氧化、水解、潮解等目的
判断沉淀
是否洗涤干净
取最后洗涤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等
(续表)
常见的操作
答题要考虑的角度
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度
(常用水浴、
冰浴或油浴)
①防止副反应的发生
②使化学平衡移动;控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)
④控制反应速率;使催化剂达到最大活性
⑤升温:
促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸:
促进水解,聚沉后利于过滤分离
⑦趁热过滤:
减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温:
防止物质高温分解或挥发;降温(或减压)可以减少能成本,降低对设备的要求
洗涤晶体
①水洗:
通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②“冰水洗涤”:
能洗去晶体表面的杂质离子,且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③用特定有机试剂清洗晶体:
洗去晶体表面的杂质,降低晶体的溶解度、有利于析出,减少损耗等
④洗涤沉淀方法:
往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作23次
表面处理
用水洗除去表面可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
如何确定有关工艺流程中的重要物质?
【问题引出】
化工生产技术的“工艺流程题”已成为高考的新亮点和主流题型,其中“循环物质、副产品、滤渣和滤液”是常考知识点,具有一定的难度和区分度。
【考题呈现】
1.(2015·天津高考)废旧印刷电路板是一种电子废弃物,其中铜的含量达到矿石中的几十倍。
湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。
某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾,流程简图如下:
流程中有三次实现了试剂的循环使用,已用虚线标出两处,第三处的试剂是 。
循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是 。
2.(2015·山东高考)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2+、Mg2+、F
等杂质),实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:
Ca2+
Mg2+
F
开始沉淀时的pH
11.9
9.1
1.9
完全沉淀时的pH
13.9
11.1
3.2
已知:
sp(BaC2O4)=1.67×10-7,sp(CaC2O4)=2.3×10-9。
加入NH3·H2O调节pH=8可除去 (填离子符号),滤渣Ⅱ中含 (填化学式)。
加入H2C2O4时应避免过量,原因是 。
【归纳总结】
1.
(1)解题策略
解题步骤
解题策略
首尾呼应、找出主线
1.对照原料和产品,确定核心反应和核心辅料
2.依核心反应,明确流程主线、支线和除杂任务
分段剖析、明析细节
3.以核心辅助原料为准,把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段
4.依箭头指向,分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用,融通对流程的整体分析
5.某些暂时琢磨不透的环节,可“跳过去”而“难得糊涂”,如有必要,可“顺藤摸瓜”或带着问题回头进行有针对性的分析
由易到难、破解答案
6.先易后难:
先回答与工艺流程非密切相关的问题,确保易拿的分数先拿,增强答题信心
7.变换角度:
从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题
8.对棘手问题:
不忘尝试从题给信息中寻找答案
(2)物质判断:
主线主产品,副线副产品,回头为循环。
2.循环物质的确定
3.副产品的判断
4.滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质中的每一种成分在每一步与每一种试剂的反应情况:
(1)哪些物质(离子)消失了。
(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子;再考虑这些离子间是否会发生反应。
(3)去除主产品和副产品,原料中的相关成分存在于何处。
化学工艺流程和物质的制备
典题演示1 (2015·河南焦作一模)高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。
以下是工业上用软锰矿(主要成分MnO2)制备高锰酸钾的流程图。
(1)MnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。
其消毒机理与下列 (填字母)物质相似。
A.75%酒精B.双氧水C.苯酚D.84消毒液(NaClO溶液)
(2)软锰矿粉碎的目的是 。
写出MnO2、OH的熔融混合物中通入空气时发生的主要反应的化学方程式:
。
(3)该生产中需要纯净的CO2气体。
若实验室要直接制备出纯净的CO2,所需试剂最好选择 (填字母)。
a.石灰石b.稀盐酸c.稀硫酸d.纯碱
所需气体发生装置是 (填字母)。
(4)上述流程中反应②:
向2MnO4溶液中通入CO2以制备MnO4,该反应中的还原剂是 。
(5)上述流程中可以循环使用的物质有Ca(OH)2、CO2、 和 (填化学式)。
(6)若不考虑物质循环与制备过程中的损失,则每1molMnO2可制得 molMnO4。
〖答案〗
(1)BD
(2)增大反应物接触面积,加快反应速率,使反应物反应完全 2MnO2+4OH+O222MnO4+2H2O
(3)cd A (4)2MnO4 (5)OH MnO2 (6)0.67
〖解析〗
(1)MnO4有强氧化性,利用其强氧化性杀菌消毒,消毒原理与NaClO溶液、双氧水一样,苯酚、75%酒精消毒的原理是使病毒的成分蛋白质发生变性进行消毒。
(2)软锰矿粉碎的目的是增大反应物接触面积,加快反应速率,使反应物反应完全;MnO2、OH的熔融混合物中通入空气,反应生成2MnO4,反应的化学方程式为2MnO2+4OH+O222MnO4+2H2O。
(3)HCl有挥发性,会导致CO2不纯,因此酸最好选择稀硫酸,碳酸钙与稀硫酸反应生成的CaSO4在水中的溶解性很小,反应过程中沉积在石灰石表面,会阻止反应的继续进行,所以所需试剂最好为稀硫酸和纯碱。
稀硫酸与纯碱是液体与固体发生反应,不能选用装置B,由于纯碱溶于水,也不能使用启普发生器,只有A装置符合气体发生装置的要求。
(4)向2MnO4溶液中通入CO2制备MnO4发生反应的化学方程式为32MnO4+2CO22MnO4+22CO3+MnO2,2MnO4中一部分Mn元素由+6价升高到+7价,另一部分Mn元素由+6价降低到+4价,电子只在Mn元素之间转移,2MnO4既是氧化剂又是还原剂。
(5)由转化关系图知,除Ca(OH)2、二氧化碳外,2MnO4溶液中通入CO2以制备MnO4生成的MnO2及最后由母液加入Ca(OH)2生成的OH,会在MnO2、OH熔融制备2MnO4中被循环利用。
(6)若不考虑物质循环与制备过程中的损失,1molMnO2可制得1mol2MnO4,由方程式可知,32MnO4+2CO22MnO4+22CO3+MnO2,1mol2MnO4可以制备
molMnO4,在上述条件下,1molMnO2可制得
molMnO4。
变式训练1 (2015·江西师大附中、鹰潭一中联考)Na2S2O3·5H2O可作为高效脱氯剂,工业上用硫铁矿(F
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