高中化学化学流程图专题分析优秀Word格式文档下载.docx

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完全沉淀时溶液pH

4。

7

3。

11。

2

5。

6

试回答下列问题：

⑴“①”中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是▲。

两个副反应均为吸热反应，但在高温下均能自发进行，其原因是▲。

⑵“③”中调节pH至4.7，目的是▲。

⑶“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42－转化为Cr2O72－，请写出该平衡转化的离子方程式：

▲。

⑷“⑦”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠，依据是▲。

【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识，过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。

搅拌的目的是增大反应物的接触机会，从而加快反应速率。

由于这两个副反应是在高温下才自发进行，所以必然是一个△S>

0的反应。

③溶液中存在的主要阴离子有CrO42－、AlO2—、SiO32—，pH调至4.7，是为了除去其中的AlO2—、SiO32—。

硫酸钠的溶解度随温度的升高，先增大后减小，这一点较特殊，设问较困难。

若给出其溶解度曲线，则可以帮助理解最后两步工艺。

【答案】⑴使反应物接触更充分，加快反应速率△S＞0⑵除去溶液中的AlO2—、SiO32—

⑶2CrO42－＋2H+

Cr2O72－＋H2O⑷红矾钠的溶解度随温度的降低而减小

【小结】学生审题不清（采用冷却结晶的方法析出红矾钠，要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42－转化为Cr2O72－的平衡转化离子方程式，但很多学生不用可逆符号而用等号），概念混淆（不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率，能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率），思考问题的指向不正确（讨论反应能否自发进行应从什么角度思考？

部分学生还不知道），分析问题能力差，化学原理不清，不能正确分析流程图中所包含的化学反应。

【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。

具体实验步骤如下图所示：

根据上述图示，完成下列填空：

（1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。

配制500mL稀氨水（每升含有39。

20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）__________mL，用规格为_______mL量筒量取。

（2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K＋、SO42－外，还有大量的NH4＋。

检验NH4＋的方法是_______________________________________________________。

（3）写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。

（4）滤液I的成分是水和______________。

（5）为测定混合肥料K2SO4、（NH4）2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：

①称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量______溶液，产生白色沉淀。

②___________、__________、_________（依次填写实验操作名称）。

③冷却、称重。

（6）若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为：

______mol（用含有m、n的代数式表示）。

【解析】

（1）根据稀释前后溶质质量不变得：

0.5L×

39.2g/L＝v×

251.28g/L，v＝0.078L＝78mL。

为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。

（2）NH4＋的检验方法是先将NH4＋中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：

用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。

（3）Al3＋＋3NH3·

H2O===Al（OH）3↓＋3NH4＋，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al（OH）3、Al2O3和Fe2O3。

（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的（NH4）2SO4以及水。

（5）混合肥料中含有K2SO4和（NH4）2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或Ba（NO3）2溶液，以后的操作为：

先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。

（6）根据题意有：

174n（K2SO4）＋132n[（NH4）2SO4]=mg……①，

再由SO

守恒得：

n（K2SO4）＋n[（NH4）2SO4]=nmol……②，n（K2SO4）＝

mol。

【答案】

（1）78；

100。

（2）取滤液少许，加入NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

（3）Al（OH）3；

Al2O3；

Fe2O3。

（4）K2SO4；

（NH4）2SO4。

（5）BaCl2；

过滤；

洗涤；

干燥。

（6）

【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。

工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16。

27%）、Fe（5。

86%）、Al（3。

42%）、Zn（2。

68%）和Cu（0。

86%）等元素的化合物。

部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

Fe（OH）2

Mn（OH）2

Cu（OH）2

Zn（OH）2

CuS

ZnS

MnS

FeS

pH

5.2

3.2

9.7

10.4

6.7

8.。

≥–0.42

≥2.5

≥7

（1）FeSO4在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为 

。

（2）滤渣A的主要成分是 

。

（3）加入MnS的目的是除去 

杂质。

（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应方程式为 

（5）从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 

（写两种）。

【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中，准确地提取实质内容，并与已有知识模块整合，重组为新知识模块的能力。

由反应流程可知：

在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+，将Cu氧化成Cu2+，此外溶液中的还有Zn2+和Al3+，当调pH至5。

4时，只有Al（OH）3和Fe（OH）3会完全沉淀，故滤渣A的主要成分是Fe（OH）3和Al（OH）3。

加入MnS后因为酸性条件下CuS、ZnS更难溶所以会转化为CuS、ZnS沉淀而除去Cu2＋Zn2＋。

（1）MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4＝MnSO4＋Fe2（SO4）3＋2H2O

（2）Fe（OH）3 

Al（OH）3

（3）Cu2＋ 

Zn2＋（4）MnO2＋H2O＋e－＝MnOOH＋OH－（或2MnO2＋H2O＋2e－＝Mn2O3＋2OH－）

（5）锌、二氧化锰

【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4·

2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。

以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。

（1）本工艺中所用的原料除CaSO4·

2H2O、KCl外，还需要等原料

（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：

（3）过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有（填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。

（4）过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH4）2SO4溶液。

检验滤液中含有CO32－的方法是：

（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：

温度（℃）

20

60

K2SO4溶解的量（g）

7。

4

1

18。

60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g

（6）氯化钙结晶水合物（CaCl2·

6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是

a熔点较低（29℃熔化）b能导电c能制冷d无毒

（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：

【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。

从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO4·

2H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。

硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。

碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。

硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含有的水是500g，在0℃可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。

作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；

绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。

（1）CaCO3NH3H2O

（2）CaSO4＋CO32－→CaCO3↓＋SO42－（3）CaSO4

（4）滤液中滴加盐酸产生气泡（5）54g（6）ad

（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）

【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似，只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求，解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素，充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。

【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO4·

5H2O）。

制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）配平在滤液（Ⅲ）中发生反应化学主程式：

____NOx+____H2O+____O2

____HNO3。

（2）写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。

（3）在上述生产过程中，被循环使用的物质是_______________________________。

（4）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。

将它们的编号填入方框。

（1）NOx中N的化合价为2x，反应前后N化合价变化为5-2x，O2中O化合价变化为4，初步配平为4NOx+H2O+（5-2x）O2→HNO3，再配平其他物质的化学计量数得：

4NOx+2H2O+（5-2x）O2

4HNO3；

（2）发生的有关的化学方程式为：

（5-2x）Cu+（12-4x）HNO3

（5-2x）Cu（NO3）2+2NOx+（6-2x）H2O……①、

4HNO3……②、

Cu（NO3）2+H2SO4

CuSO4+2HNO3……③，

①+②÷

2+③×

（5-2x），得：

（5-2x）Cu+O2+（5-2x）H2SO4

（5-2x）CuSO4+（5-2x）H2O，

化简得2Cu+O2+2H2SO4

2CuSO4+2H2O；

（3）要提供O2，可用排空气法，即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气；

消除氮的氧化物用B装置，一个导气管通氮的氧化物，一个导气管通空气，另一个导气管导出多余的空气。

由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜，拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜，延伸到化工生产硫酸铜，再回归到实验室模拟化工生产过程。

Cu+2H2SO4（浓）

CuSO4+SO2↑+2H2OCu+4HNO3（浓）==Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

SO2+2HNO3（浓）==H2SO4+2NO2Cu（NO3）2+H2SO4==CuSO4↓+2HNO3（应用侯氏制碱法的生产原理）4NO2+O2+2H2O==4HNO3把方程式进行加合，可得总反应方程式：

2Cu+O2+2H2SO4

2CuSO4+2H2O

在模拟化工生产过程时，又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。

答案：

（1）2Cu+O2+2H2SO4

2CuSO4+2H2O

（2）HNO3（3）B、A。

【例6】工业制备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制备高锰酸钾的一种工艺流程。

①KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。

其消毒原理与下列物质相同的是_____（填代号）。

a.84消毒液（NaClO溶液）b.双氧水c.苯酚d.75%酒精

②高锰酸钾保存在棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_____（填代号）。

a.浓硝酸b.硝酸银c.氯水d.烧碱

③上述流程中可以循环使用的物质有、（写化学式）。

④若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1molMnO2可制得molKMnO4。

⑤该生产中需要纯净的CO2气体。

若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择（选填代号）。

a.石灰石b.稀HClc.稀H2SO4d.纯碱

所需气体发生装置是_____________（选填代号）。

⑥操作Ⅰ的名称是；

操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在（填性质）上的差异，采用（填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。

【解析】高锰酸钾又名灰锰氧，是+7价锰最重要的化合物，也是最重要和最常用的氧化剂之一。

本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景，着重考察了基本化学实验知识，本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。

（1）高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物，它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用，类似84消毒液（NaClO溶液）、双氧水，而苯酚、酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。

（2）试剂保存方法源于试剂的性质，见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。

浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂，都保存在棕色试剂瓶中。

（3从流程图中不难发现，由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4，所以MnO2可以部分循环；

母液成分主要是K2CO3，通过加入石灰，产生KOH也可以循环利用。

（4）本小题考察学生对制备原理的理解。

一种方法是写出各步反应，通过物质的量的关系得出；

另外，从流程中也可看出，Ｍｎ元素损失发生在KMnO4歧化这一步，通过电子得失守恒，1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.

（5）本题主要考察有关气体制取实验原理和装置，气体发生装置取决于气体制备原理。

题目中关键词“纯净”，所以要选用纯碱和稀硫酸，发生装置就只能相应选择Ａ。

（6）主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。

操作Ⅰ是分离不溶物MnO2，所以是过滤；

操作Ⅱ从两物质性质上分析，都可溶，故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离，但考虑到KMnO4易受热分解，要得到KMnO4粗晶体，只能蒸发浓缩结晶。

（1）ab

（2）d（3）MnO2；

KOH（4）2/3（5）cd；

A；

（6）过滤；

溶解度；

浓缩结晶

［小结］结合本题系统复习拓展介绍KMnO4作为氧化剂在不同介质条件下被还原的产物，也可以拓展到电解法制备高锰酸钾的工艺流程。

本专题考查考生将工艺流程与化学原理融合的能力。

学生之所以怕无机化工信息题往往是被陌生情景和专业术语吓倒，或者是因不能完全理解流程图的含义而无从下手。

解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。

图中一般会出现超纲知识，但题目中蕴涵了提示或者提问时不涉及，所以一定要关注题目的每一个字眼，尽量弄懂流程图但不必要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联带效应，即前一问不能回答没关系，不影响后面回答问题。

遇到做不出来的问题要及时放弃，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。

练习

1．减少SO2的排放、回收利用SO2成为世界性的研究课题。

我国研究人员研制的利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO2）吸收废渣高温焙烧产生的SO2，制备硫酸锰的生产流程如下：

浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2＋，还含有少量的Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Pb2＋等其他金属离子。

有关金属离子的半径以及形成氢氧化物沉淀时的pH见下表，阳离子吸附剂吸附金属离子的效果见下图。

离子

离子半径（pm）

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe2＋

74

7.6

Fe3＋

64

2.7

3.7

Al3＋

50

3.8

4.7

Mn2＋

80

8.3

9.8

Pb2＋

121

8.0

8.8

Ca2＋

99

－

已知PbO2的氧化性大于MnO2。

请回答下列问题：

⑴写出浸出过程中主要反应的化学方程式▲，氧化过程中主要反应的离子方程式▲。

⑵在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至▲。

⑶阳离子吸附剂用于除去杂质金属离子。

决定阳离子吸附剂吸附效果的因素是▲（填写序号）。

a．溶液的pHb．金属离子的电荷c．金属离子的半径d．吸附时间

⑷操作a包括▲等过程。

2．重铬酸钾（K2Cr2O7）是工业生产和实验室的重要氧化剂。

实验室模拟工业生产重铬酸钾时用铬铁矿（主要成份为FeO·

Cr2O3）、纯碱、烧碱、氯酸钾等为原料先制得铬酸钠（Na2CrO4），涉及的主要反应是6FeO·

Cr2O3+24NaOH+7KClO3

12Na2CrO4+3Fe2O3+7KCl+12H2O，然后将铬酸钠转化为K2Cr2O7。

其主要工艺如下：

（1）在反应器①中，有Na2CrO4生成，同时Fe2O3转变为NaFeO2，杂质SiO2、Al2O3与纯碱反应转变为可溶性盐，写出氧化铝与碳酸钠反应的化学方程式：

（2）NaFeO2能强烈水解，在操作②生成沉淀而除去，写出该反应的化学方程式：

（3）操作③的目的是什么，用简要的文字和化学方程式说明：

（4）操作④中，酸化时，CrO42－转化为Cr2O72－,写出平衡转化的离子方程式：

（5）称取重铬酸钾试样2.5000g配成250mL溶液，取出25.00mL于碘量瓶中，加入10mL2mol/LH2SO4溶液和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr3+），放于暗处5min，然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa2S2O3标准溶液滴定（I2+2S2O32－=2I－+S4O62－）。

①判断达到滴定终点的依据是：

；

②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液40.00mL，则所得产品中的重铬酸钾的纯度为（设K2Cr2O7的摩尔质量为294g·

mol-1，整个过程中其它杂质不参与反应）。

3、工业上用铝土矿（含氧化铝、氧化铁）制取铝的过程如下：

（1）沉淀C的化学式为________，该物质除了用于金属冶炼以外，还可用作________。

（2）电解熔融的氧化铝时，加入冰晶石的作用是________________。

（3）操作I、操作II、操作III都是________________（填操作名称），实验室要洗涤Al（OH）3沉淀应该在________________装置中进行。

（4）生产过程中，除NaOH、H2O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有________（填化学式）。

用此法制取铝的副产品是________（填化学式）。

（5）写出Na2CO3溶液与CaO反应离子方程式：

__________________________________。

（6）若铝土矿中还含有二氧化硅，此生产过程中得到的氧化铝将混有杂质：

________（填化学式）。

4．现有含FeCl2杂质的氯化铜晶体（CuCl2·

2H2O），为制取纯净的CuCl2·

2H2O，首先将其制成水溶液，然后按下图所示步骤进行提纯：

已知H2O2、KMnO4、NaClO、K2Cr2O7均具有强氧化性，要将溶液中的Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋沉淀为氢氧化物，需溶液的pH分别为6.4、6.4、3.7。

（1）本实验最适合的氧化剂X是__________

A．K2Cr2O7B．NaClOC．H2O2D．KMnO4

（2）物质Y不可以是___________

A．CuOB．CuCl2C．Cu（OH）2D．CuCO3

（3）除去Fe3＋的有关离子方程式是（物质Y在

（2）中选择合适的选项）：

________________________________________________________________

（4）加入氧化剂的目的是____________________________________________________。

（5）最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl2·

2H2O？

__________（填“能”或“不能”）。

如不能，应如何操作？

（如能，此空不填）________________________________________________。

5．碘酸钾是一种白色结晶粉末，无臭无味，酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂，与氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用，被还原为单质碘，在碱性介质中，碘酸钾能被氯气、次氯酸盐等