高三化学题型专练工艺流程题含参考答案Word下载.docx
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工艺流程题一般分题干、流程图和问题三部分。
题干一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品);
流程图主要以框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;
问题主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。
流程分析
(一)工艺流程一般分为三个过程,即原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯,具体如下:
流程图的规律:
主线产品、分支副产品、回头为循环。
(二)工艺流程的重要步骤——核心化学反应
根据流程分析得出核心化学反应是工艺流程图的关键过程,包括涉及的反应类型、反应条件的控制、工业要求等问题。
1.反应类型:
首先确定反应物和生成物,在流程图中需关注箭头的指向,箭头指入——反应物,箭头指出——生成物;
再根据生成物到反应物的主要元素的化合价是否发生变化判断是否为氧化还原反应;
氧化还原反应要根据反应前后物质中元素的化合价变化情况确定参与反应的物质与反应生成的物质,非氧化还原反应则是结合物质性质和反应实际判断产物。
2.反应条件的控制:
一般根据物质的性质、反应速率、反应程度的要求来控制反应的条件,同时有的要求又是相辅相成的,具体分析如下:
(1)根据物质的性质进行判断。
①根据物质的熔沸点、热稳定性,选择合适的反应温度;
②根据物质的溶解性,选择合适的溶剂;
③根据物质的水解性,选择合适的酸碱性;
④根据物质的氧化性或还原性,选择合适的还原剂或氧化剂;
⑤根据化学反应是否可逆,选择合适的反应条件。
(2)反应速率:
化学反应速率的控制一般通过改变反应条件来实现。
影响反应速率的因素有:
①固体表面积:
一般固体表面积越大,反应速率越快;
②催化剂:
一般要选择尽可能使化学反应向正反应方向进行的催化剂,同时要考虑温度、压强等条件对催化剂的影响;
③浓度、压强、温度:
选择时要考虑实际的反应条件,选择的条件不能太苛刻,同时要考虑对设备的要求。
温度的选择除了要考虑反应的需要,还要考虑对催化剂的影响。
而对体系温度的控制一般从三个方面考查:
a.控制低温:
防止物质的分解,如NaHCO3、NH4HCO3、H202、HNO3(浓)等;
防止物质的挥发,如盐酸、醋酸等;
抑制物质的溶解,如冰水洗涤,以防止洗涤过程中的溶解损耗;
增大气体反应物的溶解度,使其被充分吸收;
b.加热:
加速某固体的溶解;
加快反应速率;
减少气体生成物的溶解并使其逸出;
使平衡向需要的方向移动;
趁热过滤,防止降温时某物质析出而损耗或带入新的杂质;
c.控制范围:
确保催化剂的效果,兼顾速率和转化率,追求更好的经济效益,防止副反应发生等。
④溶液酸碱性:
一般根据物质的性质选择合适的pH促进反应的进行,如调节溶液pH可以使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的、可以抑制某些离子的水解、可以防止某些离子的氧化等。
而调节溶液pH所需的物质一般要满足两点,一是能与H+或OH-反应,使溶液pH增大或减小;
二是不引入新杂质。
(3)反应程度:
一般都是控制反应尽可能向正反应方向进行,同时减少副产物等的产生。
3.工业要求:
除了要考虑反应尽可能向正反应方向进行外,还要有成本意识,浸出率、转化率、利用率、原料循环利用、原料价格、能耗的控制;
效率意识,转化(生产)速率、催化剂的使用、反应条件的
选择;
环境意识,无污染、无腐蚀、“三废”(废气、废渣、废水)的处理。
设问及考查内容探究
此类题的设问一般分为两大类,一类是与工艺流程没有直接关系的考查内容,一类是与工艺流程紧密相关的考查内容。
第二类是本书解决的重点,该部分的难点是考生对流程图的分析不到位,同时也是考生失分的重要原因。
此类试题的设问一般从三个角度进行考查:
(1)从实验的角度设计问题,如基本实验操作、分离提纯、除杂等;
(2)从化学反应原理的角度设计问题,如原料的选择、条件的选择、利用信息对所加物质的用途进行分析、化学反应的分析等;
(3)从环境保护的角度设计问题,如废弃物处理、绿色化学等。
而此类试题常围绕以下几个知识点进行设问:
(1)反应速率与平衡理论的运用、反应物颗粒大小、反应速率、原料的利用率等;
温度、物质的稳定性、物质的结晶等;
(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写;
(3)利用控制pH分离除杂;
(4)化学反应的能量变化;
(5)实验基本操作:
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等;
(6)流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用;
(7)环境保护与绿色化学评价;
(8)纯度、转化率、产率计算、有效数字的取舍。
解题方法
对于化工流程题,首先要对流程图有整体的把握,然后结合问题进行分析,具体如下:
1.从题干中获取有用信息,了解生产的产品,知道该题的目的是什么。
2.整体浏览一下流程,基本辨别出原料预处理、核心化学反应、产品的分离提纯等阶段。
3.分析流程中的每一步骤,并获取以下信息:
(1)知道“四个什么”:
反应物是什么,发生了什么反应,该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;
(2)抓住“一个关键”:
一切反应或操作都是为获得产品而服务。
4.从问题中获取信息,帮助解题。
【记忆口诀】
读正文,找信息,灵活运用;
看框内,看框外,内外结合;
边分析,边着手,易处下手,先局部,后全盘,逐步深入。
规范答题
1.化学用语书写正确:
如元素符号、元素名称、仪器名称、物理量符号等一定要书写正确,不能出现错别字。
2.书写方程式的注意事项
(1)注意看清要求,书写的是“化学方程式”“离子方程式”“电极反应式”“电解方程式”“水解方程式”“电离方程式”“热化学方程式”中的哪一类。
(2)注意配平、注明反应条件以及各种反应符号:
“
”“
”等。
(3)书写热化学方程式时要注意:
物质状态、“+”、“-”、“kJ·
mol-1”或“kJ/mol”、化学计量数与热量值的对应。
3.文字语言表述要规范
(1)洗涤沉淀的操作:
往漏斗中加人蒸馏水至浸没沉淀,待蒸馏水自然流下后,重复以上操作2~3次。
(2)判断沉淀是否洗净的操作关键:
准确判断过滤前母液中有什么易检验的离子。
答题:
取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……现象,证明沉淀已经洗净。
如母液中含有SO
-,则可以检验最后一次洗涤液中是否存在SO
-,即向最后一次洗涤液中滴加盐酸酸化的BaC12:
溶液,若无白色沉淀生成,说明沉淀洗涤干净。
(3)如何从溶液中得到晶体:
蒸发浓缩一冷却结晶一过滤一洗涤一干燥。
(4)仪器、装置的作用:
有利于……(这样装配的好处),以防止……(不这样装配的坏处)等。
如尾气吸收装置的作用:
“吸收xx气体,防止污染空气”。
(5)检验是否沉淀完全:
表述一,静置,往上层清液中继续滴加XX试剂;
表述二,过滤,取少许滤液于试管中,滴加XX试剂。
(6)除杂:
应该指出是为了除去哪种或哪几种杂质。
表述为“是为了除去XX杂质”。
(7)滴定终点的现象:
滴入最后一滴标准液,溶液由XX色变为XX色,且半分钟内溶液颜色不再改变,说明已达到滴定终点。
描述颜色变化时,应该写明“某色变到某色”,如果是变成无色,可以只写“褪色”。
(8)蒸发反应在某气体氛围中进行的原因:
抑制某离子的水解。
如加热蒸发A1C13溶液时为获得A1C13,需在干燥HC1气流中进行。
(9)温度不高于XX℃的原因:
适当加快反应速率,但温度过高会造成XX(如浓硝酸)挥发、XX(如H2O2)分解等,影响产品的生成。
(10)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量)的措施:
搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强),增大气液或因液接触面积。
(11)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大的晶体)的方法:
蒸发浓缩(至有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。
(12)减压蒸馏(减压蒸发)的原因:
减小压强,使液体沸点联系人我、防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3
三、真题集训
1.(2019·
全国卷Ⅰ,26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。
一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·
H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。
(2)“滤渣1”的主要成分有__________________________________________。
为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是________。
(3)根据H3BO3的解离反应:
H3BO3+H2OH++B(OH)
,Ka=5.81×
10-10,可判断H3BO3是________酸;
在“过滤2”前,将溶液pH调节到3.5,目的是___________________________。
(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·
MgCO3沉淀的离子方程式为________________,母液经加热后可返回________工序循环使用。
由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。
2.(2019·
全国卷Ⅱ,26)立德粉ZnS·
BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。
(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。
灼烧立德粉样品时,钡的焰色为________(填标号)。
A.黄色B.红色C.紫色D.绿色
(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为________________________________________________________________________。
回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为_____________________________________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差,其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的____________________(填化学式)。
③沉淀器中反应的离子方程式为____________________________________________。
(3)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。
称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·
L-1的I2KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。
以淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·
L-1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2S2O
===2I-+S4O
。
测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。
终点颜色变化为________________,样品中S2-的含量为__________________(写出表达式)。
3.(2019·
全国卷Ⅲ,26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料,工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如图所示。
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·
L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
(1)“滤渣1”含有S和________;
写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式:
_________________________________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________________。
(3)“调pH”除铁和铝,溶液的pH范围应调节为________~6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是_______________________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。
若溶液酸度过高,Mg2+沉淀不完全,原因是________________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式:
______________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料,其化学式为LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。
当x=y=
时,z=________。
4.[2018·
全国卷Ⅰ,27
(1)
(2)(4)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。
写出该过程的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为:
①pH=4.1时,Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体,并再次充入SO2的目的是
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。
在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00mL葡萄酒样品,用0.01000mol·
L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。
滴定反应的离子方程式为_____________,该样品中Na2S2O5的残留量为________g·
L-1(以SO2计)。
5.(2018·
全国卷Ⅲ,27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。
(1)KIO3的化学名称是________。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:
“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。
“逐Cl2”采用的方法是__________________。
“滤液”中的溶质主要是__________。
“调pH”中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式:
________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是___________________
________________________________________________。
题型28工艺流程题参考答案
1.答案
(1)NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
(3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg2++3CO
+2H2O===Mg(OH)2·
MgCO3↓+2HCO
[或2Mg2++2CO
+H2O===Mg(OH)2·
MgCO3↓+CO2↑] 溶浸 高温焙烧
解析
(1)硫酸铵溶液中存在平衡:
NH
+H2ONH3·
H2O+H+,硼酸镁能与水解出的H+反应,促进平衡向右移动,生成的一水合氨浓度增大,因溶液中存在平衡NH3·
H2ONH3+H2O,一水合氨浓度增大,促进NH3·
H2O分解产生NH3。
用NH4HCO3溶液吸收氨气,发生的反应为NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3。
(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液,滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。
检验Fe3+的试剂可选用KSCN。
(3)由题给硼酸的解离反应方程式知,硼酸是一元弱酸。
“过滤2”之前,调节pH≈3.5的目的是将硼元素转化为硼酸,促进硼酸析出。
(4)“沉镁”中,碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生水解相互促进反应生成碱式碳酸镁:
2Mg2++2CO
MgCO3↓+CO2↑,或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。
母液含硫酸铵,可以将母液返回“溶浸”工序循环使用,体现绿色化学理念和环境保护思想。
碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁,联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁,也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳,可知采用的方法是高温焙烧法,化学方程式为Mg(OH)2·
MgCO3
2MgO+H2O+CO2↑。
2.答案
(1)D
(2)①BaSO4+4C
BaS+4CO↑ CO+H2O(g)===CO2+H2 ②BaCO3 ③S2-+Ba2++Zn2++SO
===ZnS·
BaSO4↓
(3)浅蓝色至无色
×
100%
解析
(1)灼烧立德粉样品时钡的焰色为绿色。
(2)①由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知,在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶性的BaS和CO;
生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO,即CO与H2O反应生成CO2和H2。
②所得“还原料”的主要成分是BaS,BaS在潮湿空气中长期放置能与空气中的H2O反应生成具有臭鸡蛋气味的H2S气体,“还原料”的水溶性变差,表明其表面生成了难溶性的BaCO3。
③结合立德粉的成分可写出沉淀器中S2-、Ba2+、Zn2+、SO
反应生成ZnS·
BaSO4的离子方程式。
(3)达到滴定终点时I2完全反应,可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色,且半分钟内颜色不再发生变化;
根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式I2~2S2O
,可得n(I2)过量=
0.1000V×
10-3mol,再根据关系式S2-~I2可知,n(S2-)=0.1000×
25.00×
10-3mol-
10-3mol=(25.00-
)×
0.1000×
10-3mol,则样品中S2-的含量为
100%。
答案
(1)SiO2(或不溶性硅酸盐) MnO2+MnS+2H2SO4===2MnSO4+S+2H2O
(2)将Fe2+氧化为Fe3+ (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F-与H+结合形成弱电解质HF,MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动 (6)Mn2++2HCO
===MnCO3↓+CO2↑+H2O (7)
解析
(1)硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在,则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。
结合“滤渣1”中含S,可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S,根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。
(2)“溶浸”后溶液中含Fe2+,“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2+氧化为Fe3+。
(3)“调pH”除去Fe3+和Al3+时,结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7~6之间。
(4)“除杂1”中加入Na2S能将Zn2+和Ni2+分别转化为沉淀除去,故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。
(5)“除杂2”中F-与Mg2+反应生成MgF2沉淀,若溶液酸度过高,则F-与H+结合生成弱电解质HF,导致MgF2(s)Mg2+(aq)+2F-(aq)平衡向右移动,Mg2+不能完全除去。
(6)“沉锰”时Mn2+与HCO
反应生成MnCO3并放出CO2,由此可写出离子方程式。
(7)化合物LiNixCoyMnzO2中,当x=y=
时,根据化合物中正负化合价代数和为0知1+2×
+3×
+4z-2×
2=0,解得z=
答案
(1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液
(4)S2O
+2I2+3H2O===2SO
+4I-+6H+ 0.128
解析
(1)根据题给信息,将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5,则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5+H2O。
(2)①酸性条件下,SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。
②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2,其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。
(4)根据电子、电荷及质量守恒,可写出反应的离子方程式为S2O
+4I-+6H+,n(S2O
)=
n(I2)=
0.01000mol·
L-1×
10.00×
10-3L=5×
10-5mol,该样品中S2O
的残留量(以SO2计)为
=0.128g·
L-1。
答案
(1)碘酸钾
(2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O(或HIO3+KOH===KIO3+H2O) (3)①2H2O+2e-===2OH-+H2↑ ②K+ 由a到b
解析
(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低,所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的;
KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同,采用结晶法分离,滤液中的溶质主要是KCl,要使KH(IO3)2转化为KIO3,可以加入KOH调节pH。
发生反应:
KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O或HIO3+KOH===KIO3+H2O,从而避免引入新的杂质离子。
(3)①电解液是KOH溶液,阴极的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑。
②电解过程中阳极反应式为I-+6OH--6e-===IO
+3H2O。
阳极的K+通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。
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