届高考黄金押题12 化学工艺流程化学黄金押题原卷版.docx
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届高考黄金押题12化学工艺流程化学黄金押题原卷版
黄金押题12化学工艺流程
【高考考纲】
1.环节设置
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2.命题考查
(1)陌生物质化合价的判断以及电子式的书写。
(2)化学方程式或离子方程式的书写。
(3)根据流程中的转化,正确选择试剂,判断中间产物。
(4)实验操作方法的正确选择、语言的规范描述。
(5)化学平衡、电化学原理在化工生产中的应用。
(6)样品中质量分数及产率的相关计算。
3.解答要领
关注箭头的指向(聚焦局部,箭头指入——反应物,箭头指出——生成物)、前后追溯物质(放大局部)、考虑反应实际(物质性质、试剂用量)。
【真题感悟】
例1、(2018·高考全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。
一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
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
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有____________;氧化除杂工序中ZnO的作用是__________,若不通入氧气,其后果是__________________。
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________________;沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
【名师点睛】物质制备型
1.原料预处理的六种常用方法
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去
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
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.制备过程中控制反应条件的六种方法
(1)调节溶液的pH。
常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
调节pH所需的物质一般应满足两点:
①能与H+反应,使溶液pH变大;
②不引入新杂质,如若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制温度。
根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)控制压强。
改变速率,影响平衡。
(4)使用合适的催化剂。
加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间。
(5)趁热过滤。
防止某物质降温时析出。
(6)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。
【变式探究】(2018·高考全国卷Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。
回答下列问题:
(1)KIO3的化学名称是________。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如图所示:
“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________。
③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有____________________(写出一点)。
例2、(2018·高考全国卷Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
回答下列问题:
(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______________。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
阳极的电极反应式为___________________________。
电解后,________室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(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)。
【举一反三】(2017·高考全国卷Ⅲ)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示:
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3
Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。
该步骤不能使用陶瓷容器,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是______________,滤渣2的主要成分是____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”),原因是________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。
向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。
冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80℃ b.60℃
c.40℃d.10℃
步骤⑤的反应类型是______________。
【名师点睛】分离、提纯型
1.正确选择物质分离六种常用方法
2.常见操作的答题思考角度
常见的操作
答题要考虑的角度
分离、提纯
过滤、蒸发、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
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;
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)可以减少能源成本,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用特定的有机试剂清洗晶体:
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2~3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
3.溶解度及其应用
(1)熟记常见物质溶解度曲线变化
(2)利用溶解度曲线判断结晶的方法
①溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法;
②溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法;
③带有结晶水的盐,一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法,应特别注意的是若从FeCl3溶液中结晶出FeCl3·6H2O晶体,应在HCl气氛中蒸发浓缩、冷却结晶。
【变式探究】某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。
某同学用15.0g该废催化剂为原料,回收其中的锌和铜。
采用的实验方案如下:
回答下列问题:
(1)在下列装置中,第一次浸出必须用________,第二次浸出应选用________。
(填标号)
(2)第二次浸出时,向盛有滤渣1的反应器中先加入稀硫酸,后滴入过氧化氢溶液。
若顺序相反,会造成________________________________。
滤渣2的主要成分是____________。
(3)浓缩硫酸锌、硫酸铜溶液使用的器皿名称是________。
(4)某同学在实验完成之后,得到1.5gCuSO4·5H2O,则铜的回收率为________。
【黄金押题】
1.绿水青山就是金山银山,某工厂为了实现节能减排,建设美丽中国的目标,将烟道气中的一种常见气体SOx和含Ca(OH)2、NaOH的废碱液作用,经过一系列化学变化,最终得到石膏(CaSO4·2H2O)和过二硫酸钠(Na2S2O8)。
设计简要流程如图1所示:
(1)SOx中x=________,操作a的名称是_____________________________________。
废碱液经操作a得到的固体为________(填化学式)。
(2)向溶液Ⅰ中通入足量空气发生反应的化学方程式为___________________________
_________________________________________。
(3)已知用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液可生成S2O
,其电解装置如图2所示。
下列说法不正确的是________(填字母)。
A.阳极的电极反应式有
2SO
-2e-===S2O
、4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.电解一段时间后,阴极附近溶液的pH减小
C.电解过程中,阳极产生微量能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的有色单质气体,该气体可能是O3
D.若制取1molNa2S2O8且阳极有11.2LO2(标准状况)生成时,阴极产生H2在标准状况下的体积为44.8L
(4)一定条件下,S8(s)、O2(g)和NaOH(s)反应过程中的能量变化关系如图3所示(图3中a、b均大于0),请写出1molS8(s)完全燃烧的热化学方程式:
_______________________
________________。
2.镍及其化合物在化工生产中有广泛应用。
某实验室用工业废弃的NiO催化剂(含有Fe2O3、CaO、CuO、BaO等杂质)为原料制备Ni2O3的实验流程如下:
已知:
常温时Ksp(CaF2)=2.7×10-11,Ksp(CuS)=1.0×10-36;Fe3+不能氧化Ni2+。
有关氢氧化物开始沉淀的pH和完全沉淀的pH如下表所示:
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Ni(OH)2
开始沉淀的pH
1.5
6.5
7.7
完全沉淀的pH
3.7
9.7
9.2
(1)调节pH最低值为_______。
(2)加入H2O2的目的是_____________________(用离子方程式表示)。
(3)“电解”制备NiOOH时阳极的电极反应式为____________________________。
(4)加入NaF的目的是除去Ca2+,当c(F-)=0.001mol·L-1时,c(Ca2+)=____mol·L-1。
(5)为了探究操作A中发生的反应,设计如下实验:
①写出B中反应的离子方程式:
_____________________________________。
②为了检验B中生成了FeCl2,取少量B中溶液于试管,滴加下列试剂________(填字母)。
A.酸化的双氧水 B.酸性高锰酸钾溶液
C.K3[Fe(CN)6]溶液D.加入氯水、KSCN溶液
③有人认为用燃烧法处理尾气,你是否同意?
答:
____(填“同意”或“不同意”),简述理由:
________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④如果C中盛装100mL0.05mol·L-1CuSO4溶液,通入H2S恰好完全反应,产生黑色沉淀。
过滤,得到滤液的pH为________(不考虑体积变化)。
3.目前世界上新建的金矿中约有80%都采用氰化法提金。
某工厂利用锌冶炼渣回收金、银等贵金属的流程如图所示:
已知:
HCN有剧毒,Ka(HCN)=5×10-10;
Au++2CN-[Au(CN)2]-,平衡常数Kβ=1×1038。
(1)磨矿细度对浸出率的影响如图所示,依据浸出率应选择磨矿细度________为宜。
(2)生产中用生石灰调节矿泥pH>11.5,其目的之一是阻止溶液中的氰化物转化为HCN而挥发,其作用原理是______________________________________________________(用离子方程式表示)。
(3)“氰化”环节,是以NaCN溶液浸取调节pH的矿泥,敞口放置,将Au转化为Na[Au(CN)2]。
①其化学方程式为________________________________________________________。
②“氰化”环节中,金的溶解速率在80℃时达到最大值,但生产中控制反应液的温度在10~20℃,原因是________________________________________________________
________(答一点即可)。
③已知2H++[Au(CN)2]-Au++2HCN,该反应的K=________。
(4)用锌还原Na[Au(CN)2]生成金,消耗的锌与生成的金的物质的量之比为________。
(5)氰化物有剧毒,经合理处理就可以基本消除对环境的负面影响。
H2O2可消除水中的氰化物(如NaCN),经以下反应实现:
NaCN+H2O2+H2O===A+NH3↑。
①生成物A的化学式为______________________________________________。
②某废水用H2O2处理40min后,测得剩余总氰为0.16mg·L-1,除氰率达80%,计算
0~40min时间段反应速率v(CN-)=________mg·L-1·min-1。
(结果保留两位有效数字)
4.PFS是水处理中重要的絮凝剂,下图是以回收的废铁屑为原料制备PFS的一种工艺流程。
(1)酸浸槽以及聚合釜中用到的酸应是______________________________________;
PFS中铁元素的化合价为________;在酸浸槽中,为了提高浸出率,可以采取的措施有___________________________________________________________________(写两条)。
(2)若废铁屑中含有较多铁锈(Fe2O3·xH2O),则酸浸时反应的化学方程式有______
________________________________________________________________________。
(3)如果反应釜中用H2O2作氧化剂,则反应的离子方程式为________________________
___________________________________;生产过程中,发现反应釜中产生了大量的气体,且温度明显升高,其原因可能是__________________________________________。
(4)聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内。
如果溶液酸性过强,造成的后果是________________________________________________________________________。
如果溶液酸性太弱又会生成大量的氢氧化铁沉淀。
若溶液中Fe3+的浓度为1mol·L-1,当Fe3+开始沉淀时,溶液的pH约为________。
[已知Fe(OH)3的Ksp≈1.0×10-39]。
5.金属钼在工业和国防建设中有重要的作用。
钼(Mo)的常见化合价为+6、+5、+4。
由钼精矿(主要成分是MoS2)可制备单质钼和钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O),部分流程如图1所示:
已知:
钼酸微溶于水,可溶于液碱和氨水。
回答下列问题:
(1)钼精矿焙烧时,每有1molMoS2反应,转移电子的物质的量为________。
(2)钼精矿焙烧时排放的尾气对环境的主要危害是___________________________
________________,请你提出一种实验室除去该尾气的方法_______________________
_______________________________________________。
(3)操作2的名称为________。
由钼酸得到MoO3所用到的硅酸盐材料仪器的名称是________。
(4)操作1中,加入碳酸钠溶液充分反应后,碱浸液中c(MoO
)=0.80mol·L-1,c(SO
)=0.04mol·L-1,在结晶前需加入Ba(OH)2固体以除去溶液中的SO
。
当BaMoO4开始沉淀时,SO
的去除率是________。
[Ksp(BaSO4)=1.1×10-10、Ksp(BaMoO4)=4.0×10-8,溶液体积变化可忽略不计]
(5)焙烧钼精矿所用的装置是多层焙烧炉,图2为各炉层固体物料的物质的量的百分数(φ)。
①x=________。
②焙烧炉中也会发生MoS2与MoO3反应生成MoO2和SO2的反应,若该反应转移6mol电子,则消耗的氧化剂的化学式及物质的量分别为________、________。
6.二硫化钨(WS2,其中W的化合价为+4)可用作润滑剂,还可以在石油化工领域中用作催化剂。
由钨铁矿(其主要成分是FeWO4,还含少量Al2O3)制备二硫化钨的工艺流程如图所示:
回答下列问题:
(1)FeWO4中铁元素的化合价为________。
(2)FeWO4在“熔融”过程中发生反应的化学方程式为____________________________
____________________________________________;“熔融”过程中为了提高熔融速率,可采取的措施有______________________________(写出一条即可)。
(3)过量CO2通入粗钨酸钠溶液中发生反应的离子方程式为_______________________
______________________________,操作Ⅰ中用作引流的玻璃仪器是________。
(4)生成二硫化钨的化学方程式为2(NH4)2WS4+3O2
2WS2+4NH3+2S+2SO2+2H2O,若反应中转移8mol电子,则生成WS2的质量是________g。
6.镧系金属元素铈(Ce)常见有+3、+4两种价态,铈的合金耐高温,可以用来制造喷气推进器零件。
请回答下列问题:
(1)雾霾中含有的污染物NO可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO
、NO
,若生成的NO
、NO
物质的量之比为1∶1,试写出该反应的离子方程式:
_________________
___________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用电解的方法可将上述吸收液中的NO
转化为稳定的无毒气体,同时再生成Ce4+,其原理如图所示。
①无毒气体从电解槽的________(填字母)口逸出。
②每生成标准状况下22.4L无毒气体,同时可再生成Ce4+________mol。
(3)铈元素在自然界中主要以氟碳铈矿形式存在,其主要化学成分为CeFCO3。
工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如下:
①焙烧过程中发生的主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为________。
②假设参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为3∶1,试写出相应的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是________________________________________
__________________________________________。
④常温下,当溶液中的某离子浓度≤1.0×10-5mo
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