一轮 化学工艺流程综合题共15页word资料.docx
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一轮化学工艺流程综合题共15页word资料
化学工艺流程题
【命题分析】化学工艺流程题是高考的必考题型,题目综合性强,难度大,通常以化工生产中流程图的形式,以陌生元素或陌生化合物知识为载体,综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等,可以说是真正的学科内综合题,无所不考。
此类试题集综合性、真实性、开放性于一体,包含必要的操作名称、化工术语或文字说明,考查知识面广、综合性强、思维容量大。
题干的呈现形式多为流程图、表格和图像;设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等,能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力;涉及到的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。
年份
2017
2016
2015
考查内容
以钛铁矿制备电极材料为题材考查反应条件的选择和分析、离子方程式的书写、化学方程式的书写、转化率的影响因素、化合价的计算、沉淀溶解平衡常数的计算等
以NaClO2为题材,以工艺流程的形式,考查陌生氧化还原反应方程式的书写、除杂,电解池,氧化还原反应相关计算和新概念的接受与应用
以制备硼酸的工艺流程为题材考查化合物的性质、反应条件的控制和分析、信息型化学方程式的书写
【解题策略】审题时要弄懂流程图中涉及的反应原理、反应条件的控制以及物质的分离等。
明确流程图中箭头方向和含义。
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。
图中一般会出现陌生知识,要读懂题给文字、表格信息以及设问中的提示性信息,并分析和解题中随时进行联系、调用。
1.术语简答
术语
思考角度
研磨
减小固体的颗粒度,增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率
搅拌
使反应物充分接触,提高反应或溶解速率
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
碱浸
除去油污,溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
灼烧
除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
煅烧
改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土
调节pH
常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去
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
控制压强
改变速率,影响平衡
使用催化剂
加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间
趁热过滤
提高纯度,减少结晶损失
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
有机物洗涤
减少晶体损失,降低因溶质的溶解而引起的损耗
加热煮沸
排除溶液中溶解的气体
2.解题策略
解题步骤
解题策略
明确目的找出“两料”
①仔细阅读题头,明确工艺流程的目的。
②对照流程找出原料和辅料。
细审流程
分段剖析
①以核心辅助原料为准,把流程分为原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯三个阶段。
②依据箭头指向,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。
③某些暂时琢磨不透的环节,可先“淡化处理”,不必过多在此占用时间,如在解题过程需要用到此知识,再回头看看。
规范答题
先易后难
①结合题目要求,充分利用题给信息,分析每问,规范解答。
②先易后难:
确保易拿的分数先拿,最后难拿的题目,再带着问题回看流程进行有针对的分析。
【题型归类】
题型一:
物质制备类工艺流程
1.物质制备过程中反应条件的控制
(1)溶液的pH
①控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。
②控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
a.控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH。
加热的目的
加快反应速率或促进平衡向某个方向移动
降温的目的
防止某物质在高温时会溶解或为了使化学平衡向题目要求的方向移动
b.调节pH所需的物质一般应满足两点:
能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。
例如:
若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2)温度
(3)浓度
①根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动有利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。
②反应物过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。
(4)压强:
改变反应速率,使平衡向需要的方向移动。
(5)催化剂:
选择合适的催化剂,能加快反应速率。
2.获得产品阶段的常用操作
(1)洗涤(冰水、热水):
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;乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。
(2)蒸发时的气体氛围抑制水解:
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。
(3)蒸发浓缩、冷却结晶:
如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,母液中是NaCl和少量K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸发结晶、趁热过滤:
如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是少量K2Cr2O7和NaCl;同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
例题1硼镁泥是一种工业废料,主要成分是MgO(占40%),还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁,可用于印染、造纸、医药等工业。
从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如图所示。
氢氧化物
开始沉淀时的pH
完全沉淀时的pH
Mg(OH)2
9.3
10.8
Fe(OH)2
7.6
9.6
Fe(OH)3
2.7
3.7
Al(OH)3
3.7
4.7
已知,某些氢氧化物沉淀的pH如表所示。
请回答下列问题:
(1)在“酸解”过程中,欲加快“酸解”时的化学反应速率,请提出两种可行的措施:
________________________________________________________、__________________________________________________。
(2)加入的NaClO可与Mn2+反应:
Mn2++ClO-+H2O===MnO2↓+2H++Cl-,还有一种离子也会被NaClO氧化,并发生水解,该反应的离子方程式为__________________________________________________。
(3)“滤渣”的主要成分除Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外,还有____________。
(4)已知不同温度下MgSO4、CaSO4的溶解度如表所示。
温度/℃
40
50
60
70
MgSO4的溶解度/g
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4的溶解度/g
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据表中数据,简要说明操作步骤:
蒸发浓缩、__________。
“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、________,便可得到MgSO4·7H2O。
(5)实验中提供的硼镁泥共100g,得到的MgSO4·7H2O为172.2g,计算MgSO4·7H2O的产率:
________。
(6)金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐,完成防腐示意图,并作相应标注。
[针对训练]
1.一种带有多孔结构的镍铝合金对H2有着较强的吸附性,其高催化活性和热稳定性使该镍铝合金被广泛用于工业生产和有机合成反应中。
以镍黄铁矿(主要成分为NiS、FeS等)为原料制备该镍铝合金的工艺流程如图所示。
回答下列有关问题:
(1)Ni(CO)4中C、O化合价与CO中的C、O化合价相同,则Ni的化合价为________。
(2)在空气中“煅烧”镍黄铁矿生成Ni2O3和Fe2O3,写出生成Fe2O3的化学方程式:
______________________。
(3)操作“镍
Ni(CO)4
镍”的目的是____________________。
(4)Ni、Al高温熔融时,通入Ar的作用是________________。
高温熔融物冷却后,需要进行粉碎处理,粉碎的目的是____________________________________________。
(5)“碱浸”可以使镍产生多孔结构,从而增强对H2的吸附性,“浸出液”中的离子主要有______________;“浸出液”中的铝元素可循环利用,写出回收“浸出液”中铝元素,并制备“高温熔融”时的原料Al的流程。
(示例:
CuO
Cu2+
Cu)
题型二:
物质提纯类工艺流程
1.物质分离、提纯的六种物理方法
2.物质分离、提纯的八种化学方法
例题2以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂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。
废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO
,反应的离子方程式为_______________________,同时V2O4转化成VO2+。
“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO
,则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O
形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:
4ROH+V4O
R4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。
为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式:
____________。
[针对训练]
2.(2017·潍坊二模)碳酸钠在轻工、建材、纺织、国防、医药等工业中有重要的应用。
(1)工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO
等杂质,提纯工艺流程如下:
碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下所示
请回答下列问题:
①试剂A是________,“母液”中除了含有Na+、CO
、OH-离子外,还含有________等离子,过滤要“趁热”的目的是__________________________________________。
②检验试剂级Na2CO3中Cl-、SO
是否除尽,选用的试剂及加入的先后次序是________(填字母)。
a.HCl、BaCl2、AgNO3
b.AgNO3、HNO3、Ba(NO3)2
c.HNO3、Ba(NO3)2、AgNO3
d.AgNO3、HCl、BaCl2
(2)“侯氏制碱法”的原理:
NaCl+NH3+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
下图是某兴趣小组在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3所用到的主要装置。
请回答下列问题:
①各仪器口的连接顺序为a接__________、__________接_________,________接b,实验时先向饱和NaCl溶液中通入较多的NH3,再通入足量的CO2,其原因是________(填字母)。
a.使CO2更易被吸收
b.NH3比CO2更易制取
c.CO2的密度比NH3大
②将生成的NaHCO3晶体从混合物中分离出来需要的玻璃仪器是________________。
③该兴趣小组用如图比较C、N、Si三种元素的非金属性强弱,B中的试剂是________,能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是________________________________________________________________________________________________________________。
【题型演练】
1.某煤矿筛选煤后的废弃煤矸石中主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3,利用该煤矸石可生产金属Al及红色颜料Fe2O3。
其生产工艺流程如下图所示:
回答下列问题:
(1)将煤矸石进行粉碎,使粉末状的煤矸石在盐酸中酸浸,煤矸石粉碎操作的目的是______________,“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中阳离子除H+外,还有____________。
(2)残渣主要成分的化学式为____________,写出该物质的一种用途:
_____________。
(3)“转化ⅰ”操作加入NH3的作用是_________________________________________________。
(4)“碱溶”操作中发生化学反应的离子方程式为_____________________________________________。
(5)“转化ⅱ”操作通入了过量的气体X,X的化学式为________________。
(6)电解氧化铝的阳极反应式为____________________,若该煤矸石中含Al2O3为25%,且“酸浸”“转化i”“碱溶”“转化ⅱ”Al损失均为2%,则处理1.00t该煤矸石,最后电解转移的电子为________mol。
2.工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Al、Co、Li等)的工艺流程如图所示。
已知:
Co、Fe都是中等活泼金属。
已知:
Ksp[Cu(OH)2]=4.0×10-21,Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-32,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38,Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10-19。
常温下,pH=7.3时Li+或Co3+开始沉淀。
(1)金属M为________。
(2)①加入H2O2的作用是_________________________________________________(用离子方程式表示)。
②氨水的作用是调节溶液的pH,常温下,使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去(浓度小于1.0×10-5mol·L-1认为完全沉淀)。
需调节溶液的pH范围为__________。
(3)充分焙烧的化学方程式为_______________________________________________。
(4)已知Li2CO3微溶于水,其饱和溶液的浓度与温度的关系如表所示。
操作2中,蒸发浓缩后必须趁热过滤,其原因是__________________________________________。
温度/℃
10
30
60
90
浓度/(mol·L-1)
0.21
0.17
0.14
0.10
(5)用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂,阳极生成两种气体,则阳极的电极反应式为_______________________________________________________________________________________。
(6)①Li、Co形成的某锂离子电池的正极是LiCoO2,含Li+导电固体为电解质。
充电时,Li+被还原为Li,并以原子形式嵌入电池负极材料C6中(如图a所示)。
电池反应为LixC6+Li1-xCoO2
C6+LiCoO2,写出该电池放电时的负极反应式:
________________________________________________________。
②锂硫电池的总反应为2Li+S
Li2S,图b表示用锂硫电池给锂电池充电,请在图b两电极边的“( )”中填写“Li”或“S”,以达到给锂电池充电的目的。
3.在自然界中,原生铜的硫化物经氧化、淋滤后变成CuSO4溶液,向地下深层渗透,遇到深层闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS),慢慢转化为铜蓝(CuS)。
已知:
Ksp(PbS)=1.3×10-24,Ksp(CuS)=4×10-36,Ksp(ZnS)=1.0×10-22,溶液中离子浓度≤10-5mol·L-1时,表明已除尽。
(1)①PbS、ZnS均可以转化为铜蓝的原因是______________________________。
写出PbS转化为CuS的离子方程式:
________________________________________。
②下列有关ZnS和PbS的说法不正确的是________。
A.向同浓度的ZnCl2和PbCl2的混合溶液中滴加Na2S溶液,PbS先析出
B.将某工业废水中的Pb2+除去,则加入Na2S溶液后应保证c(S2-)不低于1.3×10-19mol·L-1
C.ZnS和PbS共存的悬浊液中,
=1.3×10-2
D.PbS悬浊液中加入ZnCl2浓溶液,PbS不可能转化为ZnS
(2)铜蓝中除含有大量CuS外,还含有少量铁的化合物,工业上以铜蓝为原料生产CuCl2·2H2O的工艺流程如下:
已知:
Fe(OH)2、Fe(OH)3、
Cu(OH)2完全沉淀时的pH分别为9.0、3.2、6.7。
CuCl2与Na2SO4的溶解度曲线如图所示。
①配平焙烧过程中发生反应的主要方程式:
__CuS+__NaCl+__
__CuCl2+__Na2SO4。
②试剂F可选用NaClO,其电子式为________,则加入试剂F发生反应的离子方程式为____________________________________________________。
③为了获得CuCl2·2H2O晶体,对滤液B进行蒸发浓缩、趁热过滤。
则“趁热过滤”得到的固体是__________。
4.以某菱锰矿(含MnCO3、SiO2、FeCO3和少量Al2O3等)为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。
已知Ksp(MnCO3)=2.2×10-11,Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33。
(1)滤渣中,含铁元素的物质主要是________(填化学式,下同);加NaOH调节溶液的pH约为5,如果pH过大,可能导致滤渣中________含量减少。
(2)滤液中,+1价阳离子除了H+外还有________(填离子符号)。
(3)取“沉锰”前溶液amL于锥形瓶中,加入少量AgNO3溶液(作催化剂)和过量的1.5%(NH4)2S2O8溶液,加热,Mn2+被氧化为MnO
,反应一段时间后再煮沸5min[除去过量的(NH4)2S2O8],冷却至室温。
选用适宜的指示剂,用bmol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点,消耗(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液VmL。
①Mn2+与(NH4)2S2O8反应的还原产物为______。
②“沉锰”前溶液中c(Mn2+)=____________________________________mol·L-1。
(列出表达式)
(4)其他条件不变,“沉锰”过程中锰元素回收率与NH4HCO3初始浓度(c0)、反应时间的关系如图所示。
①NH4HCO3初始浓度越大,锰元素回收率越________(填“高”或“低”),简述原因______________________________
__________________________________________________。
②若溶液中c(Mn2+)=1.0mol·L-1,加入等体积1.8mol·L-1NH4HCO3溶液进行反应,计算20~40min内v(Mn2+)=________。
5..我国每年产生的废旧铅蓄电池约330万吨。
从含铅废料(PbSO4、PbO2、PbO等)中回收铅,实现铅的再生,意义重大。
一种回收铅的工作流程如下:
(1)铅蓄电池放电时,PbO2作______极。
铅蓄电池充电时,阳极附近溶液pH的变化是____(填“升高”“降低”或“不变”)。
(2)过程Ⅰ,已知:
PbSO4、PbCO3的溶解度(20℃)见图1;Na2SO4、Na2CO3的溶解度见图2。
①根据图1写出过程Ⅰ的离子方程式:
_________________________________________________________________________。
②生产过程中的温度应保持在40℃,若温度降低,PbSO4的转化速率下降。
根据图2,解释可能原因:
ⅰ.温度降低,反应速率降低;ⅱ._______________________________________________________________(请你提出一种合理解释)。
③若生产过程中温度低于40℃,所得固体中,含有较多的Na2SO4杂质,结合必要的化学用语和文字说明原因:
_____________________________________________________________________________________。
(3)过程Ⅱ,发生反应2PbO2+H2C2O4===2PbO+H2O2+2CO2↑。
实验中检测到有大量O2放出,推测PbO2氧化了H2O2,通过实验证实了这一推测,实验方案是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(已知:
PbO2为棕黑色固体;PbO为橙黄色固体)
(4)过程Ⅲ,将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的电解液,电解Na2PbCl4溶液,生成Pb,如图3。
①阴极的电极反应式是________________________________。
②电解一段时间后,PbCl
浓度极大下降,为了恢复其浓度且实现物质的循环利用,阴极区采取的方法是_______________________________________________________。
化学工艺流程题
例一
(1)适当升高温度、把硼镁泥粉碎(或搅拌、适当增大硫酸浓度)
(2)2Fe2++ClO-+5H2O===2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+ (3)SiO2 (4)趁热过滤 过滤洗涤(或过滤) (5)70%
(6)
或
针对练答案:
(1)0
(2)4FeS+7O2
2Fe2O3+4SO2
(3)提纯镍
(4)保护Ni、Al,防止其被氧化 提高“碱浸”的反应速率和原料的转化率
(5)Na+、AlO
、OH- 浸出液
Al(OH)3
Al2O3
Al
例二【答案】
(1)V2O5+2H+===2VO
+H2O SiO2
(2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱(5)K+ (6)2
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