版高考化学二轮复习五个解答题之1工艺流程综合题Word版含答案.docx
- 文档编号:8294221
- 上传时间:2023-01-30
- 格式:DOCX
- 页数:56
- 大小:549KB
版高考化学二轮复习五个解答题之1工艺流程综合题Word版含答案.docx
《版高考化学二轮复习五个解答题之1工艺流程综合题Word版含答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《版高考化学二轮复习五个解答题之1工艺流程综合题Word版含答案.docx(56页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
版高考化学二轮复习五个解答题之1工艺流程综合题Word版含答案
工艺流程综合题
历年真题集中研究——明考情
1.(2018·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。
[把脉考点]
第
(1)问
考查陌生化学方程式的书写
第
(2)问
考查反应过程中的除杂、反应条件的控制
第(3)问
考查离子方程式的书写
第(4)问
考查电极反应式的书写、原料的循环利用
解析:
(1)闪锌矿的主要成分是ZnS,所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为ZnS+O2ZnO+SO2。
(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO,还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO,加稀H2SO4后,发生一系列化学反应:
ZnO+H2SO4===ZnSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4===Fe2(SO4)3+3H2O、CdO+H2SO4===CdSO4+H2O、PbO+H2SO4===PbSO4+H2O。
其中SiO2和PbSO4不溶于水,以沉淀的形式沉降下来,所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。
氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8~6.2,使Fe3+完全转变为Fe(OH)3沉淀;通入O2的目的是使溶液中的Fe2+转化为Fe3+,有利于除杂,若不通入O2,无法除去溶液中的杂质Fe2+。
(3)溶液中的Cd2+与加入的Zn粉反应而被除去,反应的离子方程式为Zn+Cd2+===Zn2++Cd。
(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时,阴极放电的是Zn2+,电极反应式是Zn2++2e-===Zn。
沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4,可返回到溶浸工序循环使用。
答案:
(1)ZnS+O2ZnO+SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+
(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
2.(2017·全国卷Ⅰ)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。
工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如图所示。
由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为________。
(2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl形式存在,写出相应反应的离子方程式:
________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因_______________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol·L-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.0×10-5mol·L-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?
______________________(列式计算)。
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式:
______________。
[把脉考点]
第
(1)问
考查原料的处理与反应条件的控制
第
(2)问
考查陌生离子方程式的书写
第(3)问
考查化工原理分析
第(4)问
考查化学键
第(5)问
考查Ksp的相关计算
第(6)问
考查陌生化学方程式的书写
解析:
(1)从图像直接可以看出,当铁的浸出率为70%时对应的温度、时间分别为100℃、2h和90℃、5h。
(2)解答陌生离子方程式的书写,首先要根据题意判断反应前后元素化合价的变化(反应前后Ti、Fe、H、Cl四种元素化合价没有变化)来推断离子反应类型(非氧化还原反应),再根据题意写反应前后的参与反应的物质:
FeTiO3+H++Cl-——Fe2++TiOCl,再根据电荷守恒进行配平FeTiO3+4H++4Cl-——Fe2++TiOCl,最后根据元素守恒可知生成产物中有H2O,则补水后可得FeTiO3+4H++4Cl-===Fe2++TiOCl+2H2O,即是要求的离子方程式。
(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。
这类问题要从两个角度分析,即低于40℃时,随着温度的升高,反应速率加快;高于40℃时,氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快,导致反应物浓度降低,结果转化率降低。
(4)锂元素在化合物中只有一种化合价(+1),过氧键中氧显-1价,其余的氧为-2价,由化合物中元素化合价代数和等于0,设Li2Ti5O15中-2价、-1价氧原子个数分别为x、y,有:
解得x=7,y=8。
所以,过氧键数目为=4。
(5)分两步计算:
①计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。
c(Fe3+)·c(PO)=Ksp(FePO4),c(PO)=mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1。
②混合后,溶液中镁离子浓度为c(Mg2+)=0.01mol·L-1,c3(Mg2+)·c2(PO)=0.013×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40 (6)草酸中碳为+3价,高温煅烧过程中铁的化合价降低,碳的化合价升高,有CO2生成。 答案: (1)100℃、2h,90℃、5h (2)FeTiO3+4H++4Cl-===Fe2++TiOCl+2H2O (3)低于40℃,TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40℃,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(PO)=mol·L-1=1.3×10-17mol·L-1,则c3(Mg2+)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10-17)2≈1.7×10-40 (6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O 3.(2016·全国卷Ⅲ)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+V4OR4V4O12+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________________________________________________________________________。 [把脉考点] 第 (1)问 考查陌生离子方程式的书写、化工原理的分析 第 (2)问 考查氧化还原反应的计算 第(3)问 考查化工原理的分析 第(4)问 考查反应条件的控制 第(5)问 考查化工原理的分析 第(6)问 考查陌生化学方程式的书写 解析: (1)“酸浸”时V2O5转化为VO,V2O5、VO中V元素均显+5价,V元素化合价不变,则该反应是非氧化还原反应,结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式: V2O5+2H+===2VO+H2O。 废钒催化剂中除SiO2外,其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐,则“废渣1”的主要成分是SiO2。 (2)“氧化”中使3mol的VO2+变为VO,转移电子的物质的量为3mol×(5-4)=3mol;氧化剂KClO3被还原为KCl,Cl元素由+5价降低到-1价,根据电子守恒可知,需要KClO3的物质的量至少为=0.5mol。 (3)由图可知,加入KOH中和后产生废渣2,而“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中,后续操作中未进行除杂操作,显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀,从而除去Fe3+、Al3+,故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。 (4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH+V4OR4V4O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。 为了提高洗脱效率,应增加溶液中c(OH-),使平衡逆向移动,故淋洗液应该呈碱性。 (5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH,而“离子交换”过程中,消耗V4O同时生成OH-,而阳离子未参与离子交换,故“流出液”中阳离子最多的是K+。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,“煅烧”过程中生成V2O5,考虑铵盐的不稳定性,还应生成NH3和H2O,结合元素守恒写出化学方程式: 2NH4VO3V2O5+H2O+2NH3↑。 答案: (1)V2O5+2H+===2VO+H2O SiO2 (2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K+ (6)2NH4VO3V2O5+H2O+2NH3↑ 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、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、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。 必备知能系统归纳——通流程 (一)分析试题结构特点——掌握解题流程 1.分析试题结构特点 题头 (2016·全国卷Ⅰ)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下: 题干 题尾 回答下列问题: (1)NaClO2中Cl的化合价为________。 (2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_____________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。 (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。 “电解”中阴极反应的主要产物是________。 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。 此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为________,该反应中氧化产物是________。 (5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是: 每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。 NaClO2的有效氯含量为________。 (计算结果保留两位小数) 说明 2.掌握解题流程 (1)审题 先审题头,从题头中获取有用信息,了解制取的产品,再整体浏览流程图(题干),分清原料预处理、反应条件的控制、核心反应、物质的分离与提纯等,最后审设问(题尾),逐一回答问题。 (2)答题 ①先答以“点”设问的问题 (即不需要理清工艺流程图的主线即可以答题) 如“试题结构特点”题尾第 (1)问NaClO2中Cl的化合价为+3和第(3)问“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,需加入的试剂分别为NaOH溶液、Na2CO3溶液。 解题时完全没有必要考虑流程图,直接利用所学知识回答即可。 ②再答以“线”设问的问题 (即先理清工艺流程图的前后关系才能答题) 如“试题结构特点”题尾第 (2)问写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式2NaClO3+SO2+H2SO4===2ClO2+2NaHSO4和第(3)问中……,“电解”中阴极反应的主要产物是ClO(或NaClO2)。 解题时无法直接作答,需带着问题,找工艺流程图中相应的“反应”和“电解”位置,找到反应物和生成物,再具体问题具体回答即可。 (二)多研高考经典化工流程——提升流程分析能力 1.(2017·全国卷Ⅰ)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。 工艺流程如下: [涉及反应] ①“酸浸”后,钛主要以TiOCl形式存在,其反应的离子方程式为FeTiO3+4H++4Cl-===Fe2++TiOCl+2H2O ②由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4+Li2CO3+H2C2O42LiFePO4+3CO2↑+H2O 2.(2017·海南高考)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示: 硼镁泥的主要成分如下表: MgO SiO2 FeO、Fe2O3 CaO Al2O3 B2O3 30%~40% 20%~25% 5%~15% 2%~3% 1%~2% 1%~2% [涉及反应] ①酸解中发生的主要离子方程式为 MgO+2H+===Mg2++H2O FeO+2H+===Fe2++H2O Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O Al2O3+6H+===2Al3++3H2O ②除杂中发生的主要离子方程式为 2H++ClO-+2Fe2+===2Fe3++Cl-+H2O 2Fe3++3MgO+3H2O===2Fe(OH)3↓+3Mg2+ 2Al3++3MgO+3H2O===2Al(OH)3↓+3Mg2+ 3.(2016·全国卷Ⅲ)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: [涉及反应] ①“酸浸”时V2O5转化为VO的离子方程式: V2O5+2H+===2VO+H2O ②“氧化”时,所发生的离子方程式: 6VO2++ClO+3H2O===6VO+Cl-+6H+ ③“煅烧”偏钒酸铵(NH4VO3)时,发生反应的化学方程式: 2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O 4.(2016·海南高考)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: [涉及反应] ①ZnO+H2SO4===ZnSO4+H2O ②ZnS+H2SO4===ZnSO4+H2S↑ ③CuS+H2O2+H2SO4===CuSO4+S+2H2O 5.(2015·全国卷Ⅱ)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2: [涉及反应] ①电解时发生反应的化学方程式为 NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3 ②制备ClO2的化学方程式为 6NaClO2+NCl3+3H2O=== 6ClO2+NH3↑+3NaCl+3NaOH 6.(2013·全国卷Ⅰ)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+xLi++xe-===LixC6。 现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。 [涉及反应] ①正极碱浸的离子方程式: 2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑ ②酸浸中发生的主要氧化还原反应方程式为 2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O ③“沉钴”过程中发生反应的化学方程式为 CoSO4+2NH4HCO3=== CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ 7.(2013·全国卷Ⅱ)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。 纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下: [涉及反应] ①反应b中发生的离子方程式为 MnO+3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+ 2MnO+3Mn2++2H2O===5MnO2↓+4H+ ②反应d中发生的离子方程式为 CO+Zn2+===ZnCO3↓ ③反应e中发生的反应为 ZnCO3ZnO+CO2↑ 高考题点逐一研究——清盲点 化学工艺流程题以工业上制备某物质(纯净物)为目的,把实际生产(或设计)中的过程以简图的形式表现出来: 一般以无机矿物、工农业生产或生活废旧物质为原料,利用化学反应原理知识,首先对原料经过一定的预处理,再通过一系列化学反应,经过多次分离提纯,最后得到目标产物。 其工艺流程及各环节的主要关键点图解如下: 命题点一 化学工艺流程题中原料的预处理 原料预处理的常用方法 方法 目的 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,增大反应速率 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 [对点训练] 1.(2015·全国卷Ⅰ节选)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)的工艺流程如下所示: 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)。 解析: 盐跟酸反应生成新盐和新酸,据此可写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式: Mg2B2O5·H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3。 可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施,以提高浸出速率。 答案: Mg2B2O5·H2O+2H2SO42H3BO3+2MgSO4 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径 2.某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料,主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等,回收其中镁的工艺流程如下: 试回答在“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有________________________________________________________________________(两条即可)。 解析: 采取措施其目的是让更多的镁的化合物能与硫酸反应。 答案: 增大硫酸浓度、加热升高温度、边加硫酸边搅拌 3.(2018·石家庄二模)稀土是一种不可再生的战略性资源,被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。 一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下: 已知: 废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出) 成分含量/% Y2O3 ZnO Al2O3 PbO2 MgO 预处理前 24.28 41.82 7.81 1.67 0.19 预处理后 68.51 5.42 4.33 5.43 0.50 试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为_________________________________。 解析: 由已知中预处理前和预处理后的成分含量变化可得,预处理的目的为除去ZnO和Al2O3。 答案: 除去ZnO和Al2O3 4.碲(Te)位于元素周期表第ⅥA族,由该元素组成的物质可用作石油裂化的催化剂,电镀液的光亮剂,玻璃的着色材料,合金材料的添加剂等。 碲化铜渣是电解精炼铜时产生的一种矿渣,其主要含Cu2Te、Au、Ag等,利用下列工艺流程可回收碲: 已知: TeO2的熔点为733℃,微溶于水,可溶于强酸和强碱。 回答下列问题: (1)Te与S的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为________(用化学式表示)。 (2)“酸浸1”需加热,加热的目的是______________________________, “酸浸1”发生反应的氧化产物是________(写化学式)。 (3)“水浸”后“滤液1”的颜色是________。 (4)“滤渣1”进行“碱浸”的离子方程
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考 化学 二轮 复习 五个 解答 工艺流程 综合 Word 答案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)