专题十 化学工艺流程题高考化学三轮复习回归基础与易错点拨原卷版.docx
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专题十化学工艺流程题高考化学三轮复习回归基础与易错点拨原卷版
高考化学三轮复习回归基础与易错点拨
专题十化学工艺流程题
一、【考纲样题说明】
【例17】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).
回答下列问题:
(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为.
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式.
(3)“酸浸”一般在80℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式;可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式.
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式.
(6)在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有(填化学式).
【说明】本题紧密联系生活实际,以锂离子电池正极材料的再生利用工艺为背景,考查内容涉及常见金属、非金属元素及其化合物的性质与应用,化学反应方程式、离子反应方程式与电极反应式的书写,氧化还原反应的本质与配平,常见化学电源的种类及其工作原理,常见元素的化合价及根据化学式判断化合价,反应条件对产物的控制与影响,离子反应概念、质量守恒定律的含义。
【例18】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:
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】本题紧密联系化工生产实际,以“氯酸钠、SO2、NaCl等原料合成NaClO2”为情境,流程图中展示了若干考生熟悉和不熟悉的信息,考查内容涉及常见元素单质及其化合物的物理性质、化学性质及应用,较复杂化合物中元素化合价的计算,化学反应原理及其应用,离子反应的概念,化学方程式的书写,氧化还原反应的本质、基本概念与方程式的配平,电解原理及其电极产物判断,利用离子反应生成除去杂质离子的原理和方法,简单的化学计算等。
该题给出的信息非常丰富,要求考生既要具有接受、吸收与整合化学信息的能力,又要具有分析问题和解决问题的能力。
二、【高考样题补充】
1.【2019新课标Ⅰ】硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。
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)−4,Ka=5.81×10−10,可判断H3BO3是
酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至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新课标Ⅱ】立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。
回答下列问题:
(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I2−KI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+2SO2-2I−+SO2-。
测定时消
2346
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新课标Ⅲ】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,工艺如下图所示。
回答下列问题:
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
8.9
(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=1时,z=。
3
三、【回归基础】
(一)教材中的工艺流程
1.从铝土矿中提炼铝流程Ⅰ
(1)涉及反应(写出并配平化学方程式)
①Al2O3+
6
Fe2O3+
②AlCl3+
3
FeCl3+
HCl===2AlCl3+3H2OHCl===2FeCl3+3H2O
4
6
NaOH===NaAlO2+3NaCl+2H2O
NaOH===Fe(OH)3↓+3NaCl
HCl+NaOH===NaCl+H2O
2
③NaAlO2+H2O+CO2===Al(OH)3↓+NaHCO3
NaOH+CO2===NaHCO3
2
△
④Al(OH)3=====Al2O3+3H2O
2
⑤AlO(熔融
电解
+3O↑
23)=====4Al2
(2)问题探讨(思考并回答问题)
①步骤①加入过量盐酸后的实验操作是什么?
提示:
过滤。
②步骤②能否用氨水代替NaOH溶液?
提示:
不能;原因是Al3+与过量氨水反应生成Al(OH)3沉淀,达不到分离Al3+、Fe3+的目的。
③步骤③中若将CO2的量改为“少量”,得到的产物还是NaHCO3吗?
提示:
不是NaHCO3而是Na2CO3。
流程Ⅱ
(1)涉及反应
2
①Al2O3+
NaOH===2NaAlO2+H2O
2
SiO2+NaOH===Na2SiO3+H2O
②Na2SiO3+
4
NaAlO2+
HCl===H2SiO3↓+2NaCl
2
HCl===NaCl+AlCl3+2H2O
NaOH+HCl===NaCl+H2O
③AlCl3+
NH3·H2O===
Al(OH)3↓+
NH4Cl
HCl+NH3·H2O===NH4Cl+H2O
(2)问题探讨
3
①步骤②中将盐酸改为“CO2”合适吗?
为什么?
提示:
不合适;因为过量CO
2
和AlO-的目的。
2与NaAlO2、Na2SiO3
反应生成Al(OH)
3和H2SiO3沉淀,达不到分离SiO2-
②步骤③中将氨水改为“NaOH溶液”合适吗?
提示:
不合适;因为Al(OH)3能溶于NaOH。
③冶炼金属铝能否用氯化铝代替氧化铝?
提示:
不能;因为AlCl3属于共价化合物。
2.硅的制备
(1)涉及反应
高温
①SiO2+C=====
Si+
CO↑
②Si+
加热
Cl2=====
SiCl4
③SiCl4+
高温
2
H2=====Si+4HCl
(2)问题探讨
①步骤①中石英砂与焦炭高温下反应时为什么要隔绝空气?
提示:
高温下,焦炭和空气中的O2发生反应。
②用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中,焦炭的作用是什么?
提示:
提供能量,作还原剂。
③粗硅与HCl完全反应后,经冷凝得到的SiCl4(沸点57.6℃)中混有少量的SiHCl3(沸点33℃),提纯
SiCl4采用的方法是什么?
提示:
蒸馏。
④由SiO2与C高温下反应得到的粗硅中可能含有什么杂质?
提示:
SiO2、C、SiC等。
3.氯碱工业
(1)涉及反应
2
①2NaCl+
H2O电解,2NaOH+H2↑+Cl2↑
2
②Cl2+NaOH===NaCl+NaClO+H2O
③Cl2+Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
④H2+Cl2点燃,2HCl
(2)问题探讨
4
①食盐中含有Ca2+、Mg2+、SO2-等杂质离子,如何设计实验方案除去这些杂质离子?
提示:
②工业上电解食盐水制烧碱时,食盐水为什么必须要精制?
4
提示:
精制食盐水的目的是除去食盐水中的Ca2+、Mg2+、SO2-等杂质离子,以防Mg2+与OH-结合生
成Mg(OH)2堵塞隔膜电解槽中的隔膜,造成电解失败。
③用惰性电极电解饱和食盐水时,为什么要用隔膜把电解槽分成阳极室、阴极室?
提示:
电解时,阳极产生Cl2,阴极产生H2,若无隔膜,二者混合光照时会发生爆炸,隔膜的作用是将H2和Cl2隔开,以防发生危险。
④步骤③制取漂白粉时是将Cl2通入澄清石灰水中吗?
提示:
不是;原因是澄清石灰水中Ca(OH)2的含量低,不适合工业大量生产,应改为石灰乳。
4.工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸
(1)涉及反应
高温
①FeS2+
②SO+
O2=====
催化剂
O
Fe2O3+
SO
SO2
22△3
③SO3+H2O===H2SO4
(2)问题探讨
①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行,其中矿石要粉碎,从炉底鼓
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