2021版高考化学一轮复习核心素养微专题2化学工艺流程试题的解题策略练习含解析新人教版

2021版高考化学一轮复习核心素养微专题2化学工艺流程试题的解题策略练习含解析新人教版

化学工艺流程试题的解题策略 ‎ ‎ ‎ ‎1.原料预处理的常用方法及其作用 ‎ ‎(1)研磨：减小固体颗粒度，增大物质间接触面积，加快反应速率。‎ ‎(2)水浸或酸浸：与水接触反应或溶解；与酸接触反应或溶解，得可溶性金属离子溶液，不溶物过滤除去。‎ ‎(3)浸出：固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。‎ ‎(4)灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化。‎ ‎(5)煅烧：改变结构，使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。‎ ‎2.制备过程中应注意的反应条件 ‎(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常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。‎ ‎(2)温度：‎ 根据需要选择适宜温度，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动，减少副反应的发生，确保一定的反应速率，控制溶解度便于提纯。‎ ‎(3)浓度：‎ ‎①根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。‎ ‎②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)趁热过滤：防止某物质降温时会大量析出。‎ ‎(5)冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体损耗。‎ ‎3.无机化工流程中的分离方法 ‎(1)洗涤(冰水、热水)：洗去晶体表面的杂质离子；‎ ‎(2)过滤(热滤或抽滤)：分离难溶物和易溶物；‎ ‎(3)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质；‎ ‎(4)蒸发结晶：提取溶解度随温度的变化不大的溶质；‎ ‎(5)冷却结晶：提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等；‎ - 8 -‎ ‎(6)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物；‎ ‎(7)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体。‎ ‎ ‎ ‎【典例】(2019·全国卷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______________。 ‎ ‎【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。‎ ‎【解析】(1)在‎95 ℃‎“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。‎ ‎(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O，故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。‎ - 8 -‎ ‎(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH++B(OH可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤‎2”‎主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO3析出。‎ ‎(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg2++‎3C+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HC或2Mg2++‎2C+H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。‎ 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++‎3C+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HC ‎(或2Mg2++‎2C+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑)‎ 溶浸　高温焙烧 ‎　以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下： ‎ 注：铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。‎ ‎(1)在废渣溶解操作时，应选用________溶解(填字母)。 ‎ A.氨水　　　　 B.氢氧化钠溶液 C.盐酸 D.硫酸 - 8 -‎ ‎(2)物质A是一种氧化剂，工业上最好选________(供选择使用的有空气、Cl2、MnO2)，其理由是________________________________ 。氧化过程中发生反应的离子方程式为______________。 ‎ ‎(3)根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件(从温度、pH和氧化时间三方面说明)是______________。 ‎ ‎(4)铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe(OH)3、________。铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为__ __________。 ‎ ‎【解析】(1)该流程的目的是制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+，也不能选用。(2)空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。‎ ‎(3)由图知，控制温度在‎80 ℃‎、pH为1.5、氧化时间为4 h，Fe2+的氧化率较高。(4)废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+，加氨水后，可能生成Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得(NH4)2SO4和Fe(OH)3。‎ 答案：(1)D ‎(2)空气　原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质　4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O ‎(3)溶液温度控制在‎80 ℃‎，pH控制在1.5，氧化时间为4 h 左右 ‎(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4‎ ‎(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12+6NH3·H2O4(NH4)2SO4+6Fe(OH)3↓‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　1.(提纯型化工流程)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下，请回答下列问题：‎ - 8 -‎ ‎(1)步骤①所得废渣的成分是________(写化学式)，操作Ⅰ的名称________。 ‎ ‎(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)：‎ R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)，②中萃取时必须加入适量碱，其原因是______________。 ‎ ‎③中X试剂为________。 ‎ ‎(3)⑤的离子方程式为______________。 ‎ ‎(4)‎25 ℃‎时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表：‎ pH ‎1.6‎ ‎1.7‎ ‎1.8‎ ‎1.9‎ ‎2.0‎ 钒沉淀率%‎ ‎98.0‎ ‎98.8‎ ‎98.8‎ ‎96.4‎ ‎93.1‎ 结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)<________。(已知：‎25 ℃‎时，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39) ‎ ‎(5)该工艺流程中，可以循环利用的物质有________和________。 ‎ ‎【解析】(1)将含K2SO4、SiO2杂质的VOSO4溶于水，SiO2不溶于水，步骤①是过滤，将SiO2与溶液分离。(2)②中萃取时必须加入适量碱，有利于中和硫酸，促使平衡正向移动；③为反萃取，使上述平衡向逆方向移动，X试剂为H2SO4。(3)在含有VO2+、S的溶液中加入氧化剂氯酸钾，可以将VO2+氧化为V，步骤⑤中加氨水，V与氨水反应生成NH4VO3的离子方程式为NH3·H2O+V NH4VO3↓+OH-。(4)根据‎25 ℃‎时，钒沉淀率和溶液pH之间的关系知，pH为1.7、1.8时，钒沉淀率最高，调节溶液的最佳pH为1.7～1.8最好；若钒沉淀率为93.1%，pH=2.0，c(OH-)=1×10-12 mol·L-1，此时没有Fe(OH)3沉淀，则溶液中的c(Fe3+)

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