2021新高考化学二轮总复习学案：热点专攻（四）　化学工艺流程题解题策略 Word版含解析

2021新高考化学二轮总复习学案：热点专攻（四）　化学工艺流程题解题策略 Word版含解析

热点专攻(四) 化学工艺流程题解题策略 工艺流程题是近几年高考的热点题型,工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一 般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)。题干主要用流程图形式将 原料到产品的主要生产工艺流程表示出来。题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计 成一系列问题,构成一道完整的化学试题。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。题型包括选择题和非选择题,选择题主要考查元素化合 物知识和工艺流程中的基本操作。非选择题考查知识面广、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,涉及的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。 (一)审题关注什么 1.审题的关键点 (1)明确原始物质及目标物质。 (2)明确化工生产流程:原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的提纯分离→目标产 物。 (3)掌握主要的化工生产原理等。 (4)掌握常见与化工生产有关的操作方法及作用。 ①对原料进行预处理的常用方法及其作用: 研磨——以增大接触面积而加快反应速率 　 酸(或水)浸——是与酸(或水)接触反应或溶解 　 灼烧——以除去可燃杂质 　 煅烧——以促使物质转化 ②常用的控制反应条件的方法: 调节溶液的 pH——使某些金属离子沉淀 　 控制温度、压强——以加快反应速率或使平衡移动 　 趁热过滤——以防止某物质降温而析出 　 冰水洗涤——以洗去杂质离子而减少晶体的损耗 2.防范失分点 (1)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产物的物理或 化学性质,结合基本理论与实际问题进行思考,注意答题的模式与要点。 (2)抓住流程图中“每步转化的物质变化”与总过程目的的关系,分析某步转化试剂的选择及 流程中加入某试剂的原因,得出转化后生成的所有物质,从问题中获取信息,帮助解题。 (二)题目考什么 1.化学工艺流程题模型 2.化工术语 关键 词 释义 研磨、 雾化 将块状或颗粒状的物质研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 灼烧 (煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质在高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 等 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 浸出 率 固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程 水浸 与水接触反应或溶解 过滤 固体与液体的分离 滴定 定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定 蒸发 结晶 蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,直到溶质以晶体形式析出 蒸发 浓缩 蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度 水洗 用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等 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(形成沉淀) 3.常见操作的答题角度 常见的操作 答题的角度 分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、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 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 中进行的反 应或操作 判断沉淀是 否洗涤干净 取最后一次洗涤液少量,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,除去铝片表面的氧化膜,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 而挥发。⑥加热煮沸可促进水解,聚沉后利于过滤分离。⑦趁热过滤能减少因降温而析出的 溶质的量。⑧降温可防止物质高温分解或挥发,降温(或减压)还可以减少能源成本,也可降低对 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,减少损耗等。④洗涤沉淀的方法: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 用水洗除去表面的可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面的氧化物、提高 光洁度等 应考训练 1.(2020 广东六校联盟第二次联考)以铬铁矿[主要成分为 Fe(CrO2)2,含有 Al2O3、Fe2O3、SiO2 等 杂质]为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na2Cr2O7·2H2O)的主要工艺流程如下,关于该流程说法错 误的是(　　) A.煅烧生成 Na2CrO4 的化学方程式为 4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 B.SiO2 在“浸出过滤”步骤中和 Fe2O3 一起除去 C.Na2CrO4 到 Na2Cr2O7 转化的原理为:2H++2CrO2- 4 Cr2O2- 7 +H2O D.该工艺中“煅烧”产生的 CO2 可用于“除杂”步骤以节约生产成本,为完全除去 AlO-2,发生反应的 离子方程式为 CO2+AlO-2+2H2O Al(OH)3↓+HCO-3 2.(双选)(2020 山东微山二中质检)我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程如图 所示,下列说法不正确的是(　　) A.在沉淀池中应先通入二氧化碳气体,再通入氨气 B.生产纯碱的反应原理:NH3+CO2+H2O HCO-3+NH+4 C.循环Ⅱ中 X 是二氧化碳 D.在过滤后的母液中加入氯化钠粉末、通入氨气,搅拌,经冷却结晶后可得氯化铵晶体 3.(2020 山东化学)用软锰矿(主要成分为 MnO2,含少量 Fe3O4、Al2O3)和 BaS 制备高纯 MnCO3 的工艺流程如下: 已知:MnO2 是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的 Ksp 见下表。 物 质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2 Ksp 1×10-16.3 1×10-38.6 1×10-32.3 1×10-12.7 回答下列问题: (1)软锰矿预先粉碎的目的是　　　　　,MnO2 与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化学方程式 为　　　　　　　　　　　　　　。 (2)保持 BaS 投料量不变,随 MnO2 与 BaS 投料比增大,S 的量达到最大值后无明显变化,而 Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小,减小的原因是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)滤液Ⅰ可循环使用,应当将其导入到　　　　　操作中(填操作单元的名称)。 (4)净化时需先加入的试剂 X 为　　　　　　　(填化学式),再使用氨水调溶液的 pH,则 pH 的 理论最小值为　　　　　　(当溶液中某离子浓度 c≤1.0×10-5 mol·L-1 时,可认为该离子沉淀完 全)。 (5)碳化过程中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4.(2020 全国Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、镁 的铝硅酸盐,以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。 该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示: 金属离 子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+ 开始沉 淀 pH 1.9 7.0 3.0 8.1 完全沉 淀 pH 3.2 9.0 4.7 10.1 回答下列问题: (1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)“酸浸氧化”中,VO+和 VO2+被氧化成 VO+2 ,同时还有　　　　离子被氧化。写出 VO+转化为 V O+2 反应的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子 K+、Mg2+、 Na+、　　　　,以及部分的　　　　。 (4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是　　　　。 (5)“调 pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式 是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时,需要加入过量 NH4Cl,其原因 是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 5.(2020 山东潍坊三模)钒及其化合物在工业上有许多用途。某钒精矿的主要成分及质量分数如 下表: 物质 V2O5 V2O3 K2OSiO2 Fe2O3 Al2O3 质量 分数 /% 0.81 1.70 2.1163.915.86 12.51 一种从该钒精矿中提取五氧化二钒的流程如下: 回答下列问题: (1)“酸浸、氧化”时,V2O3 转化为 VO2+,反应的离子方程式 为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若用浓盐酸代替硫酸,V2O5 转化为 VO2+,同时 生成有毒的黄绿色气体,反应的化学方程式 为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取 Fe3+而不萃取 Fe2+,所以萃取前可用　　　　(填名称, 下同)对浸出液进行“还原”处理。为检验“还原”后的滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化学试剂 是　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为:VO2++(HR2PO4)2(O) VO(R2PO4)2(O)+2H+。其中 (HR2PO4)2(O)为萃取剂,为了提高 VO2+的产率,反萃取剂应该呈　　　　性(填“酸”“碱”或“中”)。 (4)“氧化”中,欲使 3 mol VO2+变为 VO+2 ,则需要氧化剂 NaClO3 至少为　　　　 mol。 (5)单质钒可用于制造特种合金钢。以五氧化二钒和金属钙为原料在高温条件下可制备单质钒, 表示制备过程的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 6.(2020 山东六地部分学校线上检测)氯化亚铜(CuCl)在化工、印染、电镀等行业应用广泛。CuCl 微溶于水,不溶于醇和稀酸,可溶于 Cl-浓度较大的溶液,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主 要成分是 Cu 和少量 CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产 CuCl 的工艺过程如图。回答 下列问题: (1)步骤①中 N 元素被还原为最低价,写出此反应的离子方程 式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)步骤②中,亚硫酸铵要略保持过量,原因 是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,滤液中可循环利用的物质 是　　　　。 (3)步骤⑤中,用“醇洗”可快速去除滤渣表面的水,防止滤渣被空气氧化为 Cu2(OH)3Cl。CuCl 被 氧化为 Cu2(OH)3Cl 的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)用 K2Cr2O7 溶液测定氯化亚铜样品纯度(假设杂质不参与反应),步骤如下:准确称取所制备的 氯化亚铜样品 10.00 g,将其置于过量的 FeCl3 溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸配成 100 mL 溶液,取溶液 10.00 mL 用 0.100 0 mol·L-1 K2Cr2O7 溶液进行滴定,反应中 Cr2O2- 7 被还原 成 Cr3+,相关数据记录如表所示,该样品中 CuCl 的质量分数为　　　　　。 实验编号 1 2 3 消耗 K2Cr2O7 溶液的 体积/mL 14.9816.0315.02 (5)制造印刷电路板产生的废液中含大量[Cu(NH3)4]2+等离子,利用膜电解技术对此废液进行电 解,电解装置如图所示。电解后的阴极液中加入适量盐酸并用水稀释可得到 CuCl,电解时阴极的 电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,生成 CuCl 的离子方程式 为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 热点专攻(四)　化学工艺流程题解题策略 应考训练 1.B　解析根据流程可知,煅烧过程中反应物有空气中的氧气、纯碱 (Na2CO3)和铬铁矿,产物有 Fe2O3、Na2CrO4 和 CO2,铬元素和铁元素被氧化,反应物 中的氧化剂为氧气,根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的化学方程式为 4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2,故 A 项正确;煅烧过程中加入 纯碱,高温条件下 SiO2 能与纯碱发生反应,故 B 项错误;CrO2- 4 转化为 Cr2O2- 7 的离子方 程式为 2H++2CrO2- 4 Cr2O2- 7 +H2O,加入稀硫酸会使平衡右移生成 Cr2O2- 7 ,故 C 项正 确;碳酸的酸性强于偏铝酸,CO2 可与 AlO-2反应生成氢氧化铝沉淀,D 项正确。 2.AB　解析氨气极易溶于水,而二氧化碳微溶于水,先通入氨气使溶液呈碱性,再通 入二氧化碳气体可更多地转化为 HCO-3,故 A 错误;生产纯碱的反应原理是 NaCl+NH3+CO2+H2O NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O,故 B 错 误;碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、CO2 和水,可将 CO2 通入沉淀中循环利用,故 X 为 CO2,故 C 正确;在过滤后的母液中加入氯化钠粉末、通入氨气,搅拌,增大了铵根 离子的浓度,使氯化铵更多的析出,经冷却结晶后可得氯化铵晶体,故 D 正确。 3.答案(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率　MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S (2)过量的 MnO2 消耗了产生的 Ba(OH)2 (3)蒸发 (4)H2O2　4.9 (5)Mn2++HCO-3+NH3·H2O MnCO3↓+NH+4 +H2O 解析该题遵循化工生产的过程,对工艺流程的环节与条件进行简化处理,在科学基 础上通过最简洁的呈现方式呈现生产过程,并设置问题,避免信息冗长对考生造成 思维上的干扰。 (1)软锰矿预先粉碎可以增大接触面积,提高反应速率。根据信息,MnO2 与 BaS 反应转化为 MnO,再结合流程图反应后经过过滤、蒸发等一系列物理过程得到 Ba(OH)2,过滤后酸解生成硫黄,硫黄不与 H2SO4 反应,故 MnO2 与 BaS 溶液反应的化 学方程式为 MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。 (2)已知 MnO2 是两性氧化物,保持 BaS 投料量不变,增大 MnO2 与 BaS 的投料 比,过量的 MnO2 能与 Ba(OH)2 反应,故 Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小。 (3)将滤液Ⅰ导入蒸发装置可循环利用。 (4)根据表中 Ksp[Fe(OH)3]13,则溶液中的 Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀而被除去。 (5)在“调 pH”过程中有氢氧化铝沉淀生成,反应的化学方程式为 NaAlO2+HCl+H2O Al(OH)3↓+NaCl 或 NaAl(OH)4+HCl Al(OH)3↓+NaCl+H2O。 (6)在“沉钒”过程中析出 NH4VO3 晶体时,由于 NH4VO3 在氯化铵溶液中溶解度 降低(或回答由于同离子效应),促使 NH4VO3 尽可能析出完全。 5.答案(1)2V2O3+8H++O2 4VO2++4H2O　V2O5+6HCl(浓) 2VOCl2+Cl2↑+3H2O　 (2)铁粉　硫氰酸钾溶液　(3)酸　(4)0.5　(5)V2O5+5Ca 2V+5CaO 解析钒精矿经硫酸酸浸、氧气氧化后得到滤液和废渣,滤液中主要阳离子有 VO2+、 VO+2 、Fe3+、K+及 Al3+,滤渣主要为 SiO2;萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取 Fe3+ 而不萃取 Fe2+,所以萃取前可用铁粉将铁离子还原成亚铁离子,同时也将 VO+2 还原 成 VO2+,再经“溶剂萃取与反萃取”得到含 VO2+的溶液,然后利用 NaClO3 将 VO2+氧 化成 VO+2 ,加入氨水得到 NH4VO3 沉淀,煅烧 NH4VO3 可得到五氧化二钒。 (1)“酸浸、氧化”时,V2O3 转化为 VO2+,该过程中氧气做氧化剂,V2O3 为还原剂, 结合电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式为 2V2O3+8H++O2 4VO2++4H2O; 若用浓盐酸代替硫酸,V2O5 转化为 VO2+,同时将盐酸氧化成氯气,结合电子守恒和元 素守恒可得反应的化学方程式为 V2O5+6HCl(浓) 2VOCl2+Cl2↑+3H2O。 (2)根据分析可知萃取前可用铁粉对浸出液进行“还原”处理;铁离子与硫氰酸钾 溶液反应呈红色,可用硫氰酸钾溶液检验是否含有铁离子。 (3)为了提高 VO2+的产率需要平衡左移,则需要溶液中有大量氢离子,所以反萃 取剂应呈酸性。 (4)VO2+变为 VO+2 ,V 元素化合价升高 1 价,则使 3molVO2+变为 VO+2 需要转移 3mol 电子,氧化剂 NaClO3 被还原成 Cl-,Cl 元素化合价降低 6 价,所以转移 3mol 电 子需要 0.5molNaClO3。 (5)根据题意高温条件下钙还原五氧化二钒可得到单质钒,反应的化学方程式为 V2O5+5Ca 2V+5CaO。 6.答案(1)4Cu+NO-3+10H+ 4Cu2++NH+4 +3H2O (2)使 Cu2+完全反应,阻止生成的 CuCl 被氧化　硫酸 (3)4CuCl+O2+4H2O 2Cu2(OH)3Cl+2HCl (4)89.55% (5)[Cu(NH3)4]2++e-+2H2O [Cu(NH3)2]++2NH3·H2O [Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓+2NH+4 解析酸性条件下 NO-3具有氧化性,可氧化海绵铜(主要成分是 Cu 和少量的 CuO)生 成 Cu2+,过滤后在滤液中加入亚硫酸铵发生氧化还原反应生成 CuCl,该反应的离子 方程式为 2Cu2++SO2- 3 +2Cl-+H2O 2CuCl↓+SO2- 4 +2H+,得到的 CuCl 先经水洗,再用 乙醇洗涤,用乙醇洗涤可快速除去固体表面的水分,防止水解、氧化,最后烘干得到 CuCl。 (1)NO-3在酸性条件下具有强氧化性,能与 Cu 发生反应,反应生成 NH+4 ,其离子 方程式为 4Cu+NO-3+10H+ 4Cu2++NH+4 +3H2O。 (2)流程的目的是制备 CuCl,根据流程分析可知,反应②得到 CuCl,发生反应 2Cu2++SO2- 3 +2Cl-+H2O 2CuCl↓+SO2- 4 +2H+,CuCl 在潮湿空气中易水解氧化,因此亚 硫酸铵要保持过量的目的是保证 Cu2+完全反应,阻止生成的 CuCl 被氧化;滤液中可 循环利用的物质是硫酸。 (3)CuCl 容易在潮湿空气中水解氧化,因此该反应的化学方程式为 4CuCl+O2+4H2O 2Cu2(OH)3Cl+2HCl。 (4)氯化亚铜与氯化铁反应的离子方程式为 Fe3++CuCl Fe2++Cu2++Cl-,加入 K2Cr2O7 溶液发生反应 6Fe2++Cr2O2- 7 +14H+ 6Fe3++2Cr3++7H2O,反应的关系式为 6CuCl~6Fe2+~Cr2O2- 7 ,第二次滴定实验误差较大,可舍去,则平均消耗 K2Cr2O7 溶液的 体积为 15mL,根据关系式计算如下: 6CuCl~6Fe2+~Cr2O2- 7 6 1 n(CuCl)　15×10-3L×0.1mol·L-1×100mL 10mL n(CuCl)=9×10-2mol,则 m(CuCl)=9×10-2mol×99.5g·mol-1=8.955g,则 CuCl 的质量 分数=8.955g 10.00g×100%=89.55%。 (5)阴极上发生还原反应,[Cu(NH3)4]2+得电子生成[Cu(NH3)2]+,则阴极反应式为 [Cu(NH3)4]2++e-+2H2O [Cu(NH3)2]++2NH3·H2O;生成 CuCl 的离子方程式为 [Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓+2NH+4 。