高考化学备考优生百日闯关系列专题09工艺流程题含解析1

高考化学备考优生百日闯关系列专题09工艺流程题含解析1

专题 09 工艺流程题 1．【2016 年高考四川卷】 资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。 磷尾矿主要含 Ca5(PO4)3F 和 CaCO3·MgCO3 。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案， 制备具有重要工业用途的 CaCO3、Mg(OH)2、P4 和 H2，其简化流程如下： 已知：①Ca5(PO4)3F 在 950℃不分解； ②4Ca5(PO4)3F+18SiO2+30C 2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4 请回答下列问题： （1）950℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是___________。 （2）实验室过滤所需的玻璃仪器是_____________。 （3）NH4NO3 溶液能从磷矿 I 中浸取出 Ca2+的原因是__________。 （4）在浸取液 II 中通入 NH3，发生反应的化学方程式是____________。 （5）工业上常用磷精矿 Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知 25℃，101kPa 时： CaO(s)+H2SO4(l)=CaSO4(s)+H2O(l) △H=-271kJ/mol 5 CaO(s)+H3PO4(l)+HF(g)= Ca5(PO4)3F (s)+5H2O(l) △H=-937kJ/mol 则 Ca5(PO4)3F 和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是_________________。 （6）在一定条件下 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)，当 CO 与 H2O(g)的起始物质的量之比 为 1:5，达平衡时，CO 转化了 5/6.若 akg 含 Ca5(PO4)3F（相对分子质量为 504）的质量分数 为 10%的磷尾矿，在上述过程中有 b%的 Ca5(PO4)3F 转化为 P4，将产生的 CO 与 H2O(g)按起始 物质的量之比 1:3 混合，则相同条件下达平衡时能产生 H2________kg。 【答案】（1）CO2 （2）漏斗、烧杯、玻璃棒。 （3）NH4 ＋水解使溶液呈酸性，与 CaO、Ca(OH)2 反应生成 Ca2＋ （4）MgSO4+2NH3+2H2O===Mg(OH)2↓+(NH4)2SO4 。 （5）Ca5(PO4)3F (s)+ 5H2SO4(l)=5CaSO4(s) +H3PO4(l)+HF(g) △H=-418kJ/mol （6） 2．【2016 年高考新课标Ⅲ卷】以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化 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 VO2 +，反应的离子方程式为___________，同时 V2O4 转成 VO2+。 “废渣 1”的主要成分是__________________。 （2）“氧化”中欲使 3 mol 的 VO2+变为 VO2 +，则需要氧化剂 KClO3 至少为______mol。 （3）“中和”作用之一是使钒以 V4O12 4−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+ V4O12 4− R4V4O12+4OH−（以 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”“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 ____________。 【答案】（1）V2O5＋2H＋=2VO2 ＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱；（5）K＋ ； （6）2NH4VO3 V2O5＋H2O＋2NH3↑。 【考点定位】考查物质制备工艺流程图分析 【名师点睛】本题是工艺流程问题，涉及氧化还原反应方程式的书写、步骤的分析、氧化还原 反应的计算、元素及其化合物的性质等知识，发挥理论对实践的指导作用，将其应用于实 践来解决实际问题，达到学以致用的目的。充分体现了“源于教材又不拘泥于教材”的指 导思想，在一定程度上考查了学生的知识的灵活运用能力和分析问题解决问题的能力。书 写离子反应方程式，首先找出反应物和生成物，然后判断此反应是否属于氧化还原反应， 最后根据原子守恒、反应前后电荷守恒配平其他；工艺流程中充分把握题目所给数据，如 本题中 SiO2 的质量分数在 60%～65%，因此滤渣 1 的主要成分是 SiO2，因为 SiO2 属于酸性氧 化物，不与硫酸反应；氧化还原反应实质是电子的得失或偏移，即得失电子数目守恒，氧 化还原反应的计算常常采用得失电子数目守恒进行计算，即氧化剂的物质的量×变价原子 个数×化合价的变化值=还原剂的物质的量×变价原子个数×化合价的变化值，本题是 3× 1×1=n(KClO3)×1×6，解得 x=0.5mol；化学平衡原理适用于任何化学平衡，如果改变影响 平衡的一个条件，化学平衡会向能够减弱这种改变的方向移动。本题难度适中。 从化学原理的角度、用化学语言作答；要抓住主要问题，针对具体问题作具体分析。具体 答题要点如下： （1）答是所问：要看清题目要求，按要求答题。如：写离子方程式还是化学方程式；写物 质的名称还是化学式等方程；式中反应物、产物的分子式书写要正确；尤其是化学方程式 要配平，电极反应式和化学方程式一定要书写正确；正确使用等号或可逆符号；沉淀、气 体、水溶液等符号要标明。 （2）准确、规范：回答问题的要准确全面，注意语言表达的规范性，例如评价或比较实验 方案时要全面考虑：反应物种类多少、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类多 少，对目标产物的分离和提纯是否有影响；反应条件是否苛刻；仪器、设备是否要求高； 工艺流程、实验步骤的多少。 （3）注意答题的完整性：要答到对产品生产的影响这一步！ ①除杂：除去……中的……（只写“除杂”一类是不给分的） ②干燥：除去……气体中的水蒸气，防止…… （4）注意归纳答题的套路： ①增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、 增大气体的流速（浓度、压强），增大气液或固液接触面积 ②加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向） 移动 ③温度不高于××℃的原因 适当加快反应速率, 但温度过高会造成（如浓硝酸）挥发// （如 H2O2、NH4HCO3）分解//(如 Na2SO3)氧化或促进（如 AlCl3）水解等，影响产品的生成 ④从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大的晶体）的方法【蒸发浓缩<至有晶膜 出现>、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥】 ⑤从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法（蒸发浓缩、趁 热过滤 <如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来>、洗涤、干燥） ⑥溶液配制、灼烧、蒸发、过滤用到的仪器 ⑦控制某反应的 pH 值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀（调节 pH 所用试剂为主要元 素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH 分离时的范围确定、范围过小的 后果<导致某离子沉淀不完全>或过大的后果<导致主要离子开始沉淀>） ⑧减压蒸馏（减压蒸发）的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止（如 H2O2、浓硝酸、 NH4HCO3）受热分解挥发 ⑨检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清夜中滴入沉淀 剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全 ⑩洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作 2-3 次 ⑪检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂， 若-----------，则沉淀洗涤干净 ⑬冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤 过程中的溶解损耗 ⑭乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较 干燥的产物 ⑮蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发 AlCl3 溶液时为获得 AlCl3 需在 HCl 气流中进行 ⑯事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的（如氧气）防止某物质被氧化 1、选取无机化工流程的片段，结合中学化学知识设计问题，一般需要用化学反应原理解 释、分析化工问题。 2、流程与实验相结合的模式，即以制备某物质的流程为载体，将中学教材中的气体制备 联系起来命题。 3、考查课本中重要的化工原理。 4、结合实际生产和流程图设计问题，考查元素及化合物知识等。 从生产目的出发， 读懂流程图 明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出的方向，指入的加入的物质 （反应物），指出的是生成物（产物）。既要看框内的物质，也要看框外的 物质和操作，里外结合，边分析，边思考，从易出着手。 初 步 分 析 流 程 步 依据流程图分析反应原理，紧扣信息，搞清流程中每一步发生了什么反应 骤， 了解操作过程 ——知其然； 依据有关反应原理，明确操作目的（如沉淀反应、除杂、分离等）——知 其所以然 结合问题中提供 的信息，规范答题 联系储存的知识，有效地进行信息的利用，回答问题。如对反应条件的分 析可以从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影 响、对综合生产效率有何影响，对设备有何要求及环境保护等 可归纳为： 1．锶（Sr）为第五周期 IIA 族元素，其化合物六水氯化锶（SrCl2·6H2O）是实验室重要的分析 试剂，工业上常以天青石（主要成分为 SrSO4）为原料制备，生产流程如下： （ 1 ） 工 业 上 天 青 石 焙 烧 前 先 研 磨 粉 碎 ， 其 目 的 是 _________________________________________。 （2）工业上天青石隔绝空气高温焙烧，若 0.5 mol SrSO4 中只有 S 被还原，转移了 4 mol 电子。写出该反应的化学方程式：_____________________________________________。 （3）加入硫酸的目的是______________________。为了提高原料的利用率，滤液中 Sr2+ 的浓度应不高于_________ mol/L（注：此时滤液中 Ba2+浓度为 1×10-5mol/L）。 （4）产品纯度检测：称取 1.000 g 产品溶解于适量水中，向其中加入含 AgNO31.100×10-2mol 的 AgNO3 溶液（溶液中除 Cl-外，不含其它与 Ag+反应的离子），待 Cl-完全沉淀后，用含 Fe3+ 的溶液作指示剂，用 0.2000 mol/L 的 NH4SCN 标准溶液滴定剩余的 AgNO3，使剩余的 Ag+以 AgSCN 白色沉淀的形式析出。 ①滴定反应达到终点的现象是_________________________________________。 ②若滴定过程用去上述浓度的 NH4SCN 溶液 20.00 mL，则产品中 SrCl2·6H2O 的质量百分含 量为______________（保留 4 位有效数字）。 （5）工业上常用电解熔融 SrCl2 制锶单质。由 SrCl2·6H2O 制取无水氯化锶的方法是 ____________。 阅读题目，明 确解题要求审题 析题 答题 明确原料和产品（包括副产品），即箭头进出方向 认真审题，获 取有用信息 （1）紧扣信息，弄清流程中每一步发生了什么反应。 （2）弄清有关反应原理，明确目的（如沉淀反应、除杂、 分离等） （3）全盘细审流程图，得出关键信息 （4）根据制备物质的稳定性或溶解性等信息，关注对应信 息：①若为受热易分解的物质，则需要关注温度的控制； ②若制备的物质是会水解的盐，要防止水解；③如果制备 的物质是强氧化剂或强还原剂，则需要关注他是否发生氧 化还原反应，防止与氧化性或还原性的物质接触；④如果 制备的物质易吸水或潮解，要防止与空气中的水整齐接触； ⑤如果涉及制备的物质的溶解度信息，要注意对比它们的 溶解度随温度变化而变化的情况。 规范作答 对于图像信息的分析须谨慎，回答问题时，表述要准确。 如果确定范围，应根据题意，确定准确范围。 【答案】增加反应物的接触面积，提高化学反应速率 SrSO4+4C SrS+4CO↑除去溶液中 Ba2+ 杂质 0.03 加 1 滴 NH4SCN 溶液溶液由无色变为红色，且 30 s 内不褪色 93.45%加热 SrCl2·6H2O 失去结晶水至恒重（或灼烧等） 点睛：本题考查制备实验方案的设计，把握制备流程中发生的化学反应及物质分离方法为解答 的关键。以天青石(主要成分为 SrSO4)为原料制备六水氯化锶(SrCl2•6H2O)，由流程可知，天青 石和碳隔绝空气高温焙烧生成 CO、SrS，SrS 加盐酸后溶液中除含有 Sr2+和 Cl-外，还含有少量 Ba2+杂质，然后加硫酸生成硫酸钡沉淀，所以过滤后滤渣为硫酸钡，滤液中含 SrSO4、SrCl2，最 后蒸发、冷却结晶得到 SrCl2•6H2O。 2．以炼锌厂的烟道灰（主要成分为 ZnO，另含少量 Fe2O3、CuO、SiO2、MnO 等）为原料可生产草 酸锌晶体（ZnC2O4·2H2O）。 有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的 pH 如下表： 氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Zn(OH)2 开始沉淀的 pH 1.5 6.5 4.2 5.4 沉淀完全的 pH 3.3 9.7 6.7 8.2 请问答下列问题： （1）滤渣 A 的主要成分为________，滤渣 B 的主要成分为________。 （2）除锰过程中产生 MnO(OH)2 沉淀的离子方程式为____________________。 （3）①除铁（部分 Cu2+可能被除去）时加入 ZnO 控制反应液 pH 的范围为________。 ②上述流程中除铁与除铜的顺序不能颠倒，否则除铁率会减小，其原因是__________。 （4）沉淀后要获得干燥纯净草酸锌晶体，需进行的操作是_____________。 （5）将草酸锌晶体加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如 下图所示，300 ℃~460 ℃范围内，发生反应的化学方程式为_______。 【答案】SiO2Fe(OH)3Mn2+＋H2O2＋H2O＝ MnO(OH)2↓＋2H+3.3～5.4 先加入 MnS 会将 Fe3+还原为 Fe2+， 使铁元素难以除去过滤 洗涤 干燥（或烘干）ZnC2O4 ZnO+CO↑+CO2↑ 方程式为：ZnC2O4 ZnO+CO↑+CO2↑，故答案为：ZnC2O4 ZnO+CO↑+CO2↑。 3．过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化 钙的实验方法。回答下列问题： （一）碳酸钙的制备 （1）步骤①加入氨水的目的是_______。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于____。 （2）右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是______（填标号）。 a． 漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁 b．玻璃棒用作引流 c．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁 d．滤纸边缘高出漏斗 e．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度 (二)过氧化钙的制备 CaCO3 稀盐酸、煮沸、过滤 ② 滤液 氨水和双氧水 冰浴③ 过滤 白色晶体 （3）步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈____ 性（填“酸”、“碱”或“中”。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是___________。 （4）步骤③中反应的化学方程式为________，该反应需要在冰浴下进行，原因是_________。 （5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_______。 （6）制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得 到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是______，产品的缺点是_______。 【答案】（1）调节溶液 pH 使 Fe(OH)3 沉淀；过滤分离；（2）ade ；（3）酸；除去溶液中溶解的 CO2； （4）CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O；温度过高时过氧化氢分解；（5）去除 结晶表面水分；（6）工艺简单、操作简单；纯度较低。 【考点定位】考查物质制备实验设计 4．工业上“中温焙烧——钠化氧化法”回收电镀污泥中的铬已获技术上的突破。其工艺流程如 下： 【查阅资料】 ①电镀污泥中含有 Cr(OH)3、Al203、ZnO、CuO、NiO 等物质；水浸后溶液中含有 Na2CrO4、NaAlO2、 Na2ZnO2 等物质； ②Na2CrO4 转化成 Na2Cr2O7 离子反应方程式为：2 CrO4 2-+2H+=Cr2O7 2-+H2O；③Na2SO4、Na2Cr2O7、 Na2CrO4 在不同温度下的溶解度如下表： 请回答： （1）操作①的名称是_____, “水浸”后的溶液呈_______性； （2）“焙烧氧化”过程中 Cr(OH)3 转化成 Na2CrO4 的化学方程式为___________； （3）滤渣 II 的主要成分有 Zn(OH)2 和 X，生成 X 的离子反应方程式__________； （4）“酸化浓缩”时，需继续加入 H2SO4，然后_____、结晶、过滤。继续加入 H2SO4 目的 是__________； （5）以铬酸钠为原料，电化学法制备重铬酸钠的实验装置如右图所示 。 ①阴极发生的电极反应式为：_____________； ②若测定阳极液中 Na 与 Cr 的物质的量之比值为 d，则此时铬酸钠的转化率为___________。 【答案】过滤碱 4Cr(OH)3+ 4 Na2CO3+ 3O2 4Na2CrO4+4CO2+6H2OAlO2 –+H++ H2O Al(OH)3↓蒸发 浓 缩 促 使 反 应 2CrO4 2-+2H+ Cr2O7 2-+H2O 平 衡 向 正 方 向 移 动 2H2O+2e-=2OH-+H2↑( 或 2H++2e-=H2↑)2-d 点睛：电解过程中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，所以右侧阳极室中钠离子减少。 5．铬是一种具有战略意义的金属，它具有多种价态，单质铬熔点为 1857 ℃。 （1）工业上以铬铁矿主要成分是 Fe(CrO2)2］为原料冶炼铬的流程如图所示： ①Fe(CrO2)2 中各元素化合价均为整数，则铬为_______价。 ②高温氧化时反应的化学方程式为_____________________。 ③操作 a 由两种均发生了化学反应的过程构成的，其内容分别是_______________、铝热反 应。 （2）Cr(OH)3 是两性氢氧化物，请写出其分别与 NaOH、稀硫酸反应时生成的两种盐的化学 式_______。 （3）铬元素能形成含氧酸及含氧酸盐，若测得初始浓度为 1 mol·L−1 的铬酸(H2CrO4)溶液 中各种含铬元素的微粒浓度分别为：c( )=0.0005 mol·L−1 、c( )=0.1035 mol·L−1 、c( )=a mol·L−1 、则 a=______，KHCrO4 溶液中 c(OH−)______c(H+)（填 “>”、“<”或“=”）。 （4）水中的铬元素对水质及环境均有严重的损害作用，必须进行无害化处理。 ①处理含有 的污水方法通常为：用铁作电极电解污水， 被阳极区生成的离子 还原成为 Cr3+，生成的 Cr3+与阴极区生成的 OH−结合生成 Cr(OH)3 沉淀除去。则阴极上的电 极反应式为_______，若要处理含 10 mol 的污水，则至少需要消耗的铁为_______g。 ②转化为重要产品磁性铁铬氧体(CrxFeyOz)：先向含 的污水中加入适量的硫酸及硫酸 亚铁，待充分反应后再通入适量空气（氧化部分 Fe2+）并加入 NaOH，就可以使铬、铁元素 全部转化为磁性铁铬氧体。写出 在酸性条件下被 Fe2+还原为 Cr3+ 的离子方程式： ___________________，若处理含 1 mol （不考虑其它含铬微粒）的污水时恰好消耗 10 mol FeSO4，则当铁铬氧体中 n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3∶2 时，铁铬氧体的化学式为__________。 【 答 案 】 +34Fe(CrO2)2+7O2+8Na2CO3 ＝ 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2 灼 烧 使 Cr(OH)3 分 解 NaCrO2 、 Cr2(SO4)30.448<2H2O+2e−＝2OH−+H2 ↑（或者 2H++2e−＝H2↑） 3360 3Fe2++ +8H+＝3Fe3++Cr3++4H2OCr2Fe20O27 6．MnO2 是一种重要的无机功能材料，粗 MnO2 的提纯是工业生产的重要环节．某研究性学习小组 设计了将粗 MnO2（含有较多的 MnO 和 MnCO3）样品转化为纯 MnO2 实验，其流程如下 （1）第①步加稀 H2SO4 时，粗 MnO2 样品中的_____________（写化学式）转化为可溶性物质． （2）第②步反应的离子方程式：_______________________ （3）流程中得到 MnO2 固体操作必需的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、_______________。 （4）已知第③步蒸发得到的固体中有 NaClO3 和 NaOH，则一定还有含有_________（写化学 式）．其中用到 Cl2 的实验室制法的反应离子方程式：_______________________。 （5）若粗 MnO2 样品的质量为 50.76g，第①步反应后，经过滤得到 34.8g MnO2，并收集到 0.896LCO2 （标准状况下），则在第②步反应中至少需要____________ g NaClO3 ．M (NaClO3)=106.5] （6）第①步酸溶产生的 CO2 与 NH3 反应可合成化肥尿素化学式为 CO(NH2)2]。己知： ①2NH3(g)＋CO2(g)=NH2CO2NH4(s); ΔH=－159.5kJ·mol－1 ②NH2CO2NH4(s)=CONH2)2(s)＋H2O(g); ΔH=＋116.5kJ·mol－1 ③H2O(l)=H2O(g) ΔH=＋44.0kJ·mol－1 写出 CO2 与 NH3 合成尿素和液态水的热化学反应方程式______________。 【答案】MnO、MnCO32ClO3 -+4H2O+5Mn2+=5MnO2↓+Cl2↑+8H+漏斗 NaCl4H++ MnO2+2Cl- Cl2↑+Mn2++2H2O8.522NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l)ΔH ＝ –87.0kJ·mol－1