高考化学讲与练 第8章 专题讲座五 化工流程题的解题指导（含解析）新人教版

高考化学讲与练 第8章 专题讲座五 化工流程题的解题指导（含解析）新人教版

‎【2019最新】精选高考化学讲与练 第8章 专题讲座五 化工流程题的解题指导（含解析）新人教版 李仕才 考纲研读　1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。2.将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。‎ 一、工业流程题的结构 二、工业流程题分类突破 题型一　物质制备类化工流程题 ‎1．核心反应——陌生方程式的书写 关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。‎ ‎(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②配平。‎ ‎(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。‎ ‎2．原料的预处理 ‎(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。‎ 水浸 与水接触反应或溶解 浸出 固体加水(酸)溶解得到离子 酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)‎ 11 / 11‎ ‎(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。‎ ‎3．常用的控制反应条件的方法 ‎(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：‎ ‎①能与H＋反应，使溶液pH增大；‎ ‎②不引入新杂质。‎ 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。‎ ‎(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。‎ ‎(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。‎ ‎(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。‎ ‎[例1]　(2016·全国卷Ⅰ，28)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________。‎ 11 / 11‎ ‎(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)‎ ‎[解题流程]‎ 第一步：读题目，明确目的——制备NaClO2‎ 第二步：审流程，分块破题——拆分工艺流程 第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。‎ ‎[得分秘籍]‎ ‎(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。‎ ‎(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。‎ 答案　(1)＋3　(2)2NaClO3＋H2SO4＋SO2===2NaHSO4＋2ClO2(3)NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO(或NaClO2)　(4)2∶1　O2(5)1.57‎ 题型二　提纯类化工流程题 ‎1．明确常用的提纯方法 ‎(1)水溶法：除去可溶性杂质。‎ ‎(2)酸溶法：除去碱性杂质。‎ ‎(3)碱溶法：除去酸性杂质。‎ ‎(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。‎ ‎(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。‎ ‎(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。‎ 11 / 11‎ ‎2．明确常用的分离方法 ‎(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。‎ ‎(2)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，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。‎ ‎(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。‎ ‎(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。‎ ‎(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。‎ ‎(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。‎ ‎[例2]　(2017·合肥模拟)高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级氧化锌(含Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：‎ 已知Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有(写两种)：______________________________。‎ ‎(2)氧化时，加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋(溶液中Mn全部转化为MnO2)，请配平下列除去Fe2＋的离子方程式：‎ MnO＋Fe2＋＋________===MnO2↓＋Fe(OH)3↓＋H＋‎ ‎(3)加入锌粉的目的是____________________________________________________________。‎ ‎(4)已知H2SO4浸出液中，c(Fe2＋)＝5.04mg·L－1、c(Mn2＋)＝1.65mg·L－1。‎ 11 / 11‎ ‎①加入KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中c(Fe3＋)＝0.56mg·L－1，若溶液pH＝3，则此时Fe3＋________(填“能”或“不能”)生成沉淀。‎ ‎②若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋，需加入________gKMnO4。‎ 解析　(1)为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。(2)锰元素由＋7价降低到＋4价，而铁元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。(3)加入锌粉的目的是消耗溶液中的H＋，调节溶液pH，促进溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3＋)＝＝1.0×10－5mol·L－1，此时溶液中c(OH－)＝1.0×10－11mol·L－1，c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－38＜Ksp[Fe(OH)3]，故不能生成Fe(OH)3沉淀。②加入KMnO4将Fe2＋和Mn2＋分别氧化为Fe3＋和MnO2，而KMnO4被还原为MnO2，根据得失电子守恒可知，加入KMnO4的质量为 ×158 g·mol－1＝7.9 g。‎ 答案　(1)将工业级氧化锌粉碎、搅拌，增大硫酸浓度(其他合理答案也可)　(2)1　3　7　H2O　1　3　5(3)调节溶液pH，除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等(4)①不能　②7.9‎ ‎1．(2015·全国卷Ⅰ，27)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)的工艺流程如图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_______________________________________‎ 11 / 11‎ ‎________________________________________________________________________。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)。‎ ‎(2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是___________________________________________________________________(写化学式)。‎ ‎(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是____________________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是______________________________________________________。‎ ‎(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。‎ ‎(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________。‎ ‎(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42MgSO4＋2H3BO3　提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径 ‎(2)Fe3O4　SiO2和CaSO4‎ ‎(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋　使Al3＋和Fe3＋形成氢氧化物沉淀而除去 ‎(4)(七水)硫酸镁 11 / 11‎ ‎(5)‎ ‎(6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg2B＋3MgO 解析　(1)Mg2B2O5·H2O与硫酸反应生成H3BO3、MgSO4，配平即可。为提高浸出速率，可以从温度(升高温度)、浓度、增大接触面积(将矿石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4具有磁性，可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4，CaO与H2SO4生成CaSO4微溶于水，所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。此时溶液中除H3BO3外还有MgSO4[由(1)中反应生成]、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“净化除杂”先加H2O2的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，然后再通过调节pH促进Fe3＋、Al3＋水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是没有除去的MgSO4。(5)NaBH4由Na＋和BH组成。其中的氢显－1价，－1价的H具有较强的还原性。(6)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程：H3BO3分解生成B2O3，B2O3与金属镁发生置换反应生成单质B。‎ ‎2．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：‎ 已知：①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表 金属阳离子 Fe3＋‎ Al3＋‎ Mn2＋‎ Mg2＋‎ 完全沉淀时的pH ‎3.2‎ ‎5.2‎ ‎10.4‎ ‎12.4‎ ‎②温度高于27℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。‎ ‎(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 11 / 11‎ ‎(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是_______________________________________________。‎ ‎(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为________(填化学式)，调pH至5～6所加的试剂，可选择________(填以下试剂的序号字母)。‎ a．CaO b．MgO c．Al2O3 d．氨水 ‎(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2＋的离子反应方程式：________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________，该反应的平衡常数数值为________。‎ ‎(已知：MnF2的Ksp＝5.3×10－3；CaF2的Ksp＝1.5×10－10；MgF2的Ksp＝7.4×10－11)‎ ‎(5)采用“趁热过滤”操作的原因是_______________________________________________。‎ ‎(6)取少量MnSO4·H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是_____________________________________________________________(用离子方程式表示)。‎ 答案　(1)MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋‎ ‎(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋‎ ‎(3)Al(OH)3、Fe(OH)3　ab ‎(4)MnF2＋Mg2＋??Mn2＋＋MgF2　7.2×107‎ ‎(5)减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品 ‎(6)Mn2＋＋2H2O??Mn(OH)2＋2H＋‎ 11 / 11‎ 解析　(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋。‎ ‎(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去。‎ ‎(3)第1步除杂时调整溶液的pH在5～6，可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分别形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成滤渣1的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；在调pH至5～6时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO，a、b正确。‎ ‎(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2＋的离子反应方程式是MnF2＋Mg2＋??Mn2＋＋MgF2；该反应的平衡常数K＝＝＝≈7.2×107。‎ ‎(5)由已知②温度高于27 ℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品。‎ ‎(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2＋发生水解反应。‎ ‎3．(2016·全国卷Ⅲ，28)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。从废矾催化剂中回收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________。‎ 11 / 11‎ ‎(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____________________________________________。‎ 答案　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2(2)0.5　(3)Fe(OH)3、Al(OH)3　(4)碱　(5)K＋‎ ‎(6)2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑‎ 解析　(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，前后V元素化合价不变，说明没有发生氧化还原反应，则反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。由于SiO2与H2SO4不反应，故“废渣1”的主要成分为SiO2。(2)VO2＋变为VO，V的化合价由＋4价升高到＋5价，转移1e－，而氧化剂KClO3则被还原为KCl，化合价由＋5价降低为－1价，转移6e－，故欲使3 mol VO2＋变为VO，需氧化剂KClO3的物质的量至少为3 mol×1÷6＝0.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3＋、Al3＋，在“中和”时生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，所以“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由题意知逆反应是“洗脱”，在碱性环境中有利于向“洗脱”方向进行，故淋洗液应呈碱性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH，所以“流出液”中阳离子最多的是K＋。(6)根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”‎ 11 / 11‎ 生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。‎ 11 / 11‎