2021高考化学人教版一轮复习规范演练：解题指导2 化学工艺流程题的解题指导 17页

www.ks5u.com 解题指导2　化学工艺流程题的解题指导 化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。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，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、表格和图象；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。‎ 审题时要弄懂流程图中涉及的反应原理、反应条件的控制以及物质的分离等。明确流程图中箭头方向和含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)，返回的箭头一般是“循环利用”的物质。图中一般会出现陌生知识，要读懂题给文字、表格信息以及设问中的提示性信息，并分析和解题中随时进行联系、调用。‎ 一、术语简答 术语 思考角度 研磨 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率 搅拌 使反应物充分接触，提高反应或溶解速率 水浸 与水接触反应或溶解 酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质 煅烧 改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土 调节pH 常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去 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 控制压强 改变速率，影响平衡 使用催化剂 增大反应速率，缩短达到平衡所需要的时间 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 趁热过滤 提高纯度，减少结晶损失 有机物洗涤 减少晶体损失，降低因溶质的溶解而引起的损耗 加热煮沸 除去溶液中溶解的气体 二、解题策略 解题步骤 解题策略 明确目的 找出两料 仔细阅读题头，明确工艺流程的目的；对照流程找出原料和辅料 细审流程 分段剖析 以核心辅助原料为准，把流程分为原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯三个阶段；依据箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析；某些暂时琢磨不透的环节，可先“淡化处理”，不必过多在此占用时间，如在解题过程需要用到此知识，再回头看看 规范答题 先易后难 结合题目要求，充分利用题给信息，分析每问，规范解答；先易后难：确保易拿的分数先拿，最后难拿的题目，再带着问题回看流程进行有针对的分析 一、物质制备类工艺流程 ‎　硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO(占40%)，还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如图所示。‎ 已知，某些氢氧化物沉淀的pH如表所示。‎ 氢氧化物 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH Mg(OH)2‎ ‎9.3‎ ‎10.8‎ Fe(OH)2‎ ‎7.6‎ ‎9.6‎ Fe(OH)3‎ ‎2.7‎ ‎3.7‎ Al(OH)3‎ ‎3.7‎ ‎4.7‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)在“酸解”过程中，欲增大“酸解”时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：____________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(2)加入的NaClO可与Mn2＋反应：Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－，还有一种离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为___________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(3)“滤渣”的主要成分除Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外，还有________。‎ ‎(4)已知不同温度下MgSO4、CaSO4的溶解度如表所示。‎ 温度/℃‎ ‎40‎ ‎50‎ ‎60‎ ‎70‎ MgSO4的溶解度/g ‎30.9‎ ‎33.4‎ ‎35.6‎ ‎36.9‎ CaSO4的溶解度/g ‎0.210‎ ‎0.207‎ ‎0.201‎ ‎0.193‎ ‎“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据表中数据，简要说明操作步骤：蒸发浓缩、________。“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、________，便可得到MgSO4·7H2O。‎ ‎(5)实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO4·7H2O为172.2 g，计算MgSO4·7H2O的产率：________。‎ ‎(6)金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐，完成防腐示意图，并作相应标注。‎ 解析：(1)加快“酸解”过程是增大化学反应速率问题，故可采用增大浓度、升高温度、增大反应物的接触面积等。(2)在酸性条件下，ClO－可将Fe2＋氧化为Fe3＋，而ClO－被还原为Cl－；生成的Fe3＋水解生成Fe(OH)3，其离子方程式可写为2Fe2＋＋ClO－＋5H2O === 2Fe(OH)3↓‎ ‎＋Cl－＋4H＋。(3)由于该硼镁泥中有MgO、CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等物质，所以“酸解”后生成的阳离子有Mg2＋、Ca2＋、Mn2＋、Fe3＋、Fe2＋、Al3＋等，不溶物为SiO2，Mn2＋被氧化为MnO2，Fe2＋被氧化为Fe3＋，根据第一个表格中数据可知，Fe(OH)3、Al(OH)3完全沉淀的pH均小于5，所以调节溶液pH为5～6时，Fe3＋、Al3＋分别生成沉淀Fe(OH)3、Al(OH)3，综上所述，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2、SiO2。(4)由温度对MgSO4、CaSO4的溶解度影响可以看出，温度越高，CaSO4的溶解度越小，可以采用蒸发浓缩、趁热过滤的方法除去CaSO4；操作Ⅰ是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶，再经过滤洗涤，得到MgSO4·7H2O。(5)100 g硼镁泥中MgO的物质的量为100 g×40%÷40 g·mol－1＝1 mol，根据镁元素守恒，生成的MgSO4·7H2O的物质的量为1 mol，质量为246 g·mol－1×1 mol＝246 g，产率为172.2 g÷246 g×100%＝70%。(6)电化学防腐有两种方法，一是牺牲阳极的阴极保护法，也就是用相对活泼的金属作负极，铁作正极；另一种是外接电源的保护法，也就是将铁连接电源的负极，作为电解池的阴极。‎ 答案：(1)适当升高温度、把硼镁泥粉碎(或搅拌或适当增大硫酸浓度)‎ ‎(2)2Fe2＋＋ClO－＋5H2O===2Fe(OH)3↓＋Cl－＋4H＋‎ ‎(3)SiO2‎ ‎(4)趁热过滤　过滤洗涤(或过滤)　(5)70%‎ ‎(6)‎ 二、物质提纯类工艺流程 ‎　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：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(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________。‎ ‎(2)“氧化”中欲使3 mol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：________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ 解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，是废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2＋变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl－得到6 mol电子，所以需要0.5 mol 氯酸钾。(3)中和时，Fe3＋、Al3＋分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，是废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3价，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。‎ 答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2‎ ‎(2)0.5　(3)Fe(OH)3和Al(OH)3　(4)碱　(5)K＋‎ ‎(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O ‎1．闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)是冶炼锌单质的原料，有两种常见的冶炼方式：火法炼锌和湿法炼锌。两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。‎ 已知：(Ⅰ)相关金属单质的熔沸点：‎ 金属单质 Zn Fe Cu Cd 熔点/K ‎693‎ ‎1 812‎ ‎1 356‎ ‎594‎ 沸点/K ‎1 180‎ ‎3 023‎ ‎2 840‎ ‎1 040‎ ‎(Ⅱ)几种离子生成氢氧化物沉淀的pH：‎ 离子 Fe3＋‎ Zn2＋‎ Cu2＋‎ Cd2＋‎ 开始沉淀pH ‎1.1‎ ‎5.9‎ ‎4.7‎ ‎6.9‎ 完全沉淀pH ‎3.2‎ ‎8.9‎ ‎6.7‎ ‎9.6‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)步骤②若焦炭与ZnO(s)反应生成1 mol CO时吸收a kJ的热量，请写出该反应的热化学方程示____________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)步骤④中操作Ⅰ的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为________左右。‎ ‎(3)步骤⑦需调节溶液pH为______________________，目的是____________________。‎ ‎(4)写出步骤⑧中反应的离子方程式__________________‎ ‎_________________________________________(任写一个)。‎ ‎(5)步骤⑨以Pt为电极进行电解，阴极的电极反应方程式为 ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(6)分别取闪锌矿200 kg，通过火法炼锌得到Zn的质量为65 kg，通过湿法炼锌得到Zn的质量为78 kg，闪锌矿中ZnS的质量分数约为________。‎ 解析：闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，其中还含有其他金属的氧化物。焙砂中的金属氧化物被焦炭还原生成金属单质和残渣，要得到金属蒸气，需要控制温度在1 373～1 573 K，得到的蒸气中含有锌和镉，通过蒸馏可以分离锌和镉；焙砂中加入硫酸将金属氧化物溶解，再加入双氧 水将生成的亚铁盐氧化，调节溶液的酸碱性，使铁离子沉淀，得到的溶液Ⅱ中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Cd2＋，再加入锌，将Cu2＋、Cd2＋还原，得到的溶液Ⅲ中主要含有Zn2＋，最后电解得到金属锌。(1)步骤②若焦炭与ZnO(s)反应生成1 mol CO时吸收a kJ的热量，反应的热化学方程式为ZnO(s)＋C(s)Zn(g)＋CO(g)　ΔH＝＋a kJ·mol－1。(2)根据相关金属单质的熔沸点数据可知，步骤④中操作Ⅰ的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为1 040 K左右。(3)根据几种离子生成氢氧化物沉淀的pH数据可知，步骤⑦需调节溶液pH除去溶液中的Fe3＋，因此需要控制pH在3.2