2021届高考化学一轮复习化学工艺流程试题的解题策略突破学案 12页

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,提高浸出率。‎ ‎(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常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。‎ ‎(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;‎ ‎(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。‎ ‎4.化工流程氧化还原反应方程式的解答措施 ‎(1)写出题目中已经告知的反应物和生成物,并判断其中元素的化合价是否变化;‎ ‎(2)按照化合价变化规律补充并配平化学反应方程式。‎ ‎5.解决本类题目的三步骤:‎ ‎(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。‎ ‎(2)然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。‎ ‎(3)分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:‎ ‎①反应物是什么;‎ ‎②发生了什么反应;‎ ‎③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;‎ ‎④抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。‎ ‎【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。‎ ‎(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+H2OMg(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 ‎1.(制备型化工流程)二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。工业以锰结核矿为原料,用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2,其制备过程如图所示:‎ ‎(1)步骤Ⅰ中,试剂甲必须具有的性质是　　　(填序号)。 ‎ A.碱性　　　　　　　 B.稳定性 C.氧化性 D.还原性 ‎(2)用惰性材料作电极,电解硫酸锰溶液制二氧化锰,写出阳极反应式:　。 ‎ 步骤Ⅲ中,以KClO3为氧化剂,当生成0.050 mol MnO2时,消耗0.10 mol·L-1的NaClO3溶液200 mL,该反应的离子方程式为　____________________。 ‎ ‎(3)工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为 　_______________________。 ‎ ‎(4)二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案;‎ 实验 ‎20.0 mL双氧水 溶液浓度 粉状 MnO2‎ 温度 待测数据 Ⅰ ‎5%‎ ‎2.0 g ‎20℃‎ Ⅱ ‎5%‎ ‎1.0 g ‎20℃‎ Ⅲ ‎10%‎ ‎1.0 g ‎20℃‎ Ⅳ w ‎2.0 g ‎30℃‎ ‎①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是　。 ‎ ‎②利用实验Ⅰ和Ⅳ是探究温度对化学反应速率的影响,ω=　　　　。本实验待测数据是　　　　。 ‎ ‎【解析】(1)锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子,试剂甲必须具有还原性。(2)电解硫酸锰溶液时,阳极发生氧化反应,反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2↓+4H+。生成0.050 mol二氧化锰时,失去电子的物质的量:0.050 mol×2=0.100 mol;设还原产物中氯元素化合价为+x,n(NaClO3)=‎0.2 L×0.1 mol·L-1=0.02 mol。由电子守恒知,0.02 mol×(5-x)=0.100 mol,x=0,氯酸钾被还原后产物为氯气,离子方程式为2Cl+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H+。(3)实验室制氯气的残余物质含Mn2+,吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl-。(4) ①实验Ⅱ和Ⅲ中双氧水溶液浓度不同,反应物浓度越大,反应速率越快。②实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响,则w=5%,对于产生气体实验,测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。‎ 答案:(1)D　(2)Mn2+-2e-+2H2OMnO2↓+4H+‎ ‎2Cl+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H+‎ ‎(3)2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl-‎ ‎(4)①其他条件相同,反应物浓度越大,反应速率越快 ‎②5%　收集等体积氧气所需要的时间 ‎2.(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: ‎ ‎(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+VNH4VO3↓‎ ‎+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+)