（教师备课）2021高考化学一轮复习解题指导2化学工艺流程题的解题指导规范演练含解析新人教版 11页

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 - 11 -‎ 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：‎ - 11 -‎ ‎(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 - 11 -‎ 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＋‎ - 11 -‎ 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。‎ - 11 -‎ ‎(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