2018届一轮复习苏教版化学工艺流程题类型及其解题策略学案 14页

‎　　　　专题提升三 化学工艺流程题类型及其解题策略 考情剖析 ‎ 化学工艺流程题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关实验等知识来解决工业生产中实际问题的能力，在近年来的高考题中所占的比重一直较大。主要以两类题型呈现，第一种题型：以制备某一物质为目的的工艺流程题，如2016全国卷Ⅰ第28题(制备NaClO2)，2016全国卷Ⅲ第26题(碳酸钙的制备和过氧化钙的制备)，2015年全国卷Ⅰ第27题(以铁硼矿为原料制备硼酸)，2014年新课标全国卷Ⅰ36题(以磷灰石制备单质磷)等。第二种题型：以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题，如2016年全国卷Ⅲ第28题(从废钒催化剂中回收V2O5)，2013年新课标全国卷Ⅰ第27题(回收某些金属材料)、2013年新课标全国卷Ⅱ第27题(提纯ZnO)等。‎ ‎【题型分类突破】‎ ‎　题型一　以制备某一物质为目的的工艺流程题 ‎【解题策略】 制备类工艺流程题在流程上一般分为3个过程：‎ ―→―→ ‎1．原料处理阶段的常见考点 ‎(1)加快反应速率。‎ ‎(2)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。‎ 浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)。‎ 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。‎ ‎(3)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。‎ ‎2．分离提纯阶段的常见考点 ‎(1)调pH除杂 ‎①控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH。‎ ‎②调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。‎ ‎(2)加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。‎ 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱法中的NaHCO3；还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。‎ ‎(3)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)；为使化学平衡向着题目要求的方向移动。‎ ‎3．获得产品阶段的常见考点 ‎(1)洗涤(冰水、热水)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；乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。‎ ‎(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。‎ ‎(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3溶液中的少量NaCl。‎ ‎(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl溶液中的少量KNO3。‎ 例1 【2016·全国卷Ⅰ】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：‎ 图Z31‎ 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__________。‎ ‎(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)‎ 变式题 【2016·安徽安庆模拟】聚合氯化铝晶体是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，其制备原料主要是铝加工行业的废渣——铝灰，它主要含Al2O3、Al，还有SiO2等杂质。聚合氯化铝生产的工艺流程如下：‎ 图Z32‎ ‎(1)反应中副产品a是________(用化学式表示)。‎ ‎(2)升高pH至4.0～5.0的目的是___________________________________________。‎ ‎(3)生产过程中可循环使用的物质是________(用化学式表示)。‎ ‎(4)为使得到的晶体较纯净，生产过程中使pH升高的C物质可选用________(填编号)。‎ a．NaOH　b．Al　c．氨水　d．Al2O3　e．NaAlO2‎ ‎(5)聚合氯化铝晶体的化学式可表示为[Al2(OH)nCl6－n·xH2O)]m，实验室测定n的值：‎ ‎①称取a g晶体，制成粉末，加热至质量不再变化为止，称量为b g。此过程可能用到的下列仪器有________。‎ ‎　a．蒸发皿 b．坩埚 c．研钵 d．试管 ‎②另取a g晶体，进行如下操作：‎ 用A试剂溶解→加足量AgNO3溶液→C操作→烘干→称量为c g。A试剂为________(填试剂名称)，C操作为________(填操作名称)。n＝________(用含b、c的代数式表示)。‎ ‎　题型二　以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题 ‎【解题策略】 ‎ 这类题其实就是混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时，一定要在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，主要物质和杂质的性质差别是什么？认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去，要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品，经过这样的思考后将工艺流程转化为物质转化流程，更能明白每一步所加试剂或操作的目的。‎ ‎1．物质分离提纯的原则 ‎(1)不增：不引入新的杂质。‎ ‎(2)不减：不减少被提纯的物质。‎ ‎(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。‎ ‎(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。‎ ‎2．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Cu2＋溶液中的Fe3＋等。‎ ‎3．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，并将提取后互不相溶的两种液体分开，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴，并分离有机层和无机层。‎ ‎(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，如分离乙醇和甘油。‎ ‎(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 【2016·全国卷Ⅲ】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：‎ 图Z33‎ 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”“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：__________________________________________________________________________。‎ 变式题 七铝十二钙(12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：‎ 图Z34‎ ‎(1)煅粉主要含MgO和________，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶， 若滤液Ⅰ中c(Mg2＋)小于5×10－6mol·L－1，则溶液pH大于________[Mg(OH)2的Ksp＝5×10－12]；该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是__________________________________________。‎ ‎(2)滤液Ⅰ中的阴离子有________(忽略杂质成分的影响)；若滤液Ⅰ中仅通入CO2，会生成________，从而导致CaCO3产率降低。‎ ‎(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(5)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 专题强化训练 ‎1．【2016·四川卷】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：‎ 图Z35‎ 已知：①Ca5(PO4)3F在950 ℃不分解；‎ ‎②4Ca5(PO4)3F＋18SiO2＋30C2CaF2＋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 ℃，101 kPa时：‎ CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　ΔH＝－271 kJ/mol ‎5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)　ΔH＝－937 kJ/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。若a kg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。‎ ‎2．硫铁矿烧渣是一种重要的化工生产中间产物，主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。图Z36是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁的流程图：‎ 图Z36‎ ‎(1)实验室实现“操作Ⅰ”所用的玻璃仪器有_____________、______________和烧杯。‎ ‎(2)检验“酸溶”后的溶液中含有Fe2＋试剂是________________________________，现象是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“操作Ⅲ”系列操作名称依次为______________、______________、过滤和洗涤。洗涤的方法是___________________________________________________________。‎ ‎(4)加入适量H2O2的目的是氧化Fe2＋，写出H2O2氧化Fe2＋的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ 参考答案 专题提升三　化学工艺流程题类型及其解题策略 ‎【题型分类突破】‎ 例1　(1)＋3‎ ‎(2)2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4‎ ‎(3)NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO(或NaClO2)‎ ‎(4)2∶1　O2　(5)1.57‎ ‎[解析] (1)NaClO2中Na和O分别为＋1和－2价，则Cl为＋3价。(2)结合图示可知NaClO3与SO2在H2SO4作用下反应生成ClO2和NaHSO4，根据化合价变化可配平该反应：2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4。(3)可向食盐水中分别加入NaOH溶液和Na2CO3溶液除去食盐水中的Mg2＋和Ca2＋。结合图示可知阳极生成Cl2，阴极得到的产物为NaClO2。(4)结合图示可知尾气ClO2在反应中被还原为ClO，则H2O2被氧化为O2，根据转移电子数目相等可确定氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。(5)1 mol NaClO2在反应中转移4 mol电子，而1 mol Cl2在反应中转移2 mol电子，根据＝，解得n(e－)＝3.14 mol，则可确定NaClO2中有效氯含量为3.14 mol÷2 mol＝1.57。‎ 变式题　(1)H2‎ ‎(2)促进AlCl3的水解，使晶体析出 ‎(3)HCl ‎(4)bd ‎(5)①bc ‎②硝酸　过滤、洗涤　 ‎[解析] (1)铝灰用水清洗后，加入盐酸，Al与盐酸反应产生H2，因此气体a为H2。‎ ‎(2)铝灰加入盐酸得到的B为AlCl3溶液，降温熟化后，升高pH可以促进AlCl3水解，从而使晶体析出。‎ ‎(3)生产过程中HCl可以循环使用。‎ ‎(4)生产过程中为使pH升高，可以加入Al、Al2O3，它们与AlCl3水解生成的H＋反应，且不会引入其他杂质。‎ ‎(5)①将晶体制成粉末，需要用到研钵，加热粉末至质量不再变化，需要用到坩埚，得到的b g物质为Al2O3。‎ ‎②将晶体溶解，选择硝酸，操作C为过滤、洗涤，得到的c g物质为AgCl。根据关系式Al2O3～(6－n)AgCl，有102∶(861－143.5n)＝b∶c，解得n＝。‎ 例2　(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↑‎ ‎[解析] (1)“酸浸”时V2O5与硫酸反应，转化为VO，V的化合价不变，离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。“酸浸”时SiO2与硫酸不反应，而其他物质与硫酸反应或溶于硫酸，故“废渣1”为SiO2。(2)根据VO2＋VO，KClO3Cl－，由得失电子守恒，则n(VO2＋)＝6n(KClO3)，故n(KClO3)＝n(VO2＋)＝×3 mol＝0.5 mol。(3)“中和”时可以沉淀酸浸所得滤液中的Fe3＋、Al3＋，则“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据该反应，提高洗脱效率，使该平衡向逆反应方向移动，增大c(OH－)，则该平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)根据该流程，氧化、中和操作中均引入了K＋，而其他阳离子Fe3＋、Al3＋被沉淀，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。(6)NH4VO3中V为＋5价，“煅烧”时生成V2O5，V的化合价不变，则为非氧化还原反应，故化学方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H ‎2O↑。‎ 变式题　(1)CaO　11　由于CaSO4是微溶物，此时会生成CaSO4沉淀覆盖在CaO表面，阻碍其溶解 ‎(2)NO 、OH－　Ca(HCO3)2‎ ‎(3)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O ‎(4)2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑‎ ‎(5)Al－3e－＋7AlCl ===4Al2Cl ‎[解析] (1)高温下碳酸镁和碳酸钙均受热分解得到对应金属氧化物和CO2。若c(Mg2＋)＝5×10－6mol/L，代入Ksp[Mg(OH)2]中，可得c2(OH－)＝Ksp[Mg(OH)2]÷c(Mg2＋)＝10－6，故c(OH－)＝10－3mol/L，对应pH为11。则当溶液Ⅰ中c(Mg2＋)＜5×10－6mol·L－1时，溶液的pH＞11。由于CaSO4是微溶物，此时会生成CaSO4沉淀覆盖在CaO表面，阻碍其溶解。(2)结合流程可知，溶液中的阴离子有NO 和OH－；直接通CO2易过量，则发生反应CO2＋H2O＋CaCO3===Ca(HCO3)2，导致CaCO3溶解损失。(3)氧化膜是Al2O3，用NaOH溶液溶解的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO ＋H2O。(4)电解时铝作阳极，石墨作阴极，电解总反应为2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑。(5)Al2Cl中Al为＋3价，故1 mol Al失去3 mol e－，结合元素守恒知，反应中需要加入AlCl 。‎ ‎【专题强化训练】‎ ‎1．(1)CO2　(2)漏斗、烧杯、玻璃棒 ‎(3)NH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)＋3H3PO4(l)＋HF(g)　ΔH＝－418 kJ/mol ‎(6) ‎[解析] (1)根据题给化学工艺流程和信息①知磷尾矿[主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3]在950 ℃下煅烧，其中CaCO3和MgCO3分解，生成气体的主要成分为二氧化碳(CO2)。(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是烧杯、漏斗和玻璃棒。(3)NH4NO3溶液中铵根离子水解呈酸性，H＋能从磷矿Ⅰ中浸取出Ca2＋。(4)根据化学工艺流程判断浸取液Ⅱ的主要成分为硫酸镁溶液，通入NH3，发生反应的化学方程式是MgSO4＋2NH3＋2H2O===Mg(OH)2↓＋(NH4)2SO4 。(5)按顺序给已知热化学方程式编号为①、②，根据盖斯定律知目标热化学方程式由①×5－②可得。‎ ‎(6)根据题给数据利用三段式分析。设CO的起始浓度为1 mol/L，则水蒸气的起始浓度为5 mol/L。‎ ‎　　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)‎ 起始浓度/(mol/L)　1　　　5　　　0　　　0‎ 转化浓度/(mol/L)　　 　　　 　　 　 平衡浓度/(mol/L)　　 　　　 　 　 则K＝＝1。相同条件下当CO与H2O(g)的起始物质的量之比为1∶3，平衡常数不变，设转化的CO的浓度为x。‎ ‎　　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，‎ 起始浓度/(mol/L)　1　　　3　　 0　　　　0‎ 转化浓度/(mol/L)　x　　　x　　 x　 　　x 平衡浓度/(mol/L)(1－x)　(3－x)　　 x　 　　x 则＝1，解得x＝ mol/L，即达平衡时，CO转化了。转化为P4的Ca5(PO4)3F质量为a×10%×b% kg，根据反应4Ca5(PO4)3F＋18SiO2＋30C2CaF2＋30CO＋18CaSiO3＋3P4知生成CO的质量为kg，则转化的CO的质量m ‎(CO)＝kg，根据反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，相同条件下达平衡时能产生H2的质量m(H2)＝m(CO)×＝ kg。‎ ‎2．(1)漏斗　玻璃棒 ‎(2)酸性KMnO4溶液　溶液紫红色褪去 ‎(3)蒸发浓缩　冷却结晶　向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水自然流完后，重复此操作2～3次 ‎(4)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O ‎[解析] (1)根据流程图可知操作Ⅰ是过滤，则实验室实现“操作Ⅰ”所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯。‎ ‎(2)亚铁离子具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，则检验“酸溶”后的溶液中含有Fe2＋试剂是酸性KMnO4溶液，现象是溶液紫红色褪去。‎ ‎(3)从溶液中获得绿矾晶体的系列操作名称依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤和洗涤。沉淀洗涤在过滤器中完成，洗涤的方法是向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水自然流完后，重复此操作2～3次。‎ ‎(4)加入适量H2O2的目的是氧化Fe2＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。‎