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- 2021-05-13 发布
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2017年高考复习——无机工艺流程专题
化学工艺流程题是近年高考命题的热点。化学工艺流程题以化工生产、能源、材料、环境等方面的常见化学事物为背景,要求明确,设问层次清晰,以无机或有机化合物的组成、性质、变化等内容为载体,要求考生运用所学化学知识、原理和技能从化学视角看待、分析或解决生产、 生活实际中的简单化学问题。解答所需知识、方法都是化学的核心内容。
一、题设探究
1、呈现形式
资料卡:物质的理化性质,如易潮解、易水解、易与某些物质反应等;
流程图:生产工艺流程;
表格:熔沸点、溶解度、Ksp等;
图像:溶解度、反应速率等。
2、设问方式:
设问方式
考查内容
考查方式
将原料转化为产
品的生产原理
元素化合物性质、离子反应、氧化还原反应、热化学、水解、平衡移动、溶解度、电解
方程式书写、与原理文字叙述
除杂、分离和提纯产品
实验操作
仪器名称、实验方法选择、操作过程描述、滴定计算
提高产量和效率
化学反应平衡、溶解平衡
计算转化率、产率、纯度
节能减排,循环利用
元素化合物性质
选择尾气处理的药品、找出循环利用的物质
综合利用
原电池、电解池
电极方程式书写,转移电子计算、恢复电解质溶液
3、能力考查:获取信息的能力、分析解决问题的能力、表达能力。
4、知识落点:基本理论、元素化合物、实验。
因此,我们需要运用有关物质的性质和反应原理的基本知识,还要掌握一些分离提纯物质的基本实验技能,关键是还要具有分析生产工艺流程的方法和能力。
二、解题思路
1、解题步骤
第一,浏览全题,确定该流程的目的(即由何原料获得何产物,有何副产物),记住资料卡中给出的理化性质;
第二,粗读流程图,尽量弄懂流程图每部的目的,宏观把握整个流程,但不必将每一种物质都推出;
第三,精读试题,根据问题去精心研究某一步或某一种物质。
第四,要看清所问题,不能答非所问,并注意语言表达的科学性。
2、注意事项:
答题时,不要力求把生产流程图中的每个细节都弄清楚,只要把握住主要的考查方向,理清每个环节的目的和结果,再根据题中的具体设问,结合题中提取的信息和头脑中原有的知识和技能,进行针对性作答即可,切不可拘泥于流程图中的每个细节,把时间和精力过多用于流程分析,使解题误入歧途。
前一问回答不了,并不一定会影响回答后面的问题。
三、解题方法
1、工艺流程模板
2、预处理的方法及目的
(1)粉碎或研磨:增大固液(或固气或固固)接触面积,加快反应(溶解)速率,增大原料的转化率(或浸取率)。
(2)煅烧或灼烧:不易转化的物质转为容易提取的物质;其他矿转化为氧化物;除去有机物;除去热不稳定的杂质
(3)酸浸:溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
(4)碱溶:去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH促进水解(沉淀)
(5)控制温度:
操作
目的
加热
①加快反应速率或溶解速率;
②促进平衡向吸热方向移动;
③除去热不稳定的杂质,如NaHCO3 、Ca(HCO3)2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质;
④使沸点相对较低的原料气化或升华。
降温
①防止某物质在高温时会溶解(或分解);
②使化学平衡向着题目要求的方向移动(放热方向);
③使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离;
④降低晶体的溶解度,减少损失。
控温
方法:用水浴或油浴控温
①防止某种物质温度过高时会分解或挥发;
②为了使某物质达到沸点挥发出来;
③使催化剂的活性达到最好;
④防止副反应的发生;
⑤降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。
3、分离提纯的方法及目的
①盐溶液的分离提纯方法:结晶法:结晶法有蒸发结晶和冷却结晶两种方法,大多数同学通过一轮的复习已经明白纯物质溶液要得到晶体的方法,难点在于混合溶液得到晶体的操作。
a、纯物质溶液得到晶体:
蒸发结晶(NaCl型:溶解度随温度变化小的物质)
蒸发浓缩,冷却结晶(KNO3型:溶解度随温度变化大的物质和含有结晶水的晶体)
b、混合溶液(分离A和B):
要得到溶解度受温度变化小的溶质:蒸发结晶,趁热过滤
要得到溶解度受温度变化大的物质和含有结晶水的晶体: 蒸发浓缩,冷却结晶,过滤
②过滤——固、液分离
③蒸馏——液、液分离
④分液——互不相溶的液体间的分离
⑤萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。
⑥升华——将可直接气化的固体分离出来。
⑦盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出
4、循环利用的物质
目的:节能减排,“绿色化学”,降低成本等
可以用于循环的物质:辅助试剂、母液;一定不会用于循环的物质:目标产物,杂质
5、高频问题及答题技巧(注重文字叙述的规范性)
1、“浸出”步骤中,为提高××的浸出率,可采取的措施有:适当提高反应温度;增加浸出时间;加入过量硫酸;边加硫酸边搅拌。
2、从溶液中得到晶体:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥
3、沉淀洗涤操作:往漏斗(或过滤器)中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2-3次
4、检验沉淀是否洗涤干净:取最后一次洗涤液少许于试管中,逐滴滴加××试剂,振荡,若没有……现象,则沉淀洗涤干净。
5、如何从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2:在干燥的HCl气流中加热,抑制了MgCl2的水解,且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽。
6、CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值:答:CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。原因:加CuO消耗溶液中的H+的,促进Fe3+的水解,生成Fe(OH)3沉淀析出
7、调pH值使得Cu2+(4.7-6.2)中的Fe3+(2.1~3.2)沉淀,pH值范围是:3.2~4.7。原因:调节溶液的pH值至3.2~4.7,使Fe3+全部以Fe(OH)3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀,且不会引入新杂质。
8、产品进一步提纯的操作: 重结晶。
9、趁热过滤的原因即操作:防止××杂质析出或防止降温过程中××析出而损耗;
10、水浴加热的好处:受热均匀,温度可控,且温度不超过100℃
11、减压蒸发(小心烘干):常压蒸发温度过高,××易分解;或者减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止××分解。
12、Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2应怎样除去:加入MgCl2溶液,充分搅拌,过滤,沉淀用蒸馏水水洗涤
13、蒸发浓缩用到的主要仪器有 、 、烧杯、酒精灯等。
答:蒸发皿、玻璃棒。还有取蒸发皿用坩埚钳
14、不用其它试剂,检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是:
答:加热法;取少量氯化铵产品于试管底部,加热,若试管底部无残留物,表明氯化铵产品纯净
15、检验NH4+的方法是:
答:取××少许,加入NaOH溶液后加热,生成的气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。(注意方法与操作的差别)
16、“趁热过滤”后,有时先往滤液中加入少量水,加热至沸,然后再“冷却结晶”:
答:稀释溶液,防止降温过程中××析出,提高产品的纯度
17、检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作是:
答:取少量上层清液或过滤后的滤液,滴加几滴KSCN溶液,若不出现血红色,则表明Fe(OH)3 沉淀完全。
18、检验滤液中是否含有Fe3+的操作是:
答:滴入少量KSCN溶液,若出现血红色,则证明有Fe3+)(或加NaOH,根据情况而定)
化学工艺流程题专练
1.【2016年高考新课标Ⅲ卷·28】(14分)
以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。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:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是__________________。
(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−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+ V4O124− R4V4O12+4OH−(以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____________。
2、【2016年高考新课标I卷·28】(14分)
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)中的化合价为__________。
(2)写出“反应”步骤中生成的化学方程式 。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去和,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,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的氧化能力。的有效氯含量为 。(计算结果保留两位小数)。
3、【2015年高考新课标II卷·28】(15分)
二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂,回答下列问題:
(1)工业上可用KC1O3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
NH4Cl溶液
电解
NCl3溶液
ClO2
NH3
溶液X
H2
盐酸
NaClO2溶液
(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2:
①电解时发生反应的化学方程式为 。
②溶液X中大量存在的阴离子有__________。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是 (填标号)。
a.水 b.碱石灰 c.浓硫酸 d.饱和食盐水
(3)用右图装置可以测定混合气中ClO2的含量:
Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾,用50 mL水溶解后,再加入 3 mL 稀硫酸:
Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水,使液面没过玻璃液封管的管口;
Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收;
Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中:
Ⅴ.用0.1000 mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-),指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中:
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为 。
②玻璃液封装置的作用是 。
③V中加入的指示剂通常为 ,滴定至终点的现象是 。
④测得混合气中ClO2的质量为 g。
(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定最的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐,下列物质最适宜的是_______(填标号)。
a.明矾 b.碘化钾 c.盐酸 d.硫酸亚铁
4、【2015年高考新课标I卷·28】(15分)
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_____________。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___________。
5、(2013新课标Ⅱ卷·27))
氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌(含有Fe(Ⅱ), Mn(Ⅱ), Ni(Ⅱ)等杂质)的流程如下:
提示:在本实验条件下,Ni(Ⅱ)不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。
回答下列问题:
(1)反应②中除掉的杂质离子是 ,发生反应的离子方程式为 ;
在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是 。
(2)反应③的反应类型为 。过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有 。
(3)反应④形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是 。
(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2 。取干操后的滤饼11.2g,煅烧后可得到产品8.1 g,则x等于 。
6、从某废液(含有Fe3+、Fe2+、Cu2+、Cl-)中回收铜并制得纯净的FeCl3溶液。现以制得纯净的FeCl3溶液为原料制取优良的水处理剂高铁酸钾(K2FeO4),其流程图如下:
已知:高铁酸钾(K2FeO4)为暗紫色固体,可溶于水。在中性或酸性溶液中逐渐分解,在碱性溶液中稳定。高铁酸钾具有强氧化性。高铁酸钾(K2FeO4)与水作用产生Fe(OH)3
(1)检验废液中含有Fe2+选用的试剂是_______(填化学式);从废液中制得纯净的FeCl3溶液加入的试剂除铁粉外,还需要的一种试剂是_______(填化学式),加入时发生反应的离子方程式为 。
(2)高铁酸钾(K2FeO4)在处理水过程中的作用是 和 。
(3)“氧化”过程反应的离子方程式为 。
(4)过滤时需用的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯和 。上述工艺得到的高铁酸钾常含有杂质,可用重结晶法提纯,操作是:将粗产品用___________溶解,然后 。
(5)用回收的铜为原料可制得粗制CuSO4·5H2O晶体(含有少量的FeSO4·7H2O)。除去CuSO4·5H2O晶体中杂质的方法是:将该晶体溶于水,向溶液中加入H2O2,再调节溶液pH.过滤即可制得纯净的CuSO4溶液,进而可制得纯净的CuSO4·5H2O晶体。
已知:室温时一些物质的Ksp如下表:
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Cu(OH)2
Ksp
8.0×10-16
8.0×10-38
3×10-20
已知溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时就认为沉淀完全。
加双氧水的目的是________________________;若溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L-1,通过计算说明此方法可除去粗制CuSO4·5H2O晶体中FeSO4·7H2O的理由_______________。