2020高考化學(xué)沖刺核心素養(yǎng)微專題2化學(xué)工藝流程試題的解題策略練習(xí)(含解析)

1、化學(xué)工藝流程試題的解題策略1. 原料預(yù)處理的常用方法及其作用(1) 研磨 : 減小固體顆粒度 , 增大物質(zhì)間接觸面積 , 加快反應(yīng)速率 , 提高浸出率。(2) 水浸或酸浸 : 與水接觸反應(yīng)或溶解 ; 與酸接觸反應(yīng)或溶解 , 得可溶性金屬離子溶液 , 不溶物 過濾除去。(3) 浸出: 固體加水 (酸)溶解得到溶液 (離子)。(4) 灼燒: 除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化。(5) 煅燒 : 改變結(jié)構(gòu) , 使一些物質(zhì)能溶解或高溫下氧化、分解。2. 制備過程中應(yīng)注意的反應(yīng)條件(1) 溶液的 pH: 控制反應(yīng)的發(fā)生 ,增強物質(zhì)的氧化性或還原性 , 或改變水解程度。 常用于形成或抑制某些金屬離子的氫氧化物

2、沉淀。(2) 溫度 :根據(jù)需要選擇適宜溫度 ,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動 , 減少副反應(yīng)的發(fā)生 ,確保 一定的反應(yīng)速率 , 控制溶解度便于提純。(3) 濃度 :根據(jù)需要選擇適宜濃度 , 控制一定的反應(yīng)速率 , 使平衡移動利于目標(biāo)產(chǎn)物的生成 , 減小對后 續(xù)操作產(chǎn)生的影響。 過量 , 能保證反應(yīng)的完全發(fā)生或提高其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率 , 但對后續(xù)操作也會產(chǎn)生影響。(4) 趁熱過濾 : 防止某物質(zhì)降溫時會大量析出。(5) 冰水洗滌 : 洗去晶體表面的雜質(zhì)離子 , 并減少晶體損耗。3. 無機化工流程中的分離方法(1) 洗滌 ( 冰水、熱水 ): 洗去晶體表面的雜質(zhì)離子 ;(2) 過濾 ( 熱濾或

3、抽濾 ): 分離難溶物和易溶物 ;(3) 萃取和分液 : 利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)(4) 蒸發(fā)結(jié)晶 : 提取溶解度隨溫度的變化不大的溶質(zhì) ;,如 KNO3、(5) 冷卻結(jié)晶 : 提取溶解度隨溫度的變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物 FeCl3、CuCl2、CuSO4· 5H2O、FeSO4·7H2O等;(6) 蒸餾或分餾 : 分離沸點不同且互溶的液體混合物(7) 冷卻法 : 利用氣體易液化的特點分離氣體。4. 化工流程氧化還原反應(yīng)方程式的解答措施(1) 寫出題目中已經(jīng)告知的反應(yīng)物和生成物 , 并判斷其中元素的化合價是否變化(2) 按照化合價變

4、化規(guī)律補充并配平化學(xué)反應(yīng)方程式。5. 解決本類題目的三步驟(1) 從題干中獲取有用信息, 了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。(2) 然后整體瀏覽一下流程, 基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。(3) 分析流程中的每一步驟, 從以下幾個方面了解流程 :反應(yīng)物是什么 ;發(fā)生了什么反應(yīng)該反應(yīng)造成了什么后果, 對制造產(chǎn)品有什么作用 ;抓住一個關(guān)鍵點 : 一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。【典例】 (2019 ·全國卷 )硼酸 (H 3BO3)是一種重要的化工原料 ,廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥 料等工業(yè)。一種以硼鎂礦 (含 Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量 Fe2O3、Al 2O3)為原料

5、生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下回答下列問題 :(1) 在 95 “溶浸”硼鎂礦粉, 產(chǎn)生的氣體在“吸收”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為(2) “濾渣 1”的主要成分有 。為檢驗“過濾 1”后的濾液中是否含有 Fe3+離子, 可選用的化學(xué)試劑是 。(3) 根據(jù) H3BO3的解離反應(yīng) :H3BO3+H2OH+B(OH ,K a=5.81 ×10 -10, 可判斷 H3BO3是酸; 在“過濾 2”前 , 將溶液 pH調(diào)節(jié)至 3.5, 目的是 母液經(jīng)加熱后可返回(4) 在“沉鎂”中生成 Mg(OH)2·MgCO3 沉淀的離子方程式為工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是【審題流

6、程】 明確整個流程及每一部分的目的仔細分析每步反應(yīng)發(fā)生的條件以及得到的產(chǎn) 物的物理或化學(xué)性質(zhì)結(jié)合基礎(chǔ)理論與實際問題思考注意答題的模式與要點。【解析】 (1) 在 95 “溶浸”硼鎂礦粉 ,產(chǎn)生的氣體為 NH3, 其在“吸收”中發(fā)生的反應(yīng)主要 是氨氣與碳酸氫銨的反應(yīng) , 故反應(yīng)的化學(xué)方程式為 NH4HCO3+NH3 (NH4) 2CO3。(2) 用硫酸銨溶液溶浸過程中主要反應(yīng)的物質(zhì)為Mg2B2O5· H2O,故溶浸后產(chǎn)生濾渣 1 的主要成分是 SiO2、 Fe2 O3、 Al 2O3, 檢驗 Fe3+可選用的化學(xué)試劑是 KSCN。(3) 根據(jù) H3BO3的解離反應(yīng) :H3BO3+H2O

7、 H+B(OH 可知,H3BO3是一元酸 ,根據(jù)其 Ka值可以判 斷是弱酸 ,故 H3BO3是一元弱酸 ; 根據(jù)流程圖可知“過濾 2”主要得到的是 H3BO3,所以將溶液 pH調(diào)節(jié)至 3.5, 由于 H3BO3是一元弱酸 ,故主要目的是調(diào)節(jié)溶液至酸性 ,促進 H3BO3析出。(4) “ 沉 鎂 ” 過 程 主 要 是 鎂 離 子 與 碳 酸 銨 發(fā) 生 的 反 應(yīng) , 故 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 為2Mg2+3C+2H2OMg(OH)2· MgCO3+2HC 或 2Mg2+2C+H2O Mg(OH)2·MgCO3 +CO2 ; 由于在最后過程中銨根離子和硫酸根離子沒

8、有參與反應(yīng), 所以在母液中主要含有上述兩種離子 ,所以加熱后對應(yīng)的碳酸銨、 二氧化碳等揮發(fā) , 溶液中最終剩余的是硫酸銨 所以可以返回“溶浸”環(huán)節(jié)中繼續(xù)使用 ; 堿式碳酸鎂高溫煅燒之后會發(fā)生分解最終變成氧化 鎂。答案 :(1)NH 4HCO3+NH3(NH4) 2CO3(2) SiO 2、Fe2O3、Al 2O3 KSCN(3) 一元弱 轉(zhuǎn)化為 H3BO3, 促進析出(4) 2Mg 2+3C+2H2O Mg(OH)2·MgCO3+2HC(或 2Mg2+2C+H2O Mg(OH)2·MgCO3 +CO2)溶浸 高溫焙燒,用1. ( 制備型化工流程 ) 二氧化錳在生活和化學(xué)實驗

9、中有廣泛應(yīng)用。工業(yè)以錳結(jié)核礦為原料硫酸淋洗后使用不同的方法可制備純凈的MnO2, 其制備過程如圖所示 :(1) 步驟中 ,試劑甲必須具有的性質(zhì)是 (填序號 )。A. 堿性B. 穩(wěn)定性C.氧化性D.還原性(2) 用惰性材料作電極 , 電解硫酸錳溶液制二氧化錳 ,寫出陽極反應(yīng)式 : 。步驟中 ,以 KClO3為氧化劑 ,當(dāng)生成 0.050 mol MnO 2時, 消耗 0.10 mol ·L-1的 NaClO3溶液200 mL, 該反應(yīng)的離子方程式為 。(3) 工業(yè)上可以用實驗室制氯氣的殘余物質(zhì)溶液吸收氯氣獲得Mn2O3, 該化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為 。(4) 二氧化錳是實驗室制取氧氣的催

10、化劑。 下列是某同學(xué)設(shè)計實驗探究雙氧水分解實驗方案 ;實驗20.0 mL 雙氧水溶液濃度粉狀MnO2溫度待測數(shù)據(jù)5%2.0 g205%1.0 g2010%1.0 g20w2.0 g30實驗和的結(jié)論是 。利用實驗和是探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 , = 。本實驗待測數(shù)據(jù)是 【解析】 (1) 錳結(jié)核礦與還原劑反應(yīng)生成 +2 價錳離子 , 試劑甲必須具有還原性。 (2) 電解硫酸 錳溶液時 ,陽極發(fā)生氧化反應(yīng) ,反應(yīng)式為 Mn2+-2e -+2H2O MnO2 +4H+。生成 0.050 mol 二氧 化錳時 , 失去電子的物質(zhì)的量 :0.050 mol×2=0.100 mol; 設(shè)還原產(chǎn)

11、物中氯元素化合價為-1+x,n(NaClO 3)=0.2 L×0.1 mol·L-1 =0.02 mol。由電子守恒知 ,0.02 mol×(5 -x)=0.100 mol,x=0,氯酸鉀被還原后產(chǎn)物為氯氣 , 離子方程式為 2Cl+5Mn2+4H2O 5MnO2+Cl2 +8H+。(3) 實驗 室 制 氯 氣 的 殘 余 物 質(zhì) 含 Mn2+, 吸 收 氯 氣 獲 得 Mn2O3, 該 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 為2+2Mn2+Cl2+3H2O Mn2O3+6H+2Cl -。(4) 實驗和中雙氧水溶液濃度不同 , 反應(yīng)物濃度越大 , 反應(yīng)速率越快。

12、 實 驗和探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響 , 則 w=5%,對于產(chǎn)生氣體實驗 , 測定收集一定體積 氣體所需要的時間更簡便。答案 :(1)D (2)Mn 2+-2e -+2H2OMnO2 +4H+2Cl+5Mn2+4H2O 5MnO2+Cl 2+8H+2+ + -(3) 2Mn 2+Cl 2+3H2O Mn2O3+6H+2Cl -(4) 其他條件相同 , 反應(yīng)物濃度越大 , 反應(yīng)速率越快5% 收集等體積氧氣所需要的時間2. ( 提純型化工流程 ) 工業(yè)上設(shè)計將 VOSO4中的 K2SO4、SiO2雜質(zhì)除去并回收得到 V2O5的流程如 下, 請回答下列問題(1) 步驟所得廢渣的成分是 (寫化學(xué)式)

13、,操作的名稱 。(2) 步驟、的變化過程可簡化為 ( 下式 R 表示 VO2+,HA 表示有機萃取劑 ):R2(SO4)n(水層)+2nHA(有機層)2RAn(有機層)+nH2SO4(水層), 中萃取時必須加入適量堿其原因是 。 中 X試劑為 。(3) 的離子方程式為 。(4) 25 時, 取樣進行實驗分析 ,得到釩沉淀率和溶液 pH之間的關(guān)系如表pH1.61.71.81.92.0釩沉淀率 %98.098.898.896.493.1結(jié)合上表 ,在實際生產(chǎn)中, 中加入氨水 ,調(diào)節(jié)溶液的最佳 pH 為;若釩沉淀率為93.1% 時 不 產(chǎn) 生 Fe(OH)3 沉 淀 , 則 溶 液 中 c(Fe 3

14、+)< 。 ( 已 知 :25 時,K spFe(OH) 3=2.6 ×10 -39)(5) 該工藝流程中 , 可以循環(huán)利用的物質(zhì)有 和 。【解析】 (1)將含 K2SO4、SiO2雜質(zhì)的 VOSO4溶于水,SiO 2不溶于水 ,步驟是過濾 ,將SiO2與溶 液分離。 (2) 中萃取時必須加入適量堿 , 有利于中和硫酸 , 促使平衡正向移動 ; 為反萃取 ,使上述平衡向逆方向移動 ,X 試劑為 H2SO4。(3) 在含有 VO2+、 S的溶液中加入氧化劑氯酸鉀 , 可以將 VO2+氧化為 V , 步驟中加氨水 ,V 與氨水反應(yīng)生成 NH4VO3 的離子方程式為NH3·

15、H2O+VNH4VO3 +OH-。(4)根據(jù) 25 時,釩沉淀率和溶液 pH之間的關(guān)系知 ,pH為1.7 、 1.8 時, 釩沉淀率最高 ,調(diào)節(jié)溶液的最佳 pH 為 1.7 1.8 最好 ;若釩沉淀率為 93.1%,pH=2.0,c(OH -)=1 ×10-12 mol ·L-1,此時沒有 Fe(OH)3沉淀,則溶液中的 c(Fe 3+)<K spFe(OH) 3 ÷c3(OH-)= 2.6×10-39÷(1×10-12)3=2.6×10-3 mol·L-1。(5)根據(jù)流程示意圖可知 :該工藝流程中可以循 環(huán)

16、利用的物質(zhì)有氨氣 ( 或氨水 ) 和有機萃取劑。答案 :(1)SiO 2 過濾(2) 加入堿中和硫酸 , 促使平衡正向移動 (或提高釩的萃取率 ) H2SO4(3) NH3· H2O+VNH4VO3+OH-3 -1(4) 1.7 1.8( 或 1.7 、1.8 其中一個 ) 2.6×10-3mol·L-1(5) 氨氣 ( 或氨水 ) 有機萃取劑3. (綜合型化工流程 )以黃鐵礦為原料制硫酸會產(chǎn)生大量的廢渣 , 合理利用廢渣可以減少環(huán)境 污染,變廢為寶。工業(yè)上利用廢渣 (含 Fe2+、Fe3+的硫酸鹽及少量 CaO和 MgO)制備高檔顏料鐵 紅(Fe 2O3)和回收

17、 (NH4) 2SO4,具體生產(chǎn)流程如下 :注: 銨黃鐵礬的化學(xué)式為 (NH4) 2Fe6(SO4)4(OH)12。(1) 在廢渣溶解操作時 , 應(yīng)選用 溶解(填字母 )。A.氨水B. 氫氧化鈉溶液C. 鹽酸D. 硫酸(2) 物質(zhì) A是一種氧化劑 ,工業(yè)上最好選 (供選擇使用的有空氣、 Cl 2、MnO2), 其理由是 。 氧 化 過 程 中 發(fā) 生 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 為 。(3) 根據(jù)如圖有關(guān)數(shù)據(jù) , 你認(rèn)為工業(yè)上氧化操作時應(yīng)控制的條件 ( 從溫度、 pH 和氧化時間三方 面說明 ) 是 。(4) 銨黃鐵礬中可能混有的雜質(zhì)有Fe(OH)3、 。銨黃鐵礬與氨水反應(yīng)的化學(xué)方程式為

18、。【解析】 (1) 該流程的目的是制備高檔顏料鐵紅(Fe 2O3) 和回收 (NH4) 2SO4, 不能引入雜質(zhì)離子 ,3+ 2+不能選用鹽酸 , 而氨水和 NaOH溶液能沉淀 Fe3+和 Fe2+, 也不能選用。(2) 空氣中的氧氣在酸性條件下可將Fe2+氧化為 Fe3+, 空氣易得 , 成本低 , 不產(chǎn)生污染 , 不引入雜質(zhì) , 氧化過程離子方程式為 4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O。 (3) 由圖知 , 控制溫度在 80 、 pH為 1.5 、氧化時間為 4 h,Fe 2+的氧化率較高。 (4) 廢渣溶解經(jīng)氧化后溶液中存在Ca2+、 Mg2+、Fe3+,加氨水后 ,可能生成 Mg

19、(OH)2沉淀、 Fe(OH)3沉淀,另外 Ca(OH)2和 CaSO4的溶解度較小 , 也可能析出。由流程圖知 , 銨黃鐵礬與氨水反應(yīng)得 (NH4) 2SO4和 Fe(OH)3。答案 :(1)D(2) 空氣 原料易得 ,成本低 ,不產(chǎn)生污染 ,不引入雜質(zhì) 4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O(3) 溶液溫度控制在 80 ,pH 控制在 1.5, 氧化時間為 4 h 左右(4) Ca(OH) 2、Mg(OH)2、 CaSO4(NH4) 2Fe6(SO4) 4(OH)12+6NH3·H2O4(NH4) 2SO4+6Fe(OH)3【加固訓(xùn)練】以某菱錳礦 (含 MnCO3、SiO2、F

20、eCO3和少量 Al2O3 等)為原料通過以下方法可獲得碳酸錳粗產(chǎn)品。-11 -13 -33已知 Ksp(MnCO3)=2.2 ×10-11,KspMn(OH)2=1.9 ×10 -13 ,K spAl(OH) 3=1.3 × 10-33。(1) 濾渣 1中,含鐵元素的物質(zhì)主要是 (填化學(xué)式 ,下同); 加NaOH調(diào)節(jié)溶液的 pH約為5, 如果 pH過大 , 可能導(dǎo)致濾渣 1中 含量減少。(2) 濾液 2中,+1 價陽離子除了 H+外還有 (填離子符號 ) 。(3) 取“沉錳”前溶液 a mL 于錐形瓶中 , 加入少量 AgNO3溶液 (作催化劑 )和過量的 1.

21、5%(NH4) 2S2O8溶液,加熱 ,Mn2+被氧化為 Mn ,反應(yīng)一段時間后再煮沸 5 min 除去過量的 (NH4) 2S2O8, 冷卻至室溫。選用適宜的指示劑 ,用 b mol · L-1的(NH4) 2Fe(SO4) 2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點 ,消耗 (NH4) 2Fe(SO4) 2標(biāo)準(zhǔn)溶液 V mL。2+Mn2+與(NH4) 2S2O8反應(yīng)的還原產(chǎn)物為 。“沉錳”前溶液中 c(Mn2+)=mol ·L-1。( 列出表達式 )(4) 其他條件不變 , “沉錳”過程中錳元素回收率與NH4HCO3 初始濃度 (c 0) 、反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示。NH4HCO3初始濃度越大 , 錳元素回收率越 ( 填“高”或“低” ), 簡述原因 若溶液中 c(Mn2+)=1.0 mol·L-1 ,加入等體積 1.8 mol·L-1 NH4HCO3溶液進行反應(yīng) ,計算 2040 min 內(nèi) v(Mn )= ?！窘馕觥?(1) 根據(jù)工藝流程圖分析 ,菱錳礦酸浸后 , 浸液中所含金屬陽離子有 Mn2+、Fe2+、Al 3+ 加入 MnO2,Fe 2+被氧化為 Fe3+;加入 NaOH調(diào)節(jié) pH,過濾后得到的濾渣 1 中含鐵元素的物質(zhì)主要 為Fe(OH)3。如果 pH過大,則濾渣中 Al(OH) 3、 SiO2會開始溶解