2019年高考化學化工流程全突破專題05可循環(huán)物質的判斷和流程評價知識講解

專題05可循環(huán)物質的判斷和流程評價一.可循環(huán)物質的判斷.流程圖中回頭箭頭的物質。.生產流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液)，可能是前面某一步反應的相關物質。二.對整個工藝流程從下列幾個方面進行評價.體現(xiàn)綠色化學思想(使用無毒無害原料，采用原子利用率高的制備路線，原料的循環(huán)利用，副產物綜合利用，節(jié)能，等)。.高效節(jié)能方面(原料廉價，工藝簡單，產品的純度高，能耗低等)。.生成物或副產物的污染。典例1廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物，其中銅的含量達到礦石中的幾十倍。濕法技術是將粉碎的印刷電路板經溶解、萃取、電解等操作得到純銅等產品。某化學小組模擬該方法回收銅和制取膽磯，流程簡圖如下：田0入NHs和溶液廢電路板回答下列問題:(1反應I是將Cu轉化為Cu(NH3)『，反應中H2O2的作用是 。寫出操作①的名稱：。(2)反應II是銅氨溶液中的Cu(NH)2+與有機物RH反應，寫出該反應的離子方程式:_。3 4操作②用到的主要儀器名稱為 ，其目的是(填序號)。a.富集銅元素 b.使銅元素與水溶液中的物質分離 c.增加Cu2+在水中的溶解度(3)反應m是有機溶液中的CuR與稀硫酸反應生成CuSO和—。若操作③使用右圖裝置，圖中存在的錯誤是 。操作⑤(4)操作④以石墨作電極電解CuSO4溶液。陰極析出銅，陽極產物是 。操作⑤由硫酸銅溶液制膽磯的主要步驟是 (5)流程中有三次實現(xiàn)了試劑的循環(huán)使用，已用虛線標出兩處，第三處的試劑是循環(huán)使用的NHCl在反應I中的主要作用是4【答案】(1)作氧化劑過濾Cu(NH)2++2RH=2NH++2NH+CuR 分液漏斗ab3 4 4 3 2RH 分液漏斗尖端未緊靠燒杯內壁液體過多(4)O2 H2SO4加熱濃縮冷卻結晶過濾⑸H2SO4防止由于溶液中的C(OH-)過高，生成CU(OH)2沉淀【解析】(1)反應I是將6轉化為CiKNHsX、Cu被氧化，則反應中HiOi的作用是作氧化劑；操作①是把濾渣和浦體分離，所以該操作為過濾；C)根據流程圖可知，G1(1^)?+與有機物RH反應生成CuRi和氨氣，氯化鍍，所以該反應的離子方程式是CMNEs)4H+2RH=2NH4++2NH3Vli處&操作②是把水層與有機層分離，所以為分液操作，需要的主要儀器為分,液漏斗sCu元素富集在有機層，所以該操作的目的是富集Cu元素，使銅元素與水溶港中的物質分離，答案選心5口的中R元素為-1價，所以反應山是有機溶海中的3與稀硫酸反應生成CuSd和RH?操作③使用的過濾操作中分液漏斗尖端未緊靠燒杯內壁，且分液漏斗內的淹體太多；(4)以石墨作電極電解CuSOh溶滿。陰極析出銅，則陽極為陰離子氫氧根放電，生成氧氣，導致氫禽子濃度增大，所以陽極的產物有5、&S04,由溶液得到晶體的操作步驟一般為加熱濃縮冷卻結晶過濾s(5)操作④中得到的硫酸可用在反應m中，所以第三種循環(huán)的試劑為ESd&氧化鉞溶液為酸性，可降低溶灑中氫氧根離子的濃度，防止由于溶灑中的c(0H-)過高，生成Cu(OH)=沉淀?！久麕燑c睛】對于工業(yè)流程的分析是該問題的難點。將該工業(yè)流程轉化為化學的問題及掌握基本的化學知識是解題的關鍵。包括反應原理的判斷、基本操作的判斷、儀器的選擇、物質或操作作用的分析、電解反應原理的應用、操作方案的設計、誤差分析、物質質量分數(shù)的計算等。這類題目距離生活較遠，因此學生會感到無從下手。從流程圖中可分析問題的答案，如經過操作1將溶液與殘渣分離，則該操作一定是過濾，從溶液中得到固體的操作一定需蒸發(fā)濃縮的步驟等，根據加入某物質前后反應物質的成分變化判斷發(fā)生的化學反應及該物質的作用，所以本題以化學工業(yè)為載體，考查學生的分析問題與解決問題的能力為主。典例2鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成一個產業(yè)鏈(如圖所示)，將大大提高資源的利用率，減少環(huán)境污染。請回答下列問題：⑴Fe位于元素周期表中的位置是。⑵寫出流程中電解池里發(fā)生反應的離子方程式：。⑶寫出流程中“氯化”的化學方程式：。(4)寫出TiCl4完全水解生成TiO2-H2O的化學方程式：。(5)高溫爐中通入Ar的作用是。(6)上述流程中可循環(huán)利用的物質有。⑺下圖為氯堿工業(yè)的裝置示意圖，使用(填“陰”或“陽”)離子交換膜，目的除了降低分離氫氧化鈉的成本外還可以。【答案】第四周期VIII族2C1-+2H2O C12f+H2f+2OH-2FeTiO3+6C+7Cl2 2FeCl3+2TiCl4+6COTiCl4+3H2O=TiO2-H2O+4HC1做保護氣的作用，防止高溫條件下Mg和Ti被氧化Mg和Cl2陽防止氯氣與氫氧化鈉溶液發(fā)生副反應

【解析】(1)Fe的原子序數(shù)為警，其最外層電子數(shù)為2,有4個電子層，原子核外電子排布為1艮2$卻的氏故處于第四周期第UHI族s⑵流程中電解池里電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，發(fā)生反應的離子方程式為:2C1T2H1OChT+H2T+2OH-」⑶鈦鐵礦在高溫下與焦炭經氯化得到四氯化鈦，還生成氯化鐵、C6流程中“氯化”的化學方程式為:2FeTiO3^C+7Ch2FeCb+2TiC14+6COj(4)TiC14水解生成叮。2?迎口，同時生成HC1,水解方程式為：TiC14+3HKAllQrHKH4HCk(5)高溫爐中通入Ar的作用是做保護氣的作用，防止高溫條件下Mg和Ti被氧化」(魴上述流程中電解熔融氧化鎂得到的鎂和氯氣在反應中為反應原料，故可循環(huán)利用的物質有Mg和CS。)下圖為氯堿工業(yè)的裝置示意圖，使用陽離子交換膜只允許鈉離子等陽離子通過，目的除了降低分離氫氧化鈉的成本外還可以防止氯氣與氫氧化鈉溶液發(fā)生副反應。典例3信息時代產生的大量電子垃圾對環(huán)境造成了極大的威脅。某“變廢為寶”學生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅晶體的路線：Cu、AlFe、AuCu、AlFe、AuPt①稀H2so4,

濃HNO?加熱，過濾蒸發(fā)，冷卻，結晶，過濾aCuSO4-5H2O^A12(SO4)318H2O回答下列問題:(1)第①步Cu與酸反應的離子方程式為；得到濾渣1的主要成分為。(2)第②步加入H2O2的作用是，使用H2O2的優(yōu)點是；調節(jié)pH的目的是使生成沉淀。(3)用第③步所得CuSO4?5H20制備無水CUSO4的方法是。(4)由濾渣2制取A12(SO4)3?184。，探究小組設計了三種方案：甲：|濾渣2甲吐底浸液,心、?？谏峡?、卜點A12(SO4)318H2O蒸發(fā)道卻，結晶，過濾乙：健回出2,屐浸溷適時粉一譴技畛隊土口任日十看410。4)T18比0一 過濾 蒸發(fā)，冷卻，結晶,過滴丙：|濾渣2］砧學?液一腐潤H十04A語商 .口，1聲A12(SO4)318H2O過德 蒸發(fā)，冷卻，結晶,過滴上述三種方案中，方案不可行。△△【答案】Cu+4H++2NO3--Cu2++2NO2T+2H2O或3Cu+8H++2NO/-3Cu2++2NOf+4HOAuPt把Fe2+氧化為Fe3+該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜質，產物對環(huán)境無污染Fe3+和A13+2加熱脫水甲【解析】(1)稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu2+、A13+、Fe2+;所以濾渣1的成分是Pt和Au,濾液1中的離子是Cu2+、A13+、Fe2+；第①步Cu與酸反應△ A的離子方程式為：Cu+4H++2NO--Cu2++2NOf+2HO或3Cu+8H++2NO--3Cu2++2NOf3 2 2 3+4H2O。(2)第②步加mOi的作用是將Fe產氧化為過氧化氫做氧化劑不引入雜質，對環(huán)境無污染s調節(jié)溶港pH使班尹、AF+全部沉淀后過濾得到氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀和濾海硫酸銅o(3)第③步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法：在用氓中加熱脫水」(4)制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質，方法不可行s乙和丙方法均可行」乙方案先在濾渣中加HtSOt,生成氏1(SOi)y和Ah(SO4)3,再加Al粉和密(SOi)3生成Ah(SO4)打蒸發(fā)、冷卻、結晶、過濾可得硫酸鋁晶體s丙方案先在濾渣中加NaOH和AHOH)3反應生成NaAlCh,再在濾港中加HiS。生成Ah1S5)力蒸發(fā)、冷卻％結晶、過、濾可得硫酸鋁晶體口典例4硒和碲在工業(yè)上有重要用途。在銅、銀、鉛等電解工藝的陽極泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及金屬狀態(tài)存在。一種從陽極泥中提取Se和Te的工藝流程見下:—?電解—?Te流出液2A反應已知：碲酸鈉(Na2H,TeO.)難溶，碲酸(H.TeQ)可溶?；卮鹣铝袉栴}:⑴陽極泥在600K左右加入一定濃度H2sQ“焙燒”時，單質Te轉化為TeO2的化學方程式為?！氨荷啊迸c碳酸鈉充分混合，干燥后通空氣氧化物料，每生成1mol碲酸鈉，則需要的氧化劑02至少為mol；生成的碲酸鈉不水浸，而采取“酸浸”的原因是“反應”時的化學方程式為\__。（4）“還原”中的反應生成物為TeO2,檢驗反應后是否有反應物Na2s03過量的實驗操作方法為。（5）已知“電解”時使用石墨電極，陽極產物與陰極產物的物質的量之比為。（6）工藝路線中可以循環(huán)利用的物質有、?！敬鸢浮縏e+2H2s042TeO2+2SO2T+2H2O0.5Na2HJeO6在水中難溶，酸浸生成的H6TeO6可溶SeO2+2H2O+2SO2==2H2s04+Se取少量“還原”后的溶液于試管，加入稀H2SO4,將生成的氣體通入澄清石灰水，若溶液變渾濁，則Na2sO3過量。反之不過量1：1H2sO4NaOH【解析】陽極泥在600K左右加入一定濃度焙燒時，單質口轉化為IK4同時生成二氧化硫和水，反應的化學方程式為Te4■汨鬲⑵T培砂”與碳酸鈉充分混合，干燥后通入空氣焙燒，發(fā)生氧化反應可必依記升2TeO2=2N32H4TeOt-b2CO2,每生成Imol硝酸四氫鈉則需要的氧化劑5至少為。5mms 在水中難溶，酸浸生成的ET◎可溶，故生成的硝酸四氫鈉不用“水浸;而采取"酸浸、?T流程中“反應”處通入Seth.￡6,加入坨口反應后得到Se,則吃被氧化生成硫酸，發(fā)生反應的化學方程式為SeQ汁絕82ss=2H3S<X+S白（4）檢瞼“還原”后的溶灑中可④金是否過量的實險操作方法為取少量'還原”后的容淹于試管，加入稀msa將生成的氣體道入澧清石灰水，若溶,液變渾濁，則Na3s（h過蚩。反之不過量？（5）“電解邙寸使用石墨電極，陽極產物氧氣與陰極產物的Te物質的量之比為1：b⑴根據流程中既為生成物又為反應原料的物質可作為循環(huán)利用的物質，則工藝路線中可以循環(huán)利用的物質有理蟲和NaOH。典例5三鹽基硫酸鉛（3PbO-PbSO4-H2O）簡稱“三鹽”，白色或微黃色粉末，熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，主要用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑?！叭}”是由可溶性鉛鹽中加入硫酸生成硫酸鉛，再加氫氧化鈉而制得。以100.0噸鉛泥（主要成分為PbO、Pb及PbSO4等）為原料制備三鹽的工藝流程如下圖所示已知：(1)Ksp(PbSO4)=1.82X10-8,Ksp(PbCO3)=1.46X10-13；

（2）鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎不起作用。請回答下列問題：（1）寫出步驟①“轉化”的化學方程式（2）步驟②“過濾1”后所得濾渣的主要成分為（3）步驟③“酸溶”，最適合選用的酸為，為提高酸溶速率，可采取的措施是（任意寫出一條）（4）若步驟④“沉鉛”后的濾液中c（Pb2+）=1.82X10-5mol-L-i，則此時c（SO2-）=4 moleL-i（5）從原子利用率的角度分析該流程的優(yōu)點為（6）步驟⑥“合成”三鹽的化學方程式為【答案】pbSO+NaCO=PbCO+NaSOPbPbOPbCOHNO適當升溫（適當增加硝酸濃度、減小濾渣顆粒大小等合理答案均可）1X10-3濾液2（HNO3溶液）可以循環(huán)利用50-cox:4PbSO4+6NaOH 3PbO-PbSO4-H2O+3N82SO4+2H2O【解析】由于PbSO*溶解度較大，又不溶于稀酸，而Pbg溶解度小，能溶于稀酸，為提高原料的利用率，加入碳酸鈉將硫酸鉛轉化為碳酸鉛3（2）經步驟①將硫酸鉛轉化為碳酸鉛后，'濾渣的主要成分為PbPVOPVCO力（3）由于鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎不起作用，