专题19无机化工流程教学案高考二轮复习化学附解析.docx

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专题19无机化工流程教学案高考二轮复习化学附解析

专题19无机化工流程（教学案）-2017年高考二轮复习

化学

化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。

这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。

考点一　操作流程式

例1．过氧化钙可以用于改善地表水质，处理含重金属粒子废水和治理赤潮，也可用于应急供氧等。

工业上生产过氧化钙的主要流程如下：

已知CaO2·8H2O呈白色，微溶于水，加热至350℃左右开始分解放出氧气。

（1）用上述方法制取CaO2·8H2O的化学方程式是________；

（2）检验“水洗”是否合格的方法是________；

（3）沉淀时常用冰水控制温度在0℃左右，其可能原因是（写出两种）：

①____________；②____________。

（4）测定产品中CaO2的含量的实验步骤：

第一步：

准确称取ag产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的bgKI晶体，再滴入少量2mol·L－1的H2SO4溶液，充分反应。

第二步：

向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。

第三步：

逐滴加入浓度为cmol·L－1的Na2S2O3溶液至反应完全，消耗Na2S2O3溶液VmL。

【已知：

I2＋2S2O

===2I－＋S4O

】

①CaO2的质量分数为____________（用字母表示）；

②某同学第一步和第二步的操作都很规范，第三步滴速太慢，这样测得的CaO2的质量分数可能________（填“不受影响”、“偏低”或“偏高”），原因是_________。

答案　

（1）CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl

（2）可取最后一次洗涤液少许于试管中，再滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，看是否产生白色沉淀

（3）①温度低可减少过氧化氢的分解，提高过氧化氢的利用率

②该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2·8H2O的产率

（4）①

　②偏高　滴速太慢，S2O

在滴定过程中被氧气氧化

考点二　物质变化流程

例2．碱式碳酸铜广泛用于制油漆颜料、烟火、杀虫剂、催化剂、其他铜盐和固体荧光粉激活剂等，也用于种子处理及作杀菌剂等。

某化学兴趣小组在实验室利用Na2CO3·10H2O跟CuSO4·5H2O反应制备并检验碱式碳酸铜，实验步骤如下：

黏胶状

蓝绿色沉淀

蓝绿色晶体

（1）写出制备碱式碳酸铜的化学方程式___________________________________。

（2）用研钵分别研细Na2CO3·10H2O和CuSO4·5H2O的目的是___________________。

（3）检验蓝绿色沉淀是否洗涤干净的实验操作是______________________________。

（4）碱式碳酸铜可以看成Cu（OH）2·CuCO3，该兴趣小组同学选择下列实验仪器验证产物中含有Cu（OH）2、CuCO3。

①各装置连接顺序为________________。

②装置B中试剂的名称是__________，装置C中试剂的名称是__________。

③证明含有CuCO3的实验现象是_________________________________________，

证明含有Cu（OH）2的实验现象是_________________________________________。

答案　

（1）2CuSO4＋2Na2CO3＋H2O===Cu2（OH）2CO3↓＋2Na2SO4＋CO2↑　

（2）增大反应物接触面

积，使反应物充分混合并反应　（3）取最后一次洗涤液少许，滴加BaCl2溶液，若没有白色沉淀产生，则沉淀已洗涤干净　（4）①ACB　②澄清石灰水　无水硫酸铜粉末　③装置B中澄清石灰水变浑浊　装置C中白色粉末变为蓝色

考点三　综合流程型

例3．氯化亚铜在工业上应用广泛。

氯化亚铜（CuCl）为白色晶体，微溶于水，能溶于氨水、浓盐酸，并生成配合物，不溶于硫酸、稀硝酸和醇。

实验药品：

铜丝20g、氯化铵20g、65%硝酸10mL、36%盐酸15mL、水。

（1）反应①的化学方程式为_____________________________________________，

用95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是__________________________________

______________________________________________________________________。

（2）工业化生产时，95%乙醇可通过__________的方法回收并循环利用，而NH4Cl、____________（填化学式）可直接循环利用。

（3）实验室用下图装置制备CuCl。

①实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产生O2的速率，最宜选择下列装置中的________（填字母序号）。

②实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温，主要原因是___________________

______________________________________________________________________。

电炉加热升温至50℃时停止加热，反应快速进行，烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色，从环保角度考虑，当______________________________时才能停止通入氧气；待冷却至室温后，再打开瓶塞，沿________（填字母）口倾出棕色反应液于1000mL大烧杯，加水500mL，即有大量白色沉淀析出。

答案　

（1）NH4[CuCl2]===CuCl↓＋NH4Cl　避免CuCl溶于水而造成损耗（洗去晶体表面的杂质离子及水分）

（2）蒸馏　HNO3　（3）①B　②氯化铵溶于水吸收大量热，造成反应液温度降低　烧瓶上方红棕色气体逐渐变为无色　a（或c）

【变式探究】以黄铜矿（主要成分为CuFeS2，含少量杂质SiO2等）为原料，进行生物炼铜，同时得到副产品绿矾（FeSO4·7H2O）。

其主要工艺流程如下：

已知：

部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH如下表。

沉淀物

Cu（OH）2

Fe（OH）3

Fe（OH）2

开始沉淀pH

4.7

2.7

7.6

完全沉淀pH

6.7

3.7

9.6

（1）反应Ⅰ的化学反应方程式为___________________________________________。

该反应中

被________（填“氧化”或“还原”），其目的是____________________。

（2）试剂a是__________，具体操作为____________，目的是

_____________________________________________________________________。

（3）反应Ⅲ的离子方程式为_______________________________________________。

试剂c参与反应的离子方程式分别为______________________________________、

______________________________________________________________________。

答案　

（1）4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2===4CuSO4＋2Fe2（SO4）3＋2H2O　氧化　Fe2＋和Cu2＋通过水

解难于分离，将

氧化成Fe3＋易于利用水解分离两离子

（2）CuO[或Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等]　加入试剂调节pH至3.7～4.7之间　使Fe3＋形

成Fe（OH）3沉淀，防止生成Cu（OH）2沉淀

（3）Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　Fe（OH）3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O

1．【2016年高考北京卷】（12分）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。

其工作流程如下：

（1）过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。

（2）过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为：

i：

2Fe2++PbO2+4H++SO42−＝2Fe3++PbSO4+2H2O

ii:

……

①写出ii的离子方程式：

________________。

②下列实验方案可证实上述催化过程。

将实验方案补充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。

b.______________。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：

PbO（s）+NaOH（aq）

NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。

滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是_____（选填序号）。

A．减少PbO的损失，提高产品的产率

B．重复利用氢氧化钠，提高原料的利用率

C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率

②过滤Ⅲ的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作_______________________。

【答案】

（1）Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。

（2）①2Fe3＋+Pb+SO42—==PbSO4+2Fe2＋；

②取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。

（3）①A、B；②将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到PbO固体。

②a实验证明发生反应i，则b实验需证明发生反应

，实验方案为取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。

（3）①过程Ⅱ脱硫过程中发生的反应为PbSO4+2NaOH==PbO+Na2SO4+H2O，而滤液Ⅰ中含有硫酸，可降低溶液的pH，使平衡：

PbO（s）+NaOH（aq）

NaHPbO2（aq）逆向移动，减少PbO的损失，提高产品的产率，同时重复利用NaOH，提高原料的利用率答案选AB；

②根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的饱和溶液，降温结晶、过滤，洗涤并干燥即可得到PbO。

2．【2016年高考海南卷】（8分）KAl（SO4）2·12H2O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。

实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用___（填标号）。

A．HCl溶液B．H2SO4溶液C．氨水D．NaOH溶液

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________。

（3）沉淀B的化学式为________；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是__________。

（4）已知：

Kw=1.0×10-14，Al（OH）3

AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。

Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于_________。

【答案】（8分）

（1）d（2分）

（2）2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑（2分）

（3）Al（OH）3Al3+水解，使溶液中H+浓度增大（每空1分，共2分）

（4）20（2分）

（3）滤液A的主要成分是NaAlO2，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，AlO2-、NH4+发生盐的双水解反应，产生Al（OH）3沉淀和NH3·H2O，反应的方程式是AlO2-+2H2O+NH4+=Al（OH）3↓+NH3·H2O，所以沉淀B化学式为Al（OH）3；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是该盐是强酸弱碱盐，Al3+发生水解反应，消耗水电离产生的OH-，当最终达到平衡时溶液中c（H+）>c（OH-），所以溶液显酸性。

（4）已知：

Kw=1.0×10-14，Al（OH）3

AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。

Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数K=

。

3．【2016年高考江苏卷】（12分）以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下：

（1）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右进行。

氯化时存在Cl2与Ca（OH）2作用生成Ca（ClO）2的反应，Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2，少量Ca（ClO）2分解为CaCl2和O2。

①生成Ca（ClO）2的化学方程式为▲。

②提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率的可行措施有▲（填序号）。

A．适当减缓通入Cl2速率B．充分搅拌浆料C．加水使Ca（OH）2完全溶解

（2）氯化过程中Cl2转化为Ca（ClO3）2的总反应方程式为6Ca（OH）2+6Cl2＝Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O

氯化完成后过滤。

①滤渣的主要成分为▲（填化学式）。

②滤液中Ca（ClO3）2与CaCl2的物质的量之比n[Ca（ClO3）2]∶n[CaCl2]▲1∶5（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca（ClO3）2转化为KClO3，若溶液中KClO3的含量为100g▪L-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是▲。

【答案】

（1）①2Cl2＋2Ca（OH）2=Ca（ClO）2＋CaCl2＋2H2O；②AB

（2）①CaCO3、Ca（OH）2②＜；

（3）蒸发浓缩、冷却结晶

4．【2016年高考四川卷】（16分）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：

已知：

①Ca5（PO4）3F在950℃不分解；

②4Ca5（PO4）3F+18SiO2+30C

2CaF2+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℃，101kPa时：

CaO（s）+H2SO4（l）=CaSO4（s）+H2O（l）△H=-271kJ/mol

5CaO（s）+H3PO4（l）+HF（g）=Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）△H=-937kJ/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5/6.若akg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。

【答案】

（1）CO2

（2）漏斗、烧杯、玻璃棒。

（3）NH4＋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）+H3PO4（l）+HF（g）△H=-418kJ/mol。

（6）

（5）已知25℃，101kPa时：

①CaO（s）+H2SO4（l）=CaSO4（s）+H2O（l）ΔH=-271kJ/mol

②5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g）=Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）ΔH=-937kJ/mol

根据盖斯定律：

①×5-②得Ca5（PO4）3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是Ca5（PO4）3F（s）+5H2SO4（l）=5CaSO4（s）+H3PO4（l）+HF（g）ΔH=-418kJ/mol。

（6）根据题给数据利用三行式分析。

设CO的起始浓度为1mol/L，则水蒸气的起始浓度为5mol/L

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g），

起始浓度（mol/L）1500

转化浓度（mol/L）5/65/65/65/6

平衡浓度（mol/L）1/625/65/65/6

则K=c（CO2）c（H2）/c（CO）c（H2O）=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为x。

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g），

起始浓度（mol/L）1300

转化浓度（mol/L）xxxx

平衡浓度（mol/L）（1-x）（3-x）xx

则x2/（1-x）（3-x）=1,解得x=3/4，即达平衡时，CO转化了3/4。

转化为P4的Ca5（PO4）3F质量为a×10%×b%kg，根据反应4Ca5（PO4）3F+18SiO2+30C

2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4知生成CO的质量为（30×28×a×10%×b%）/（4×504）kg，则转化的CO的质量为3（30×28×a×10%×b%）/4（4×504）kg，根据反应：

CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g）知相同条件下达平衡时能产生H23（30×28×a×10%×b%）/56（4×504）kg=

kg。

5．【2016年高考新课标Ⅲ卷】（14分）过氧化钙微溶于水，溶于酸，可作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。

以下是一种制备过氧化钙的实验方法。

回答下列问题：

（一）碳酸钙的制备

（1）步骤①加入氨水的目的是_______。

小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于____。

（2）右图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是______（填标号）。

a．漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁

b．玻璃棒用作引流

c．将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁

d．滤纸边缘高出漏斗

e．用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度

（二）过氧化钙的制备

CaCO3

滤液

白色晶体

（3）步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈____性（填“酸”、“碱”或“中”。

将溶液煮沸，趁热过滤。

将溶液煮沸的作用是___________。

（4）步骤③中反应的化学方程式为________，该反应需要在冰浴下进行，原因是_________。

（5）将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_______。

（6）制备过氧化钙的另一种方法是：

将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。

该工艺方法的优点是______，产品的缺点是_______。

【答案】

（1）调节溶液pH使Fe（OH）3沉淀；过滤分离；

（2）ade；（3）酸；除去溶液中溶解的CO2；

（4）CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O；温度过高时过氧化氢分解；

（5）去除结晶表面水分；（6）工艺简单、操作简单；纯度较低。

（3）步骤②的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，溶液中有二氧化碳生成，因此溶液呈酸性。

溶液中含有二氧化碳，而过氧化钙能与酸反应，因此将溶液煮沸的作用是除去溶液中溶解的CO2。

（4）根据原子守恒可知反应中还有氯化铵和水生成，则步骤③中反应的化学方程式为CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2=CaO2↓＋2NH4Cl＋2H2O；双氧水不稳定，受热易分解，因此该反应需要在冰浴下进行的原因是防止过氧化氢分解。

（5）过氧化钙不溶于乙醇，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面的水分。

（6）制备过氧化钙的另一种方法是：

将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。

该工艺方法的优点是原料来源丰富、操作方便，产品的缺点是得到产品的纯度较低。

6．【2016年高考新课标Ⅲ卷】（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3mol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____________。

【答案】

（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；

（2）0.5；（3）Fe（OH）3、Al（OH）3；

（4）碱；（5）K＋；（6）2NH4VO3

V2O5＋H2O＋2NH3↑。

（4）根据方程式可知为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性。

（5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。

（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵（NH4VO3）“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3

V2O5＋H2O＋2NH3↑。

1．【2015浙江理综化学】某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制取七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O），设计了如下流程：

下列说法不正确的是（）

A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉

B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al（OH）3，进入固体2

C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解

D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得