专题10 第28题 化学工业流程知识讲解原卷版高考化学最后冲刺逐题过关.docx

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专题10第28题化学工业流程知识讲解原卷版高考化学最后冲刺逐题过关

专题10第28题工业流程题

一、试题解读

化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。

二、试题考向

三、必备知识

知识点1工业流程的三个阶段

原料预处理的常用方法

方法

目的

研磨

减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率

水浸

与水接触反应或溶解

酸浸

与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去

碱浸

除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物

灼烧

除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质

煅烧

改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土

知识点2　常考化工术语及操作

1.常考化工术语

关键词

释义

研磨、雾化

将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分

灼烧（煅烧）

使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。

如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿

浸取

向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等

酸浸

在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程

过滤

固体与液体的分离

滴定

定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定

蒸发结晶

蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出

蒸发浓缩

蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度

水洗

用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等

酸作用

溶解、去氧化物（膜）、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等

碱作用

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）

2.常见的操作与思考角度

常见的操作

思考角度

加过量试剂

使反应完全进行（或增大转化率、产率）等

加氧化剂

氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子

判断能否加其他物质

要考虑是否引入杂质（或影响产物的纯度）等

分离、提纯

过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作

从溶液中得到晶体的方法：

蒸发浓缩―→冷却结晶―→过滤―→（洗涤、干燥）

提高原子利用率

绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）

在空气中或在其他气体中进行的反应或操作

要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应；或能否达到隔绝空气、防氧化、防水解、防潮解等目的

判断沉淀是否洗涤干净

取最后一次洗涤滤液少量，检验其中是否还有某种离子存在

控制溶液的pH

①调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解）

②“酸作用”还可除去氧化物（膜）

③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等

④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）

控制温度

（常用水浴、冰浴或油浴）

①防止副反应的发生

②使化学平衡移动；控制化学反应的方向

③控制固体的溶解与结晶

④控制反应速率；使催化剂达到最大活性

⑤升温：

促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发

⑥加热煮沸：

促进水解，聚沉后利于过滤分离

⑦趁热过滤：

减少因降温而析出的溶质的量

⑧降温：

防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求

洗涤晶体

①水洗：

通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质

②冰水洗涤：

能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗

③用特定有机试剂清洗晶体：

洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等

④洗涤沉淀方法：

往漏斗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

3.循环物质的确定

4.副产品的判断

5.滤渣、滤液成分的确定

要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：

（1）反应过程中哪些物质（离子）消失了？

（2）所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子？

要考虑这些离子间是否会发生反应？

6.物质分离、提纯的六种物理方法和八种化学方法　

知识点3．陌生氧化还原反应方程式书写的具体步骤

1.常见氧化剂及其还原产物

氧化剂

Cl2（X2）

O2

Fe3＋

酸性KMnO4

MnO2

酸性K2Cr2O7

HClO

还原产物

Cl－（X－）

H2O/O2－/OH－

Fe2＋

Mn2＋

Mn2＋

Cr3＋

Cl－

氧化剂

ClO

浓H2SO4

HNO3

H2O2（H＋）

PbO2

FeO（H＋）

NaBiO3

还原产物

Cl－

SO2

NO2（浓）、NO（稀）

H2O

Pb2＋

Fe3＋

Bi3＋

2.常见还原剂及其氧化产物

还原剂

金属单质

Fe2＋

H2S/S2－

SO2/SO

HI/I－

NH3

N2H4

CO

氧化产物

金属离子

Fe3＋

S、SO2

SO3、SO

N2、NO

N2

CO2

知识点4　答案文字叙述的规范性

设问角度

规范答题

固体原料进行“粉碎”的目的

减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率，提高浸取率

如何用pH试纸测定溶液pH？

将一小块pH试纸放在洁净干燥的表面皿上，用洁净的玻璃棒蘸取少量待测液点在pH试纸的中部，待试纸变色后再与标准比色卡对照读数

滴定管需用NaOH标准溶液润洗，如何操作？

滴定管用蒸馏水洗涤干净后，加入少量NaOH标准液，将滴定管横放，轻轻转动，均匀润洗滴定管内壁后，再将润洗液从下端尖嘴处放出，重复操作2～3次

在萃取、分液过程中，如何操作？

实验在分液漏斗中进行。

下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出

如何洗涤沉淀？

向过滤器中加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以上操作2～3次

检验沉淀是否洗涤干净？

取最后一次洗涤滤出液少许，滴加硝酸酸化的AgNO3溶液（检验氯离子）或者盐酸酸化的BaCl2溶液（检验硫酸根离子），若无沉淀产生，则证明已洗涤干净；反之，则未洗涤干净

从溶液中得到晶体的操作有哪些？

蒸发浓缩―→冷却结晶―→过滤―→洗涤―→干燥

四、高考回顾

1．（2018年全国1卷）焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。

回答下列问题：

（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。

写出该过程的化学方程式__________。

（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。

②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________。

（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为_____________。

电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。

在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。

滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。

2．（2018年全国2卷）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0（Mn+）=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Fe3+

Fe2+

Zn2+

Cd2+

开始沉淀的pH

1.5

6.3

6.2

7.4

沉淀完全的pH

2.8

8.3

8.2

9.4

回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。

3．（2018年全国3卷）KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。

回答下列问题：

（1）KIO3的化学名称是_____。

（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

酸化反应”所得产物有KH（IO3）2、Cl2和KCI．“逐Cl2”采用的方法是_____。

“滤液”中的溶质主要是

_____。

“调pH”中发生反应的化学方程式为_____。

（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式_____。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_____，其迁移方向是_____。

③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_____（写出一点）。

4．（2017年全国1卷）Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。

由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，写出相应反应的离子方程式____________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃

30

35

40

45

50

TiO2·xH2O转化率/%

92

95

97

93

88

分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因_______________________________________。

（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为___________。

（5）若“滤液②”中c（Mg2+）=0.02mol/L，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3+）=1.0×10-5mol/L，此时是否有Mg3（PO4）2沉淀生成______________（列式计算）。

FePO4、Mg3（PO4）2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。

（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式____________。

5．（2017年全国3卷）重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。

制备流程如图所示：

回答下列问题：

（1）步骤①的主要反应为：

FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3

Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2，上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。

该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________。

（2）滤渣1中含量最多的金属元素是____________，滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。

（3）步骤④调滤液2的pH使之变____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用离子方程式表示）。

（4）有关物质的溶解度如图所示。

向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。

冷却到___________（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。

a．80℃b．60℃c．40℃d．10℃

步骤⑤的反应类型是___________________。

（5）某工厂用m1kg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为________。

6．（2016年全国3卷）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−（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”或“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____________。

五、预测2019

1．高铁酸钠（Na2FeO4）具有很强的氧化性，是一种新型的绿色净水消毒剂。

工业上以菱铁矿（主要成分是FeCO3及少量SiO2）为原料制备高铁酸钠生产过程如下：

（1）Na2FeO4中铁元素的化合价为_____________，高铁酸钠用于杀菌消毒时的化学反应类型为_______________（填“氧化还原反应”、“复分解反应”或“化合反应”）。

（2）按照上述流程，步骤①中碱浸时能否用较便宜的Ca（OH）2替代NaOH___________（填“能”或“不能”），理由是________________________。

（3）步骤③中检验Fe2+全部转化成Fe3+的方法是：

___________________________。

（4）步骤④中除生成Na2FeO4外，还有NaCl生成，其离子方程式为_____________。

己知步骤⑤是向Na2FeO4溶液中继续加入氢氧化钠固体得到悬浊液，则操作a的名称为_____。

（5）生产过程中，理论上每获得0.5mol的FeO42-消耗NaClO的总质量为_______________。

（6）已知几种物质在20℃时的Ksp如下表：

某同学用滴定法测定晶体CoCl2·xH2O中的x，常用标准硝酸银法进行滴定，滴定时选择的指示剂是_____（填编号）。

A.KClB.KSCNC.K2SD.K2CrO4

若取晶体样品ag溶于蒸馏水中配制100mL溶液取20mL配制溶液于锥形瓶中，加入所选指示剂，用cmol/LAgNO3溶液滴定至终点消耗标准溶液bmL。

则x的表达式为___________。

2．硫酸锰是一种重要的化工中间体，是锰行业研究的热点。

一种以高硫锰矿（主要成分为含锰化合物及FeS）为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：

已知：

①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示（25℃）：

③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54；离子浓度≤10－5mol·L－1时，离子沉淀完全。

请回答：

（1）传统工艺处理高硫锰矿时，不经“混合焙烧”，而是直接用H2SO4浸出，其缺点为___________。

（2）“氧化”时，发生反应的离子方程式为_________________________________。

若省略“氧化”步骤，造成的后果是_________________________________。

（3）“中和除杂”时，生成沉淀的主要成分为______________________（填化学式）。

（4）“氟化除杂”时，若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全，需维持c（F－）不低于___________。

（已知：

Ksp（MgF2）=6.4×10－10；Ksp（CaF2）=3.6×10－12）

（5）“碳化结晶”时，发生反应的离子方程式为______________________。

（6）“系列操作”指___________、过滤、洗涤、干燥

（7）用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2，电解过程中阳极的电极反应式为___________。

3．金属钛在航天、潜海和医疗方面应用广泛。

工业上用钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁FeTiO3，含FeO、Fe2O3、SiO2）为原料制TiO2,再由TiO2制得金属Ti

资料：

TiO2+会发生水解

（1）步骤②、③、④中，均需用到的操作是_______。

（填操作名称）

（2）检验滤液2中是否含Fe3+的方法是：

_______。

（3）步骤1中FeTiO3溶于过量硫酸的化学方程式___________。

（4）请结合化学用语解释步骤④中加热水的原因___________。

（5）电解法获得Ti是通过图装置，以熔融CaCl2做电解质

①a为电源的_____（填“正”或“负”）

②在制备钛的过程中石墨电极附近的气泡中除了O2、CO、CO2外还可能有的气体是______________，用化学用语解释原因________________。

（6）测定废液中Fe2+浓度已确认铁元素的回收率：

取25.00ml废液于锥形瓶中，用硫酸酸化的xmol/LKMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积如图所示：

（滴定时发生反应的离子方程式为：

5Fe2+＋MnO4-＋8H+→5Fe3+＋Mn2+＋4H2O）.废液中c（Fe2+）=_________

4．硒（Se）和铜（Cu）在生产生活中有广泛的应用。

硒可以用作光敏材料、电解锰行业的催化剂，也是动物体必需的营养元素和对植物有益的营养元素等。

氯化亚铜（CuCl）广泛应用于化工、印染、电镀等行业。

CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系，在潮湿空气中易水解氧化。

以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下所示：

请回答下列问题：

（1）若步骤①中得到的氧化产物只有一种，则它的化学式是____________。

（2）写出步骤③中主要反应的离子方程式：

____________________________________。

（3）步骤⑤包括用pH＝2的溶液酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是__________（写酸的名称）。

（4）上述工艺中，步骤⑥和⑦的作用是_____________。

（5）Se为ⅥA族元素，用乙二胺四乙酸铜阴离子水溶液和硒代硫酸钠（Na2SeSO3）溶液反应可获得纳米硒化铜，硒代硫酸钠还可用于Se的精制，写出硒代硫酸钠（Na2SeSO3）与H2SO4溶液反应得到精硒的化学方程式：

_____。

（6）氯化亚铜产率与温度、溶液pH关系如下图所示。

据图分析，流程化生产氯化亚铜的过程中，温度过低影响CuCl产率的原因是____________________________________；温度过高、pH过大也会影响CuCl产率的原因是_______________________________。

（7）用NaHS作污水处理的沉淀剂，可以处理工业废水中的Cu2＋。

已知：

25℃时，H2S的电离平衡常数Ka1＝1.0×10－7，Ka2＝7.0×10－15，CuS的溶度积为Ksp（CuS）＝6.3×10－36。

反应Cu2＋（aq）＋HS－（aq）

CuS（s）＋H＋（aq）的平衡常数K＝__________（结果保留1位小数）。

5．以红土镍矿（主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等）为原料，获取净水剂黄钠铁矾[NaFe（SO4）2（OH）6]和纳米镍粉的部分工艺流程如下：

（1）“酸浸”过程，为提高铁和镍元素的浸出率，可采取的措施有___________（写出两种）。

（2）“过滤Ⅰ”滤渣的主要成分是______。

（3）“氧化”过程欲使0.3molFe2+转变为Fe3+，则需氧化剂NaClO至少为________mol。

（4）“沉铁”过程中加入碳酸钠调节浴液的pH至2，生成黃钠铁矾沉淀，写出该反应的化学方程式______。

若碳酸钠过多会导致生成的沉淀由黄钠铁矾转变为_____（填化学式）。

（5）向“过滤Ⅱ”所得滤液（富含Ni2+）中加入N2H4·H2O，在不同浓度的氢氧化钠溶液中反应，含镍产物的XRD图谱如下图所示（XRD图谱可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。

欲制得高纯纳米镍粉最适宜的NaOH的物质的量浓度为_____。

写出该条件下制备纳米镍粉同时生成N2的离子方程式_____。

（6）高铁酸盐也是一种优良的含铁净水剂，J．C．Poggendor早在1841年利用纯铁作电极插入浓的NaOH溶液电解制得Na2FeO4，阳极生成FeO42－的电极反应式为______；Deininger等对其进行改进，在阴、阳电极间设置阳离子交换膜，有效提高了产率，阳离子交换膜的作用是_______。