高三化学二轮复习化工流程专题.docx

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高三化学二轮复习化工流程专题

工艺流程综合题型研究

【知识网络】

【能力展示】

能力展示

:

1．（2013·新课标Ⅰ卷）锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2），导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-

LixC6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：

（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为　　　　。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式：

　。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是　。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式：

　。

（5）充放电过程中发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式：

　。

-

（6）上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是　。

在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有　　　　　　　　　　　　　（填化学式）。

〖答案〗

（1）+3

（2）2Al+2OH-+2H2O

2Al

+3H2↑

（3）2LiCoO2+3H2SO4+H2O2

Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O2

2H2O+O2↑　有氯气生成，污染较大

（4）CoSO4+2NH4HCO3

CoCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O

（5）Li1-xCoO2+LixC6

LiCoO2+6C

（6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中　Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4

￥

【考题分析】

年份

试题

知识点

分值

2013

第27题

"

电极反应式、化学方程式、电池总反应式的书写，物质的回收，环境保护

15分

2015

第27题

化学方程式的书写，加快浸出速率的措施，物质的分离提纯，电子式的书写

15分

【备考策略】

%

在全国近几年的高考中，主要考查物质的制备和提纯的工艺流程，其中涉及元素及其化合物的性质、离子反应、氧化还原反应、电池反应等。

在20XX年的备考中，应关注元素化合物知识与生产、生活的联系，善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素化合物知识。

解答这类试题要注意循环经济、原子经济、节能环保等要求。

【能力提升】

化学工艺流程题的解题要领

解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。

要明确流程图中箭头方向和代表的含义。

流程图中箭头进入的是反应物（投料），箭头出去的是生成物（产物、副产物），返回的箭头一般是“循环利用”的物质。

图中一般会出现超纲知识，要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用。

所以一定要关注题目的每一个字眼，但不必将每一个物质都推出，问什么推什么。

其次要带着问题去精心研究某一步或某一个物质。

在答题时应注意前后问题往往没有连带效应，即前一问不能回答没关系，不影响后面回答问题。

遇到做不出来的问题要及时放弃，以免影响其他问题的作答。

最后，作答时一定要看清所提问题，不能答非所问，注意语言表达的科学性。

1.常见的化工术语

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

浸出率

"

固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少

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

水浸

与水接触反应或溶解

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.常见的操作与答题

常见的操作

答题要考虑的角度

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、水解、潮解等目的

常见的操作

答题要考虑的角度

；

判断沉淀

是否洗涤干净

取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等

控制溶液的pH

①调节溶液的酸碱性，抑制水解（或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀）

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（如趁热过滤能防止某物质降温时析出）

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23次

？

表面处理

用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等

如何确定有关工艺流程中的重要物质

【问题引出】

化工生产技术的“工艺流程题”已成为高考的新亮点和主流题型，其中“循环物质、副产品、滤渣和滤液”是常考知识点，具有一定的难度和区分度。

~

【考题呈现】

1．（2015·天津高考）废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。

湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。

某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：

流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是　　　。

循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。

2．（2015·山东高考）毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2+、Mg2+、F

等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

&

Ca2+

Mg2+

F

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

、

已知：

Ksp（BaC2O4）=×10-7，Ksp（CaC2O4）=×10-9。

加入NH3·H2O调节pH=8可除去　　　　（填离子符号），滤渣Ⅱ中含　　　　　　　　（填化学式）。

加入H2C2O4时应避免过量，原因是　　　　　　　　　　　　　　　。

【归纳总结】

1．

（1）解题策略

；

解题步骤

解题策略

首尾呼应、找出主线

1.对照原料和产品，确定核心反应和核心辅料

2.依核心反应，明确流程主线、支线和除杂任务

分段剖析、明析细节

3.以核心辅助原料为准，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段

4.依箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析

（

5.某些暂时琢磨不透的环节，可“跳过去”而“难得糊涂”，如有必要，可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析

由易到难、破解答案

6.先易后难：

先回答与工艺流程非密切相关的问题，确保易拿的分数先拿，增强答题信心

7.变换角度：

从基本理论、绿色化学观点、经济角度、安全生产等多角度答题

8.对棘手问题：

不忘尝试从题给信息中寻找答案

（2）物质判断：

主线主产品，副线副产品，回头为循环。

2.循环物质的确定

/

3.副产品的判断

4.滤渣、滤液成分的确定

要考虑样品中原料和杂质中的每一种成分在每一步与每一种试剂的反应情况：

（1）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；再考虑这些离子间是否会发生反应。

（3）去除主产品和副产品，原料中的相关成分存在于何处。

？

化学工艺流程和物质的制备

典题演示1　（2015·河南焦作一模）高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。

以下是工业上用软锰矿（主要成分MnO2）制备高锰酸钾的流程图。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。

其消毒机理与下列　　　　（填字母）物质相似。

A.75%酒精B.双氧水C.苯酚D.84消毒液（NaClO溶液）

（2）软锰矿粉碎的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

—

写出MnO2、KOH的熔融混合物中通入空气时发生的主要反应的化学方程式：

　___________________________________。

（3）该生产中需要纯净的CO2气体。

若实验室要直接制备出纯净的CO2，所需试剂最好选择　　　　（填字母）。

a.石灰石b.稀盐酸c.稀硫酸d.纯碱

所需气体发生装置是　　　　（填字母）。

（4）上述流程中反应②：

向K2MnO4溶液中通入CO2以制备KMnO4，该反应中的还原剂是　　　　。

（5）上述流程中可以循环使用的物质有Ca（OH）2、CO2、　　　　和　　　　（填化学式）。

/

（6）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则每1molMnO2可制得　　　　molKMnO4。

〖答案〗

（1）BD

（2）增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全　2MnO2+4KOH+O2

2K2MnO4+2H2O

（3）cd　A　（4）K2MnO4　（5）KOH　MnO2　（6）

变式训练1　（2015·江西师大附中、鹰潭一中联考）Na2S2O3·5H2O可作为高效脱氯剂，工业上用硫铁矿（FeS2）为原料制备该物质的流程如下：

硫铁矿

气体A

溶液C

溶液D

Na2S2O3·5H2O

已知：

①气体A可以使品红溶液褪色，与硫化氢（H2S）混合能获得单质硫。

…

②pH约为11的条件下，单质硫与亚硫酸盐可以共热生成硫代硫酸盐。

回答下列问题：

（1）沸腾炉中将粉碎的硫铁矿用空气吹动使之达到“沸腾”状态，其目的是　。

（2）吸收塔中的原料B可以选用　　　　（填字母）。

A.NaCl溶液B.Na2CO3溶液C.Na2SO4溶液

（3）某小组同学用右图装置模拟制备Na2S2O3的过程（加热装置已略去）。

①A中使用70%的硫酸比用98%的浓硫酸反应速率快，其原因是

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；

】

装置B的作用是　　　　　　　______　　　　　。

②C中制备Na2S2O3发生的连续反应有Na2S+H2O+SO2

Na2SO3+H2S、　　　　　　　　　　　　和Na2SO3+S

Na2S2O3。

（4）工程师设计了从硫铁矿获得单质硫的工艺，将粉碎的硫铁矿用过量的稀盐酸浸取，得到单质硫和硫化氢气体，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。

〖答案〗

（1）使固体与气体充分接触，加快反应速率

（2）B

（3）①该反应的实质是H+与S

反应，70%的硫酸中含水较多，c（H+）和c（S

）都较大，生成SO2速率更快　防止倒吸　②2H2S+SO2

3S↓+2H2O

（4）FeS2+2HCl

FeCl2+H2S↑+S↓

{

化学工艺流程与实验技术

典题演示2　（2015·江西赣州模拟）高铁酸钾（K2FeO4）具有很强的氧化性，是一种新型的高效水处理剂。

（1）高铁酸钾具有强氧化性的原因是　　　　　　　　　______________________　　　　　　。

（2）高铁酸钾是一种理想的水处理剂，其处理水的原理为　　　　　　　________________　　　，

　　　　　　________________________________　　　。

（3）制备K2FeO4可以采用干式氧化法或湿式氧化法。

①干式氧化法的初始反应是2FeSO4+6Na2O2

2Na2FeO4+2Na2O+2Na2SO4+O2↑，该反应中每生成2molNa2FeO4时转移电子　　　　mol。

2湿式氧化法的流程如下图：

！

上述流程中制备Na2FeO4的化学方程式是　。

（4）高铁电池是正在研制中的可充电电池，右图为该电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出的高铁电池的优点有　　　　　　　、　　　　　　　　　。

〖答案〗

（1）其中的铁元素为+6价，易得电子

（2）高铁酸钾有强氧化性，能杀菌消毒　产生的Fe（OH）3胶体有吸附性，有絮凝作用

（3）①10

②2Fe（NO3）3+3NaClO+10NaOH

2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O

#

（4）放电时间长　工作电压稳定

变式训练2　氯化亚铜（CuCl）是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐。

从酸性电镀废液（主要含Cu2+、Fe3+）中制备氯化亚铜的工艺流程图如下：

已知：

①金属离子浓度为1mol·L-1时，Fe（OH）3开始沉淀和沉淀完全的pH分别为和，Cu（OH）2开始沉淀和沉淀完全的pH分别为和。

②金属离子含量、CuCl产率与混合液pH的关系如右图。

请回答下列问题：

；

（1）酸浸时发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　；析出CuCl晶体时的最佳pH在　　　　左右。

（2）铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子方程式为_______________________________　。

（3）析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于70℃干燥2h、冷却、密封包装。

70℃真空干燥、密封包装的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。

（4）产品滤出时所得滤液的主要成分是　　　　　　　　，若想从滤液中获取FeSO4·7H2O晶体，我们还需要知道的是　　　　　　　　　　　　　。

（5）若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜，试写出该反应的化学方程式：

　　　　　　　　　　________________________________________________　。

为提高CuCl的产率，常在该反应体系中加入稀碱溶液，调节pH至，这样做的目的是 　_______________________________________________________。

〖答案〗

（1）Cu（OH）2+2H+

Cu2++2H2O　3

`

（2）2Cu2++2Cl-+Fe

2CuCl↓+Fe2+

（3）加快乙醇和水的蒸发，防止CuCl被空气氧化

（4）Na2SO4和FeSO4　不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度

（5）2CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O

2CuCl↓+2Na2SO4+H2SO4　OH-中和了反应中的H+，有利于反应向右进行，提高CuCl的产率，但当OH-浓度过大时，Cu+能与OH-结合，生成氢氧化亚铜，从而降低了CuCl的产率

【课堂评价】

￥

课堂评价

1．（2015·河北衡水中学五模）某化学小组通过查阅资料，设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4·7H2O。

已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe%）的单质及氧化物，其他不溶杂质%）。

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下：

沉淀物

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

$

Al（OH）3

Fe（OH）3

Fe（OH）2

，

Ni（OH）2

（1）“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是　。

（2）“酸浸”时所加入的酸是　　_____　　（填化学式）。

（3）加入H2O2时发生反应的离子方程式为　　　　　　_________　　　　　　　　　　　　。

（4）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是　　_____　　。

。

（5）产品晶体中有时会混有少量绿矾（FeSO4·7H2O），其原因可能是 

　　　　　　　　　　　　（写出一点即可）。

（6）NiSO4·7H2O可用于制备镍氢电池（NiMH），镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型，NiMH中的M表示储氢金属或合金。

该电池在充电过程中总反应的化学方程式是Ni（OH）2+M

NiOOH+MH，则NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为　。

〖答案〗

（1）2Al+2OH-+2H2O

2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-

2AlO2-+H2O

（2）H2SO4

（3）2Fe2++H2O2+2H+

2Fe3++2H2O

（4）~

（5）H2O2的用量不足（或H2O2失效或保温时间不足），导致Fe2+未被完全氧化

、

（6）NiOOH+e-+H2O

Ni（OH）2+OH-

2．（2015·江西重点学校协助体九校联考）重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO·Cr2O3，杂质为SiO2、Al2O3）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K2Cr2O7的主要工艺如下图。

涉及的主要反应是6（FeO·Cr2O3）+24NaOH+7KClO3

12Na2CrO4+3Fe2O3+7KCl+12H2O。

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

（2）反应器①中除发生题中所给反应外，请写出其他两个化学方程式（要求两个反应中反应物均不相同）：

　　　　　　____________________　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　　。

③中调节pH=78所得滤渣为　　　　、　　　　。

（3）从平衡角度分析④中酸化的原理：

　。

$

（4）用简要的文字说明操作⑤加入KCl能得到K2Cr2O7晶体的原因：

　__________。

（5）称取重铬酸钾试样g配成250mL溶液，取出mL于碘量瓶中，向其中加入10mL2mol·L-1H2SO4和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr3+），放于暗处5min。

然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定（I2+2S2

2I-+S4

）。

①判断达到滴定终点的依据是　。

②若实验中共用去Na2S2O3标准溶液mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为（设整个过程中其他杂质不参加反应）　　　　（保留两位有效数字）。

〖答案〗

（1）增大接触面积，加快反应速率

（2）SiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O　Al2O3+Na2CO3

2NaAlO2+CO2↑（或Al2O3+2NaOH

2NaAlO2+H2O　SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑）　Al（OH）3　H2SiO3

（3）反应2Cr

+2H+

Cr2

+H2O，增大H+浓度平衡右移

（4）重铬酸钾的溶解度较小且受温度影响较大

：

（5）①滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液，溶液蓝色褪去，且半分钟内不恢复　②（或94%）

）

…

、

【检测与评估】

微专题十二　工艺流程综合题型研究

1.（2015·河南郑州质检）利用生产磷铵[（NH4）3PO4]排放的废渣磷灰石[Ca3（PO4）2]制取硫酸并联产水泥的工艺流程如下：

（1）操作a的名称　　，实验室中进行此操作时用到的玻璃仪器有。

（2）在实验室中操作b包括　　、冷却结晶。

`

（3）干燥机中发生反应的化学方程式为_____________________________。

（4）水泥常用作建筑材料，是利用了水泥的________________性质。

（5）SO2的催化氧化反应为2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）。

实验测得压强及温度对SO2转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为SO2：

7%、O2：

11%、N2：

82%）。

压强/MPa

转化率/%

温度/℃

{

1

10

400

500

'

600

]

1实际生产中，SO2的催化氧化反应是在常压、400500℃条件下进行。

采用常压的主要原因是

；该反应化学平衡常数大小关系：

Ksp（400℃）　　　　____________（填“>”、“<”或“=”）Ksp（500℃）。

②催化氧化时使用热交换器的原因是___________________________________。

（6）制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2、微量的SO3和酸雾。

下列能用于测定硫酸尾气中SO2含量的试剂组是（填字母）。

a.NaOH溶液、酚酞试液

b.Na2CO3溶液、酚酞试液

\

c.碘水、淀粉溶液d.KMnO4溶液、稀硫酸

2.（2015·河北邯郸质检）工业上利用电解污泥（主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质）回收铜和铬等金属，回收流程如下：

已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如下：

Fe3+

Cu2+

Cr3+

*

开始沉淀的pH

完全沉淀的pH

a

（1）在浸出过程中除了生成Fe2（SO4）3、Cr2（SO4）3外，主要还有。

（2）在除铁操作中，需要除去Fe3+和CaSO4，请完成相关操作：

①加入石灰乳调节pH范围为；

②将浊液加热到80℃，。

（3）写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体的离子方程式：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　，此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%，若NaHSO3过量，除了浪费试剂外，还会出现的问题是____________________

。

…

3.（2015·河北五校联考）将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。

一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺提取