江苏专版版高考化学一轮复习专题十第一题化学工艺流程题型研究学案.docx

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江苏专版版高考化学一轮复习专题十第一题化学工艺流程题型研究学案

专题十高考热点题型研究

第一题

化学工艺流程题型研究

[试题特点]

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无机化工流程题是以现代工业生产为基础，一般简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品），然后用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来，根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题，考查物质制备过程中原料的预处理、化学反应原理、反应条件的控制、物质的分离与提纯的方法、环境保护等基本实验原理在化工生产中的实际应用。

[做真题—明考查特点]

1．（2018·江苏高考）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图所示：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为________________________________________________________________________。

[考查离子方程式的书写]

（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。

已知：

多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃

硫去除率＝×100%

①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。

[考查原料的处理与反应条件的控制]

②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________。

[考查原料的处理与反应条件的控制]

（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________（填化学式）转化为________（填化学式）。

[考查化工原理]

（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。

Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）＝________。

[考查陌生氧化还原反应的书写及计算]

解析：

（1）NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2＋OH－===HSO。

（2）①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。

②700℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。

（3）用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al（OH）3。

（4）Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）＝1∶16。

答案：

（1）SO2＋OH－===HSO

（2）①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中

（3）NaAlO2　Al（OH）3　（4）1∶16

2．（2017·江苏高考）铝是应用广泛的金属。

以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如图所示：

注：

SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________________________________________________________。

[考查离子方程式的书写]

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________（填“增大”“不变”或“减小”）。

[考查化工原理]

（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。

[考查化工原理]

（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为________________________________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。

[考查电极反应式的书写、产物的判断]

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是________________________________________________。

[考查化工原理]

解析：

（1）Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。

（2）加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。

（3）电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。

（4）阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。

阴极上H2O放电生成H2。

答案：

（1）Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O

（2）减小　（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（4）4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2

（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

3．（2016·江苏高考）以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图所示：

（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____________________________________________。

[考查化学方程式的书写]

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

[考查反应过程中反应条件的控制]

（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“＝”）。

[考查化工原理]

（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________________________________________________________________________。

[考查产物的提纯方法]

解析：

（1）①Cl2与Ca（OH）2反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。

②适当减缓通入Cl2的速率、充分搅拌浆料均有利于Cl2的吸收，能够提高Cl2的转化率。

Ca（OH）2是否完全溶解不会影响Cl2的吸收，故A、B两项正确。

（2）①由于电石渣中的CaCO3不参加反应，所以滤渣的主要成分是CaCO3以及未反应的Ca（OH）2。

②由于氯化过程中除发生主要反应6Ca（OH）2＋6Cl2===Ca（ClO3）2＋5CaCl2＋6H2O外，还存在副反应Ca（ClO）2===CaCl2＋O2↑，所以滤液中n[Ca（ClO3）2]∶n[CaCl2]＜1∶5。

（3）由溶解度曲线可知，KClO3的溶解度受温度的影响较大，将溶液蒸发浓缩，得到较高温度下的浓溶液，然后再降温，大部分KClO3将会结晶析出。

答案：

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

（2）①CaCO3、Ca（OH）2　②＜

（3）蒸发浓缩、冷却结晶

[研热点—找解题策略]

年份

试题

知识点

分值

2018

第16题

①新情境下离子方程式的书写；②原料的处理与反应条件的控制；③元素的存在形式；④陌生氧化还原反应的书写及相关计算

12分

2017

第16题

①离子方程式的书写；②pH的变化；③化学反应条件控制的原理；④电极反应式的书写、产物的判断

12分

2016

第16题

①新情境下化学方程式的书写；②提高反应物转化率的措施；③有关物质的量的计算；④产物的提纯方法

12分

1．原料预处理方式

2．反应条件的控制

反应条件

实验目的

加过量试剂

反应完全进行或增大转化率、产率等

控制溶液的pH

①抑制某离子水解（或促进某离子水解）；

②使某些金属离子形成氢氧化物沉淀

温度控制某范围（水浴或油浴）

①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温（减压）可以减少能源成本，降低设备要求

控制压强

改变速率，使平衡向需要的方向移动

使用催化剂

加快反应速率，缩短达到平衡的时间

趁热过滤

防止某物质降温时会大量析出

冰水洗涤

洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗

用特殊溶剂清洗

降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等

3．提纯方法

方法

目的

水溶法

除去可溶性杂质

酸溶法

除去碱性杂质

碱溶法

除去酸性杂质

氧化剂或还原剂法

除去还原性或氧化性杂质

加热灼烧法

除去受热易分解或易挥发的杂质

调节pH法

如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等

4.分离方法

（1）过滤：

分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

（2）萃取和分液：

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

（3）蒸发结晶：

提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。

（4）冷却结晶：

提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

（5）蒸馏或分馏：

分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。

（6）冷却法：

利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。

1．解读流程图

（1）箭头：

箭头进入的是投料（反应物）、出去的是生成物（包括主产物和副产物）。

（2）三线：

出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。

2．解题顺序

审题

①阅读题目的背景材料；②提供的原料；③物料或操作流程；④提供的条件、图表或介质；⑤化工流程图的类型；⑥重要操作与重要名词

析题

①弄清目的、原理、想考什么；②弄清各步骤的目的；③如何运用条件；④找出问题突破口与隐含条件；⑤解题思路与方法

答题

①从目的和反应原理切入；②从原料和产品切入；③从生产要求和条件切入；④从产品分离提纯切入；⑤从绿色化学思想切入；⑥注意问题表达（因果、对比、逆向）；⑦注意每问的分值和提供的答题区域大小

1．文字叙述类的题目要规范解答

（1）为什么沉淀剂必须过量？

将溶液中所含的某种离子完全沉淀。

（2）如何洗涤沉淀？

将被洗涤的沉淀置于漏斗中的滤纸上，慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。

为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。

（3）如何证明沉淀剂已过量或沉淀已完全？

把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀完全。

如向含SO的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。

（4）为什么要洗涤沉淀？

除去沉淀表面的可溶性杂质。

（5）如何证明沉淀已洗涤干净？

主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离子。

取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。

如若吸附的是SO，则取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全。

（6）如何从溶液中得到晶体？

蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥。

（7）在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。

（8）滴定终点的判断：

当滴下最后一滴××溶液，溶液由××色变为××色，且30s内不褪色。

（9）pH试纸的使用：

将pH试纸放在表面皿（或玻璃片）上，用玻璃棒蘸取溶液点在pH试纸中央，30s后与标准比色卡对照。

（10）结晶一般包括蒸发结晶和冷却结晶，当溶液中有两种或两种以上溶质时，要得到溶解度受温度影响小的溶质采用蒸发结晶，趁热过滤；要得到溶解度受温度影响大的溶质采用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤。

2．认真审题，不要因审题不细致而失分

例如：

（1）填“化学方程式”还是“离子方程式”。

（2）填“名称”“符号”“代号”还是“序号”等。

（3）填“大于”“>”“增大”还是“变大”等。

（4）填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。

（5）书写化学方程式时要注意配平，注明反应条件以及“―→”“===”“”“↑”“↓”等。

[练新题—提答题能力]

1．碱式碳酸镁[4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O]是重要的无机化工产品。

一种由白云石[主要成分为CaMg（CO3）2，还含少量SiO2、Fe2O3等]为原料制备碱式碳酸镁（国家标准中CaO的质量分数≤0.43%）的实验流程如图所示：

（1）“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为________________________________。

（2）常温常压下“碳化”可使镁元素转化为Mg（HCO3）2，“碳化”时终点pH对最终产品中CaO含量及碱式碳酸镁产率的影响如图1和图2所示。

①应控制“碳化”终点pH约为__________，发生的主要反应的化学方程式为_________________和_________________。

②图2中，当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是_________（写化学式）。

（3）“热解”生成碱式碳酸镁的化学方程式为________________________________。

（4）该工艺为达到清洁生产，可以循环利用的物质是______（写化学式）。

解析：

（1）CaMg（CO3）2的煅烧分解类似于CaCO3、MgCO3的高温分解，故“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为CaMg（CO3）2CaO＋MgO＋2CO2↑。

（2）①由图像可知，应控制“碳化”终点pH约为9.0，这时碱式碳酸镁产率较高，而CaO含量较低；煅烧产物CaO和MgO都可与水反应生成Ca（OH）2和Mg（OH）2，结合产物的要求可知“碳化”时发生的主要反应有Mg（OH）2＋2CO2===Mg（HCO3）2和Ca（OH）2＋CO2===CaCO3＋H2O。

②当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是Mg（OH）2。

（4）由流程图可知，CO2是“煅烧”“热解”的产物，又是“碳化”的反应物，故可循环利用。

答案：

（1）CaMg（CO3）2CaO＋MgO＋2CO2↑

（2）①9.0　Mg（OH）2＋2CO2===Mg（HCO3）2

Ca（OH）2＋CO2===CaCO3↓＋H2O　②Mg（OH）2

（3）5Mg（HCO3）24MgCO3·Mg（OH）2·4H2O↓＋6CO2↑　（4）CO2

2．（2019·镇江模拟）处理废钒催化剂既避免污染环境又可得到硫酸工业的催化剂V2O5。

废钒催化剂的主要成分如表：

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

如图是一种废钒催化剂回收工艺路线：

（1）“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有_______________（写一点）。

（2）“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为______________________，同时V2O4转成VO2＋。

（3）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

（4）“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有______________________。

（5）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋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”）。

（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：

________________________________________________________________________。

解析：

（1）“酸浸”废钒催化剂时，为了提高浸取率可采取的措施有粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等。

（2）“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。

（3）“氧化”VO2＋变为VO时，V由＋4价→＋5价，1molVO2＋失1mole－，1molKClO3变为Cl－得6mole－，则关系式为6VO2＋～KClO3，因此3mol的VO2＋变为VO，需要氧化剂KClO30.5mol。

（4）Fe2O3、Al2O3溶于酸后加入KOH，则转化为Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀。

（5）增大OH－浓度能提高R4V4O12的转化率，故为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈碱性。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，经“煅烧”生成V2O5，反应方程式为2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑。

答案：

（1）粉碎废钒催化剂、升高温度、适当提高硫酸的浓度、搅拌等

（2）V2O5＋2H＋===2VO＋H2O

（3）0.5　（4）Fe（OH）3和Al（OH）3　（5）碱

（6）2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

3．硫酸锰在电解锰、染料、造纸以及陶瓷等工业生产中有广泛的应用。

利用软锰矿（主要成分为MnO2，含铁的化合物等杂质）和闪锌矿（主要成分ZnS）制得硫酸锰的流程如图所示：

（1）“酸浸”时，为了缩短浸取时间，常加入少量FeSO4溶液，FeSO4的作用可能是________；MnO2、ZnS及硫酸反应转变为两种硫酸盐的化学方程式为______________________________________________________________。

（2）常温下，Ksp（ZnS）＝1.2×10－24，Ksp（MnS）＝1.5×10－15，“沉锌”反应为Zn2＋（aq）＋MnSZnS＋Mn2＋（aq），该反应的平衡常数K＝________。

（3）在强酸性条件下加入MnO2氧化Fe2＋的离子方程式为__________________。

（4）“除铁”时需要调节pH约为3～4，过滤所得的滤渣2中除MnO2以外的另一种物质是____________。

（写化学式）

（5）该工艺流程中可以循环利用的物质是________。

解析：

由流程图分析可知：

软锰矿和闪锌矿用稀硫酸浸取后形成两种硫酸盐；加入MnS使Zn2＋沉淀，生成的ZnS可循环利用；加入MnO2除去溶液中的铁，MnO2中＋4价的锰被还原为＋2价，溶液中Fe2＋被氧化，并调节pH使Fe3＋形成Fe（OH）3沉淀，滤渣2即为多余的MnO2和Fe（OH）3。

（1）“酸浸”时，为了缩短浸取时间，常加入少量FeSO4溶液，FeSO4的作用可能是催化剂；MnO2、ZnS及硫酸反应转变为两种硫酸盐的化学方程式为4MnO2＋ZnS＋4H2SO4===4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O。

（2）“沉锌”反应为Zn2＋（aq）＋MnSZnS＋Mn2＋（aq），该反应的平衡常数K＝＝＝＝1.25×109。

答案：

（1）催化剂　4MnO2＋ZnS＋4H2SO4===4MnSO4＋ZnSO4＋4H2O　

（2）1.25×109

（3）MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O

（4）Fe（OH）3　（5）ZnS

4．（2019·南通模拟）碳酸钙可用作食品添加剂。

以磷石膏（主要成分为CaSO4·2H2O）为原料制备碳酸钙的一种工艺流程如图所示：

（1）已知磷石膏“水洗”前后的部分杂质质量分数变化如表所示：

物质

SiO2

P2O5

Al2O3

F－

Fe2O3

水洗前/%

9.21

3.08

0.55

0.68

0.19

水洗后/%

8.96

1.37

0.46

0.29

0.27

则“水洗“除去的主要杂质是___________。

（2）气体A的化学式为_______。

（3）“碳化”时发生反应的化学方程式为________________________________________________。

其他条件一定时，“碳化”反应中CaSO4的转化率随温度的变化如图所示，温度高于45℃，CaSO4的转化率下降的原因是__________________________。

（4）工业上电解（NH4）2SO4溶液可制取过二硫酸铵[（NH4）2S2O8]，其中S2O的结构可表示为

电解时阳极的电极反应式为_______________________。

过二硫酸铵可用于游泳池中水的消毒，其原因是_______________________________。

解析：

（1）从表格数据分析，水洗后质量分数减少较多的为除去的主要杂质。

（2）分析流程图可知生成了（NH4）2SO4，则气体A为NH3。

（3）“碳化”时CaSO4转化为CaCO3，故发生反应的化学方程式为CaSO4·2H2O＋2NH3·H2O＋CO2===（NH4）2SO4＋CaCO3＋3H2O；开始时随着温度升高，反应速率加快，CaSO4的转化率增大，温度高于45℃时，CaSO4的转化率下降是由于温度升高CO2溶解度降低，NH3·H2O分解速率加快。

（4）工业上电解（NH4）2SO4溶液可制取过二硫酸铵[（NH4）2S2O8]，电解时阳极失去电子，SO－中S为＋6价，S2O中S为＋7价，则电极反应式为2SO－－2e－===S2O，过二硫酸铵可用于游泳池中水的消毒，是由于过二硫酸铵与水反应生成了具有强氧化性的H2O2（或过二硫酸铵具有强氧化性）。

答案：

（1）P2O5、F－　

（2）NH3

（3）CaSO4·2H2O＋2NH3·H2O＋CO2===（NH4）2SO4＋CaCO3＋3H2O　温度升高CO2溶解度降低，NH3·H2O分解速率加快

（4）2SO－2e－===S2O　过二硫酸铵与水反应生成了具有强氧化性的H2O2（或过二硫酸铵具有强氧化性）

5．以菱锰矿（主要成分MnCO3，还含有FeCO3、CaCO3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgCO3等杂质）为原料制