高考化学一轮复习精品导学案专题105 化工流程型实验题解析版.docx
《高考化学一轮复习精品导学案专题105 化工流程型实验题解析版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学一轮复习精品导学案专题105 化工流程型实验题解析版.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
高考化学一轮复习精品导学案专题105化工流程型实验题解析版
化工流程型实验题通常以元素化合物知识为依托，以反应原理、实验操作为考查重点。
重视实验技术在工业生产中的应用，意在引导考生注重化学的真实性和应用性，体现了水平立意和化学知识的应用，是今后高考命题的方向和热点，综合性强，但难度不大，能够很好地考查学生分析、解决问题的水平，培养实验技能。
一、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）
使固体在高温下充分分解、氧化或改变结构等。
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
溶解的物质占原物质的百分含量
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
与水充分反应或溶解
过滤
固体与液体的分离
滴定
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，过剩的溶质就会以晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提升溶液的浓度
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、促动水解（沉淀）
考点二、常见的操作与答题角度
常见的操作
答题要考虑的角度
加过量试剂
使反应完全实行（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
提升原子利用率
绿色化学（经济性或环保性）
在空气中或在其他气体中实行的反应或操作
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
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有等
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：
促动溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸：
促动水解，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）能够减少能源成本，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
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、提升光洁度等
高频考点一、化工流程与物质制备
例1．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℃下实行，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，可回收到的金属化合物有____________________（填化学式）。
【答案】
（1）＋3
（2）2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
（3）2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2
Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O2H2O2
2H2O＋O2↑有氯气生成污染较大
（4）CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑
（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
【解析】
（5）依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应
LixC6－xe－===6C＋xLi＋，以上两个电极反应相加，即得总方程式。
（6）“放电处理”的一个重要目的是“回收锂”，Li＋要沉积正极。
解答这个问题的关键是Li＋怎样沉积在正极上的。
放电时，离子运动的方向是“正向正，负向负”。
从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物：
Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4。
【变式探究】某工厂利用褐煤烟灰（主要成分为碳、二氧化锗，还有少量氧化铝和二氧化硅）制取纯GeO2的主要流程如下：
已知：
GeO2是一种难溶于水的偏弱酸性的两性氧化物，GeCl4的沸点是83.1℃。
（1）写出二氧化锗与碳酸钠焙烧时发生反应的化学方程式：
_____________________________。
（2）用水浸取焙烧物长达2h的目的是_____________________________________________。
（3）“酸化”至溶液中盐酸浓度为5.3mol·L－1时有利于生成四氯化锗，写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）若滤液“酸化”时酸度不够，溶液会出现明显的浑浊，原因是________。
（5）操作“X”的名称为________。
（6）四氯化锗与高纯水反应的化学方程式为_________________________________________。
【答案】
（1）Na2CO3＋GeO2
Na2GeO3＋CO2↑
（2）为了提升含锗化合物的浸出率
（3）Na2GeO3＋6HCl===GeCl4＋2NaCl＋3H2O（4）生成了H2GeO3（或GeO2或GeO2·nH2O）沉淀
（5）蒸馏（6）GeCl4＋（2＋n）H2O===GeO2·nH2O＋4HCl
【解析】
高频考点二、化工流程与物质的分离
例2．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。
纯化工业级氧化锌[含有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质]的流程如下：
工业ZnO
浸出液
滤液
滤液
滤饼
ZnO
提示：
在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。
回答下列问题：
（1）反应②中除掉的杂质离子是__________，发生反应的离子方程式为__________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是________________。
（2）反应③的反应类型为____________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。
（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________。
（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2，取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于__________。
【答案】
（1）Fe2＋和Mn2＋MnO
＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO
＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质
（2）置换反应镍
（3）取少量的最后一次水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净（4）1
【解析】
【变式探究】平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含有SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质。
二氧化铈（CeO2）是一种重要的稀土氧化物，某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：
（1）第①步反应的化学方程式是______________________________________________________，
检验滤渣A是否洗净的方法是____________________________________________________。
（2）第②步反应的离子方程式是______________________________________________________。
（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来。
实验室实行萃取操作需要用到分液漏斗，分液漏斗在使用前需要实行的操作是________；TBP是一种磷酸三丁酯，产物应该从分液漏斗的________（填“上口倒出”或“下口倒出”）。
（4）取上述流程中得到的Ce（OH）4产品0.5g，加硫酸溶解后，用0.1000mol·L－1FeSO4标准溶液滴定终点时（铈被还原为Ce3＋），消耗20.00mL标准溶液，该产品中Ce（OH）4的质量分数为________（保留小数点后一位）。
【答案】
（1）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O取最后一次洗涤液，滴加KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净
（2）2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O
（3）检查是否漏液上口倒出（4）83.2%
【解析】
1．【2019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，存有平衡：
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，提升产品的产率
B．重复利用氢氧化钠，提升原料的利用率
C．增加Na2SO4浓度，提升脱硫效率
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。
【解析】
5．【2019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实行，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。
【解析】
（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，所以溶液呈酸性。
溶液中含有二氧化碳，而过氧化钙能与酸反应，所以将溶液煮沸的作用是除去溶液中溶解的CO2。
1．【2019新课标Ⅱ卷理综化学】（15分）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂，回答下列问題：
（1）工业上可用KC1O3与Na2SO3在H2SO4存有下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为。
（2）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：
①电解时发生反应的化学方程式为。
②溶液X中大量存有的阴离子有__________。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是（填标号）。
a．水b．碱石灰C．浓硫酸d．饱和食盐水
（3）用下图装置能够测定混合气中ClO2的含量：
Ⅰ．在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸：
Ⅱ．在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；
Ⅲ．将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；
Ⅳ．将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中：
Ⅴ．用0.1000mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液
（I2+2S2O32-＝2I－+S4O62-），指示剂显示终点时共用去20.00mL硫
代硫酸钠溶液。
在此过程中：
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为。
②玻璃液封装置的作用是。
③V中加入的指示剂通常为，滴定至终点的现象是。
④测得混合气中ClO2的质量为g。
（4）用ClO2处理过的饮用水会含有一定最的亚氯酸盐。
若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是_______（填标号）。
a．明矾b．碘化钾c．盐酸d．硫酸亚铁
【答案】
（1）2：
1
（2）①NH4Cl＋2HCl
3H2↑＋NCl3②Cl—、OH—③c
（3）①2ClO2＋10I－＋8H＋＝2Cl－＋5I2＋4H2O②吸收残余的二氧化氯气体（避免碘的逸出）
③淀粉溶液；溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变④0.02700（4）d
【解析】
②因为二氧化氯是气体，容易挥发到空气中，所以玻璃液封装置的作用是吸收残余的二氧化氯气体。
2．【2019天津理综化学】（18分）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：
回答下列问题：
（1）反应Ⅰ是将Cu转化为Cu（NH3）42+，反应中H2O2的作用是。
写出操作①的名称：
。
（2）反应II是铜氨溶液中的Cu（NH3）42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式：
。
操作②用到的主要仪器名称为，其目的是（填序号）。
a．富集铜元素
b．使铜元素与水溶液中的物质分离
c．增加Cu2＋在水中的溶解度
（3）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和。
若操作③使用右图装置，图中存有的错误是。
（4）操作④以石墨作电极电解CuSO4溶液。
阴极析出铜，阳极产物是。
操作⑤由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是。
（5）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。
【答案】
（1）作氧化剂过滤
（2）Cu（NH3）42++2RH=2NH4++2NH3+CuR2分液漏斗ab
（3）RH分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁液体过多
（4）O2H2SO4加热浓缩冷却结晶过滤
（5）H2SO4防止因为溶液中的c（OH-）过高，生成Cu（OH）2沉淀
【解析】
3．【2019安徽理综化学】（14分）硼氢化钠（NaBH4）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4，其流程如下：
②
已知：
NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙酸（沸点：
13℃）。
（1）在第①步反应加料之前，需要将反应器加热至100℃以上并通入氩气，该操作的目的是_____，原料中的金属钠通常保存有____中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_____，_____，玻璃片和小刀等。
（2）请配平第①步反应的化学方程式：
□NaBO2+□SiO2+□Na+□H2==□NaBH4+□Na2SiO3
（3）第②步分离采用的方法是______；第③步分离（NaBH4）并回收溶剂，采用的方法是______。
（4）NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（g），在25℃，101KPa下，已知每消耗3.8克NaBH4（s）放热21.6KJ，该反应的热化学方程式是_______。
【答案】
（1）除去反应器中的水蒸气和空气，煤油，镊子、滤纸
（2）系数为：
1、2、4、2；（3）过滤，蒸馏（4）NaBH4（s）+H2O（l）=NaBO2（s）+H2（g）△H=-216KJ/mol；
【解析】
1.（2019·安徽理综，27）LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。
某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：
已知：
HCl的沸点是－85.0℃，HF的沸点是19.5℃。
（1）第①步反应中无水HF的作用是______、______。
反应设备不能用玻璃材质的原因是________（用化学方程式表示）。
无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：
如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的________溶液冲洗。
（2）该流程需在无水条件下实行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式____________________________________________________。
（3）第④步分离采用的方法是___________________________________________；
第⑤步分离尾气中的HF、HCl采用的方法是____________________。
（4）LiPF6产品中通常混有少量LiF。
取样品wg，测得Li的物质的量为nmol，则该样品中LiPF6的物质的量为________mol（用含w、n的代数式表示）。
【答案】
（1）反应物溶剂SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2ONaHCO3
（2）PF5＋4H2O===H3PO4＋5HF
（3）过滤冷凝（4）
【解析】
2.（2019·山东理综，32）工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3＋）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。
工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：
（1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。
通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________________________________。
（3）固体A主要为________________（填化学式），固体B主要为______________（填化学式）。
（4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液________（填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）中，既能提升产率又可使能耗最低。
【答案】
（1）Na2Cr2O7＋2KCl===2NaCl＋K2Cr2O7低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小（合理即可）
（2）除去Fe3＋（3）NaClK2Cr2O7（4）Ⅱ
【解析】
3．（2019·江苏，16）烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。
实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2（SO4）x（OH）6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。
（1）酸浸时反应的化学方程式为_____________________________________________________；
滤渣Ⅰ的主要成分为_________________________________________________________（填化学式）。
（2）加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2（SO4）3转化为Al2（SO4）x（OH）6－2x。
滤渣Ⅱ的主要成分为________（填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是______________________________________________________
升级会员 