化工流程题的解题策略微专题.docx

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化工流程题的解题策略微专题

化工流程题的解题策略（微专题）

1．（2017·全国卷Ⅲ）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________。

[解析]　

（1）由题中反应可知，FeO·Cr2O3是还原剂，Fe元素化合价由＋2升高到＋3，Cr元素化合价由＋3升高到＋6,1molFeO·Cr2O3失去7mol电子；NaNO3是氧化剂，N元素化合价由＋5降低到＋3,1molNaNO3得到2mol电子。

根据电子守恒可得，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7。

步骤①不能使用陶瓷容器的原因是陶瓷在高温下会与Na2CO3反应。

（2）熔块中Fe2O3不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中含量最多的金属元素是铁。

滤液1中含有AlO

、SiO

及CrO

，调节溶液pH＝7，则SiO

转化为H2SiO3、AlO

转化为Al（OH）3，故滤渣2为Al（OH）3及含硅杂质。

（3）由流程图可知，滤液2通过调节pH使CrO

转化为Cr2O

，根据离子方程式2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O可知，增大H＋浓度，即pH变小，可以使上述平衡右移，有利于提高溶液中的Cr2O

浓度。

（4）由图像可知，在10℃左右时得到的K2Cr2O7固体最多。

发生反应为2KCl＋Na2Cr2O7===K2Cr2O7＋2NaCl，该反应为复分解反应。

（5）根据铬元素守恒可得：

Cr2O3～K2Cr2O7，理论上m1kg铬铁矿粉可制得K2Cr2O7的质量：

×294g·mol－1，则K2Cr2O7的产率为

×100%＝

×100%。

[答案]　

（1）2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应

（2）Fe　Al（OH）3

（3）小　2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O

（4）d　复分解反应

（5）

×100%

2．（2017·成都二模）废旧无汞碱性锌锰电池可用于制造隐形战机的机身涂料MnxZn（1－x）Fe2O4，该电池工作反应原理为Zn＋2MnO2＋2H2O

2MnO（OH）＋Zn（OH）2。

某化学小组利用废电池制涂料的工艺如下：

A．浸取：

将去除表面塑料的旧电池加入水中浸取并过滤，滤液经操作a得KOH固体；

B．溶渣：

滤渣中加入过量稀硫酸和足量双氧水，至不再出现气泡时，过滤；

C．测成分：

测步骤B中滤液成分，然后加入铁粉；

D．氧化：

加入双氧水氧化；

E．调pH：

滴加氨水调pH，经结晶处理得MnxZn（1－x）Fe2O4。

（1）浸取时的操作有________。

A．拆解、粉碎旧电池B．降低温度

C．搅拌D．加压

（2）操作a为________。

（3）溶渣时生成Mn2＋的主要离子方程式为________________________。

（4）若步骤C测得滤液中金属离子组成为：

c（Mn2＋）＋c（Zn2＋）＝0.8mol/L,c（Fe2＋）＝0.1mol/L。

若滤液体积为1m3，要合成MnxZn（1－x）Fe2O4，需加入Fe粉质量为________kg（忽略体积变化）。

（5）氧化时，因为分解所需双氧水的量比理论值大得多。

其原因可能是①温度过高；②________。

（6）最后一步结晶时，处理不当易生成MnFe2O4和ZnFe2O4。

要制得MnxZn（1－x）Fe2O4，最后一步结晶时需注意________________。

（7）某小组构想用ZnSO4、MnSO4溶液为原料，以Fe作电极用电解法经过一系列步骤制得MnxZn（1－x）Fe2O4，则开始电解时阳极反应式为_________。

[解析]　

（1）浸取时，需要拆解、粉碎电池，为了加速溶解，需要进行搅拌，故选项A和C正确；

（2）KOH溶于水，从滤液中得到KOH，需要进行蒸发至有晶膜产生，停止加热；（3）根据步骤B，滤渣中加入硫酸和足量的双氧水，加双氧水的目的是还原＋3价Mn，本身被氧化成O2，因此离子反应式为2MnO（OH）＋4H＋＋H2O2===2Mn2＋＋4H2O＋O2↑；（4）根据合成的物质，得出Zn2＋和Mn2＋物质的量总和与Fe原子物质的量之比为1∶2，因此有0.8×103/[0.1×103＋n（Fe）]＝1∶2，解得n（Fe）＝1.5×103mol，即质量为84kg；（5）氧化时，把Fe2＋氧化成Fe3＋，Fe3＋作催化剂，使H2O2分解；（6）均匀结晶或搅拌均匀；（7）因为制备的物质中含有铁元素，因此需要铁电极放电，即铁电极作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。

[答案]　

（1）AC　

（2）蒸发至有晶膜产生停止加热　（3）2MnO（OH）＋H2O2＋4H＋===2Mn2＋＋O2↑＋4H2O　（4）84　（5）生成Fe3＋起催化作用促使H2O2分解　（6）均匀结晶（或搅拌均匀）　（7）Fe－2e－===Fe2＋

3．（2017·东北三省四市二模）炼锌厂的铜镉废渣中含有铜、锌、镉、铁、砷等元素，其含量依次减少。

对这些元素进行提取分离能减少环境污染，同时制得ZnSO4·7H2O实现资源的再利用。

其流程图如下。

已知FeAsO4难溶于水；ZnSO4·7H2O易溶于水，难溶于酒精。

金属离子

Fe3＋

Zn2＋

Mn2＋

Cu2＋

Cd2＋

开始沉淀pH

2.7

6.5

7.7

5.2

6.9

沉淀完全pH

3.2

8.0

9.8

6.4

9.4

请回答下列问题：

（1）提高浸出率可以采用的方法是（写出其中一点即可）________。

（2）滤液I中有少量的AsO

，若不除去，则AsO

与Cd反应会产生一种有毒氢化物气体，该气体的分子式为________。

向滤液I中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO

发生反应生成FeAsO4，完成该反应的离子方程式：

判断该滴定终点的现象是________。

（3）流程中②调节pH时可以选用的试剂为________，滤渣Ⅱ的主要成份为________。

（4）常温下Zn（OH）2的溶度积Ksp＝________。

（5）制得的ZnSO4·7H2O需洗涤，洗涤晶体时应选用试剂为________。

[解析]　

（1）可以通过适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等措施提高浸出率；

（2）AsO

与Cd反应，Cd被氧化，则AsO

被还原为一种有毒氢化物气体，此气体的分子式为AsH3；向滤液I中逐滴滴入酸性KMnO4溶液可与AsO

发生反应生成FeAsO4，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒得此反应的离子方程式为5Fe2＋＋5AsO

＋3MnO

＋14H＋===3Mn2＋＋5FeAsO4＋7H2O，当滴加最后一滴高锰酸钾，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应到终点；

（3）流程中②调节pH时，选用的试剂要能与H＋反应，同时不引入新的杂质，则可选用的试剂为ZnO、ZnCO3或Zn（OH）2；由图示可知，当溶液pH＝4时，溶液中的Fe3＋完全水解转化为Fe（OH）3，则滤渣Ⅱ的主要成份为Fe（OH）3；

（4）沉淀完全时溶液pH＝8，即c（OH－）＝1×10－6mol/L，此时溶液中c（Zn2＋）浓度为1×10－5mol/L，常温下Zn（OH）2的溶度积Ksp＝c（Zn2＋）×c2（OH－）＝1×10－17；

（5）因ZnSO4·7H2O易溶于水，难溶于酒精，制得的ZnSO4·7H2O晶体可选择酒精或饱和硫酸锌溶液洗涤。

[答案]　

（1）适当增大硫酸浓度、升高溶液温度、搅拌、将铜镉渣磨碎成小颗粒等合理答案均可以　

（2）AsH3　5Fe2＋＋5AsO

＋3MnO

＋14H＋===3Mn2＋＋5FeAsO4↓＋7H2O　滴最后一滴高锰酸钾，溶液变为粉红色且半分钟内不恢复为原色，则反应到终点　（3）ZnO、ZnCO3、Zn（OH）2等合理答案均可　FeAsO4、Fe（OH）3　（4）10－17　（5）乙醇或饱和硫酸锌溶液

4．（2017·北京卷）TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：

钛精矿

粗TiCl4

纯TiCl4

资料：

TiCl4及所含杂质氯化物的性质

化合物

SiCl4

TiCl4

AlCl3

FeCl3

MgCl2

沸点/℃

58

136

181（升华）

316

1412

熔点/℃

－69

－25

193

304

714

在TiCl4中

的溶解性

互溶

——

微溶

难溶

（1）氯化过程：

TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：

TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（g）＋O2（g）　ΔH1＝＋175.4kJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－220.9kJ·mol－1

①沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4（g）和CO（g）的热化学方程式：

_________。

②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：

CO2生成CO反应的ΔH________0（填“＞”“＜”或“＝”），判断依据：

________________。

③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是________________________。

④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有________。

（2）精制过程：

粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。

示意图如下：

物质a是________，T2应控制在________。

[解析]　

（1）①生成TiCl4和CO的反应方程式为TiO2＋2Cl2＋2C===TiCl4＋2CO，根据盖斯定律，两式相加，得到TiO2（g）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（g）＋2CO（g）　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝（－220.9kJ·mol－1）＋（＋175.4kJ·mol－1）＝－45.5kJ·mol－1；②根据图像，随着温度的升高，CO的浓度增加，CO2浓度降低，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即ΔH>0。

③除去氯气中混有的HCl一般采用将气体通过饱和食盐水，结合操作目的，因此先通过饱和食盐水，然后再通入FeCl2溶液中，最后用氢氧化钠溶液吸收剩余的Cl2。

④资料中已经给出“TiCl4及所含杂质氯化物的性质”一览表，因此氯化过程中生成的MgCl2、AlCl3、FeCl3只有少量溶解在液态TiCl4中，而SiCl4完全溶解在TiCl4中，因此过滤得到粗TiCl4混合液时滤渣中含有上述难溶物和微溶物。

（2）根据资料，SiCl4的沸点最低，先蒸馏出来，因此物质a为SiCl4，根据流程目的，为了得到纯净的TiCl4，后续温度需控制在：

稍微大于136℃，但小于181℃。

[答案]　

（1）①TiO2（g）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（g）＋2CO（g）　ΔH＝－45.5kJ/mol　②>、　温度越高，CO的物质的量越多（或CO2的物质的量越少），说明CO2生成CO的反应是吸热反应，所以ΔH>0③饱和食盐水、FeCl2溶液、NaOH溶液④MgCl2、AlCl3、FeCl3

（2）四氯化硅　136℃～181℃

5．（2017·济宁二模）稀土元素的物理性质和化学性质极为相似，常见化合价为＋3价。

在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，所以稀土元素又被称为冶金工业的维生素。

其中钇（Y）元素是激光和超导的重要材料。

我国蕴藏着丰富的含钇矿石（Y2FeBe2Si2O10），工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。

已知：

①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe3＋

2.7

3.7

Y3＋

6.0

8.2

②在元素周期表中，铍元素和铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。

请回答下列问题：

（1）写出钇矿石与氢氧化钠共熔时的化学方程式____________。

（2）欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be（OH）2沉淀。

则

①最好选用盐酸和________两种试剂，再通过必要的操作即可实现。

a．NaOH溶液B．氨水

c．CO2D．HNO3

②写出Na2BeO2与足量盐酸发生反应的离子方程式：

________________。

（3）已知10－2.7＝2×10－3、10－3.7＝2×10－4，则25℃时，反应Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋3H＋的平衡常数K＝________。

如何检验Fe3＋是否沉淀完全________（回答操作方法，不需设计所用仪器）。

（4）①写出生成草酸钇沉淀的化学方程式________________________；

②若H2C2O4和湿润的KClO3混合加热到60℃可制得国际公认的高效含氯消毒剂ClO2，写出反应中氧化剂和氧化产物的物质的量之比为________。

在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，写出反应的化学方程式________。

[解析]　

（1）根据流程图可知钇矿石（Y2FeBe2Si2O10）与氢氧化钠共熔后加水溶解以及过滤后的滤液和滤渣成分分别为Na2SiO3、Na2BeO2、Y（OH）3、Fe2O3，则共熔时发生的化学方程式为：

4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y（OH）3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O；

（2）周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似。

①欲从Na2SiO3和Na2BeO2的混合溶液中制得Be（OH）2沉淀，则根据Na2BeO2和NaAlO2的性质相似推断：

加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，Na2BeO2则反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子，答案选b；②Na2BeO2与足量盐酸发生反应生成氯化铍，其反应的离子方程式为：

BeO

＋4H＋===Be2＋＋2H2O；（3）当开始沉淀时为建立水解平衡，pH＝2.7，则c（H＋）＝10－2.7mol/L，反应Fe3＋＋3H2OFe（OH）3＋3H＋的平衡常数K＝

＝

＝8×10－4；取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全；（4）①草酸与Y（OH）3反应生成草酸钇沉淀的化学方程式为：

2Y（OH）3（s）＋2H2C2O4（aq）===Y2（C2O4）3（s）＋6H2O（l）；②H2C2O4和KClO3混合加热到60℃可制得ClO2的反应方程式为H2C2O4＋2KClO3===2ClO2＋CO2＋K2CO3＋H2O，其中KClO3是氧化剂，CO2和K2CO3是氧化产物，则氧化剂和氧化产物的物质的量之比为1∶1；在热水中ClO2会发生反应生成Cl2和HClO2，其反应的化学方程式为6ClO2＋2H2O===Cl2＋4HClO2＋3O2。

[答案]　

（1）4Y2FeBe2Si2O10＋32NaOH＋O2===8Y（OH）3＋2Fe2O3＋8Na2SiO3＋8Na2BeO2＋4H2O

（2）①b　②BeO

＋4H＋===Be2＋＋2H2O

（3）8×10－4　取少量滤液，滴加几滴KSCN溶液，观察溶液是否变为血红色，若观察不到血红色，则说明Fe3＋沉淀完全（说明：

用NaOH溶液鉴别不得分）

（4）①2Y（OH）3（s）＋2H2C2O4（aq）===Y2（C2O4）3（s）＋6H2O（l）　②1∶1　6ClO2＋2H2O===Cl2＋4HClO2＋3O2（其他合理答案也给分）

6．（2017·资阳模拟）草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。

用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）制取CoC2O4·2H2O工艺流程如下：

已知：

①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；

②酸性条件下，ClO

不会氧化Co2＋，ClO

转化为Cl－；③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

沉淀物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Co（OH）2

Fe（OH）2

Mn（OH）2

完全沉

淀的pH

3.7

5.2

9.2

9.6

9.8

（1）浸出过程中加入Na2SO3的主要目的是________。

（2）向浸出液中加入NaClO3的离子反应方程式：

________。

（3）已知：

常温下NH3·H2ONH

＋OH－　Kb＝1.8×10－5

H2C2O4H＋＋HC2O

　Ka1＝5.4×10－2　HC2O

H＋＋C2O

　Ka2＝5.4×10－5

则该流程中所用（NH4）2C2O4溶液的pH________7（填“＞”或“＜”或“＝”）。

（4）加入（NH4）2C2O4溶液后析出晶体，再过滤、洗涤，洗涤时可选用的试剂有：

________。

A．蒸馏水B．自来水

C．饱和的（NH4）2C2O4溶液D．稀盐酸

（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图1，萃取剂的作用是________；其使用的适宜pH范围是________。

A．2.0～2.5B．3.0～3.5

C．4.0～4.5

（6）CoC2O4·2H2O热分解质量变化过程如图2所示。

其中600℃以前是隔绝空气加热，600℃以后是在空气中加热。

A、B、C均为纯净物；C点所示产物的化学式是________。

[解析]　

（1）亚硫酸钠具有还原性，能还原氧化性离子Fe3＋、Co3＋，所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3＋、Co3＋还原为Fe2＋、Co2＋；

（2）NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，自身被还原生成氯离子，离子反应方程式为ClO

＋6Fe2＋＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O；

（3）盐类水解，谁强显谁性，NH3·H2ONH

＋OH－　Kb＝1.8×10－5，HC2O

H＋＋C2O

Ka2＝5.4×10－5，所以（NH4）2C2O4溶液中铵根离子水解大于草酸根离子水解，溶液呈酸性，即pH＜7；

（4）为除去（NH4）2C2O4晶体表面的附着液，洗涤时可选用蒸馏水洗涤，这样可得到更纯净的晶体，故答案为A；

（5）根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2＋、Co2＋金属离子；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液pH在3.0～3.5之间，同时使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋转化为Co（OH）2沉淀；

（6）由图可知，C点钴氧化物质量为8.30g,0.1molCo元素质量为5.9g，氧化物中氧元素质量为8.30g－5.9g＝2.40g，则氧化物中Co原子与O原子物质的量之比为0.1mol∶2.40g/16g/mol＝2∶3，故C点Co氧化物为Co2O3。

[答案]　

（1）将Co3＋、Fe3＋还原为Co2＋、Fe2＋（只要回答到将Co3＋还原为Co2＋均给分）

（2）ClO

＋6Fe2＋＋6H＋===Cl－＋6Fe3＋＋3H2O

（3）＜　（4）A

（5）除去溶液中的Mn2＋　B

（6）Co2O3