高考化学复习专题3 化工工艺流程题.docx

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高考化学复习专题3化工工艺流程题

高中化学学习材料

（灿若寒星**整理制作）

专题3　化工工艺流程题

化工工艺流程题是近年来高考中备受关注的一类题型，该类题是将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式表示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，构成与化工生产紧密联系的化工工艺流程题。

化工工艺流程题的结构分题头、流程图和问题三部分。

一题头部分一般简单介绍该工艺生产的原材料和生产目的，

二流程图部分主要用框图形式将原材料到产品的主要生产工艺表示出来，

三问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列问题。

解答化工工艺流程题的三种方法

范　例

审题指导

（14分）镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料是由Ni（OH）

、碳粉1和氧化铁1等涂在铝箔1上制成。

由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行回收研究，设计实验流程如下：

已知：

a.NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋。

b.某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如表所示：

M（OH）n

Ksp

pH

开始沉淀

沉淀完全

Al（OH）3

1.9×10－33

3.432

4.19

Fe（OH）3

3.9×10－38

2.532

2.94

Ni（OH）2

1.6×10－14

7.60

9.75

回答下列问题：

（1）根据表中数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ________和沉淀Ⅲ________（填化学式），则pH1________pH2（填“>”、“＝”或“<”），控制两种沉淀析出可利用________（填序号）。

A.pH试纸　　　　B．石蕊指示剂　　　　C．pH计

（2）已知溶解度：

NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，则步骤③的化学方程式是__________________________________________。

步骤③后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有__________________。

若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：

_____________________________________________。

（3）④中阳极反应产生的气体E为____________，验证该气体的试剂为___________________________________________。

（4）试写出步骤⑥的离子方程式：

____________________________________________。

1注意电极材料的成分以及和盐酸反应后的离子

2A溶液呈酸性，加入NiO的目的是为了降低H＋浓度，促进Fe3＋、Al3＋的水解，根据表中提供信息，Fe3＋先形成沉淀

3只要注意到表中pH的数据，即可选出答案

4溶解度越小，越先形成沉淀

5注意只要求写出玻璃仪器

6注意D的成分为NaCl溶液

7看准要求

[标准答案]

（1）Fe（OH）3（1分）　Al（OH）3（1分）　<（1分）　C（1分）　

（2）NiCl2＋Na2C2O4＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl（2分）　（普通）漏斗、玻璃棒和烧杯（2分）　玻璃棒划破滤纸（1分）、滤液超过滤纸边缘（1分）　（3）Cl2（1分）　淀粉KI溶液（1分）　（4）2Ni（OH）2＋2OH－＋Cl2===2Ni（OH）3＋2Cl－（2分）

[评分细则]

（1）写成名称不得分，“<”写成“小于”不得分。

（2）化学方程式漏写“↓”不扣分。

所需玻璃仪器少写一种扣1分，少写两种不得分。

原因按标准答案评分。

（3）Cl2写成氯气不扣分。

检验Cl2也可以用其他方法，如NaBr溶液和苯或CCl4。

（4）按照标准答案评分。

[失分点评]　本题属于化工工艺流程与实验技术的结合，较简单，但仍未得满分，主要原因是化学用语书写不规范，审题不仔细，如化学式出现错误、把化学试剂写成了试纸等。

　　　题型一.制备类工艺流程题

1.KNO3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤：

（1）反应Ⅰ中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________。

（2）反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是__________________________；

从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是________________________________________________________________________。

（3）检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是取少量K2SO4样品溶解于水，____________________________________________________________________。

（4）整个流程中，可循环利用的物质有______________（填化学式）。

（5）将硝酸与浓KCl溶液混合，也可得到KNO3，同时生成等体积的气体A和气体B（NOCl），该反应的化学方程式为_________________________________________________；

气体B与O2反应生成1体积气体A和2体积红棕色气体C，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

[解析]　

（1）反应Ⅰ中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2，由流程图可知生成CaCO3、（NH4）2SO4和CO2，由质量守恒可知反应方程式为CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3＋（NH4）2SO4＋CO2↑＋H2O。

（2）（NH4）2SO4加入KCl，在干态、加热的条件下进行，可生成易分解的NH4Cl，加热时NH4Cl分解生成HCl和NH3，温度降低又生成NH4Cl，以此可分离出NH4Cl，得K2SO4，且能加快反应速率；从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，目的是防止KNO3结晶，提高KNO3的产率。

（3）检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl，应先加入Ba（NO3）2，使K2SO4完全转化为BaSO4沉淀，以免干扰Cl－的检验，然后再加入AgNO3检验KCl，操作方法为加入Ba（NO3）2溶液至不再产生沉淀，静置，取上层清液，滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，说明K2SO4中混有KCl。

（4）整个流程中，可循环利用的物质有（NH4）2SO4、CaSO4、KNO3。

（5）根据氧化还原反应的规律及原子守恒，即可写出化学方程式。

[答案]　

（1）CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑

（2）分离NH4Cl与K2SO4，加快化学反应速率　防止KNO3结晶，提高KNO3的产率

（3）加入过量Ba（NO3）2溶液至不再产生沉淀，静置，取上层清液，滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，说明K2SO4中混有KCl

（4）CaSO4、KNO3、（NH4）2SO4

（5）4HNO3＋3KCl（浓）===NOCl↑＋Cl2↑＋3KNO3＋2H2O　2NOCl＋O2===Cl2＋2NO2

　1.（2015·河南洛阳高三期末）钛合金是航天航空工业的重要材料。

由钛铁矿（主要成分为钛酸亚铁，化学式为FeTiO3）制备Ti等产品的一种工艺流程示意图如下：

已知：

①TiO2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。

②常温下，难溶电解质溶解度与pH关系如图。

③25℃时TiO（OH）2溶度积Ksp＝1×10－29。

回答下列问题：

（1）写出钛铁矿酸浸时反应的离子方程式：

__________________________。

（2）操作Ⅱ包含的具体操作方法有____________________________________________。

（3）向“富含TiO2＋溶液”中加入Na2CO3粉末的作用是

________________________________________________________________________，

TiO2＋水解的离子方程式为________________________，当溶液pH＝________时，TiO（OH）2已沉淀完全。

（4）加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋的原因是_________________________________。

解析：

（1）钛铁矿酸浸时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O。

（2）向含有TiO2＋、Fe2＋、Fe3＋等的酸性溶液中加入适量的Fe屑，发生反应：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，然后将溶液蒸发浓缩、冷却结晶就会产生FeSO4·7H2O，然后将晶体过滤出来，就得到了绿矾。

（3）滤液中含有大量的TiO2＋，向该溶液中加入Na2CO3粉末，调整溶液的酸碱性，促进TiO2＋的水解，由图像可知当溶液的pH＝2.5时，TiO（OH）2已经完全沉淀。

（4）若不加入铁屑，就会同时产生TiO（OH）2和Fe（OH）3导致制取的物质纯度不高，所以加入铁屑将Fe3＋转化为Fe2＋，避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀。

答案：

（1）FeTiO3＋4H＋===TiO2＋＋Fe2＋＋2H2O

（2）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

（3）调节溶液pH，促进TiO2＋水解　TiO2＋＋2H2O

TiO（OH）2↓＋2H＋　2.5

（4）避免Fe3＋和TiO2＋同时沉淀

　　　题型二.产品提纯类工艺流程题

1.绿矾（FeSO4·7H2O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。

下面是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法：

25℃时

pH

饱和H2S溶液

3.9

SnS沉淀完全

1.6

FeS开始沉淀

3.0

FeS沉淀完全

5.5

查询资料，得有关物质的数据如下表：

（1）检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋，

可选用的试剂为________。

A．KSCN溶液　　　　　　　B．NaOH溶液

C．KMnO4溶液D．苯酚溶液

（2）操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是______________________________；在溶液中用硫酸酸化至pH＝2的目的是________________________________________________________________________。

（3）操作Ⅳ的顺序依次为________、冷却结晶、________。

（4）操作Ⅳ得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②________________________________________________________________________

____________________。

（5）测定绿矾产品中Fe2＋含量的方法：

a.称取2.85g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用硫酸酸化的0.01000mol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL。

①滴定时盛放KMnO4溶液的仪器为__________________（填仪器名称）。

②判断此滴定实验达到终点的方法是______________________________。

③计算上述样品中FeSO4·7H2O的质量分数为________。

[解析]　

（1）A.KSCN溶液和Fe3＋反应生成红色溶液，可以检验Fe3＋的存在，故A符合；B.NaOH溶液和Fe2＋反应生成白色沉淀迅速变化为灰绿色最后变为红褐色，NaOH和Fe3＋反应也生成红褐色沉淀，不能检验Fe3＋的存在，故B不符合；C.KMnO4溶液不与Fe3＋反应，无现象发生，故C不符合；D.苯酚溶液和Fe3＋反应生成紫色溶液，可以检验Fe3＋的存在，故D符合。

（2）通入硫化氢，可以沉淀Sn2＋，并因为硫化氢具有强还原性，可以防止Fe2＋被氧化。

已知：

在H2S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为5.5，操作Ⅱ在溶液中用硫酸酸化至pH＝2的目的是在溶液pH＝2时，Sn2＋完全沉淀，Fe2＋不沉淀。

（3）溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩、结晶析出、过滤洗涤等，所以操作Ⅳ的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。

（4）冰水温度低，物质溶解度减小，可以洗去沉淀表面的杂质离子，减少绿矾溶解带来的损失。

（5）①高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化橡胶管，不能用碱式滴定管，应用酸式滴定管。

②滴定实验达到终点时，滴加最后一滴KMnO4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色。

③由题意知：

5Fe2＋　＋　MnO

＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O

51

n（Fe2＋）　　0.01000mol·L－1×0.02L

所以n（Fe2＋）＝0.001mol，

则250mL溶液中n（Fe2＋）＝0.001mol×

＝0.01mol，

则FeSO4·7H2O物质的量为0.01mol，质量为0.01mol×278g·mol－1＝2.78g，质量分数为

×100%≈97.5%。

[答案]　

（1）AD　

（2）除去溶液中的Sn2＋，并防止Fe2＋被氧化　防止Fe2＋生成沉淀

（3）蒸发浓缩　过滤洗涤

（4）降低洗涤过程中FeSO4·7H2O的损耗

（5）①酸式滴定管　②滴加最后一滴KMnO4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色　③97.5%

　1.（2015·江西南昌高三第一次调研）从化工厂铬渣中提取硫酸钠的工艺如下：

已知：

①铬渣含有Na2SO4及少量Cr2O

、Fe3＋；

②Fe3＋、Cr3＋完全沉淀（c≤1.0×10－5mol·L－1）时pH分别为3.6和5。

（1）“微热”除能加快反应速率外，同时还可以__________________________________，滤渣A为________（填化学式）。

（2）根据溶解度（S）～温度（T）曲线，操作B的最佳方法为________（填字母序号）。

A．蒸发浓缩，趁热过滤

B．蒸发浓缩，降温结晶，过滤

（3）酸化后Cr2O

可被SO

还原成Cr3＋，离子方程式为___________________________；

酸C为______________，Cr（OH）3的溶度积常数Ksp[Cr（OH）3]＝____________。

（4）根据2CrO

＋2H＋

Cr2O

＋H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的________极，其电极反应式为____________________________。

解析：

（1）由信息知pH约3.6时可除去Fe3＋，加热促进Fe3＋水解，滤渣A是Fe（OH）3沉淀。

（2）由图像知Na2SO4的溶解度在45℃左右最大，而Na2Cr2O7的溶解度随温度的升高不断变大，所以蒸发浓缩后趁热过滤可

得到Na2SO4固体。

（3）该反应的氧化剂是Cr2O

，还原产物是Cr3＋，还原剂是SO

，氧化产物是SO

，由得失电子守恒可知n（Cr2O

）∶n（SO

）＝1∶3，最后根据质量守恒和电荷守恒配平。

为了不引入其他杂质，应加H2SO4酸化。

pH＝5时，Cr3＋完全沉淀，c（Cr3＋）＝1.0×10－5mol·L－1，c（OH－）＝10－9mol·L－1，Ksp[Cr（OH）3]＝c（Cr3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－5×（10－9）3＝1.0×10－32。

（4）由图可知Na2CrO4发生反应生成Na2Cr2O7，所以在该电极产生了大量的H＋，而在另一极NaOH由稀到浓可知产生了大量的OH－，所以右侧电极是阳极，OH－失去电子发生氧化反应生成H2O和O2，所以连接电源的正极。

答案：

（1）促进Fe3＋水解生成Fe（OH）3而除去　Fe（OH）3

（2）A

（3）3SO

＋Cr2O

＋8H＋===2Cr3＋＋3SO

＋4H2O　H2SO4　1.0×10－32

（4）正　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

题型一　制备类工艺流程题

1．钛被称为“二十一世纪金属”，工业上用钛铁矿制备金属钛的工艺流程如下：

请回答下列问题：

（1）铁在元素周期表中的位置为________________________________________________________________________。

（2）写出TiO2＋水解的离子方程式：

__________________________________。

加入过量铁粉的作用是①________________________________________________________________；

②_______________________________________________________________。

（3）操作1的实验步骤为____________、____________、过滤。

（4）副产品主要成分的化学式为________________________________________________________________________。

（5）写出TiO2转化成TiCl4的化学方程式：

________________________________________________________________________。

解析：

（1）Fe在元素周期表中位于第四周期第Ⅷ族。

（2）根据题意可知，TiO2＋水解时，结合水电离出的OH－生成H2TiO3。

由于Fe2＋易被氧化，故加入过量铁粉可以防止Fe2＋被氧化为Fe3＋；加入的过量铁粉还可以消耗溶解钛铁矿时多余的硫酸。

（3）经过操作1得到含TiO2＋的滤液和副产品，则操作1为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

（4）依据流程图及原子守恒可知副产品为硫酸亚铁晶体。

（5）该反应中氯气作氧化剂，焦炭作还原剂，根据焦炭过量可以确定产物中有CO，根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式即可。

答案：

（1）第四周期第Ⅷ族　

（2）TiO2＋＋2H2O

H2TiO3↓＋2H＋　防止Fe2＋被氧化为Fe3＋　消耗多余的硫酸　（3）蒸发浓缩　冷却结晶　（4）FeSO4·7H2O（写成FeSO4也可）　（5）2Cl2＋TiO2＋2C

TiCl4＋2CO

2．（2015·浙江杭州第一次质量检测）高锰酸钾是常用的氧化剂。

工业上以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾晶体。

如图是实验室制备KMnO4的操作流程：

―→

上述反应②的化学方程式：

3K2MnO4＋2CO2===2KMnO4＋MnO2＋2K2CO3。

已知：

物质

K2CO3

KHCO3

K2SO4

CH3COOK

293K溶解度（g）

111

33.7

11.1

217

（1）反应①的化学方程式为________________________________________________。

（2）从滤液中得到KMnO4晶体的实验操作依次是________（选填字母代号，下同）。

a．蒸馏　b．蒸发　c．灼烧　d．抽滤　e．冷却结晶

（3）制备过程中需要用到纯净的CO2气体。

制取纯净CO2最好选择下列试剂中________。

a．石灰石　　b．浓盐酸　　c．稀硫酸　　d．纯碱

（4）实验时，若CO2过量会生成KHCO3，导致得到的KMnO4产品的纯度降低。

原因是__________________________________________________________________________。

（5）由于CO2的通入量很难控制，因此对上述实验方案进行了改进，即把实验中通CO2改为加其他的酸。

从理论上分析，选用下列酸中________，得到的产品纯度更高。

a．醋酸　　　b．浓盐酸　　　c．稀硫酸

解析：

（3）因为盐酸有挥发性，稀硫酸和石灰石反应生成的硫酸钙会覆盖在石灰石上阻碍反应的进行，所以要制取纯净的二氧化碳气体，可选择纯碱和稀硫酸。

（5）因为盐酸具有还原性，醋酸钾的溶解度比硫酸钾大很多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，故选用醋酸，得到产品的纯度更高。

答案：

（1）3MnO2＋KClO3＋6KOH

3K2MnO4＋KCl＋3H2O　

（2）bed　（3）cd　（4）KHCO3的溶解度比K2CO3小很多，滤液蒸发浓缩时KHCO3会随KMnO4一起结晶析出　（5）a

3．（2015·安徽黄山屯溪一中高三月考）铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。

（1）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：

回答下列问题：

①操作Ⅰ、Ⅱ的名称分别是________、________。

②写出在空气中煅烧FeCO3的化学方程式：

________________________________________________________________________。

③煅烧如果不充分，产品中将有Fe2＋存在，试设计实验检验产品中有无Fe2＋：

________________________________________________________________________。

（2）有些同学认为KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定。

a．称取2.850g绿矾（FeSO4·7H2O）产品，配成250mL溶液；

b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；

c．用硫酸酸化的0.01000mol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL。

①写出酸性KMnO4溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式：

________________________________________________________________________。

②计算上述样品中FeSO4·7H2O的质量分数为________________[已知M（FeSO4·7H2O）＝278g·mol－1]。

③滴定达到终点时锥形瓶中溶液颜色变化为_____________________________。

④下列操作会导致样品中FeSO4·7H2O的质量分数的测定结果偏高的有________。

a．未干燥锥形瓶

b．盛装标准液的滴定管没有用标准液润洗

c．滴定结束时仰视刻度线读数

d．量取待测液的滴定管没有润洗

解析：

（1）①分析流程可知操作Ⅰ、Ⅱ的名称分别是过滤、洗涤。

②在空气中煅烧FeCO3的化学方程式为4FeCO3＋O2高温,2Fe2O3＋4CO2。

③Fe3＋中存在Fe2＋，检验方法为取固体样品少许放置试管中，加入足量稀硫酸，振荡试管，再加入几滴KMnO4溶液。

如果KMnO4溶液褪色，则有Fe2＋。

（2）②根据反应关系式

KMnO4　　　　　　～　　　　　5FeSO4·7H2O

0.01000mol·L－1×20×10－3L1×10－3mol