【备战2013】高考化学 考前30天冲刺押题系列 第二部分 专题16 无机化工流程

【备战2013】高考化学 考前30天冲刺押题系列 第二部分 专题16 无机化工流程 (1)考查的知识符合生产实际，能培养学生联系实际、学以 致用的思想。 (2)考查的知识全面，涉及到化学基础知识的方方面面，既 能考查学生对双基的掌握情况，又能考查应用知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力。 (3)试题的阅读量大，设问落点低，能考查学生信息的提取 和处理能力。 考点一化学工艺流程与反应原理例1、硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3 、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意图如下：(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是_。(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：Fe(OH)2_=Fe(OH)3Cl(3)针铁矿(Coethite)是以德国诗人歌德(Coethe)名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是_。(4)根据下表数据，调节“滤液 2”的pH时，理论上可选用的最大区间为_。Mg(OH)2Zn(OH)2MgCO3CaCO3开始沉淀的pH10.46.4沉淀完全的pH12.48.0开始溶解的pH10.5Ksp5.610126.81062.8109(5)工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是_(选填序号)。a大理石粉 b石灰乳c纯碱溶液 d烧碱溶液(6)“滤液4”之后的操作依次为_、_、过滤、洗涤、干燥。(7)分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3 的质量分数不低于_。 (2)Fe(OH)2ClOH2O=Fe(OH)3Cl(3)FeO(OH)(或其他合理答案)(4)8.0pH10.4(或其他合理答案)(5)b或d(b和d)(6)蒸发浓缩冷却结晶(或其他合理答案)(7)100%(或其他合理答案)【解题指导】 (1)多以流程图的形式出现，从生产原料到产品的整个流程以简单文字加框图和箭线形式呈现，并伴有一些“环状”设计，意为物质的循环利用，以体现“绿色化学”的工艺理念。(2)题目所涉及的情景新颖，往往以丰富的化学理论联系生产实际，源于课本又高于课本，构思新颖、灵活，极富挑战性和创新性。(3)试题中会出现一些化工术语如水(或酸)浸、苛化、煅烧、脱硫、提取、热过滤、水热处理、表面处理等，实际考查的是化学反应原理(包括化学平衡原理、水解原理)、物质的制备、分离和提纯等实验操作，以及绿色化学观念和经济的视角分析实际生产中各种问题的能力。变式 1、实验室模拟以天青石(主要成分为硫酸锶，含不溶性杂质)为原料制备碳酸锶的流程图如下：试回答下列问题：(1)高温焙烧过程中另一产物为硫化物，试写出该过程的化学方程式：_。(2)15%20%的乙醇胺(HOCH2CH2NH2)水溶液具有弱碱性，在上述合成线路中用作气体的吸收剂。用离子方程式表示乙醇胺水溶液呈弱碱性的原因：_。(3)溶解过程中的离子方程式为_。(4)碳酸锶的另一种制备方法是用天青石和Na2CO3溶液混合浸泡制得，反应的离子方程式为SrSO4COSrCO3SO，已知Ksp(SrSO4)3107，Ksp(SrCO3)11010，则该反应的平衡常数等于_。如果将Na2CO3换成(NH4)2CO3，SrCO3的产率将降低，其原因是_。解析(1)高温焙烧过程中所得气体能点燃，由此可知气体产物是CO，而另一产物为SrS。(2)乙醇胺的碱性可与氨类比，由此得出离子方程式。(3)溶解过程中发生的是考点二化学工艺流程与实验技术例2、某探究小组在实验室中用铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有Fe2O3、SiO2)提取氧化铝。回答下列问题：(1)在实验中需用1 molL1的NaOH溶液480 mL，配制该溶液已有下列仪器：托盘天平(砝码)、胶头滴管、药匙、玻璃棒、量筒、烧杯，还缺少的玻璃仪器是_。在灼烧操作中用到下列仪器中的一种，其名称是_。 (2)写出步骤中发生反应的离子方程式：_。(3)操作中洗涤如何操作_。(4)甲同学在实验室中用下图装置制备CO2气体，并通入滤液B中制备Al(OH)3时，结果没有产生预期现象。乙同学分析认为甲同学通入CO2不足是导致实验失败的原因之一，你认为乙的分析是否合理：_。若合理，请用离子方程式解释其原因：_。丙同学分析认为甲同学通入的CO2中含有HCl气体也是导致实验失败的原因，在实验中增加某装置可解决这个问题。请帮助该同学画出该装置图，并注明试剂名称。 (4)由于滤液B中存在NaOH，则CO2先与NaOH反应，若CO2不足量，则CO2完全被NaOH消耗而不能与AlO反应；HCl杂质须用NaHCO3溶液洗涤，为了防止CO2消变式2MgSO47H2O医药上用作泻剂。工业上用氯碱工业的一次盐泥为原料生产。已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。主要工艺如下： (1)用硫酸调整溶液pH为12，硫酸的作用是_。(2)加次氯酸钠溶液至pH为56并加热煮沸约510 min，滤渣中主要含MnO2和另两种沉淀：_、_(写化学式)。其中次氯酸钠溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为_。(3)若除杂后过滤，发现滤液发黄，需采取的措施是_。(4)过滤后晶体常用丙酮代替蒸馏水洗涤的目的是_。(5)晶体中结晶水含量的测定：准确称取0.20 g MgSO47H2O样品，放入已干燥至恒重的瓷坩埚中，置于马沸炉中，在200 脱水1 h。为准确确定脱水后的质量，还需要经过的操作有冷却(干燥器中)至室温_。(6)硫酸根离子质量分数的测定：准确称取自制的样品0.50 g，用200 mL水溶解，加入2 molL1 HCl溶液5 mL，将溶液加热至沸腾，在不断搅拌下逐滴加入56 mL 0.5 molL1BaCl2溶液，充分沉淀后，得沉淀0.466 g，则样品中w(SO)_。【无机化工流程题的特点】无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像这类题常围绕以下几个知识点进行设问：(1)反应速率与平衡理论的运用；反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；(3)利用控制pH分离除杂；(4)化学反应的能量变化；(5)实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；(6)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；(7)环境保护与绿色化学评价。【解答无机化工流程试题的程序】1.基本步骤：从题干中获取有用信息，了解生产的产品。然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A、反应物是什么 B、发生了什么反应 C、该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。从问题中获取信息，帮助解题。2.解题思路：明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点 3.方法技巧： 对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。【工业流程常见的操作与名词】工业流程题目在流程上一般分为3个过程：(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词加快反应速率溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点调pH值除杂a控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。b调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。试剂除杂加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。【注重答案的文字叙述规范】(1)洗涤沉淀：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。(2)从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。【例1】用粗锌(含少量铁等杂质)与稀硫酸反应制氢气，其废液中含有大量的硫酸锌。同学们用制氢气的废液来制取皓矾(ZnSO47H2O)，并探究其性质。(1)制备皓矾实验流程如图所示：已知：氢氧化物沉淀的pH范围如表所示。氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Zn(OH)2开始沉淀时的pH2.77.65.7完全沉淀时的pH3.79.68.0请回答下列问题：加入的试剂a，供选择的试剂有：氨水、NaClO溶液、20%的H2O2溶液、浓硫酸、浓硝酸等，应选用_，其理由是_。加入的试剂b，供选择的试剂有：锌粉、ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3、ZnSO4等，应选用_，其理由是_。从晶体1晶体2，该过程的名称是_。在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水洗的目的是_。(2)探究皓矾的性质称取28.7 g ZnSO47H2O，研细后置于坩埚中小心加热，残留固体质量与温度的对应数据如表所示。则1000 时加热皓矾的反应方程式为：_。温度()602409301000残留固体质量(g)19.716.18.18.1取少量ZnSO47H2O配成溶液，向其中逐滴加入NaOH溶液，发现先产生白色沉淀后又逐渐溶解。查资料得知Zn(OH)2具有两性，则Zn(OH)2溶于NaOH溶液的离子方程式为：_。 【例2】用菱锌矿(主要成分为碳酸锌，还含有Fe2、Fe3、Mg2、Ca2、Cu2等)制备氯化锌的一种流程如下：(1)在反应3前要将菱锌矿研磨，其目的是_。(2)反应4将Fe2氧化为Fe3，该反应的离子方程式为_。(3)加入氧化锌调节pH4.5，反应5的离子方程式为_。(4)锌粉不在反应4之前加入的原因是_。(5)若用石墨作电极电解滤液Y，则可以得到参与本流程反应的物质_。【例3】碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2、Mg2、Fe3、Cl和SO等杂质，提纯工艺流程如下：已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示：回答下列问题：(1)滤渣的主要成分为_。(2)“趁热过滤”的原因是_。(3)若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是_(写出一种)。(4)若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是_。(5)已知：Na2CO310H2O (s)=Na2CO3(s)10H2O(g)H1532.36 kJmol1Na2CO310H2O(s)=Na2CO3H2O(s)9H2O(g)H2473.63 kJmol1写出Na2CO3H2O脱水反应的热化学方程式_。答案：(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3(2)使析出的晶体为Na2CO3H2O，防止因温度过低而析出Na2CO310H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长(3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤【专家预测】1某工业废水中含有CN和Cr2O等离子，需经污水处理达标后才能排放，污水处理厂拟用下列流程进行处理：回答下列问题： (1)上述处理废水流程中主要采用的方法是_。(2)流程中，反应后无气体放出，该反应的离子方程式为_。(3)含Cr3废水需进一步处理，请你设计一个处理方案：_。(4)反应的离子方程式为_。(5)取少量待测水样于试管中，加入NaOH溶液观察到有蓝色沉淀生成，继续加至不再产生蓝色沉淀为止，再向溶液中加入足量Na2S溶液，蓝色沉淀转化成黑色沉淀，解释产生该现象的原因：_。解析：(1)CN和Cr2O的化合价均发生变化；(2)反应物为CN和ClO，生成物之一为CNO，依据电荷守恒，所以氯元素化合价降低生成Cl；(3)除去Cr3应该用沉淀法。2下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。请回答下列问题：(1)请列举一种海水淡化的方法_。(2)工业上常用离子交换膜电解槽生产NaOH，电解过程中大量通过离子交换膜的离子是_，NaOH在电解槽的_室生成，由饱和食盐水制取NaOH的化学方程式为_。(3)侯氏制碱法中向饱和食盐水中通入CO2和NH3制得NaHCO3，先通入_(填化学式)，理由是_。再由NaHCO3制得纯碱，化学方程式为_。(4)镁是一种用途很广泛的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。已知有关物质的熔沸点数据如下：MgOMgCl2熔点/2 852714沸点/3 6001 412结合表中数据和实际生产情况说明，工业上生产镁采用电解MgCl2而不是电解MgO的理由_。解析：(2)离子交换膜电解饱和食盐水，只有Na通过离子交换膜，阴极H得电子生成氢气，阴极区溶液中OH浓度增大。3亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。下图是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：已知：NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO23H2O。纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下安全。160 gL1NaOH溶液是指160 g NaOH固体溶于水所得溶液的体积为1 L。(1)发生器中鼓入空气的作用可能是_(选填序号)。a将SO2氧化成SO3，增强酸性b稀释ClO2以防止爆炸c将NaClO3氧化成ClO2(2)吸收塔内的反应的化学方程式为_。吸收塔的温度不能超过20 ，其目的是_。(3)在碱性溶液中NaClO2比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单实验方法是_。(4)吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H2O2外，还可以选择的还原剂是_(选填序号)。aNa2O2 bNa2S cFeCl2(5)从滤液中得到NaClO23H2O粗晶体的实验操作依次是_(选填序号)。a蒸馏 b蒸发c灼烧 d过滤e冷却结晶答案：(1)b4铅蓄电池是机动车、船舶等不可缺少的动力能源。回收利用废旧铅蓄电池不仅关系到重金属资源的保护，而且符合保护环境、发展循环经济的可持续发展战略。铅蓄电池的阴、阳极填充物(铅膏，主要含PbO、PbO2、PbSO4)是废旧铅蓄电池的最主要部分，回收可制备塑料加工热稳定剂三盐基硫酸铅(组成可表示为3PbOPbSO4H2O)，其实验流程如下：(1)物质X是一种可以循环利用的物质，该物质是_。(2)滤液A能用来提取一种含10个结晶水的钠盐副产品为(填化学式)_；其提取的主要步骤有_、_、过滤、洗涤、干燥；检验该晶体中阴离子的实验方法是_。(3)生成三盐基硫酸铅的离子反应方程式为_。(4)向铅膏浆液中加入Na2SO3溶液的目的是将其中的PbO2还原为PbO。若实验中所取铅膏的质量为47.8 g，其中PbO2的质量分数为15.0%，则要将PbO2全部还原，至少需加入_mL 1.0 molL1 Na2SO3溶液。答案：(1)HNO3溶液5某地区有软锰矿和闪锌矿两座矿山，它们的组成如下：软锰矿：MnO2含量65%，SiO220%，Al2O34%，其余为水分，闪锌矿中：ZnS含量80%，SiO27%，FeS、CuS各2%，其余为水分。科研人员开发综合利用这两种资源工艺，主要产品为通过电解获得Zn和MnO2，副产品为硫黄、少量铜等。设计工艺流程如下图：(1)写出步骤中ZnS、MnO2和H2SO4反应的方程式_。步骤电解过程中，阳极电极反应式为_。(2)产品A为_，加入产品B的目的是_，加入MnCO3、ZnCO3的作用是_。(3)在生产工艺中所需硫酸是否只能由副产品硫黄制得？(说明理由)_。(4)在生产工艺中只需外购少量硫酸和_(填名称)就可以进行物质循环性操作。(5)若需要用密度为1.84 gcm3，质量分数为98%的H2SO4配制1 molL1 H2SO4溶液150 mL，所需要的定量仪器是_(填具体规格仪器)。答案：(1)MnO2ZnS2H2SO4=MnSO4ZnSO4S2H2OMn22H2O2e=MnO24H(2)Zn将Fe2氧化成Fe3促进铁盐和铝盐水解生成氢氧化物沉淀而被除去(3)否，最后一步电解MnSO4、ZnSO4溶液时在阳极附近有H2SO4产生(4)纯碱(5)20 mL量筒，250 mL容量瓶6(2012安徽安庆一中模拟，27)(18分)绿矾(FeSO47H2O)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：查询资料，得有关物质的相关数据如下表：25 时pH饱和H2S溶液3.9SnS沉淀完全1.6FeS开始沉淀3.0FeS沉淀完全5.5(1)操作中，通入硫化氢至饱和的目的是_；在溶液中用硫酸酸化至pH2的目的是_。(2)滤渣的主要成分是_。(3)操作得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：除去晶体表面附着的硫酸等杂质；_。(4)测定绿矾产品中Fe2含量的方法是：a称取2.850 g绿矾产品，溶解，在250 mL容量瓶中定容；b量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中；c用硫酸酸化的0.010 00 molL1 KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。滴定时盛放KMnO4溶液的仪器为_(填仪器名称)。判断此滴定实验达到终点的方法是_。计算上述样品中FeSO47H2O的质量分数为_。答案：(1)除去溶液中的Sn2防止Fe2生成沉淀，并防止Fe2被氧化(2)SnS(3)降低洗涤过程中FeSO47H2O的损耗(4)酸式滴定管滴加最后一滴KMnO4溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色0.97521