高考化学讲与练 第8章 专题讲座五 化工流程题的解题指导含解析新人教版

第8章专题-化工流程题的解题指导李仕才考纲研读1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。2.将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。一、工业流程题的结构二、工业流程题分类突破题型一物质制备类化工流程题1核心反应陌生方程式的书写关注箭头的指向：箭头指入反应物，箭头指出生成物。(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，判断产物，配平。(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。2原料的预处理(1)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浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)(2)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。3常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2中混有的Fe3，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。(4)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。例1(2016全国卷，28)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为_。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2和Ca2，要加入的试剂分别为_、_。“电解”中阴极反应的主要产物是_。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_，该反应中氧化产物是_。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为_。(计算结果保留两位小数)解题流程第一步：读题目，明确目的制备NaClO2第二步：审流程，分块破题拆分工艺流程第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。得分秘籍(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。答案(1)3(2)2NaClO3H2SO4SO2=2NaHSO42ClO2(3)NaOH溶液Na2CO3溶液ClO(或NaClO2)(4)21O2(5)1.57题型二提纯类化工流程题1明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3等。2明确常用的分离方法(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、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。例2(2017合肥模拟)高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级氧化锌(含Fe2、Mn2、Cu2、Ni2、Cd2等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：已知KspFe(OH)34.01038。回答下列问题：(1)浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有(写两种)：_。(2)氧化时，加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2和Mn2(溶液中Mn全部转化为MnO2)，请配平下列除去Fe2的离子方程式：MnOFe2_=MnO2Fe(OH)3H(3)加入锌粉的目的是_。(4)已知H2SO4浸出液中，c(Fe2)5.04mgL1、c(Mn2)1.65mgL1。加入KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中c(Fe3)0.56mgL1，若溶液pH3，则此时Fe3_(填“能”或“不能”)生成沉淀。若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2和Mn2，需加入_gKMnO4。解析(1)为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。(2)锰元素由7价降低到4价，而铁元素由2价升高到3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。(3)加入锌粉的目的是消耗溶液中的H，调节溶液pH，促进溶液中的Cu2、Ni2、Cd2等形成沉淀而除去。(4)c(Fe3)1.0105molL1，此时溶液中c(OH)1.01011molL1，c(Fe3)c3(OH)1.01038KspFe(OH)3，故不能生成Fe(OH)3沉淀。加入KMnO4将Fe2和Mn2分别氧化为Fe3和MnO2，而KMnO4被还原为MnO2，根据得失电子守恒可知，加入KMnO4的质量为158 gmol17.9 g。答案(1)将工业级氧化锌粉碎、搅拌，增大硫酸浓度(其他合理答案也可)(2)137H2O135(3)调节溶液pH，除去溶液中的Cu2、Ni2、Cd2等(4)不能7.91(2015全国卷，27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：回答下列问题：(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条)。(2)利用_的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是_(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：_。答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)将Fe2氧化为Fe3使Al3和Fe3形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁(5)(6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg2B3MgO解析(1)Mg2B2O5H2O与硫酸反应生成H3BO3、MgSO4，配平即可。为提高浸出速率，可以从温度(升高温度)、浓度、增大接触面积(将矿石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4具有磁性，可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4，CaO与H2SO4生成CaSO4微溶于水，所以“浸渣”中还有SiO2和CaSO4。此时溶液中除H3BO3外还有MgSO4由(1)中反应生成、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“净化除杂”先加H2O2的目的是将Fe2氧化为Fe3，然后再通过调节pH促进Fe3、Al3水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是没有除去的MgSO4。(5)NaBH4由Na和BH组成。其中的氢显1价，1价的H具有较强的还原性。(6)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程：H3BO3分解生成B2O3，B2O3与金属镁发生置换反应生成单质B。2软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4H2O的流程如下：已知：部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表金属阳离子Fe3Al3Mn2Mg2完全沉淀时的pH3.25.210.412.4温度高于27时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2的离子方程式为_。(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是_。(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为_(填化学式)，调pH至56所加的试剂，可选择_(填以下试剂的序号字母)。aCaObMgOcAl2O3d氨水(4)第2步除杂，主要是将Ca2、Mg2转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2的离子反应方程式：_，该反应的平衡常数数值为_。(已知：MnF2的Ksp5.3103；CaF2的Ksp1.51010；MgF2的Ksp7.41011)(5)采用“趁热过滤”操作的原因是_。(6)取少量MnSO4H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是_(用离子方程式表示)。答案(1)MnO2SO2=SOMn2(2)将Fe2氧化为Fe3(3)Al(OH)3、Fe(OH)3ab(4)MnF2Mg2?Mn2MgF27.2107(5)减少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多产品(6)Mn22H2O?Mn(OH)22H解析(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2SO2=SOMn2。(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2氧化为Fe3，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去。(3)第1步除杂时调整溶液的pH在56，可以使溶液中的Al3、Fe3分别形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成滤渣1的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；在调pH至56时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有Ca2、Mg2的化合物CaO、MgO，a、b正确。(4)第2步除杂，主要是将Ca2、Mg2转化为相应氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2的离子反应方程式是MnF2Mg2?Mn2MgF2；该反应的平衡常数K7.2107。(5)由已知温度高于27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多产品。(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2发生水解反应。3(2016全国卷，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_mol。(3)“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_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROHV4OR4V4O124OH(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”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(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_。答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3解析(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，前后V元素化合价不变，说明没有发生氧化还原反应，则反应的离子方程式为V2O52H=2VOH2O。由于SiO2与H2SO4不反应，故“废渣1”的主要成分为SiO2。(2)VO2变为VO，V的化合价由4价升高到5价，转移1e，而氧化剂KClO3则被还原为KCl，化合价由5价降低为1价，转移6e，故欲使3 mol VO2变为VO，需氧化剂KClO3的物质的量至少为3 mol160.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3、Al3，在“中和”时生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，所以“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由题意知逆反应是“洗脱”，在碱性环境中有利于向“洗脱”方向进行，故淋洗液应呈碱性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH，所以“流出液”中阳离子最多的是K。(6)根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5H2O2NH3。6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375