高考化学一轮复习 专题突破训练1 化学工艺流程试题的解题策略 新人教版

专题突破训练(一)化学工艺流程试题的解题策略1(2015福建高考节选)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。 【导学号：95812105】(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为_。(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：已知：物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/57.6180(升华)300(升华)1 023步骤中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是_(只要求写出一种)。步骤中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是_。步骤的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为_。结合流程及相关数据分析，步骤中加入铝粉的目的是_。解析(1)Al3水解生成Al(OH)3胶体和H。(2)水分减少可防止Al3的水解，气孔数目增多，增大了接触面积，可以加快反应速率；焦炭能还原矿石中的铁；尾气中存在Cl2和CO2，故与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO、Na2CO3；根据工艺流程示意图可知液态混合物中含有FeCl3杂质，因此加入铝粉可除去FeCl3，提高AlCl3的纯度。答案(1)Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H(2)防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率铁或FeNaCl、NaClO、Na2CO3除去FeCl3，提高AlCl3纯度2(2015安徽高考改编)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：已知：NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙胺(沸点：33 )。(1)在第步反应加料之前，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在_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)第步分离采用的方法是_；第步分出NaBH4并回收溶剂，采用的方法是_。(3)写出第步反应的化学方程式_。解析(1)通入氩气后排净反应器中的水蒸气和空气，防止Na、NaBH4与水和空气中的O2反应；金属钠通常保存在煤油中；在取用钠时，应用镊子将钠从煤油中取出，并用滤纸吸干表面的煤油。(2)经过第步后得到溶液和固体，故该操作为过滤；由于异丙胺的沸点较低，故第步可以采用蒸馏的方法分离出NaBH4并回收溶剂。答案(1)除去反应器中的水蒸气和空气煤油镊子滤纸(2)过滤蒸馏(3)NaBO22SiO24Na2H2=NaBH42Na2SiO33(2014江苏高考)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)62x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)62x。滤渣的主要成分为_(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_(用离子方程式表示)。(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是_；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析(1)酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3，H2SO4与Al2O3反应生成盐和水，SiO2不和H2SO4反应，成为滤渣。(2)CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成CaSO4；如果pH偏高，一部分Al3会转化为Al(OH)3沉淀，离子方程式为3CaCO32Al33SO3H2O=2Al(OH)33CaSO43CO2。(3)热分解时，一部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，不能分解成为SO2；SO2溶于水生成H2SO3，会中和溶液中的部分OH，使溶液的pH减小。答案(1)Al2O33H2SO4=Al2(SO4)33H2OSiO2(2)CaSO43CaCO32Al33SO3H2O=2Al(OH)33CaSO43CO2(3)溶液中的部分SO被氧化成SO减小4(2017黄冈质检)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O710H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：(1)滤渣A能溶于氢氟酸，写出其反应的化学方程式_。(2)滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体，则滤渣B含有的成分有_，加MgO并煮沸的目的是_。(3)写出加NaClO过程中发生反应的离子方程式_。(4)趁热过滤的目的是_。(5)因B2O3溶于硫酸，所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸(H3BO3)，硼酸与NaOH溶液反应可制得硼砂，写出该反应的化学方程式_。失去结晶水的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂NaBH4”和另一种钠盐，写出其反应的化学方程式_。解析(1)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O710H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质，在硼镁泥中加硫酸，二氧化硅不溶，所以过滤后的滤渣A为二氧化硅，二氧化硅和氢氟酸反应的方程式为SiO24HF=SiF42H2O。(2)加次氯酸钠的目的是为了将亚铁离子和Mn2氧化，氧化后加氧化镁是为了调节pH，让铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀除去，滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体是二氧化锰，所以滤渣B的成分为：Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2。(3)加NaClO 过程中发生反应的离子方程式为Mn2ClOH2O=MnO2Cl2H、2Fe2ClO2H=2Fe3ClH2O。(4)蒸发浓缩、趁热过滤是为了除去硫酸钙，温度降低后，即冷却结晶后析出了硫酸镁，所以趁热过滤是为了防止硫酸镁析出。(5)4H3BO32NaOH3H2O=Na2B4O710H2O；失去结晶水的硼砂(Na2B4O7)与金属钠、氢气及石英砂(主要成分是SiO2)一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂NaBH4”和另一种钠盐，这种钠盐应该是硅酸钠，反应的方程式为Na2B4O716Na8H27SiO2=4NaBH47Na2SiO3。答案(1)SiO24HF=SiF42H2O(2)Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2调高溶液pH，促进Al3、Fe3完全水解成氢氧化物沉淀而除去(3)Mn2ClOH2O=MnO2Cl2H、2Fe2ClO2H=2Fe3ClH2O(4)防止MgSO4在温度降低时结晶析出(5)4H3BO32NaOH3H2O=Na2B4O710H2ONa2B4O716Na8H27SiO2=4NaBH47Na2SiO35(2015山东高考)工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：已知：Na2CO3NONO2=2NaNO2CO2(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外，还有_(填化学式)。(2)中和液进行蒸发操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_。蒸发产生的蒸汽中含有少量NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的_(填操作名称)最合理。(3)母液进行转化时加入稀HNO3的目的是_。母液需回收利用，下列处理方法合理的是_。a转入中和液B转入结晶操作c转入转化液 D转入结晶操作(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为21，则生产1.38吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为_吨(假设Na2CO3恰好完全反应)。解析(1)NO2与碱液反应可生成NaNO3。(2)蒸发操作的目的是使NaNO2结晶析出，使NaNO3留在母液中，当H2O蒸发量太大时，可能会造成NaNO3的浓度过大，从而形成饱和溶液而结晶析出。NaNO2冷凝后用于流程中的溶碱操作，以达到原料循环利用的目的。(3)酸性条件下，NaNO2易被氧化，加入HNO3可提供酸性环境。母液中含有NaNO3，将其转入转化液，或转入结晶操作，以达到原料循环利用的目的。(4)设Na2CO3理论用量为x，根据Na元素守恒得2，解得x1.59 t。答案(1)NaNO3(2)防止NaNO3的析出溶碱(3)将NaNO2转化为NaNO3c、d(4)1.596(2013全国卷)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6CxLixe=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 下进行，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Li1xCoO2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)。解析从工艺流程入手，结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。(1)LiCoO2中Li为1价，O为2价，故Co元素的化合价为3价。(2)正极碱浸过程中，导电剂中Al箔与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al2OH6H2O=2Al(OH)3H2。(3)由流程知：正极碱浸过滤滤渣中，反应物LiCoO2加入H2SO4、H2O2后，产物有Li2SO4、CoSO4，分析该反应知Co由32(CoSO4中Co显2价)，化合价降低，则只能是H2O2中O元素化合价升高生成O2。配平(电子守恒、原子守恒)该化学方程式得：2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O，反应温度在80 ，H2O2易发生分解反应2H2O22H2OO2；盐酸既具有酸性又具有还原性，盐酸中的Cl被氧化生成氯气，氯气有毒，能污染空气。(4)由流程知“沉钴”反应物为CoSO4和NH4HCO3，产物有CoCO3，CoCO3中CO来自HCO的电离(HCOHCO)，由于Co2结合CO使HCO电离平衡正向移动，溶液中c(H)增大，一部分HCO发生反应：HCOH=H2OCO2。故反应方程式为CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4CO2H2O。(5)根据题干信息，充电时负极发生反应6CxLixe=LixC6，放电时负极发生LixC6xe=6CxLi，结合LiCoO2与Li1xCoO2的转化可知放电总反应为Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C。(6)由于Li带正电荷，放电时Li向正极移动，进入正极材料，便于回收。从流程图可看出，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3和Li2SO4。答案(1)3(2)2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O、2H2O22H2OO2有氯气生成，污染较大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(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、Li2SO47辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示：(1)写出“浸取”过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式：_。(2)“回收S”过程中温度控制在5060 之间，不宜过高或过低的原因是_。(3)气体NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该反应的化学方程式为_；向“滤液M”中加入(或通入)_(填字母)，可得到另一种可循环利用的物质。a铁b氯气c高锰酸钾(4)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是_；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是_。解析(1)Fe3作氧化剂，Cu2S被氧化，离子方程式为Cu2S4Fe3=2Cu24Fe2S。(2)苯的沸点较低，温度过高苯易挥发，温度过低矿渣的溶解速率小，故应控制温度为5060 。(3)NOx作还原剂，根据质量守恒和得失电子守恒可写出反应的化学方程式：4NOx(52x)O22H2O=4HNO3；向滤液M中通入Cl2，将FeCl2氧化成FeCl3，FeCl3溶液可循环使用 。(4)Fe3可发生水解反应Fe33H2OFe(OH)33H，加入CuO，可使水解平衡向正反应方向移动；Cu2会水解，加入HNO3溶液可抑制Cu2的水解(不引入其他杂质)。答案(1)Cu2S4Fe3=2Cu24Fe2S(2)温度过高苯易挥发，温度过低矿渣的溶解速率小(3)4NOx(52x)O22H2O=4HNO3b (4)加大Fe3转化为Fe(OH)3的程度调节溶液的pH，抑制Cu2的水解