高考专题 无机化工工艺流程.docx

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高考专题无机化工工艺流程

专题工艺流程

2018年高考题

1.（2018江苏，19，15分）以Cl2、NaOH、（NH2）2CO（尿素）和SO2为原料可制备N2H4·H2O（水合肼）和无水Na2SO3，其主要实验流程如下:

②N2H4·H2O沸点约118℃，具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N2。

（1）步骤Ⅰ制备NaClO溶液时，若温度超过40℃,Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl，其离子方程式为;实验中控制温度除用冰水浴外，还需采取的措施是。

（2）步骤Ⅱ合成N2H4·H2O的装置如图1所示。

NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40℃以下反应一段时间后，再迅速升温至110℃继续反应。

实验中通过滴液漏斗滴加的溶液是;使用冷凝管的目的是。

（3）步骤Ⅳ用步骤Ⅲ得到的副产品Na2CO3制备无水Na2SO3（水溶液中H2SO3、HSO3-、SO32-随pH的分布如图2所示，Na2SO3的溶解度曲线如图3所示）。

①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。

实验中确定何时停止通SO2的实验操作为。

②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：

，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。

1.

（1）3Cl2+6OH-

5Cl-+ClO3-+3H2O（3分）〓缓慢通入Cl2（2分）

（2）NaClO碱性溶液（2分）减少水合肼的挥发（2分）

（3）①测量溶液的pH,若pH约为4,停止通SO2（2分）

②边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液,测量溶液pH,pH约为10时,停止滴加NaOH溶液,加热浓缩溶液至有大量晶体析出,在高于34℃条件下趁热过滤（4分）

【解析】本题考查物质制取的实验知识，考查的化学核心素养是科学探究与创新意识。

（1）由题给条件，反应物为Cl2和NaOH，生成物为NaClO3、NaCl、H2O，根据离子方程式书写规则、原子守恒、电荷守恒以及得失电子守恒得该离子反应为：

3Cl2+6OH-===5Cl-+ClO3-+3H2O；Cl2与碱反应放热，所以要控制温度还要控制通入氯气速度。

（2）步骤Ⅱ是尿素和次氯酸钠反应合成水合肼，由题给信息水合肼能与次氯酸钠剧烈反应，所以滴液漏斗中盛装的是次氯酸钠碱性溶液，由水合肼沸点约为118℃，题给实验反应温度为110℃，故使用冷凝管的目的是减少水合肼的挥发。

（3）①由题图2所给pH与各粒子摩尔分数关系可知，在pH约为4时，溶液中HSO3-浓度最大，此时可停止通SO2气体；②由NaHSO3制备Na2SO3，是向NaHSO3溶液中加入NaOH溶液，由题图2可知在pH约为10时，SO32-浓度最大，此时停止加入NaOH，再由Na2SO3的溶解度曲线可知，过滤温度应高于34℃。

实验方案为：

边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为10时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在温度高于34℃条件下趁热过滤。



2017年高考题

1.【2017年高考全国卷Ⅱ卷26题】水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。

实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:

回答下列问题:

（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。

加入硝酸的目的是　　　　，还可使用　　　　代替硝酸。

（2）沉淀A的主要成分是　　　　，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为　　　　。

（3）加氨水过程中加热的目的是　　　　。

沉淀B的主要成分为　　　　　　　　、　　　　　　　　（写化学式）。

（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为:

MnO42-+H++H2C2O4

Mn2++CO2+H2O。

实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为　　　　。

【答案】

（1）将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+　H2O2

（2）SiO2（或H2SiO3）　SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O（或H2SiO3+4HF

SiF4↑+3H2O）

（3）防止胶体生成，易沉淀分离　Al（OH）3　Fe（OH）3

（4）45.0%

【解析】本题结合实验室测定水泥样品中钙含量的流程考查元素化合物、物质分离提纯等知识的应用。

（1）水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2+氧化为Fe3+，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。

（2）根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2（或H2SiO3），SiO2（或H2SiO3）能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。

（3）加入氨水调节溶液的pH=4~5的过程中加热，能防止胶体生成，易沉淀分离，结合流程图可知，沉淀B的主要成分是Al（OH）3和Fe（OH）3。

（4）根据反应中转移电子数相等可找出关系式2MnO42-~5H2C2O4，结合消耗KMnO4溶液的浓度和体积可求出n（H2C2O4）=

=4.5×10-3 mol，则该水泥样品中钙的质量分数为

×100%=45.0%。

2，【2017年高考全国卷Ⅲ卷27题】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m1 kg铬铁矿粉（含Cr2O3 40%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为　　　。

【答案】

（1）2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应

（2）Fe　Al（OH）3

（3）小　2Cr2O42-+2H+

Cr2O72-+H2O

（4）d　复分解反应

（5）

×100%

【解析】本题考查以铬铁矿为原料制备重铬酸钾的工艺流程分析。

（1）1molFeO·Cr2O3参与反应共失去7mol电子，而1molNaNO3参与反应得到2mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。

由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。

（2）步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。

结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。

（3）滤液2中存在平衡:

2Cr2O42-+2H+

Cr2O72-+H2O，氢离子浓度越大（pH越小），越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。

（4）根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。

步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7+2KCl

 K2Cr2O7↓+2NaCl，其属于复分解反应。

（5）该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为

，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0=

×294g·mol-1×10-3 kg·g-1=

 kg，所以产品的产率为

×100%=

×100%。

3.【2017高考海南卷17题】（10分）以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：

硼镁泥的主要成分如下表：

MgO

SiO2

FeO、Fe2O3

CaO

Al2O3

B2O3

30%~40%

20%~25%

5%~15%

2%~3%

1%~2%

1%~2%

回答下列问题：

（1）“酸解”时应该加入的酸是_______，“滤渣1”中主要含有_________（写化学式）。

（2）“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________、_______。

（3）判断“除杂”基本完成的检验方法是____________。

（4）分离滤渣3应趁热过滤的原因是___________。

【答案】

（1）H2SO4（1分）SiO 2（1分）

（2）将Fe2+氧化为Fe3+（2分）调节溶液pH，使Fe3+、Al3+形成氢氧化物沉淀除去（2分）（3）取滤液将其酸化后滴加KSCN溶液，若溶液未变红，则说明除杂完全（2分）（4）防止MgSO4·7H2O结晶析出（2分）【解析】

（1）由于制取的产品是MgSO4·7H2O，所以“酸解”时应加入硫酸。

“滤渣1”的成分是难溶于硫酸的物质，根据硼镁泥的主要成分可知“滤渣1”中主要含有SiO2，当然也会有少量的B2O3以及“酸解”时生成的微溶性的CaSO4。

（2）次氯酸钙具有强氧化性，能将Fe2+氧化为Fe3+，便于沉淀分离。

加入MgO可以消耗过量的硫酸，调节溶液的pH，使Fe3+、Al3+形成氢氧化物沉淀而除去。

（3）“除杂”基本完成时，溶液中不存在Fe3+，可以通过检验溶液中是否含有Fe3+来判断“除杂”是否完成。

（4）较低温度下，MgSO4·7H2O的溶解度减小，会结晶析出，造成损失。

所以分离滤渣3应趁热过滤。

【名师点睛】快速解答化工流程题的技巧：

（1）化工流程题中，一般情况下各个问题相对独立，无连带效应，一个问题解决不了一般不会影响下一个问题的解决。

所以遇到不会做的题目，要舍得放弃。

（2）对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与答题无关，不必细究。

（3）每题中基本上都有与流程图无关的问题，可以直接根据已有的知识去完成。

例如过滤或洗涤沉淀的操作、方程式的书写以及有关计算等。

2016~2013年高考题

1．【2016年高考北京卷】（12分）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。

其工作流程如下:

（1）过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是　                                                      。

（2）过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为:

i.2Fe2++PbO2+4H++

2Fe3++PbSO4+2H2O

ii.……

①写出ii的离子方程式:

　                                                                。

②下列实验方案可证实上述催化过程。

将实验方案补充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。

b.　                                                                                        。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡:

PbO（s）+NaOH（aq） 

NaHPbO2（aq），其溶解度曲线如图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。

滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是　　　　（选填序号）。

A.减少PbO的损失，提高产品的产率

B.重复利用NaOH，提高原料的利用率

C.增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率

②过程Ⅲ的目的是提纯。

结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作:

　                                                                   。

【答案】

（1）Pb+PbO2+2H2SO4

 2PbSO4+2H2O

（2）①2Fe3++Pb+

 2Fe2++PbSO4

②b.取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去

（3）①A、B　②向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体

【解析】

（1）根据题给化学工艺流程知，过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和水，化学方程式为Pb+PbO2 +2H2SO4

 2PbSO4+2H2O。

（2）①催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，加快化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。

根据题给信息知，反应i中Fe2+被PbO2氧化为Fe3+，则反应ii中Fe3+被Pb还原为Fe2+，离子方程式为2Fe3++Pb+

 PbSO4+2Fe2+。

②a实验证明发生了反应i，则b实验须证明发生了反应ii，实验方案为:

取a中红色溶液少量，加入过量铅粉，充分反应后，红色褪去。

（3）①过程Ⅱ的目的是除硫，操作过程中会加入过量的NaOH，通过题给条件可知，部分PbO溶解在NaOH溶液中，故滤液1中会有过量的NaOH和PbO溶解在NaOH溶液中产生的NaHPbO2，重复使用滤液1，可减少PbO的损失，提高产率，且NaOH也得到了重复利用，提高了原料的利用率。

②过程Ⅲ是从粗产品中得到纯产品，结合溶解度曲线，可选用重结晶操作。

根据条件可知，粗品中含有炭黑，需要趁热过滤，然后冷却结晶，过滤得到纯产品。

【考点定位】本题主要是考查化学工艺流程分析，催化剂，离子方程式书写，化学实验方案的设计，物质的分离、提纯，平衡移动原理的应用等。

【名师点晴】化学高考试题的发展趋势必然是重视与生产、生活的紧密联系，但不管如何灵活多变，工业生产离不开反应原理中的方向、速率和限度问题。

该题以铅的再生利用为载体，考查了陌生方程式书写、元素化合物性质、速率平衡、转化率等问题，综合性较强。

第（3）②问不太好分析，需要结合图像及题目的前后信息来解决。

2．【2016年高考海南卷】（8分）KAl（SO4）2·12H2O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。

实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用___（填标号）。

A．HCl溶液B．H2SO4溶液C．氨水D．NaOH溶液

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________。

（3）沉淀B的化学式为________；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是__________。

（4）已知：

Kw=1.0×10-14，Al（OH）3

AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。

Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于_________。

【答案】（8分）

（1）d（2分）

（2）2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑（2分）

（3）Al（OH）3Al3+水解，使溶液中H+浓度增大（每空1分，共2分）

（4）20（2分）

【解析】

试题分析：

（1）易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质），它们都是比较活泼的金属，都可以与酸发生反应，而Al可以与强碱溶液反应变为NaAlO2进入溶液，而Fe、Mg不能与碱发生反应，所以要以含Al的易拉罐为原料制取明矾，应该用强碱NaOH溶液溶解，选项d正确；Mg、Fe是固体杂质留在滤渣中；

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑，反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；（3）滤液A的主要成分是NaAlO2，向其水溶液中加入NH4HCO3溶液，AlO2-、NH4+发生盐的双水解反应，产生Al（OH）3沉淀和NH3·H2O，反应的方程式是AlO2-+2H2O+NH4+=Al（OH）3↓+NH3·H2O，所以沉淀B化学式为Al（OH）3；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是该盐是强酸弱碱盐，Al3+发生水解反应，消耗水电离产生的H+，当最终达到平衡时溶液中c（H+）>c（OH-），所以溶液显酸性。

（4）已知：

Kw=1.0×10-14，Al（OH）3

AlO2-+H++H2OK=2.0×10-13。

Al（OH）3溶于NaOH溶液反应的平衡常数K=

。

【名师点睛】工艺流程题，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。

制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。

审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度（原料是否廉价易得）、环保角度（是否符合绿色化学的要求）、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。

而且还要看清问题，不能答非所问。

要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：

本题改变了什么条件（或是什么条件）→根据什么理论→所以有什么变化→结论。

3．【2016年高考江苏卷】（12分）以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下:

（1）氯化过程控制电石渣过量、在75℃左右进行。

氯化时存在Cl2与Ca（OH）2作用生成Ca（ClO）2的反应，Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2，少量Ca（ClO）2分解为CaCl2和O2。

①生成Ca（ClO）2的化学方程式为　                                                                   。

②提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率的可行措施有　　　　（填序号）。

A.适当减缓通入Cl2速率

B.充分搅拌浆料

C.加水使Ca（OH）2完全溶解

（2）氯化过程中Cl2转化为Ca（ClO3）2的总反应方程式为

6Ca（OH）2+6Cl2

Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O

氯化完成后过滤。

①滤渣的主要成分为　　　　（填化学式）。

②滤液中Ca（ClO3）2与CaCl2的物质的量之比n[Ca（ClO3）2]∶n[CaCl2]　　　　1∶5（填“>”、“<”或“=”）。

（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca（ClO3）2转化为KClO3。

若溶液中KClO3的含量为100g·L-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是　                                                。

【答案】

（1）①2Cl2+2Ca（OH）2 

Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O　②AB

（2）①CaCO3 、Ca（OH）2　②<

（3）蒸发浓缩、冷却结晶

【解析】本题主要考查KClO3的制备工艺流程，意在考查考生对物质制备工艺流程的综合分析能力。

（1）①Cl2与Ca（OH）2发生反应:

2Ca（OH）2+2Cl2

Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O，生成Ca（ClO）2。

②适当减缓通入Cl2速率，可以控制电石渣过量，使Cl2与电石渣充分反应，A项正确；充分搅拌浆料，使反应进行完全，可以提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率，B项正确；加水使Ca（OH）2完全溶解，不能提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率，C项错误。

（2）①电石渣中CaCO3与氯气不反应，而Ca（OH）2的溶解度较小，故滤渣的主要成分为CaCO3和Ca（OH）2。

②氯化时存在Cl2与Ca（OH）2生成Ca（ClO）2的反应，故n[Ca（ClO3）2]:

n[CaCl2]<1:

5。

（3）根据溶解度曲线，KClO3的溶解度受温度影响较大，可采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体。

【考点定位】本题主要是考查物质制备工艺流程分析

【名师点晴】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。

流程题的解题思路为：

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。

解决本类题目的基本方法和步骤为：

（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。

（2）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。

（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：

①反应物是什么；②发生了什么反应；③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。

4．【2016年高考四川卷】（16分）资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。

磷尾矿主要含Ca5（PO4）3F和CaCO3·MgCO3。

某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案，制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg（OH）2、P4和H2，其简化流程如下:

已知:

①Ca5（PO4）3F在950℃不分解；

②4Ca5（PO4）3F+18SiO2+30C

2CaF2+30CO+18CaSiO3+3P4

请回答下列问题:

（1）950℃煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是　                            。

（2）实验室过滤所需的玻璃仪器是　                                             。

（3）NH4NO3溶液能从磷矿Ⅰ中浸取出Ca2+的原因是 　                                            。

（4）在浸取液Ⅱ中通入NH3，发生反应的化学方程式是 　                                                    。

（5）工业上常用磷精矿[Ca5（PO4）3F]和硫酸反应制备磷酸。

已知25℃，101kPa时:

CaO（s）+H2SO4（l） 

CaSO4（s）+H2O（l）   ΔH=-271kJ/mol

5CaO（s）+3H3PO4（l）+HF（g） 

Ca5（PO4）3F（s）+5H2O（l）　ΔH=-937kJ/mol

则Ca5（PO4）3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是 　                                                 。

（6）在一定条件下CO（g）+H2O（g）

CO2（g）+H2（g），当CO与H2O（g）的起始物质的量之比为1∶5，达平衡时，CO转化了

。

若a kg含Ca5（PO4）3F（相对分子质量为504）的质量分数为10%的磷尾矿，在上述过程中有b%的Ca5（PO4）3F转化为P4，将产生的CO与H2O（g）按起始物质的量之比1∶3混合，则在相同条件下达平衡时能产生H2　　　　kg。

【答案】

（1）CO2

（2）漏斗、烧杯、玻璃棒

（3）N

水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca（OH）2反应生成Ca2+

（4）MgSO4+2NH3+2H2O

 Mg（OH）2↓+（NH4）2SO4

（5）Ca5（PO4）3F（s）+5H2SO4（l） 

 5CaSO4（s）+3H3PO4（l）+H