高考化学三轮冲刺 专题321 以物质性质为基础的化工工艺综合题解题方法和策略.docx

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高考化学三轮冲刺专题321以物质性质为基础的化工工艺综合题解题方法和策略

专题3.21以物质性质为基础的化工工艺综合题

无机化工流程题因其文字较少、涉及知识点较多，并能较好地考查信息处理、推理等能力而成为近年来高考命题的热点题型。

化学工艺流程题以工业生产实际为载体，以元素化合物知识为基础，综合考查化学实验基本操作，物质的性质、制备和转化，环境保护等知识，它将实验、元素化合物和化学理论有机地结合在一起，综合性强，是化学Ⅱ卷考查的重头戏。

试题以流程图为背景，阅读量大，对信息的提取和处理能力要求较高。

考查的知识全面，既要对双基熟练掌握，又要有应用知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力。

【详解】

【例题2】2018第十二届中国国际航空航天博览会于11月6目至11日在珠海举行，银铜合金广泛用于航空工业。

从银铜合金切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

注：

Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为450℃和80℃。

（1）加快渣料（含少量银）溶于稀H2SO4的速率的措施有_______、_________（写出两种）。

（2）滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，滤渣A与稀HNO3反应的离子方程式为________________________。

（3）固体混合物B的组成为______________；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为_____________________

（4）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：

_____CuO+___Al2O3

___CuAlO2+_____↑

（5）硫酸铜溶液可用于浸取硫铁矿中的铁元素，浸取时发生复杂的氧化还原反应。

反应体系中除CuSO4和FeS2外，还有H2SO4、Cu2S、FeSO4和H2O，下列对该反应的分析不正确的是_______（填序号）。

A.氧化剂为CuSO4和FeS2B.反应后溶液的pH降低

C.每转移2mol电子消耗3molCuSO4D.被氧化的FeS2只占总量的30%

【答案】搅拌适当升温、适当增大硫酸的浓度3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2OAl（OH）3和CuO的混合物Al（OH）3+OH－=AlO2－+2H2O424O2C

【解析】

【分析】

由工艺流程图可以知道，废料在空气中熔炼时，Cu被氧化，渣料中含有CuO及少量的Ag，向渣料中加入硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应，过滤得到硫酸铜溶液（含有硫酸），滤渣A为Ag，向CuSO4溶液中加入硫酸铝、氢氧化钠，得到氢氧化铝、氢氧化铜，根据题给注解，煮沸过滤得到的B为氢氧化铝和CuO的混合物，B在惰性气体中煅烧会得到CuAlO2，据此分析。

【详解】

（3）CuSO4溶液中加入Al2（SO4）3、NaOH产生Al（OH）3和Cu（OH）2沉淀，由于Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为450℃和80℃，煮沸时Cu（OH）2分解成CuO和H2O，Al（OH）3不分解，过滤后得到固体混合物B的组成为Al（OH）3和CuO的混合物；氢氧化铝是两性氢氧化物，NaOH是强碱，若强碱溶液过量，则过量的NaOH能溶解部分或全部氢氧化铝，其离子方程式为Al（OH）3+OH－=AlO2－+2H2O，故答案为：

Al（OH）3和CuO的混合物，Al（OH）3+OH－=AlO2－+2H2O。

（4）根据氧化还原反应的特征推断，铜元素由+2价降为+1价，铝元素化合价不变，由此推断反应前后升价元素一定是氧，且化合价由-2价升为0价，即缺少的生成物为氧气；根据化合价升降法配平可得：

4CuO+2Al2O3

4CuAlO2+O2↑，故答案为：

4，2，4，O2。

1、解题思路

明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点

在解这类题目时：

首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。

其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。

第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性

在答题时应注意：

前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。

分析流程图需要掌握的技巧是：

①浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物；

②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；

③解析流程图并思考：

从原料到产品依次进行了什么反应？

利用了什么原理（氧化还原？

溶解度？

溶液中的平衡？

）。

每一步操作进行到什么程度最佳？

每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？

杂质或副产物是怎样除去的？

无机化工题：

要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。

考察内容主要有：

①原料预处理

②反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）

③反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯）

④绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）

⑤化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。

2、规律

主线主产品分支副产品回头为循环

核心考点：

物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯

3、工业生产流程主线与核心

4、熟悉工业流程常见的操作与名词

原料的预处理

①溶解通常用酸溶。

如用硫酸、盐酸、浓硫酸等

②灼烧如从海带中提取碘

③煅烧如煅烧高岭土改变结构，使一些物质能溶解。

并使一些杂质高温下氧化、分解

④研磨适用于有机物的提取如苹果中维生素C的测定等。

控制反应条件的方法

①控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀----pH值的控制。

②蒸发、反应时的气体氛围

③加热的目的加快反应速率或促进平衡向某个方向移动

④降温反应的目的防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动

⑤趁热过滤防止某物质降温时会析出

⑥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

物质的分离和提纯的方法

①结晶——固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）

②过滤——固、液分离

③蒸馏——液、液分离

④分液——互不相溶的液体间的分离

⑤萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。

⑥升华——将可直接气化的固体分离出来。

⑦盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出

常见名词

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

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

水洗：

通常为除去水溶性杂质

水浸：

与水接触反应或溶解

1．我国是世界上最大的钨储藏国，金属钨可用于制造灯丝、合金钢和光学仪器，有“光明使者”的美誉；现以白钨矿（主要成分为CaWO4，还含有二氧化硅、氧化铁等杂质）为原料冶炼高纯度金属钨，工业流程如下：

已知：

①钨酸酸性很弱，难溶于水；

②完全沉淀离子的pH值：

SiO32-为8，WO42-为5；

③碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨。

回答下列问题：

（1）工业上生产纯碱常先制得碳酸氢钠，此法叫“联碱法”，为我国化工专家侯德榜创立，即向饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，最终生成碳酸氢钠晶体和氯化铵溶液，写出该化学反应方程式：

____________。

（2）流程中白钨矿CaWO4和纯碱发生的化学反应方程式是：

________________________。

（3）滤渣B的主要成分是（写化学式）______。

调节pH可选用的试剂是：

_____（填选项）。

A.氨水B.盐酸C.NaOH溶液D.Na2CO3溶液

（4）检验沉淀C是否洗涤干净的操作是________________________________________。

（5）为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨，不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是_________。

（6）将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中可得到钨酸钙，已知某温度时，Ksp（CaWO4）=1×10-10，Ksp[Ca（OH）2]=4×10-7，当溶液中WO42-恰好沉淀完全（离子浓度等于10-5mol/L）时，溶液中c（OH-）=_____。

【答案】NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4ClCaWO4+Na2CO3

Na2WO4+CaO+CO2↑H2SiO3B取最后一次的洗涤液少量于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴加1～2滴AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净，若出现白色沉淀则表明沉淀未洗净。

如果用碳做还原剂，过量的碳混杂在金属中难以除去，而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨，不容易获得纯的金属钨，若用氢气作还原剂，就可避免该问题。

0.2mol/L

【解析】

【分析】

白钨矿的主要成分是CaWO4，含有SiO2、Fe2O3等杂质，白钨矿与碳酸钠在1000℃温度下反应，SiO2与Na2CO3会反应生成Na2SiO3，Fe2O3不反应，得到的混合物用水浸取，过滤后的滤液经过系列操作得到WO3，说明Na2CO3与CaWO4反应生成Na2WO4，则滤渣A为Fe2O3等，滤液中含有Na2SiO3、Na2WO4，再调节pH在5～8之间，使SiO32-转化为H2SiO3沉淀过滤除去，母液中含有Na2WO4，向其中加入盐酸得到沉淀C为H2WO4，沉淀C灼烧产生WO3和水，再还原WO3得到钨。

（1）NH3+CO2+H2O=NH4HCO3，NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl，方程式叠加得到总反应方程式；

（2）CaWO4与纯碱反应生成Na2WO4、CaO与CO2；

（3）滤渣B为硅酸，调节溶液pH使硅酸根转化为H2SiO3沉淀过滤除去，应加入酸；

（4）检验沉淀C的表面会附着NaCl，用硝酸银溶液检验最后一次洗涤液中是否含有Cl-判断；

（5）在高温下碳或氢气都可置换出W，但碳为固体，难以分离，且碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨；

（6）根据Ksp（CaWO4）=c（Ca2+）×c（WO4-）计算c（Ca2+），再根据Ksp[Ca（OH）2]=c（Ca2+）×c2（OH-）计算c（OH-）。

【详解】

【点睛】

本题考查化学工艺流程的知识，涉及物质的分离提纯、离子的检验、化学实验基本操作、对原理的分析评价、溶度积常数的有关计算等，关键是对工艺流程的理解，全面考查了学生的知识运用能力、接收信息的能力等。

2．钛白粉（TiO2）广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。

利用黑钛矿石[主要成分为（Mg0.5Fe0.5）Ti2O5，含有少量Al2Ca（SiO4）2]制备TiO2，工艺流程如下。

已知：

TiOSO4易溶于水，在热水中易水解生成H2TiO3，回答下列问题：

（1）（Mg0.5Fe0.5）Ti2O5中钛元素的化合价为_________，实验“焙烧”所需的容器名称是_________，“滤渣”的主要成分是__________________（填化学式）。

（2）制取H2TiO3的化学方程式为__________________。

（3）矿石粒度对TiO2的提取率影响如图，原因是____________。

（4）相关的金属难溶化合物在不同pH下的溶解度（s，mol·L－1）如图所示，步骤④应该控制的pH范围是_________（填标号）

A.1~2B.2~3C.5~6D.10~11

（5）常用硫酸铁铵[NH4Fe（SO4）2]滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：

用足量酸溶解ag二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100mL，取20.00mL，以NH4SCN作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为：

Ti3++Fe3+=Ti4++Fe2+

①滴定终点的现象为_____________。

②滴定终点时消耗bmol·L－1NH4Fe（SO4）2溶液VmL，则TiO2纯度为_________。

（写表达式）

【答案】+4坩埚CaSO4CaSiO3TiOSO4＋2H2O

H2TiO3↓＋H2SO4矿石粒度越小，反应接触面积越大，反应速率越快B当滴入最后一滴硫酸铁铵时，溶液变成血红色，且30s内不变回原色

【解析】

【分析】

（1）根据化合价代数和等于0解答；

灼烧固体用坩埚；

根据黑钛矿石[主要成分为（Mg0.5Fe0.5）Ti2O5，含有少量Al2Ca（SiO4）2]加入NH4HSO4焙烧后，发生的反应解题；

（2）由TiOSO4水解制备；

（3）由影响反应的速率、转化率的因素分析；

（4）由图读出：

金属难溶化合物在不同pH下的溶解度（s，mol·L－1），步骤④应该控制的pH范围是钛酸沉淀，而氢氧化铝不沉淀；

（5）①铁离子过量时，反应到达终点；

②由TiO2～Fe3＋关系式求解；

（4）步骤Ⅲ中发生反应是硫酸亚铁和碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀、硫酸铵、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：

FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑，反应温度一般需控制在35℃以下，是为了避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化，

故答案为：

FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+H2O+CO2↑；避免温度过高碳酸氢铵分解，减少Fe2+的水解或氧化。

（5）室温下测得溶液的pH为8.5，c（OH-）=10−14÷10−8.5=1×10-5.5，由题中数据可知，溶液中c（Fe2+）•c2（OH-）=1×10-6×（1×10-5.5）2=1×10-17＜Ksp[Fe（OH）2]=8×10-16，故无Fe（OH）2沉淀生成；步骤Ⅳ中，为了得到较为纯净的Fe2O3，除了适当的温度外，还需要采取的措施是向反应容器中补充适量的空气。

故答案为：

没有；向反应容器中补充适量的空气。

【点睛】

解答该类题目时注意把握实验反应的原理和操作流程的目的，特别是主要是物质性质的理解。

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．高铁酸钾（K2FeO4）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。

其生产工艺如下：

已知：

①2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O（条件：

温度较低）

②6KOH+3Cl2=5KCl+KClO3+3H2O（条件：

温度较高）

③2Fe（NO3）3+3KClO+10KOH=2K2FeO4+6KNO3+3KCl+5H2O

回答下列问题：

（1）该生产工艺应在______________（填“温度较高”或“温度较低”）情况下进行，从绿色化学的角度考虑通入氯气速率应________（填“较快”或“较慢”）；

（2）写出工业上制取Cl2的化学方程式_____________________________________；

（3）K2FeO4可作为新型多功能水处理剂的原因是______________________；

（4）配制KOH溶液时，是在每100mL水中溶解61．6gKOH固体（该溶液的密度为1．47g/mL），它的物质的量浓度为____________（保留整数）；

（5）在“反应液I”中加KOH固体的目的是__________：

A．与“反应液I”中过量的Cl2继续反应，生成更多的KClO

B．KOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率

C．为下一步反应提供反应物

D．使副产物KClO3转化为KClO

（6）从“反应液II”中分离出K2FeO4后，会有副产品_____________（写化学式）。

（7）该工艺每得到1.98kgK2FeO4，理论上消耗Cl2的物质的量为___________mol。

【答案】温度较低较慢2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑K2FeO4具有强氧化性，可杀菌消毒；还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）3胶体，可吸附水中悬浮物形成沉淀10mol/LACKNO3KCl15

【解析】

【分析】

根据该流程在温度较低下发生反应2KOH+Cl2=KCl+KClO+H2O，无副产物KClO3生成，再加入过量的KOH使Cl2充分反应，生成KClO，再与硝酸铁反应生成高铁酸钾。

【详解】

（4）溶液的质量=（100+61.6）g，溶液体积=

=0.11L，n（KOH）=

=1.1mol,物质的量浓度=

=10mol/L；

d.ClO2易溶于水,不能利用饱和食盐水吸收氨气,故d错误；

因此，本题正确答案是:

c。

（3）①由题目信息可以知道,ClO2通入锥形瓶与酸性碘化钾溶液反应,氧化I-为I2,自身被还原为Cl-,同时生成水,反应离子方程式为2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O；

因此，本题正确答案是:

2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O。

④含有Na2SO3物质的量为0.02L×0.1mol/L=0.002mol,则根据关系式:

2ClO2—5I2—10S2O32-；

210

n（ClO2）0.002

所以n（ClO2）=0.004mol，m（ClO2）=0.004mol×67.5g/mol=0.02700g；

因此，本题正确答案是:

0.02700。