20届高考化学二轮复习 第1部分 题型专训三 化学工艺流程题.docx

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20届高考化学二轮复习第1部分题型专训三化学工艺流程题

题型专训（三）　化学工艺流程题

1．解题要领必备

解答工艺流程综合题的关键是分析流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，需要宏观把握整个流程，可针对问题分析细节，不必把每个环节的原理都弄清。

总体方法：

关注箭头的指向（聚焦局部，箭头指入——反应物，箭头指出——生成物）、前后追溯物质（放大局部）、考虑反应实际（物质性质、试剂用量）。

2．识记化工术语

关键词

释义

研磨、雾化

将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分

灼烧（煅烧）

使固体在高温下分解或改变结构，使杂质高温氧化、分解等。

如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿

浸取

向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等

浸出率

固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少

酸浸

在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程

水浸

与水接触反应或溶解

过滤

固体与液体的分离

滴定

定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定

蒸发结晶

蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出

蒸发浓缩

蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度

水洗

用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等

酸作用

溶解、去氧化物（膜）、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等

碱作用

去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解（沉淀）

3.常见操作的答题考虑角度

常见的操作

答题要考虑的角度

分离、提纯

过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作；

从溶液中得到晶体的方法：

蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—（洗涤、干燥）

提高原子利用率

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）

在空气中或在其他气体中进行的反应或操作

要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的

判断沉淀是否洗涤干净

取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等

控制溶液的pH

①调节溶液的酸碱性，抑制水解（或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀）

②“酸作用”还可除去氧化物（膜）

③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等

④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）

控制温度（常用水浴、冰浴或油浴）

①防止副反应的发生

②使化学平衡移动；控制化学反应的方向

③控制固体的溶解与结晶

④控制反应速率：

使催化剂达到最大活性

⑤升温：

促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发

⑥加热煮沸：

促进水解，聚沉后利于过滤分离

⑦趁热过滤：

减少因降温而析出的溶质的量

⑧降温：

防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求

洗涤晶体

①水洗：

通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质

②“冰水洗涤”：

能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗

③用特定的有机试剂清洗晶体：

洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度有利于析出，减少损耗等

④洗涤沉淀方法：

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2～3次

表面处理

用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等

1．（2019·全国卷Ⅰ，26）硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。

一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。

（2）“滤渣1”的主要成分有__________________________________________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。

（3）根据H3BO3的解离反应：

H3BO3＋H2OH＋＋B（OH）

，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节到3.5，目的是___________________________。

（4）在“沉镁”中生成Mg（OH）2·MgCO3沉淀的离子方程式为________________，母液经加热后可返回________工序循环使用。

由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。

答案　

（1）NH4HCO3＋NH3===（NH4）2CO3

（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

（3）一元弱　转化为H3BO3，促进析出

（4）2Mg2＋＋3CO

＋2H2O===Mg（OH）2·MgCO3↓＋2HCO

[或2Mg2＋＋2CO

＋H2O===Mg（OH）2·MgCO3↓＋CO2↑]　溶浸　高温焙烧

解析　

（1）硫酸铵溶液中存在平衡：

NH

＋H2ONH3·H2O＋H＋，硼酸镁能与水解出的H＋反应，促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡NH3·H2ONH3＋H2O，一水合氨浓度增大，促进NH3·H2O分解产生NH3。

用NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为NH4HCO3＋NH3===（NH4）2CO3。

（2）二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。

检验Fe3＋的试剂可选用KSCN。

（3）由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。

“过滤2”之前，调节pH≈3.5的目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。

（4）“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生水解相互促进反应生成碱式碳酸镁：

2Mg2＋＋2CO

＋H2O===Mg（OH）2·MgCO3↓＋CO2↑，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。

母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。

碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法，化学方程式为Mg（OH）2·MgCO3

2MgO＋H2O＋CO2↑。

2．（2019·全国卷Ⅱ，26）立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

回答下列问题：

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。

灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________（填标号）。

A．黄色B．红色C．紫色D．绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为________________________________________________________________________。

回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为_____________________________________________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的____________________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为____________________________________________。

（3）成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。

称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L－1的I2KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。

以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000mol·L－1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2＋2S2O

===2I－＋S4O

。

测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。

终点颜色变化为________________，样品中S2－的含量为__________________（写出表达式）。

答案　

（1）D　

（2）①BaSO4＋4C

BaS＋4CO↑　CO＋H2O（g）===CO2＋H2　②BaCO3　③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO

===ZnS·BaSO4↓

（3）浅蓝色至无色　

×100%

解析　

（1）灼烧立德粉样品时钡的焰色为绿色。

（2）①由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知，在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶性的BaS和CO；生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO，即CO与H2O反应生成CO2和H2。

②所得“还原料”的主要成分是BaS，BaS在潮湿空气中长期放置能与空气中的H2O反应生成具有臭鸡蛋气味的H2S气体，“还原料”的水溶性变差，表明其表面生成了难溶性的BaCO3。

③结合立德粉的成分可写出沉淀器中S2－、Ba2＋、Zn2＋、SO

反应生成ZnS·BaSO4的离子方程式。

（3）达到滴定终点时I2完全反应，可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色，且半分钟内颜色不再发生变化；根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式I2～2S2O

，可得n（I2）过量＝

×0.1000V×10－3mol，再根据关系式S2－～I2可知，n（S2－）＝0.1000×25.00×10－3mol－

×0.1000V×10－3mol＝（25.00－

）×0.1000×10－3mol，则样品中S2－的含量为

×100%。

3．（2019·全国卷Ⅲ，26）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如图所示。

回答下列问题：

相关金属离子[c0（Mn＋）＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Mn2＋

Fe2＋

Fe3＋

Al3＋

Mg2＋

Zn2＋

Ni2＋

开始沉淀的pH

8.1

6.3

1.5

3.4

8.9

6.2

6.9

沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

（1）“滤渣1”含有S和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：

_________________________________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为________～6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是_______________________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。

若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式：

______________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。

当x＝y＝

时，z＝________。

答案　

（1）SiO2（或不溶性硅酸盐）　MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O　

（2）将Fe2＋氧化为Fe3＋　（3）4.7　（4）NiS和ZnS　（5）F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2（s）Mg2＋（aq）＋2F－（aq）平衡向右移动　（6）Mn2＋＋2HCO

===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O　（7）

解析　

（1）硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2（或不溶性硅酸盐）。

结合“滤渣1”中含S，可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S，根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。

（2）“溶浸”后溶液中含Fe2＋，“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2＋氧化为Fe3＋。

（3）“调pH”除去Fe3＋和Al3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7～6之间。

（4）“除杂1”中加入Na2S能将Zn2＋和Ni2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。

（5）“除杂2”中F－与Mg2＋反应生成MgF2沉淀，若溶液酸度过高，则F－与H＋结合生成弱电解质HF，导致MgF2（s）Mg2＋（aq）＋2F－（aq）平衡向右移动，Mg2＋不能完全除去。

（6）“沉锰”时Mn2＋与HCO

反应生成MnCO3并放出CO2，由此可写出离子方程式。

（7）化合物LiNixCoyMnzO2中，当x＝y＝

时，根据化合物中正负化合价代数和为0知1＋2×

＋3×

＋4z－2×2＝0，解得z＝

。

4．[2018·全国卷Ⅰ，27

（1）

（2）（4）]焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。

回答下列问题：

（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。

写出该过程的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液（写化学式）。

②工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是

________________________________________________________________________。

（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。

在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L－1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。

滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L－1（以SO2计）。

答案　

（1）2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O

（2）①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液

（4）S2O

＋2I2＋3H2O===2SO

＋4I－＋6H＋　0．128

解析　

（1）根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。

（2）①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。

②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。

（4）根据电子、电荷及质量守恒，可写出反应的离子方程式为S2O

＋2I2＋3H2O===2SO

＋4I－＋6H＋，n（S2O

）＝

×n（I2）＝

×0.01000mol·L－1×10.00×10－3L＝5×10－5mol，该样品中S2O

的残留量（以SO2计）为

＝0.128g·L－1。

5．（2018·全国卷Ⅱ，26）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。

一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0（Mn＋）＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Fe3＋

Fe2＋

Zn2＋

Cd2＋

开始沉淀的pH

1.5

6.3

6.2

7.4

沉淀完全的pH

2.8

8.3

8.2

9.4

回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为______________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________

__________________，若不通入氧气，其后果是__________________________________。

（3）溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________

____________________________________________________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为__________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。

答案　

（1）2ZnS＋3O2

2ZnO＋2SO2

（2）PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋

（3）Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋　

（4）Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸

解析　

（1）闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O2

2ZnO＋2SO2。

（2）闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：

ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2（SO4）3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。

其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。

氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe（OH）3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。

（3）溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。

（4）电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋和H＋。

因为溶液中的Zn2＋浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。

沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。

6．（2018·全国卷Ⅲ，27）KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。

回答下列问题：

（1）KIO3的化学名称是________。

（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

“酸化反应”所得产物有KH（IO3）2、Cl2和KCl。

“逐Cl2”采用的方法是__________________。

“滤液”中的溶质主要是__________。

“调pH”中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________。

（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式：

________________________________________。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是___________________

________________________________________________。

答案　

（1）碘酸钾　

（2）加热　KCl　KH（IO3）2＋KOH===2KIO3＋H2O（或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O）　（3）①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由a到b

解析　

（2）Cl2的溶解度随温度的升高而降低，所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的；KH（IO3）2和KCl的分离可以根据溶解度的不同，采用结晶法分离，滤液中的溶质主要是KCl，要使KH（IO3）2转化为KIO3，可以加入KOH调节pH。

发生反应：

KH（IO3）2＋KOH===2KIO3＋H2O或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O，从而避免引入新的杂质离子。

（3）①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

②电解过程中阳极反应式为I－＋6OH－－6e－===IO

＋3H2O。

阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。

1．磷酸铁锂电池是新型的绿色能源电池，其简化的生产工艺流程如下。

（1）反应釜中反应的化学方程式为___________________________________________，该反应体现出非金属性关系：

P________（填“>”或“<”）C。

（2）室温下，LiH2PO4溶液的pH随c（H2PO

）的变化如图1所示，H3PO4溶液中H2PO

的分布分数δ随pH的变化如图2所示[δ＝

（含P元素的粒子）]。

①由图1知，低浓度时LiH2PO4溶液的pH小于7，且随着c初始（H2PO

）的增大而减小，其合理的解释为_____________________________________________________________。

②综合上图分析，若用浓度大于1mol·L－1的H3PO4溶液溶解Li2CO3，要使反应釜中的H3PO4几乎全部转化成LiH2PO4，反应釜中需要控制溶液的pH＝________。

（3）磷酸铁锂电池总反应为：

LiFePO4＋6C

Li1－xFePO4＋LixC6，电池中的固体电解质可传导Li＋。

充电时，Li＋移向________（填“阳极”或“阴极”）；放电时，正极反应式为___________________________________________________。

（4）磷酸铁锂电池中铁的含量可通过如下方法测定：

称取1.60g试样用盐酸溶解，在溶液中加入稍过量的SnCl2溶液，再加入HgCl2饱和溶液，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.030mol·L－1重铬酸钾溶液滴定至溶液由浅绿色变为蓝紫色，消耗重铬酸钾溶液50.00mL。

已知：

2Fe3＋＋Sn2＋＋6Cl－===SnCl

＋2Fe2＋

4Cl－＋Sn2＋＋2HgCl2===SnCl

＋Hg2Cl2

6Fe2＋＋Cr2O

＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O

①实验中加入HgCl2饱和溶液的目的是____________________________________________。

②铁的百分含量Fe（%）＝________。

答案　

（1）2H3PO4＋Li2CO3===2LiH2PO4＋H2O＋CO2↑　>

（2）①H2PO

在溶液中既存在电离平衡，也存在水解平衡。

电离作用产生H＋使溶液显酸性，水解产生OH－使溶液显碱性，由于H2PO

的电离程度大于水解程度，所以溶液显酸性，故pH<7；若在开始时溶液c（H2PO

）越大，则单位体积内H2PO

电离产生的H＋的数目越多，c（H＋）就越大，溶液的pH就越小　②4.66

（3）阴极　Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4

（4）①将溶液中过量的Sn2＋转化为稳定的SnCl

络离子，防止干扰Fe2＋的测定　②31.5%

解析　

（1）由于酸性：

H3PO4>H2CO3，所以在反应釜中发生复分解反应：

2H3PO4＋Li2CO3===2LiH2PO4＋H2O＋CO2↑；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化