中考化学工艺流程专题复习及答案文档格式.docx

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②滤渣Ⅰ中的主要成分是MnO2、S、SiO2,请写出“浸取”反应中生成S的离子方程式:

。

③研究发现,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,可能的原因是　。

（2）从含镍废催化剂中可回收镍,其流程如下:

图14-4

某油脂化工厂的含镍催化剂主要含有Ni,还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物,其他不溶杂质（3.3%）。

①“碱浸”的目的是除去　。

②“酸浸”时所加入的酸是　　（填化学式）,酸浸后,滤液ⅱ中可能含有的金属离子是　　。

式1

（1）以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·

H2O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14-5所示:

图14-5

写出Mg2B2O5·

H2O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）钛（Ti）因具有硬度大、熔点高、耐酸腐蚀等优点而被应用于航空、电子等领域,由钛铁矿（主要成分是钛酸亚铁FeTiO3）提取金属钛并获得副产品FeSO4·

7H2O的工艺流程如下:

图14-6

钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4。

常温下,该物质易溶于酸性溶液,在pH=5.0时开始转化为钛酸沉淀,则物质A是　　　　　（填化学式,下同）,B是　　　　　　,加入B物质后加热发生反应的离子方程式是　 

　。

考向二　流程中条件控制

1.流程中条件控制及目的

（1）温度控制

①加热的目的:

加快反应速率或溶解速率;

促进平衡向吸热反应方向移动;

除杂,除去热不稳定的杂质,如NaHCO3、Ca（HCO3）2、KMnO4、I2、NH4Cl等物质;

使沸点相对较低或易升华的原料气化。

②降温的目的:

防止某物质在高温时会溶解（或分解）;

使化学平衡向着题目要求的方向（放热方向）移动;

使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离;

降低晶体的溶解度,减少损失。

③控制温度在一定范围的目的:

结晶为获得所需物质,（用水浴带温度计便于控温且受热均匀）防止某种物质（如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等）温度过高时会分解或挥发;

为了使某物质达到沸点挥发出来;

使催化剂的活性达到最好;

防止副反应的发生。

④降温或减压可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。

（2）pH控制

①控制一定的pH,以提供反应所需环境。

反应环境的不同会导致反应产物的差异。

如在酸性环境中KMnO4的还原产物一般为Mn2+,碱性环境中KMnO4的还原产物一般为MnO2。

②控制一定的pH,以改变元素的存在形式。

如铝元素在强酸性条件下以Al3+形式存在,当体系的pH增大,铝元素将以Al（OH）3甚至以Al

的形式存在。

③控制一定的pH,使金属阳离子形成氢氧化物沉淀。

（3）反应物用量或浓度控制

①酸浸时为了提高矿石中某金属元素的浸取率,可以适当提高酸的浓度。

②对有多种反应物的体系,增大便宜、易得的反应物的浓度,可以提高其他物质的利用率,使反应充分进行。

如工业制硫酸过程中,通入过量的O2以提高SO2的转化率。

③增大物质浓度可以加快反应速率,使平衡发生移动,应结合具体问题进行具体分析。

（4）加入物质

①加碱:

去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。

②加沸石或碎瓷片:

防止液体暴沸。

③加有机溶剂:

萃取某些物质,或降低某些物质的溶解度。

④加氧化剂:

与原体系中还原剂发生氧化还原反应。

2[2019·

全国卷Ⅰ]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:

图14-7

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+H2O

H++B（OH

Ka=5.81×

10-10,可判断H3BO3是　　　　酸;

在“过滤2”前,将溶液pH调节至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　　　　　　　　　　。

式2[2015·

山东卷节选]毒重石的主要成分为BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质）,实验室利用毒重石制备BaCl2·

2H2O的流程如下:

图14-8

加入NH3·

H2O调pH=8可除去　　　　（填离子符号）,滤渣Ⅱ中含　　　　　　　　　　（填化学式）。

加入H2C2O4时应避免过量,原因是　　　　　　。

Ca2+

Mg2+

Fe3+

开始沉淀时的pH

11.9

9.1

1.9

完全沉淀时的pH

13.9

11.1

3.2

考向三　物质的分离提纯

1.化工生产过程中分离提纯、除杂等环节,与高中化学基本实验的原理紧密联系,包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干,或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理,并要熟悉所用到的相关仪器。

2.常考分离提纯的操作

（1）从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大）的方法:

蒸发浓缩（至少有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗等）、干燥。

（2）从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法:

蒸发浓缩、趁热过滤（如果温度下降,杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。

（3）减压蒸发的原因:

减压蒸发降低了蒸发温度,可以防止某物质分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）或失去结晶水（如题目要求制备结晶水合物产品）。

（4）洗涤

①洗涤沉淀:

沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水等至液面浸没沉淀,待水自然流下后,重复操作2~3次。

②用冰水洗涤晶体的目的:

洗去晶体表面的可溶性杂质,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。

③用乙醇或其他有机溶剂洗涤晶体的目的:

洗去晶体表面可溶性杂质、降低因晶体溶解而引起的损耗、乙醇等有机溶剂易挥发有利于晶体干燥。

④检验沉淀是否洗涤干净的方法:

取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。

（5）萃取与反萃取

①萃取:

利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同,将物质从一种溶剂里提取到另一种溶剂里使溶质和溶剂分离的分离方法。

如用CCl4萃取水中的Br2。

②反萃取:

用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程,为萃取的逆过程。

（6）其他

①蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:

如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。

②减压蒸馏（减压蒸发）的原因:

减小压强,使液体沸点降低,防止受热分解、挥发。

4.根据溶解度曲线判断结晶的方法

（1）溶解度受温度影响较小的（如NaCl）采取蒸发结晶的方法;

（2）溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法;

（3）带有结晶水的盐,一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法,特别应注意的是若从FeCl3溶液中结晶出FeCl3·

6H2O晶体,应在HCl气氛中蒸发浓缩、冷却结晶。

3镁泥是一种工业废料,主要成分是MgO（占40%）,还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁,可用于印染、造纸、医药等工业。

从硼镁泥中提取MgSO4·

7H2O的流程如下:

图14-9

根据题意回答下列问题:

（1）实验中需用1mol·

L-1的硫酸800mL,若用18.4mol·

L-1的浓硫酸来配制,量取浓硫酸时,需使用的量筒的规格为　　　　。

A.10mLB.20mLC.50mLD.100mL

（2）加入的NaClO可与Mn2+反应:

Mn2++ClO-+H2O

MnO2↓+2H++Cl-,还有一种离子也会被NaClO氧化,该反应的离子方程式为 

　。

（3）滤渣的主要成分中除含有Fe（OH）3、Al（OH）3外还有　　　　。

（4）在“除钙”前,需检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法:

（5）已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:

温度/℃

40

50

60

70

MgSO4

30.9

33.4

35.6

36.9

CaSO4

0.210

0.207

0.201

0.193

“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明操作步骤:

　　　　　　　　,“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩、　　　　、　　　　,便得到了MgSO4·

7H2O。

（6）实验中提供的硼镁泥共10g,得到的MgSO4·

7H2O为17.22g,则MgSO4·

7H2O的产率为　。

式3

（1）碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。

工业碳酸钠（纯度约98%）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和S

等杂质,提纯工艺路线如下:

图14-10图14-11

已知碳酸钠的溶解度（S）随温度变化的曲线如图14-11所示,回答下列问题:

①滤渣的主要成分为。

②“趁热过滤”的原因是 

（2）以废旧锌锰电池中的黑锰粉[MnO2、MnO（OH）、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等]为原料制备MnCl2,实现锰的再利用。

其简略工作流程如下:

图14-12图14-13

溶液a的主要成分为NH4Cl,另外还含有少量ZnCl2等。

①根据图14-13所示的溶解度曲线,将溶液a　　　　　　　　　　　　　　　　　（填操作）,可得NH4Cl粗品。

②提纯NH4Cl粗品,有关性质数据如下:

化合物

ZnCl2

NH4Cl

熔点

365℃

337.8℃分解

沸点

732℃

-

根据上表,设计方案提纯NH4Cl:

　　　　。

化学工艺流程答案

例1　

（1）①A　②2MnO2+Cu2S+8H+

S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O

③Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化的反应

（2）①Al、Al2O3、油脂　②H2SO4　Ni2+、Fe2+

[解析]

（1）①酸浸时,通过粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌都可以提高浸取速率,延长浸取时间并不能提高速率。

②“浸取”时:

在酸性条件下MnO2氧化Cu2S得到硫沉淀、CuSO4和MnSO4,其反应的离子方程式是2MnO2+Cu2S+8H+

S↓+2Cu2++2Mn2++4H2O。

③浸取时氧化铁溶解于稀硫酸中反应生成硫酸铁和水,若先除铁再浸取,浸取速率明显变慢,Fe2O3在浸取时起媒介作用,Fe3+可催化Cu2S被MnO2氧化的反应。

（2）①“碱浸”后保留利用的是滤渣,故作用是为了除去与碱能反应的物质,含镍催化剂中能与碱反应的是铝、氧化铝及油脂。

②“酸浸”后保留利用的是滤液,主要是溶解镍金属和铁单质及其氧化物,依据制备目的是得到NiSO4·

7H2O,加入的酸不能引入新的杂质,所以需要加入硫酸进行酸浸;

镍、铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸镍溶液。

变式1　

（1）Mg2B2O5·

H2O+2H2SO4

2MgSO4+2H3BO3　提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径

（2）Fe　H2O　TiO2++2H2O

TiO（OH）2↓+2H+

[解析]

（1）根据题图所给信息,硼元素以硼酸形式保留于滤液中,结合已有知识硼酸为弱酸,故可写出方程式。

（2）钛铁矿和浓硫酸反应的产物之一是TiOSO4,加入铁屑,可防止Fe2+氧化,所以物质A为Fe,溶液X中含有FeSO4和TiOSO4,经过分离得硫酸亚铁晶体和溶液Y,溶液Y主要含有TiOSO4,加入水,加热可水解生成H2TiO3,所以物质B为H2O,经煅烧可生成TiO2,用氯气、碳反应可生成TiCl4,高温条件下与镁反应可生成Ti。

根据上面的分析可知,A为Fe,B为H2O,TiOSO4中加入水,加热可水解生成H2TiO3,反应的离子方程式为TiO2++2H2O

TiO（OH）2↓+2H+。

例2　

（1）NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3

（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

（3）一元弱　转化为H3BO3,促进析出

（4）2Mg2++3CO32-+2H2O===Mg（OH）2·

MgCO3↓+2HCO3-

（或2Mg2++2C

+H2O

Mg（OH）2·

MgCO3↓+CO2↑）　溶浸　高温焙烧

[解析]

（1）硼镁矿粉与（NH4）2SO4溶液在“溶浸”时发生反应放出NH3,“吸收”中的反应为NH3与NH4HCO3反应,其反应方程式为NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3。

（2）“滤渣1”为不参与“溶浸”过程的成分,即SiO2、Fe2O3、Al2O3。

Fe3+常用的检验试剂是KSCN或K4[Fe（CN）6]。

（3）根据H3BO3的解离反应H3BO3+H2O

可知H3BO3部分电离出H+,故H3BO3是一元弱酸。

“过滤2”后得到H3BO3,故将溶液pH调节至3.5是为了使H3BO3尽可能结晶析出。

（4）（NH4）2CO3与溶液中的Mg2+参与“沉镁”反应,故其离子反应方程式为2Mg2++3CO32-+2H2O===Mg（OH）2·

MgCO3↓+CO2↑）。

“沉镁”后母液中主要成分为（NH4）2SO4,故可返回“溶浸”工序。

碱式碳酸镁通过高温焙烧分解即可得到MgO,故制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。

变式2　Fe3+　Mg（OH）2、Ca（OH）2　H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀,产品的产量减少

[解析]根据Ca2+、Mg2+、Fe3+沉淀的pH,可知加入NH3·

H2O调解pH=8,使Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而除去。

加入H2C2O4过量则会生成BaC2O4沉淀,从而降低BaCl2·

2H2O的产量。

例3　

（1）D

（2）2Fe2++ClO-+2H+

2Fe3++Cl-+H2O（3）MnO2、SiO2

（4）取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+,如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+

（5）蒸发浓缩,趁热过滤　冷却结晶　过滤（6）70%

[解析]

（1）实验室没有800mL的容量瓶,应用1000mL的容量瓶,因此配制硫酸时,有1000×

10-3L×

1mol·

L-1=V（H2SO4）×

18.4mol·

L-1,解得V（H2SO4）=54.3mL,需要的量筒的规格为100mL,D正确。

（2）依据硼镁泥含有的成分,酸解时溶液中的离子是Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、H+、S

其中Fe2+具有还原性,因此NaClO把Fe2+氧化成Fe3+,其离子反应方程式为2Fe2++ClO-+2H+

2Fe3++Cl-+H2O。

（3）根据流程图,调节pH除去的是Fe3+、Al3+,因此根据流程,滤渣的成分是Fe（OH）3、Al（OH）3、MnO2、SiO2。

（4）检验Fe3+,一般用KSCN进行检验,溶液变为红色,说明含有Fe3+,反之不含,操作是取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+,如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+。

（5）根据溶解度与温度关系,制备MgSO4·

7H2O,操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。

（6）硼镁泥的质量为10g,MgO的质量分数为40%,即MgO的质量为10×

40%g=4g,根据镁原子守恒,MgSO4·

7H2O的物质的量为

=0.1mol,理论上MgSO4·

7H2O的产量为0.1mol×

246g·

mol-1=24.6g,则产率为

×

100%=70%。

变式3　

（1）①Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3　②使析出的晶体为Na2CO3·

H2O,防止因温度过低而析出Na2CO3·

10H2O晶体,令后续的加热脱水耗时长

（2）①蒸发结晶、趁热过滤　

②加热NH4Cl的粗品至340℃左右,发生反应NH4Cl

NH3+HCl,收集产物并冷却,再发生反应NH3+HCl

NH4Cl,得到纯净的NH4Cl

[解析]

（1）从题目中可知,该题中的实验目的是从工业碳酸钠中提纯出碳酸钠,工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2+、Fe3+、Ca2+、Cl-和S

等,该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。

流程图中加水是使可溶物质溶于水,少量的Ca2+与C

生成沉淀CaCO3。

加入过量的NaOH溶液,是将Mg2+、Fe3+转化成Mg（OH）2、Fe（OH）3沉淀,再通过过滤的方法除去。

但这一步骤对Cl-和S

是没什么影响的。

所以流程图中出现了一个蒸发浓缩结晶和趁热过滤的操作,这肯定是为了使一个随温度升高溶解度变化不大或减小的物质析出来,通过读图可得出Na2CO3·

H2O符合这一条件,这样可以通过趁热过滤除去Cl-、S

和一些沉淀不完全的离子。

由于Na2CO3·

10H2O的溶解度随温度的升高变化非常大,如果降温,一定会析出来而影响主要产物,所以要趁热过滤。

（2）①由图可知NH4Cl的溶解度随温度变化不大,故将溶液a蒸发结晶、趁热过滤,可得NH4Cl粗品;

②根据NH4Cl受热分解,其产物氨与HCl气体极易反应生成NH4Cl,则提纯NH4Cl的方法为:

加热NH4Cl的粗品至340℃左右,发生反应NH4Cl

NH4Cl,得到纯净的NH4Cl。