高考化学总复习课堂练习无机化学的综合应用.docx

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高考化学总复习课堂练习无机化学的综合应用

　　无机化学的综合应用——化学工艺流程题

化学工艺流程题是以实际的工业生产过程为背景，用流程图的形式表示实际生产环节和过程，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，能灵活地考查物质的转化关系、化学反应原理、反应条件的控制、仪器的使用和基本实验操作等知识在化工生产中的实际应用，并与化工生产成本、节能减排、环境保护等绿色化学理念相融合，培养学生基本素养，同时还能综合地考查了学生吸收接受和整合化学信息、分析问题和解决问题、实验和探究等基本能力。

该类试题命题角度和形式灵活，且具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型。

工艺流程图模式和常见的设问角度如下：

1．工艺流程图模式

规律：

箭头指出是原料，箭头指向是产物。

主线主产品、分支副产品、回头为循环。

2．常见的设问角度

（1）化学方程式或离子方程式的书写。

（2）物质成分的判断。

（3）除杂试剂的选择。

（4）物质分离提纯操作。

（5）反应条件的控制。

（6）产率的计算、纯度的计算。

类型一　物质制备类化工流程题

1．对原料进行预处理的常用方法及其作用

（1）研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。

（2）溶解

①水浸——与水接触反应或溶解。

②酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。

（3）灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

（4）煅烧——改变结构，使一些物质能溶解。

并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。

2．控制反应条件的常用方法

（1）调节溶液的pH。

常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

调节pH所需的物质一般应满足两点：

①能与H＋反应，使溶液pH增大；

②不引入新杂质。

例如：

若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

（2）控制温度。

根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。

（3）趁热过滤。

防止某物质降温时会析出。

（4）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。

1．（2018·全国卷Ⅰ，27）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__________________。

（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。

电解后，________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

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。

（3）阳极上阴离子OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。

答案：

（1）2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O　

（2）①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液　（3）2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a

1．（2019·江西南昌检测）利用某废镍催化剂（含NiCO3、Na2SiO3，少量Fe3O4、Cr2O3）制备NiSO4，流程如下：

已知：

①Fe（OH）3、Cr（OH）3、Fe（OH）2、Ni（OH）2的pKsp分别是37.4、30.2、15.1、14.7，其中pKsp＝－lgKsp。

②Cr（OH）3与Al（OH）3性质类似。

（1）“酸溶”后，加入十六烷基三甲基氯化铵溶液出现大量白色沉淀，写出“酸溶”时生成硅酸的离子方程式：

________________________。

（2）“碱析”时，常温下调pH＝__________时Fe3＋恰好沉淀完全；工业上把pH调至10，此时沉淀物有Fe（OH）3和________，目的是________________________________________________________________________。

（3）取300mL“除硅酸”后的溶液，加入双氧水受热th，得到关于沉淀率的关系图如下。

①合适的工艺条件为__________________；

②温度不能太高的原因是______________________________________。

（4）“一次沉镍”产物为NiS，稀硝酸与之反应的化学反应方程式为________________________________________________________________________。

解析　

（1）“酸溶”后，加入十六烷基三甲基氯化铵溶液出现大量白色沉淀，这说明“酸溶”时生成的是硅酸胶体，所以“酸溶”时生成硅酸的离子方程式为2H＋＋SiO

===H2SiO3（胶体）。

（2）根据氢氧化铁的溶度积常数可知铁离子恰好沉淀时溶液中氢氧根的浓度是

mol/L＝10－10.8mol/L，则溶液的pH＝3.2；由于氢氧化铬的性质类似于氢氧化铝，则当氢氧化钠过量时会生成NaCrO2，因此工业上把pH调至10，此时沉淀物有Fe（OH）3和Ni（OH）2，目的是把Cr3＋转化为CrO

，除去铬元素。

（3）①根据图像可知温度为70℃、加入8mL双氧水时沉淀率高，因此合适的工艺条件为70℃、每300mL加入8mL双氧水；②由于70℃以后沉淀率增加不大，同时双氧水分解速率加快，增加了成本，所以温度不能太高。

（4）“一次沉镍”产物为NiS，由于硝酸具有氧化性，则稀硝酸与之反应的化学反应方程式为3NiS＋8HNO3===2NO↑＋4H2O＋3Ni（NO3）2＋3S↓。

答案　

（1）2H＋＋SiO

===H2SiO3（胶体）　

（2）3.2　Ni（OH）2　把Cr3＋转化为CrO

，除去铬元素　（3）①70℃每300mL加入8mL双氧水　②70℃以后沉淀率增加不大，同时双氧水分解速率加快，增加了成本　（4）3NiS＋8HNO3===2NO↑＋4H2O＋3Ni（NO3）2＋3S↓

2．（2019·辽宁高中联考）高氯酸铜易溶于水，在130℃时会发生分解反应，是一种燃烧催化剂。

以食盐等为原料制备高氯酸铜[Cu（ClO4）2·6H2O]的一种工艺流程如下：

1发生“电解Ⅰ时”，所用的交换膜是　　　　　填“阴离子交换膜”或“阳离子交换膜”。

2歧化反应是同一种物质中同种元素自身的氧化还原反应，已知上述工艺流程中“歧化反应”的产物之一为NaClO3。

①“歧化反应”的化学方程式为　　　　　　　　　　。

②“歧化反应”阶段所采用的不同温度对产率影响的结果如图所示.则该反应最适宜的温度是　　　　。

3“电解Ⅱ”的阳极产物为　　　　填离子符号。

4操作a的操作名称是　　　　，该流程中可循环利用的物质是　　　　　填化学式。

5用该工艺流程制备高氯酸铜时，若起始时NaCl的质量为at，最终制得的CuClO42·6H2O为bt，则产率为　　　　　　用含a、b的代数式表示。

解析　以食盐等为原料制备高氯酸铜[CuClO42·6H2O]，则生成产物应生成高氯酸钠，电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，“歧化反应”时，高氯酸钠与碳酸钠溶液发生歧化反应，生成的产物之一为NaClO3，同时生成二氧化碳气体，通电电解，溶液其中氯酸根离子失电子发生氧化反应生成高氯酸根离子，加入盐酸，过滤除去氯化钠晶体，得到60%以上的高氯酸，“反应Ⅱ”阶段，Cu2OH2CO3与HClO4反应经过一系列操作后得到蓝色CuClO42溶液。

1“电解I”所发生的反应是电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气和氯气，反应的离子方程式为：

2Cl－＋2H2O电解

2OH－＋H2↑＋Cl2↑，需要防止氢氧根离子与氯气反应，因此选择阳离子交换膜；

（2）①“歧化反应”时，氯气通入碳酸钠溶液发生反应，生成的产物之一为NaClO3同时生成二氧化碳气体，歧化反应的化学方程式为3Na2CO3＋3Cl25NaCl＋NaClO3＋3CO2，②图像分析可知60℃产率最高，则该反应最适宜的温度是：

60℃；（3）通电电解，溶液其中氯酸根离子失电子发生氧化反应在阳极生成高氯酸根离子，“电解Ⅱ”的阳极产物为ClO

；（4）加入盐酸，过滤除去氯化钠晶体，通过蒸发浓缩即可得到60%以上的高氯酸；该流程中可循环利用的物质是NaCl；（5）根据流程图，氯化钠电解生成的氯气与碳酸钠反应生成NaClO3和NaCl，电解后NaClO3变成NaClO4，加入盐酸反应生成HClO4，最后与Cu2（OH）2CO3反应生成Cu（ClO4）2·6H2O假设起始是氯化钠为6mol，则生成的氯气为3mol，得到1molNaClO3，根据氯元素守恒最终得到0.5molCu（ClO4）2·6H2O，因此产率＝

×100%＝

×100%。

答案　

（1）阳离子交换膜　

（2）①3Na2CO3＋3Cl2===5NaCl＋NaClO3＋3CO2　②60℃　（3）ClO

　（4）蒸发浓缩　NaCl　（5）（702b/371a）×100%

（1）审题步骤

（2）常见问题的思考方向

①“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。

②“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。

③“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。

④“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。

⑤“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。

⑥“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。

⑦“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。

⑧“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。

类型二　提纯类化工流程题

1．明确常用的提纯方法

（1）水溶法：

除去可溶性杂质。

（2）酸溶法：

除去碱性杂质。

（3）碱溶法：

除去酸性杂质。

（4）氧化剂或还原剂法：

除去还原性或氧化性杂质。

（5）加热灼烧法：

除去受热易分解或易挥发的杂质。

（6）调节溶液的pH法：

如除去酸性溶液中的Fe3＋等。

2．明确常用的分离方法

（1）过滤：

分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

（2）萃取和分液：

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

（3）蒸发结晶：

提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。

（4）冷却结晶：

提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

（5）蒸馏或分馏：

分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。

（6）冷却法：

利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。

2．（2017·江苏卷，19）某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag（金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略）。

已知：

①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：

3NaClO===2NaCl＋NaClO3

②AgCl可溶于氨水：

AgCl＋2NH3·H2OAg（NH3）

＋Cl－＋2H2O

③常温时N2H4·H2O（水合肼）在碱性条件下能还原Ag（NH3）

：

4Ag（NH3）

＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH

＋4NH3↑＋H2O

（1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为________。

（2）NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________。

HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是________________________________________________________________________。

（3）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并________________________________________________________________________。

（4）若省略“过滤Ⅰ”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3·H2O反应外（该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应），还因为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________（实验中须使用的试剂有：

2mol·L－1水合肼溶液，1mol·L－1H2SO4）。

解析　

（1）加热温度为80℃，适宜的加热方式为水浴加热。

（2）根据题意可大致列出反应式：

Ag＋NaClO―→AgCl＋NaOH＋O2，该反应是一个氧化还原反应，“―→”的左边缺少氢元素。

根据得失电子守恒和原子守恒可写出化学方程式。

浓HNO3被Ag还原的产物是NO2，稀HNO3被Ag还原的产物是NO。

NO2与NO都能造成环境污染。

（3）该洗涤操作所得滤液里含有Ag＋，对其回收的目的是提高Ag的回收率。

（4）氨水的作用是AgCl＋2NH3·H2OAg（NH3）

＋Cl－＋2H2O。

根据平衡移动原理，减小氨水的浓度不利于AgCl与氨水反应。

若省略“过滤Ⅰ”则“溶解”环节反应体系中Cl－浓度较大，根据沉淀溶解平衡：

AgCl（s）Ag＋（aq）＋Cl－（aq）及平衡移动原理，Cl－的浓度增大不利于AgCl与氨水反应。

（5）设计实验方案应注意：

①必须使用的试剂是2mol·L－1水合肼溶液和1mol·L－1H2SO4溶液；②水合肼和Ag（NH3）

能发生反应；4Ag（NH3）

＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH

＋4NH3↑＋H2O；③溶液中生成的Ag是粉状固体；④作为一个回收Ag的方案，所得产品（Ag）应是纯净、干燥的。

答案　

（1）水浴加热

（2）4Ag＋4NaClO＋2H2O===4AgCl＋4NaOH＋O2↑　会释放出氮氧化物（或NO、NO2），造成环境污染

（3）将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中

（4）未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl－，不利于AgCl与氨水反应

（5）向滤液中滴加2mol·L－1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1mol·L－1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥。

3．（2018·山东烟台三模）高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。

以工业级氧化锌（含Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等）为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：

已知Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。

回答下列问题：

（1）浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有（写两种）：

__________________________。

（2）氧化时，加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋（溶液中Mn全部转化为MnO2），请配平下列除去Fe2＋的离子方程式：

（3）加入锌粉的目的是________________________________________________________________________。

（4）已知H2SO4浸出液中，c（Fe2＋）＝5.04mg·L－1、c（Mn2＋）＝1.65mg·L－1。

①加入KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中c（Fe3＋）＝0.56mg·L－1，若溶液pH＝3，则此时Fe3＋______（填“能”或“不能”）生成沉淀。

②若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋，需加入______gKMnO4。

解析　

（1）为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。

（2）锰元素由＋7价降低到＋4价，而铁元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。

（3）加入锌粉的目的是消耗溶液中的H＋，调节溶液pH，促进溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等形成沉淀而除去。

（4）①c（Fe3＋）＝

＝1.0×10－5mol·L－1，此时溶液中c（OH－）＝1.0×10－11mol·L－1，c（Fe3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－38＜Ksp[Fe（OH）3]，故不能生成Fe（OH）3沉淀。

②加入KMnO4将Fe2＋和Mn2＋分别氧化为Fe3＋和MnO2，而KMnO4被还原为MnO2，根据得失电子守恒可知，加入KMnO4的质量为

×158g·mol－1＝7.9g。

答案　

（1）将工业级氧化锌粉碎、搅拌，增大硫酸浓度（其他合理答案也可）　

（2）1　3　7　H2O　1　3　5　（3）调节溶液pH，除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等　（4）①不能　②7.9

4．（2019·豫东名校模拟）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂。

从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。

废钒催化剂的主要成分为

物质

V2O5

V2O4

K2SO4

SiO2

Fe2O3

Al2O3

质量分

数/%

2.2～2.9

2.8～3.1

22～28

60～65

1～2

<1

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

1“酸浸”时V2O5转化为VO

，反应的离子方程式为　　　　　　　　，同时V2O4转化成VO2＋。

“废渣1”的主要成分是　　　　。

2“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO

，则需要氧化剂KClO3至少为　　　mol。

3“中和”作用之一是使钒以V4O

形式存在于溶液中。

“废渣2”中含有　　　　　　　。

4“离子交换”和“洗脱”可简单表示为

（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。

为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈______性（填“酸”“碱”或“中”）。

（5）“流出液”中阳离子最多的是______。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式________________________________。

解析　

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO

，前后V元素化合价不变，说明没有发生氧化还原反应，则反应的离子方程式为V2O5＋2H＋===2VO

＋H2O。

由于SiO2与H2SO4不反应，故“废渣1”的主要成分为SiO2。

（2）VO2＋变为VO

，V的化合价由＋4价升高到＋5价，转移1e－，而氧化剂KClO3则被还原为KCl，化合价由＋5价降低为－1价，转移6e－，故欲使3molVO2＋变为VO

，需氧化剂KClO3的物质的量至少为3mol×1÷6＝0.5mol。

（3）酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3＋、Al3＋，在“中和”时生成Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，所以“废渣2”中含有Fe（OH）3、Al（OH）3。

（4）由题意知逆反应是“洗脱”，在碱性环境中有利于向“洗脱”方向进行，故淋洗液应呈碱性。

（5）由于前面加入了KClO3、KOH，所以“流出液”中阳离子最多的是K＋。

（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3

V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。

答案　

（1）V2O5＋2H＋===2VO

＋H2O　SiO2　

（2）0.5　（3）Fe（OH）3、Al（OH）3　（4）碱　（5）K＋

（6）2NH4VO3

V2O5＋H2O↑＋2NH3↑

（1）除杂：

除去……中的……

（2）干燥：

除去……气体中的水蒸气，防止……

（3）增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：

搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速（浓度、压强），增大气液或固液接触面积。

（4）加热的目的：

加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动。

（5）温度不高于××℃的原因，适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发（如浓硝酸）、分解（如H2O2、NH4HCO3）、氧化（如Na2SO3）或促进水解（如AlCl3）等，影响产品的生成。

（6）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）、干燥。

（7）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。

（8）控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定：

范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。

（9）减压蒸馏（减压蒸发）的原因：

减小压强，使液体沸点降低，防止（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）受热分解、挥发。

（10）检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：

将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。

（11）洗涤沉淀：

沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。

（12）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。

（13）洗涤沉淀的目的：

除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。

（14）冰水洗涤的目的：

洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中