步步高二轮复习资料通用版微专题5元素化合物的综合应用二化学工艺流程题.docx

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步步高二轮复习资料通用版微专题5元素化合物的综合应用二化学工艺流程题

微专题5　元素化合物的综合应用

（二）——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.[2018·全国卷Ⅰ，27

（1）

（2）]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

________________________________________________________________________。

答案　

（1）2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O

（2）①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液

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。

2.（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。

3.[2018·全国卷Ⅲ，27

（1）

（2）]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__________________。

答案　

（1）碘酸钾　

（2）加热　KCl　KH（IO3）2＋KOH===2KIO3＋H2O（或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O）

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。

4.（2017·全国卷Ⅰ，27）Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。

由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl

形式存在，写出相应反应的离子方程式：

________________________________________________________________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃

30

35

40

45

50

TiO2·xH2O转化率/%

92

95

97

93

88

分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：

_______________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________________。

（5）若“滤液②”中c（Mg2＋）＝0.02mol·L－1，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c（Fe3＋）＝1.0×10－5mol·L－1，此时是否有Mg3（PO4）2沉淀生成？

________________________________________________________________________

_________________________________________________________________（列式计算）。

FePO4、Mg3（PO4）2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。

（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________________。

答案　

（1）100℃、2h或90℃、5h

（2）FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl

＋2H2O

（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降

（4）4

（5）Fe3＋恰好沉淀完全时，c（PO

）＝

mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3（Mg2＋）·c2（PO

）值为0.013×（1.3×10－17）2≈1.7×10－40

（6）2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4

2LiFePO4＋H2O＋3CO2↑

解析　

（1）由图示可知，当铁浸出率为70%时，可以采用100℃、2h，也可采用90℃、5h。

（2）反应物有FeTiO3，由生成物有TiOCl

可知，反应物中还含有Cl－，生成物中还有Fe2＋，注意酸性条件，用H＋平衡电荷，配平。

（3）温度低，转化速率慢，单位时间内转化效率低，温度过高，H2O2分解，NH3挥发，导致转化速率慢。

注意：

取的是相同时间内的转化率。

（4）由化合物中所有元素化合价代数和为0，有15个O原子共22价，设－2价氧原子为x个，－1价氧原子则为（15－x）个，有－2x－（15－x）＝－22，x＝7，则－1价O原子共8个，即有4个过氧键。

（6）反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4，生成物有LiFePO4，铁元素的化合价降低，则H2C2O4中碳元素的化合价升高，产物为CO2，配平。

5.（2017·全国卷Ⅱ，26）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______________、_______________________________（填化学式）。

（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：

MnO

＋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Fe2＋氧化为Fe3＋　双氧水

（2）SiO2　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

（3）防止胶体生成，易沉淀分离　Fe（OH）3　Al（OH）3

（4）45.0%

解析　

（1）Fe3＋容易在pH较小时转化为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。

双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。

（2）二氧化硅不溶于一般酸性溶液，所以沉淀A是二氧化硅。

它可以溶于氢氟酸：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

（3）加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解生成Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀。

pH4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe（OH）3、Al（OH）3。

（4）5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4，n（KMnO4）＝0.0500mol·L－1×36.00mL×10－3L·mL－1＝1.80×10－3mol，n（Ca2＋）＝4.50×10－3mol，水泥中钙的质量分数为

×100%＝45.0%。

6.（2017·全国卷Ⅲ，27）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m1kg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，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　2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O

（4）d　复分解反应

（5）

×100%

解析　

（1）首先标出变价元素的化合价，分析价态变化可知：

1molFeO·Cr2O3失去7mol电子，1molNaNO3得到2mol电子，则由得失电子守恒可知二者系数比应为2∶7；该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能使用陶瓷容器。

（2）步骤①的反应产生了不溶于水的Fe2O3，故熔块水浸后滤渣1的主要成分是Fe2O3，则含量最多的金属元素是铁元素；将滤液1调节pH＝7后，Al3＋会变为Al（OH）3沉淀而除去，故滤渣2的主要成分是Al（OH）3和含硅杂质。

（3）滤液2中的主要成分是Na2CrO4，滤液3中的主要成分应为Na2Cr2O7，则第④步调节pH的作用是使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，离子方程式为2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O，酸性越强越利于Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，故应调节pH使之变小。

（4）由溶解度曲线图可知，10℃时K2Cr2O7溶解度最小，而Na2Cr2O7、KCl、NaCl此时溶解度均大于K2Cr2O7，三者均存在于溶液中，故冷却到10℃时得到的K2Cr2O7固体最多，该步骤的化学反应方程式为2KCl＋Na2Cr2O7===2NaCl＋K2Cr2O7，显然该反应为复分解反应。

（5）由Cr元素守恒可知：

Cr2O3～K2Cr2O7，则理论产生K2Cr2O7的质量为（

×294）g，而实际产量为1000m2g，则产率＝

×100%＝

×100%。

1.熟记常见物质溶解度曲线变化

2.利用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，应特别注意的是若从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。

1.NaBiO3可作为钢铁分析中测定锰的氧化剂，Bi2O3在电子行业有着广泛应用，可利用浮选过的辉铋矿（主要成分是Bi2S3，还含少量SiO2等杂质）来制备。

其工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）辉铋矿的“浸出液”中铋元素主要以Bi3＋形式存在，写出Bi2S3与FeCl3溶液反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

加入盐酸，既可提高铋的浸出率，又可________________________；滤渣1的主要成分是________和硫。

（2）NaBiO3是为数不多的钠盐沉淀之一，由溶液3制得纯净的NaBiO3，操作2包括________________。

（3）Bi2O3与Na2O2可在熔融状态下反应制得NaBiO3，其副产物为________。

（4）写出“煅烧”中由碱式碳酸铋[（BiO）2CO3]制备Bi2O3的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）某工厂用m1kg辉铋矿（含Bi2O360%）制备NaBiO3，最终得到产品m2kg，产率为________________________________________________________________________。

答案　

（1）Bi2S3＋6Fe3＋===2Bi3＋＋6Fe2＋＋3S　抑制溶液中Bi3＋的水解　SiO2

（2）过滤、洗涤、干燥

（3）Na2O

（4）（BiO）2CO3

Bi2O3＋CO2↑

（5）

×100%

解析　由题中信息可知，辉铋矿经氯化铁和盐酸的混合液浸取后，硫化铋中的硫离子被氧化为硫单质，过滤后除去二氧化硅和硫等滤渣，向滤液中加入足量的铁粉把铋置换出来得到海绵铋，海绵铋经盐酸和双氧水溶解得到氯化铋溶液，向氯化铋溶液中加入氢氧化钠溶液和次氯酸钠溶液把氯化铋氧化为铋酸钠；向氯化铋溶液中加入碳酸铵可以生成碳酸氧铋沉淀，碳酸氧铋经煅烧得到氧化铋。

（1）辉铋矿的“浸出液”中铋元素主要以Bi3＋形式存在，Bi2S3与FeCl3溶液反应的离子方程式为Bi2S3＋6Fe3＋===2Bi3＋＋6Fe2＋＋3S；加入盐酸，既可提高铋的浸出率，又可抑制溶液中Bi3＋的水解；滤渣1的主要成分是