化工流程图解题指导 练习 届高三化学一轮复习重点专题.docx
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化工流程图解题指导练习届高三化学一轮复习重点专题
2021届高三化学一轮复习——化工流程图解题指导
考纲分析
1.从试题提供的新信息中,准确地提取实质性内容,并经与已有知识块整合,重组为新知识块的能力。
2.将实际问题分解,通过运用相关知识,采用分析、综合的方法,解决简单化学问题的能力。
3.将分析和解决问题的过程及成果,用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达,并做出解释的能力。
策略解读
一、工业流程题的结构
二、工业流程题分类
题型一 物质制备类化工流程题
例1
NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:
回答下列问题:
(1)NaClO2中Cl的化合价为________。
(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。
“电解”中阴极反应的主要产物是________。
(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。
此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为______,该反应中氧化产物是________。
(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:
每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。
NaClO2的有效氯含量为________。
(计算结果保留两位小数)
[解题流程]
第一步:
读题目,明确目的——制备NaClO2
第二步:
审流程,分块破题——拆分工艺流程
第三步:
看设问,结合题中的问题,回到流程图中找答案。
[得分秘籍]
(1)设问一般相对独立,无连带效应,一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。
(2)题中基本上都有与流程无关的问题,可直接作答;对于超纲知识,题目中要么有信息提示,要么与解答题目无关。
答案
(1)+3
(2)2NaClO3+H2SO4+SO2===2NaHSO4+2ClO2
(3)NaOH溶液 Na2CO3溶液 ClO
(或NaClO2) (4)2∶1 O2 (5)1.57
题型二 提纯类化工流程题
例2
以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示:
硼镁泥的主要成分如下表:
MgO
SiO2
FeO、Fe2O3
CaO
Al2O3
B2O3
30%~40%
20%~25%
5%~15%
2%~3%
1%~2%
1%~2%
回答下列问题:
(1)“酸解”时应该加入的酸是________,“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。
(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是____________、____________。
(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是________。
(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_______________________________________________
____________________________________________________________________________。
答案
(1)浓硫酸 SiO2
(2)氧化亚铁离子 促进铁离子、铝离子水解转化为沉淀 (3)溶液接近无色 (4)温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响不同,温度越高,硫酸钙溶解度越小,可以采用蒸发浓缩,趁热过滤的方法除去硫酸钙
强化训练
1.Cu2S是火法炼铜的重要原料之一,下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图:
Cu2S
Cu
Cu2O、CuO
A
B
胆矾
(1)Cu2S中铜元素的化合价为________,火法炼铜的反应原理是__________________________
_____________________(用化学方程式表示)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色,且有红色物质生成,请写出生成红色物质的离子方程式:
____________________________________________________。
(3)若将A中红色物质反应掉,操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母)。
A.适量的NaNO3B.适量的HNO3C.适量的H2O2
答案
(1)+1 Cu2S+O2
2Cu+SO2
(2)Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O
(3)C
2、(2020年北京高考题)用如图方法回收废旧CPU中的单质Au(金),Ag和Cu。
已知:
①浓硝酸不能单独将Au溶解。
②HAuCl4=H++AuCl
(1)酸溶后经____操作,将混合物分离。
(2)浓、稀HNO3均可作酸溶试剂。
溶解等量
Cu消耗HNO3的物质的量不同,写出消耗HNO3物质的量少的反应的化学方程式:
____。
(3)HNO3-NaCl与王水[V(浓硝酸):
V(浓盐酸)=1:
3溶金原理相同。
①将溶金反应的化学方程式补充完整:
Au+____NaCl+____HNO3=HAuCl4+____+____+____NaNO3
②关于溶金的下列说法正确的是____。
A.用到了HNO3的氧化性
B.王水中浓盐酸的主要作用是增强溶液的酸性
C.用浓盐酸与NaNO3也可使Au溶解
(4)若用Zn粉将溶液中的1molHAuCl4完全还原,则参加反应的Zn的物质的量是____mol。
(5)用适当浓度的盐酸、NaCl溶液、氨水与铁粉,可按照如图方法从酸溶后的的溶液中回收Cu和Ag(图中标注的试剂和物质均不同)。
试剂1是____,试剂2是____。
答案
(1)过滤
(2)3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)3+2NO↑+4H2O
(3)①Au+4NaCl+5HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O+4NaNO3
②AC
(4)2
(5)氯化钠溶液盐酸
3、(2020新课标Ⅰ)钒具有广泛用途。
黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。
采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
Mn2+
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题:
(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是___________。
(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成
,同时还有___________离子被氧化。
写出VO+转化为
反应的离子方程式___________。
(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为
,随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、___________,以及部分的___________。
(4)“沉淀转溶”中,
转化为钒酸盐溶解。
滤渣③的主要成分是___________。
(5)“调pH”中有沉淀生产,生成沉淀反应的化学方程式是___________。
(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是___________。
【答案】
(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
(2)Fe2+VO++MnO2+2H+=
+Mn2++H2O
(3)Mn2+Al3+和Fe3+
(4)Fe(OH)3
(5)NaAl(OH)4+HCl=Al(OH)3↓+NaCl+H2O
(6)利用同离子效应,促进NH4VO3尽可能析出完全
4.工业以软锰矿(主要成分是MnO2,含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰(MnCO3)。
其工业流程如下:
(1)浸锰过程中Fe2O3与SO2反应的化学方程式为Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42-+H2O,该反应是经历以下两步反应实现的。
写出ⅱ的离子方程式:
。
ⅰ:
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
ⅱ:
……
(2)过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为(填离子符号)。
(3)写出氧化过程中MnO2与SO2反应的化学方程式:
。
(4)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成,温度对“浸锰”反应的影响如图所示,为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是;向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是。
(5)加入NH4HCO3溶液后,生成MnCO3沉淀,同时还有气体生成,写出反应的离子方程式:
。
(6)生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤,检验洗涤是否完全的方法是
。
答案
(1)2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+(2分)
(2)Mn2+Fe2+(2分)
(3)MnO2+SO2=MnSO4(2分)
(4)90℃(1分)防止NH4HCO3受热分解,提高原料利用率(1分)
(5)Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O(2分)
(6)取1-2mL最后一次洗液于试管,滴加盐酸酸化BaCl2溶液,若无白沉淀产生,则洗涤干净(2分)
5.(2019·山东德州一模)金属Co、Ni性质相似,在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。
现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为CoO、Co2O3、Ni,少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下:
(1)酸浸时SO2的作用是___________________________________________________________。
(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式:
_______________________________________。
(3)有机层提取出的Ni2+可用于制备氢镍电池,该电池工作原理:
NiOOH+MH
Ni(OH)2+M,电池放电时正极的电极反应式为______________________________________________。
(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1-x)Fe2O4(其中Co、Ni均为+2价)。
如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。
①H2O2的电子式________________。
②由图中信息可知:
________法制取的催化剂活性更高。
③Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是________。
(5)已知煅烧CoCO3时,温度不同,产物不同。
在400℃充分煅烧CoCO3,得到固体氧化物的质量为2.41g,CO2的体积为0.672L(标准状况下),则此时所得固体氧化物的化学式为__________。
答案
(1)作还原剂(或将Co3+还原为Co2+)
(2)2Al3++3CO
+3H2O===2Al(OH)3↓+3CO2↑
(3)NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-
(4)①
②微波水热 ③Co2+
(5)Co3O4
6.锂离子电池正极材料需要纯度较高的硫酸锰,目前工业硫酸锰中杂质(钙、镁、铁等)含量高,利用下图流程可制取纯度较高的硫酸锰溶液。
反应①使杂质生成氟化物的沉淀,对反应①前后的杂质含量检测结果(以350g/LMnSO4计)如下:
杂质
净化前/g
净化后/g
去除率/%
Fe2+、Fe3+
0.001275
0.001275
—
Ca2+
0.490000
0.021510
95.61
Mg2+
0.252000
0.025100
90.04
(1)滤渣x中含有的物质是。
(2)试分析钙镁去除结果不同的原因:
。
(3)在滤液中加入KMnO4可以将Fe2+氧化为Fe3+,同时生成Mn2+。
该反应的离子方程式为。
(4)已知:
生成氢氧化物沉淀的pH
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Mn(OH)2
开始沉淀时
6.3
1.5
8.3
完全沉淀时
8.3
2.8
9.8
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol/L
根据表中数据解释流程中②的目的:
。
(5)进一步研究表明,如果反应①后不过滤直接加入KMnO4,同时控制加入的量,反应后调节pH,然后再过滤,可以进一步提高钙镁的去除率。
对钙镁去除率提高的原因有如下假设:
假设Ⅰ:
Fe2+与生成了Fe3+,Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物;
假设Ⅱ:
Mn2+与反应生成的活性MnO2吸附了沉淀物。
选择适当的无机试剂,设计实验验证假设是否成立。
(6)锂离子电池充放电过程中,锂离子在正极和负极之间来回移动,就像一把摇椅,称“摇椅式电池”。
典型的锂离子电池工作原理如下图所示。
①放电时Li+的移动方向从极到极(填“a”或“b”)
②已知电极总反应:
LiCoO2+C
Li1-xCoO2+CLix,
写出放电时正极的电极反应式。
答案
(1)CaF2MgF2(2分)
(2)CaF2比MgF2更难溶(2分)
(3)MnO4-+5Fe2++8H+
5Fe3++Mn2++4H2O(2分)
(4)将Fe3+转化为Fe(OH)3达到分离铁元素与锰元素的目的(2分)
(5)取工业硫酸锰废水,加入MnF2,将所得样品分成两份,其中一份加入Fe(OH)3胶体,另一份加入活性MnO2,分别检测Ca2+、Mg2+的去除率,若去除率提高(大于95.61%、90.04%),则说明假设成立。
(2分)
(6)①ba(2分)
②Li1-xCoO2+xLi++xe-
LiCoO2(2分)
7、以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料(MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等)为原料制备高纯MnCl2·xH2O,实现锰的再生利用。
其工作流程如下:
资料a.Mn的金属活动性强于Fe;
Mn2+在酸性条件下比较稳定,pH高于5.5时易被O2氧化。
资料b.
生成氢氧化物沉淀的pH
Mn(OH)2
Pb(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀时
8.1
6.5
1.9
完全沉淀时
10.1
8.5
3.2
注:
金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1
(1)过程Ⅰ的目的是浸出锰。
经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。
①MnO2与浓盐酸反应的离子方程式是。
②检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是:
取少量滤液1于试管中,滴入铁氰化钾溶液,无蓝色沉淀生成;另取少量滤液1于试管中,。
③Fe3+由Fe2+转化而成,可能发生的反应有:
a.2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-
b.4Fe2++O2+4H+=2Fe3++2H2O
c.写出c的离子方程式:
。
(2)过程Ⅱ的目的是除铁。
有如下两种方法:
ⅰ.氨水法:
将滤液1先稀释,再加适量10%的氨水,过滤。
ⅱ.焙烧法:
将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧,冷却,取焙烧物......。
已知:
焙烧中发生的主要反应为2FeCl3+3O2=2Fe2O3+3Cl2,MnCl2和PbCl2不发生变化。
①氨水法除铁时,溶液pH应控制在之间。
②补全ⅱ中的操作:
。
③两种方法比较,氨水法除铁的缺点是。
(3)过程Ⅲ的目的是除铅。
加入的试剂是。
(4)过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下:
取m1g样品,置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时,质量变为m2g。
则x=。
答案:
(1)①MnO2+4H++2Cl-
Mn2++Cl2↑+2H2O
②滴加KSCN溶液,变红
③MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O
或MnOOH+3H++Fe2+=Mn2++Fe3++2H2O
(2)①3.2~5.5
②加水溶解,过滤,再加盐酸酸化至pH小于5.5
③引入杂质NH4+
(3)锰
(4)7(m1-m2)/m2