核心素养微专题 2.docx

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核心素养微专题2

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核心素养微专题2

化学工艺流程试题的解题策略

1.原料预处理的常用方法及其作用

（1）研磨：

减小固体颗粒度，增大物质间接触面积，加快反应速率。

（2）水浸或酸浸：

与水接触反应或溶解；与酸接触反应或溶解，得可溶性金属离子溶液，不溶物过滤除去。

（3）浸出：

固体加水（酸）溶解得到溶液（离子）。

（4）灼烧：

除去可燃性杂质或使原料初步转化。

（5）煅烧：

改变结构，使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。

2.制备过程中应注意的反应条件

（1）溶液的pH：

①控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。

②常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

（2）温度：

根据需要选择适宜温度，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动，减少副反应的发生，确保一定的反应速率，控制溶解度便于提纯。

（3）浓度：

①根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。

②过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。

（4）趁热过滤：

防止某物质降温时会大量析出。

（5）冰水洗涤：

洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体损耗。

3.无机化工流程中的分离方法

（1）洗涤（冰水、热水）：

洗去晶体表面的杂质离子；

（2）过滤（热滤或抽滤）：

分离难溶物和易溶物；

（3）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；

（4）蒸发结晶：

提取溶解度随温度的变化不大的溶质；

（5）冷却结晶：

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

（6）蒸馏或分馏：

分离沸点不同且互溶的液体混合物；

（7）冷却法：

利用气体易液化的特点分离气体。

【典例】（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：

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______________。

【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。

【解析】

（1）在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3。

（2）用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O，故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。

（3）根据H3BO3的解离反应：

H3BO3+H2O

H++B（OH

可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO3析出。

（4）“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg2++3C

+2H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+2HC

或2Mg2++2C

+H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+CO2↑；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。

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++3C

+2H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+2HC

（或2Mg2++2C

+H2O

Mg（OH）2·MgCO3↓+CO2↑）

溶浸　高温焙烧

　以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。

工业上利用废渣（含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO）制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4，具体生产流程如下：

注：

铵黄铁矾的化学式为（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12。

（1）在废渣溶解操作时，应选用________溶解（填字母）。

A.氨水　　　　B.氢氧化钠溶液

C.盐酸D.硫酸

（2）物质A是一种氧化剂，工业上最好选________（供选择使用的有空气、Cl2、MnO2），其理由是________________________________。

氧化过程中发生反应的离子方程式为______________。

（3）根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件（从温度、pH和氧化时间三方面说明）是______________。

（4）铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe（OH）3、________。

铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为__ __________。

【解析】

（1）该流程的目的是制备高档颜料铁红（Fe2O3）和回收（NH4）2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+，也不能选用。

（2）空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2++O2+4H+

4Fe3++2H2O。

（3）由图知，控制温度在80℃、pH为1.5、氧化时间为4h，Fe2+的氧化率较高。

（4）废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+，加氨水后，可能生成Mg（OH）2沉淀、Fe（OH）3沉淀，另外Ca（OH）2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。

由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得（NH4）2SO4和Fe（OH）3。

答案：

（1）D

（2）空气　原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质　4Fe2++O2+4H+

4Fe3++2H2O

（3）溶液温度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化时间为4h左右

（4）Ca（OH）2、Mg（OH）2、CaSO4

（NH4）2Fe6（SO4）4（OH）12+6NH3·H2O

4（NH4）2SO4+6Fe（OH）3↓

【加固训练】

　　1.（提纯型化工流程）工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下，请回答下列问题：

（1）步骤①所得废渣的成分是________（写化学式），操作Ⅰ的名称________。

（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）：

R2（SO4）n（水层）+2nHA（有机层）

2RAn（有机层）+nH2SO4（水层），②中萃取时必须加入适量碱，其原因是______________。

③中X试剂为________。

（3）⑤的离子方程式为______________。

（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表：

pH

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

钒沉淀率%

98.0

98.8

98.8

96.4

93.1

结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe（OH）3沉淀，则溶液中c（Fe3+）<________。

（已知：

25℃时，Ksp[Fe（OH）3]=2.6×10-39） 

（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有________和________。

【解析】

（1）将含K2SO4、SiO2杂质的VOSO4溶于水，SiO2不溶于水，步骤①是过滤，将SiO2与溶液分离。

（2）②中萃取时必须加入适量碱，有利于中和硫酸，促使平衡正向移动；③为反萃取，使上述平衡向逆方向移动，X试剂为H2SO4。

（3）在含有VO2+、S

的溶液中加入氧化剂氯酸钾，可以将VO2+氧化为V

，步骤⑤中加氨水，V

与氨水反应生成NH4VO3的离子方程式为NH3·H2O+V

NH4VO3↓+OH-。

（4）根据25℃时，钒沉淀率和溶液pH之间的关系知，pH为1.7、1.8时，钒沉淀率最高，调节溶液的最佳pH为1.7～1.8最好；若钒沉淀率为93.1%，pH=2.0，c（OH-）=1×10-12mol·L-1，此时没有Fe（OH）3沉淀，则溶液中的c（Fe3+）

（5）根据流程示意图可知：

该工艺流程中可以循环利用的物质有氨气（或氨水）和有机萃取剂。

答案：

（1）SiO2　过滤

（2）加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动（或提高钒的萃取率）　H2SO4

（3）NH3·H2O+V

NH4VO3↓+OH-

（4）1.7～1.8（或1.7、1.8其中一个）

2.6×10-3mol·L-1

（5）氨气（或氨水）　有机萃取剂

2.（制备型化工流程）二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。

工业以锰结核矿为原料，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2，其制备过程如图所示：

（1）步骤Ⅰ中，试剂甲必须具有的性质是________（填序号）。

A.碱性　　　　　　B.稳定性

C.氧化性D.还原性

（2）用惰性材料作电极，电解硫酸锰溶液制二氧化锰，写出阳极反应式：

_____

______________________。

步骤Ⅲ中，以KClO3为氧化剂，当生成0.050molMnO2时，消耗0.10mol·L-1的NaClO3溶液200mL，该反应的离子方程式为____________。

（3）工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为____________。

（4）二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。

下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案；

实验

20.0mL双氧水

溶液浓度

粉状

MnO2

温度

待测数据

Ⅰ

5%

2.0g

20℃

Ⅱ

5%

1.0g

20℃

Ⅲ

10%

1.0g

20℃

Ⅳ

w

2.0g

30℃

①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是_________________。

②利用实验Ⅰ和Ⅳ是探究温度对化学反应速率的影响，w=________。

本实验待测数据是________。

【解析】

（1）锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子，试剂甲必须具有还原性。

（2）电解硫酸锰溶液时，阳极发生氧化反应，反应式为Mn2+-2e-+2H2O

MnO2↓+4H+。

生成0.050mol二氧化锰时，失去电子的物质的量：

0.050mol×2=

0.100mol；设还原产物中氯元素化合价为+x，n（NaClO3）=0.2L×0.1mol·

L-1=0.02mol。

由电子守恒知，0.02mol×（5-x）=0.100mol，x=0，氯酸钾被还原后产物为氯气，离子方程式为2Cl

+5Mn2++4H2O

5MnO2+Cl2↑+8H+。

（3）实验室制氯气的残余物质含Mn2+，吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为2Mn2++Cl2+3H2O

Mn2O3+6H++2Cl-。

（4）①实验Ⅱ和Ⅲ中双氧水溶液浓度不同，反应物浓度越大，反应速率越快。

②实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响，则w=5%，对于产生气体实验，测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。

答案：

（1）D　

（2）Mn2+-2e-+2H2O

MnO2↓+4H+

2Cl

+5Mn2++4H2O

5MnO2+Cl2↑+8H+

（3）2Mn2++Cl2+3H2O

Mn2O3+6H++2Cl-

（4）①其他条件相同，反应物浓度越大，反应速率越快

②5%　收集等体积氧气所需要的时间

3.（提纯型化工流程）（2019·济南模拟）锗铜合金是一种常用的标准电阻材料，工业生产中会出现一些技术指标达不到要求的合金，为避免资源浪费可利用如下流程对不达标合金中的锗、铜进行回收，请回答相关问题。

（1）锗在元素周期表中的位置是________。

（2）氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是 _________________。

为加快氧化溶解反应速率可采用的措施有 _______（任写两种）。

（3）滤渣的成分是____________。

（4）水解过程发生的反应是GeCl4+2H2O

GeO2↓+4HCl，为得到纯净的GeO2，对水解所得混合物要进行过滤、洗涤、干燥等操作，判断GeO2是否洗涤干净的操作是 _________________。

（5）下列金属的冶炼原理与流程中锗的冶炼原理相似的是________（填选项序号）。

A.钠　　　B.铝　　　C.铁　　　D.银

（6）若含锗6.2%的高锗铜合金的质量为50kg，还原过程中参与反应的H2体积为1.792m3（已折合为标准状况），则锗的回收率为________（保留三位有效数字）。

【解析】

（1）锗在元素周期表中的位置是第四周期ⅣA族。

（2）氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是Cu+H2O2+2H+

Cu2++2H2O。

搅拌、适当加热、适当增大硫酸浓度等都可以加快氧化溶解反应速率。

（3）置换过滤过程是用铁置换铜，铁粉会适当过量，因此滤渣成分是铜和过量的铁。

（4）判断GeO2是否洗涤干净的操作是取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不

产生白色沉淀，则GeO2已洗涤干净，如果有沉淀，则没有洗涤干净。

（5）锗的冶炼方法是热还原法，钠、铝的冶炼方法是电解法，铁的冶炼方法是热还原法，银的冶炼方法是热分解法，因此答案选C。

（6）原合金中锗的质量为3.1kg，还原过程发生反应的方程式是GeO2+2H2

Ge+2H2O，根据方程式可算出制得锗的质量为2.92kg，因此锗的回收率=

×100%≈94.2%。

答案：

（1）第四周期ⅣA族

（2）Cu+H2O2+2H+

Cu2++2H2O　搅拌、适当加热、适当增大硫酸浓度（任写两种）

（3）铜、铁

（4）取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则GeO2已洗涤干净，如果有沉淀，则没有洗涤干净（答案合理即可）

（5）C　（6）94.2%

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