专题10第28题无机工业流程知识过关高考化学二三轮复习题型大突破系列解析版.docx
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专题10第28题无机工业流程知识过关高考化学二三轮复习题型大突破系列解析版
专题10-第28题-无机工业流程（知识过关）-2020高考化学二三轮复习题型大突破系列（解析版）
专题10第28题无机工业流程知识过关
一、试题分析
化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。
二、试题导图
三、必备知识
知识点1工业流程的三个阶段
原料预处理的常用方法
方法
目的
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，增大反应速率
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
碱浸
除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物
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
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
知识点2 常考化工术语及操作
1.常考化工术语
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雾化，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
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
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）
2.常见的操作与思考角度
常见的操作
思考角度
加过量试剂
使反应完全进行（或增大转化率、产率）等
加氧化剂
氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子
判断能否加其他物质
要考虑是否引入杂质（或影响产物的纯度）等
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、防水解、防潮解等目的
判断沉淀是否洗涤干净
取最后一次洗涤滤液少量，检验其中是否还有某种离子存在
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解）
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
3.循环物质的确定
4.副产品的判断
5.滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：
（1）反应过程中哪些物质（离子）消失了？
（2）所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子要考虑这些离子间是否会发生反应
6.物质分离、提纯的六种物理方法和八种化学方法
知识点3．陌生氧化还原反应方程式书写的具体步骤
1.常见氧化剂及其还原产物
氧化剂
Cl2（X2）
O2
Fe3＋
酸性KMnO4
MnO2
酸性K2Cr2O7
HClO
还原产物
Cl－（X－）
H2O/O2－/OH－
Fe2＋
Mn2＋
Mn2＋
Cr3＋
Cl－
氧化剂
ClO
浓H2SO4
HNO3
H2O2（H＋）
PbO2
FeO
（H＋）
NaBiO3
还原产物
Cl－
SO2
NO2（浓）、NO（稀）
H2O
Pb2＋
Fe3＋
Bi3＋
2.常见还原剂及其氧化产物
还原剂
金属单质
Fe2＋
H2S/S2－
SO2/SO
HI/I－
NH3
N2H4
CO
氧化产物
金属离子
Fe3＋
S、SO2
SO3、SO
N2、NO
N2
CO2
知识点4 答案文字叙述的规范性
设问角度
规范答题
固体原料进行“粉碎”的目的
减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率，提高浸取率
如何用pH试纸测定溶液pH？
将一小块pH试纸放在洁净干燥的表面皿上，用洁净的玻璃棒蘸取少量待测液点在pH试纸的中部，待试纸变色后再与标准比色卡对照读数
滴定管需用NaOH标准溶液润洗，如何操作？
滴定管用蒸馏水洗涤干净后，加入少量NaOH标准液，将滴定管横放，轻轻转动，均匀润洗滴定管内壁后，再将润洗液从下端尖嘴处放出，重复操作2～3次
在萃取、分液过程中，如何操作？
实验在分液漏斗中进行。
下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出
如何洗涤沉淀？
向过滤器中加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
检验沉淀是否洗涤干净？
取最后一次洗涤滤出液少许，滴加硝酸酸化的AgNO3溶液（检验氯离子）或者盐酸酸化的BaCl2溶液（检验硫酸根离子），若无沉淀产生，则证明已洗涤干净；反之，则未洗涤干净
从溶液中得到晶体的操作有哪些？
蒸发浓缩―→冷却结晶―→过滤―→洗涤―→干燥
四、回顾高考
1．（2019年全国1卷）硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。
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℃“溶侵”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）−4，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_________。
【答案】
（1）NH3+NH4HCO3＝（NH4）2CO3
（2）Fe2O3、Al2O3、SiO2KSCN
（3）一元弱转化为H3BO3，促进析出
（4）2Mg2++2H2O+3CO32－＝Mg（OH）2∙MgCO3↓+2HCO3－（或2Mg2++H2O+2CO32－＝Mg（OH）2∙MgCO3↓+CO2↑）溶浸高温焙烧
【解析】
（1）根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气，用碳酸氢铵溶液吸收，反应方程式为：
NH3+NH4HCO3=（NH4）2CO3;
（2）滤渣I为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3、SiO2;检验Fe3+,可选用的化学试剂为KSCN；
（3）由硼酸的离解方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子，而三价硼原子最多只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以硼酸为一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是将B（OH）−4转化为H3BO3，并促进H3BO3析出；
（4）沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg2+反应生成Mg（OH）2∙MgCO3，沉镁过程的离子反应为：
2Mg2++2H2O+3CO32-=Mg（OH）2∙MgCO3↓+2HCO3-；母液加热分解后生成硫酸铵溶液，可以返回“溶浸”工序循环使用；碱式碳酸镁不稳定，高温下可以分解，故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。
2．（2019年全国2卷）立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。
回答下列问题：
（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。
灼烧立德粉样品时，钡的焰色为__________（填标号）。
A．黄色B．红色C．紫色D．绿色
（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：
①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为______________________。
回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为______________________。
②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。
其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________（填化学式）。
③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。
（3）成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。
称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L−1的I2−KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。
以淀粉溶液为指示剂，过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+2
=2I−+
。
测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。
终点颜色变化为_________________，样品中S2−的含量为______________（写出表达式）。
【答案】
（1）D
（2）BaSO4+4C＝BaS+4CO↑CO+H2O＝CO2+H2BaCO3S2−+Ba2++Zn2++
＝ZnS·BaSO4↓
（3）浅蓝色至无色
【解析】
（1）焰色反应不是化学变化，常用来检验金属元素存在，常见金属元素焰色：
A.钠的焰色为黄色，故A错误；B.钙的焰色为红色，故B错误；C.钾的焰色为紫色，故C错误；D.钡的焰色为绿色，故D正确；
答案：
D；
（2）①注意焦炭过量生成CO，反应物为硫酸钡与焦炭，产物为BaS与CO，写出方程式BaSO4+4C=BaS+4CO↑；CO与水蒸气反应生成CO2与H2，写出方程式：
CO+H2O=CO2+H2；
答案：
BaSO4+4C=BaS+4CO↑；CO+H2O=CO2+H2；
②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体，由强酸制弱酸原理，还原料硫化钡与空气中水，二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体；
答案：
BaCO3；
③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质，写成离子形式，产物硫酸钡与硫化锌为沉淀，不可拆开，写出离子方程式：
S2-+Ba2++Zn2++SO42-=BaSO4·ZnS↓；
答案：
S2-+Ba2++Zn2++SO42-=BaSO4·ZnS↓；
（3）碘单质与硫离子的反应：
S2-+I2=S+2I-；碘单质与淀粉混合为蓝色，用硫代硫酸钠滴定过量的I2，故终点颜色变化为浅蓝色至无色；根据氧化还原反应得失电子数相等，利用关系式法解题；根据化合价升降相等列关系式，设硫离子物质的量为nmol：
S2-～I22S2O32-～I2
1mol1mol2mol1mol
nmolnmol0.1V×10-3mol
0.1V×10-3mol
n+
0.1V×10-3mol=25
0.1V×10-3mol，得n=（25-
V）0.1×10-3mol
则样品中硫离子含量为：
×100%=
×100%
答案：
浅蓝色至无色；
×100%。
3．（2019年全国3卷）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。
回答下列问题：
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
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mg2+
Zn2+
Ni2+
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。
（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。
（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。
（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。
（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。
若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。
（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。
（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。
当x=y=1/3时，z=___________。
【答案】
（1）SiO2（不溶性硅酸盐）MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O
（2）将Fe2+氧化为Fe3+（3）4.7（4）NiS和ZnS
（5）F−与H+结合形成弱电解质HF，MgF2
Mg2++2F−平衡向右移动
（6）Mn2++2
=MnCO3↓+CO2↑+H2O（7）
【解析】
（1）Si元素以SiO2或不溶性硅盐存在，SiO2与硫酸不反应，所以滤渣I中除了S还有SiO2；在硫酸的溶浸过程中，二氧化锰和硫化锰发生了氧化还原反应，二氧化锰作氧化剂，硫化锰作还原剂，方程式为：
MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；
（2）二氧化锰作为氧化剂，使得MnS反应完全，且将溶液中Fe2+氧化为Fe3+；（3）由表中数据知pH在4.7时，Fe3+和Al3+沉淀完全，所以应该控制pH在4.7~6之间；
（4）根据题干信息，加入Na2S除杂为了除去锌离子和镍离子，所以滤渣3是生成的沉淀ZnS和NiS；
（5）由HF
H++F-知，酸度过大，F-浓度减低，使得MgF2
Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移动，Mg2+沉淀不完全；（6）根据题干信息沉锰的过程是生成了MnCO3沉淀，所以反应离子方程式为：
Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；
（7）根据化合物中各元素化合价代数和为0的规律得：
1+2x+3y+4z=6，已知，x=y=1/3，带入计算得：
z=1/3
4．（2018年全国1卷）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。
（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。
在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。
滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。
【答案】
（1）2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O
（2）NaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液
（3）2H2O－4e－＝4H＋+O2↑a
（4）S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋0.128
【解析】
（1）亚硫酸氢钠过饱和溶液脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3＝Na2S2O5+H2O；
（2）①碳酸钠饱和溶液吸收SO2后的溶液显酸性，说明生成物是酸式盐，即Ⅰ中为NaHSO3；
②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3过饱和溶液；
（3）阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。
阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。
阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。
（4）单质碘具有氧化性，能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠，反应的方程式为S2O52－+2I2+3H2O＝2SO42－+4I－+6H＋；消耗碘的物质的量是0.0001mol，所以焦亚硫酸钠的残留量（以SO2计）是
。
点睛：
本题以焦亚硫酸钠的制备、应用为载体考查学生对流程的分析、电解原理的应用以及定量分析等，题目难度中等。
难点是电解池的分析与判断，注意结合电解原理、交换膜的作用、离子的移动方向分析电极反应、亚硫酸氢钠浓度的变化。
易错点是最后一问，注意计算残留量时应该以二氧化硫计，而不是焦亚硫酸钠。
5．（2018年全国2卷）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）ZnS+3/2O2
ZnO+SO2
（2）PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质
（3）Fe2+Zn+Cd2+
Zn2++Cd
（4）Zn2++2e－
Zn溶浸
【解析】
（1）由于闪锌矿的主要成分是ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS+3O2
2ZnO+2SO2。
（2）由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣1的主要成分除SiO2外还有PbSO4；要测定铁离子，需要调节溶液的pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节pH，即氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH。
根据表中数据可知沉淀亚铁离子的pH较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质Fe2+。
（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，反应的离子方程式为Zn+Cd2+＝Zn2++Cd。
（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为Zn2++2e－＝Zn；阳极是氢氧根放电，破坏水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
6．（2018年全国3卷）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KCI．“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_____。
（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式_____。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_____，其迁移方向是_____。
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_____（写出一点）。
【答案】
（1）碘酸钾
（2）加热KClKH（IO3）2+KOH═2KIO3+H2O
（3）2H2O+2e﹣═2OH﹣+H2↑K+a到b产生Cl2易污染环境
【解析】
（1）根据氯酸钾（KClO3）可以推测KIO3为碘酸钾。
（2）将溶解在溶液中的气体排出的一般方法是将溶液加热，原因是气体的溶解度是随温度上升而下减小。
第一步反应得到的产品中氯气在“逐Cl2”时除去，根据图示，碘酸钾在最后得到，所以过滤时KH（IO3）2应该在滤渣中，所以滤液中主要为KCl。
“调pH”的主要目的是将KH（IO3）2转化为KIO3，所以方程式为：
KH（IO3）2+KOH=2KIO3+H2O。
（3）①由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。
②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。
③KClO3氧化法的最大不足之处在于，生产中会产生污染环境的氯气。
7．（2017年全国1卷）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
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