高中化学：化学流程图专题解析.doc
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化学流程图专题分析
【例1】重铬酸钠（Na2Cr2O7·2H2O）俗称红矾钠，在工业方面有广泛用途。
我国目前主要是以铬铁矿（主要成份为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质）为主要原料进行生产，其主要工艺流程如下：
①中涉及的主要反应有：
主反应：
4FeO·Cr2O3＋8Na2CO3＋7O2 8Na2CrO4＋2Fe2O3＋8CO2
副反应：
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑、Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：
沉淀物
Al（OH）3
Fe（OH）3
Mg（OH）2
Cr（OH）3
完全沉淀时溶液pH
4。
7
3。
7
11。
2
5。
6
试回答下列问题：
⑴“①”中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是▲。
两个副反应均为吸热反应，但在高温下均能自发进行，其原因是▲。
⑵“③”中调节pH至4.7，目的是▲。
⑶“⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42－转化为Cr2O72－，请写出该平衡转化的离子方程式：
▲。
⑷“⑦”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠，依据是▲。
【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识，过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。
搅拌的目的是增大反应物的接触机会，从而加快反应速率。
由于这两个副反应是在高温下才自发进行，所以必然是一个△S>0的反应。
③溶液中存在的主要阴离子有CrO42－、AlO2—、SiO32—，pH调至4.7，是为了除去其中的AlO2—、SiO32—。
硫酸钠的溶解度随温度的升高，先增大后减小，这一点较特殊，设问较困难。
若给出其溶解度曲线，则可以帮助理解最后两步工艺。
【答案】⑴使反应物接触更充分，加快反应速率△S＞0⑵除去溶液中的AlO2—、SiO32—
⑶2CrO42－＋2H+Cr2O72－＋H2O⑷红矾钠的溶解度随温度的降低而减小
【小结】学生审题不清（采用冷却结晶的方法析出红矾钠，要回答的是依据而不是原因、试题要求写出CrO42－转化为Cr2O72－的平衡转化离子方程式，但很多学生不用可逆符号而用等号），概念混淆（不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率，能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率），思考问题的指向不正确（讨论反应能否自发进行应从什么角度思考？
部分学生还不知道），分析问题能力差，化学原理不清，不能正确分析流程图中所包含的化学反应。
【例2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。
具体实验步骤如下图所示：
根据上述图示，完成下列填空：
（1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。
配制500mL稀氨水（每升含有39。
20g氨）需要取浓氨水（每升含有251.28g氨）__________mL，用规格为_______mL量筒量取。
（2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除K＋、SO42－外，还有大量的NH4＋。
检验NH4＋的方法是_______________________________________________________。
（3）写出沉淀物中所有物质的化学式________________________________________。
（4）滤液I的成分是水和______________。
（5）为测定混合肥料K2SO4、（NH4）2SO4中钾的含量，请完善下列步骤：
①称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量______溶液，产生白色沉淀。
②___________、__________、_________（依次填写实验操作名称）。
③冷却、称重。
（6）若试样为mg，沉淀的物质的量为nmol，则试样中K2SO4的物质的量为：
______mol（用含有m、n的代数式表示）。
【解析】
（1）根据稀释前后溶质质量不变得：
0.5L×39.2g/L＝v×251.28g/L，v＝0.078L＝78mL。
为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。
（2）NH4＋的检验方法是先将NH4＋中加入强碱，使之转化为NH3，然后检验NH3：
用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。
（3）Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH4＋，根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3，所以沉淀物为Al（OH）3、Al2O3和Fe2O3。
（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成的（NH4）2SO4以及水。
（5）混合肥料中含有K2SO4和（NH4）2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或Ba（NO3）2溶液，以后的操作为：
先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。
（6）根据题意有：
174n（K2SO4）＋132n[（NH4）2SO4]=mg……①，
再由SO守恒得：
n（K2SO4）＋n[（NH4）2SO4]=nmol……②，n（K2SO4）＝mol。
【答案】
（1）78；100。
（2）取滤液少许，加入NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
（3）Al（OH）3；Al2O3；Fe2O3。
（4）K2SO4；（NH4）2SO4。
（5）BaCl2；过滤；洗涤；干燥。
（6）mol。
【例3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。
工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：
某软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si（16。
27%）、Fe（5。
86%）、Al（3。
42%）、Zn（2。
68%）和Cu（0。
86%）等元素的化合物。
部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：
沉淀物
Al（OH）3
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Mn（OH）2
Cu（OH）2
Zn（OH）2
CuS
ZnS
MnS
FeS
pH
5.2
3.2
9.7
10.4
6.7
8.。
0
≥–0.42
≥2.5
≥7
≥7
（1）FeSO4在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为 。
（2）滤渣A的主要成分是 。
（3）加入MnS的目的是除去 杂质。
（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应方程式为 。
（5）从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 （写两种）。
【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中，准确地提取实质内容，并与已有知识模块整合，重组为新知识模块的能力。
由反应流程可知：
在酸性条件下二氧化锰将Fe2+氧化为Fe3+，将Cu氧化成Cu2+，此外溶液中的还有Zn2+和Al3+，当调pH至5。
4时，只有Al（OH）3和Fe（OH）3会完全沉淀，故滤渣A的主要成分是Fe（OH）3和Al（OH）3。
加入MnS后因为酸性条件下CuS、ZnS更难溶所以会转化为CuS、ZnS沉淀而除去Cu2＋Zn2＋。
【答案】
（1）MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4＝MnSO4＋Fe2（SO4）3＋2H2O
（2）Fe（OH）3 Al（OH）3
（3）Cu2＋ Zn2＋（4）MnO2＋H2O＋e－＝MnOOH＋OH－（或2MnO2＋H2O＋2e－＝Mn2O3＋2OH－）
（5）锌、二氧化锰
【例4】将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4·2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。
以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。
（1）本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要等原料
（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：
（3）过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有（填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。
（4）过滤Ⅰ操作所得滤液是（NH4）2SO4溶液。
检验滤液中含有CO32－的方法是：
。
（5）已知不同温度下K2SO4在100g水中达到饱和时溶解的量如下表：
温度（℃）
0
20
60
K2SO4溶解的量（g）
7。
4
11。
1
18。
2
60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体g
（6）氯化钙结晶水合物（CaCl2·6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是
a熔点较低（29℃熔化）b能导电c能制冷d无毒
（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：
。
【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。
从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。
硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。
碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。
硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591饱和液中含有的水是500g，在0℃可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。
作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。
【答案】
（1）CaCO3NH3H2O
（2）CaSO4＋CO32－→CaCO3↓＋SO42－（3）CaSO4
（4）滤液中滴加盐酸产生气泡（5）54g（6）ad
（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）
【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似，只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求，解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素，充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。
【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO4·5H2O）。
制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。
回答下列问题：
（1）配平在滤液（Ⅲ）中发生反应化学主程式：
____NOx+____H2O+____O2____HNO3。
（2）写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。
（3）在上述生产过程中，被循环使用的物质是_______________________________。
（4）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。
将它们的编号填入方框。
【解析】
（1）NOx中N的化合价为2x，反应前后N化合价变化为5-2x，O2中O化合价变化为4，初步配平为4NOx+H2O+（5-2x）O2→HNO3，再配平其他物质的化学计量数得：
4NOx+2H2
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