届一轮复习人教版解答题之 工艺流程综合题 学案.docx

1、届一轮复习人教版 解答题之 工艺流程综合题 学案2020届一轮复习人教版 解答题之 工艺流程综合题 学案1(2018全国卷)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)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3Fe2Zn2Cd2开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4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_

2、。(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。把脉考点第(1)问考查陌生化学方程式的书写第(2)问考查反应过程中的除杂、反应条件的控制第(3)问考查离子方程式的书写第(4)问考查电极反应式的书写、原料的循环利用解析：(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ZnSO2ZnOSO2。(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：ZnOH2SO4=ZnSO4H2O、Fe2

3、O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O、CdOH2SO4=CdSO4H2O、PbOH2SO4=PbSO4H2O。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2.86.2，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ZnCd2=Zn2Cd。(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2，电极反应式是Zn22e=Zn。沉积锌

4、后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。答案：(1)ZnSO2ZnOSO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2(3)Cd2Zn=CdZn2(4)Zn22e=Zn溶浸2(2017全国卷)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，铁的浸出率结果如图所示。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)TiO2xH2O沉淀与双氧

5、水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：温度/3035404550TiO2xH2O转化率/%9295979388分析40 时TiO2xH2O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”中c(Mg2)0.02 molL1，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)1.0105 molL1，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1.31022、1.01024。(6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：_。把脉考

6、点第(1)问考查原料的处理与反应条件的控制第(2)问考查陌生离子方程式的书写第(3)问考查化工原理分析第(4)问考查化学键第(5)问考查Ksp的相关计算第(6)问考查陌生化学方程式的书写解析：(1)从图像直接可以看出，当铁的浸出率为70%时对应的温度、时间分别为100 、2 h和90 、5 h。(2)解答陌生离子方程式的书写，首先要根据题意判断反应前后元素化合价的变化(反应前后Ti、Fe、H、Cl四种元素化合价没有变化)来推断离子反应类型(非氧化还原反应)，再根据题意写反应前后的参与反应的物质：FeTiO3HClFe2TiOCl，再根据电荷守恒进行配平FeTiO34H4ClFe2TiOCl，最

7、后根据元素守恒可知生成产物中有H2O，则补水后可得FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O，即是要求的离子方程式。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 时，氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。(4)锂元素在化合物中只有一种化合价(1)，过氧键中氧显1价，其余的氧为2价，由化合物中元素化合价代数和等于0，设Li2Ti5O15中2价、1价氧原子个数分别为x、y，有：解得x7，y8。所以，过氧键数目为4。(5)分两步计算：计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。c

8、(Fe3)c(PO)Ksp(FePO4)，c(PO) molL11.31017molL1。混合后，溶液中镁离子浓度为c(Mg2)0.01 molL1，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，没有磷酸镁沉淀生成。(6)草酸中碳为3价，高温煅烧过程中铁的化合价降低，碳的化合价升高，有CO2生成。答案：(1)100 、2 h,90 、5 h(2)FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O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TiO2xH2O转化反应速率下降(4)4(5)Fe3恰

9、好沉淀完全时，c(PO) molL11.31017molL1，则c3(Mg2)c2(PO)值为0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O3(2016全国卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问

10、题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_ mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。把脉考点第(1)问考查陌生离子

11、方程式的书写、化工原理的分析第(2)问考查氧化还原反应的计算第(3)问考查化工原理的分析第(4)问考查反应条件的控制第(5)问考查化工原理的分析第(6)问考查陌生化学方程式的书写解析：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，V2O5、VO中V元素均显5价，V元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式：V2O52H=2VOH2O。废钒催化剂中除SiO2外，其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“废渣1” 的主要成分是SiO2。(2)“氧化”中使3 mol的VO2变为VO，转移电子的物质的量为3 mol(54)3 mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl

12、元素由5价降低到1价，根据电子守恒可知，需要KClO3的物质的量至少为0.5 mol。(3)由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，从而除去Fe3、Al3，故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，应增加溶液中c(OH)，使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程中，

13、消耗V4O同时生成OH，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离子最多的是K。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”过程中生成V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程式：2NH4VO3V2O5H2O2NH3。答案：(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3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

14、验步骤的分析、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、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。 必备知能系统归纳通流程(一)分析试题结构特点掌握解题流程1分析试题结构特点题头(2016全国卷)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：题干题尾回答下列问题：(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

15、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)说明2掌握解题流程(1)审题先审题头，从题头中获取有用信息，了解制取的产品，再整体浏览流程图(题干)，分清原料预处理、反应条件的控制、核心反应、物质的分离与提纯等，最后审设问(题尾)，逐一回答问题。(2)答题先答以“点”设问的问题(即不需要理清工艺流程图的主线即可以答题)如“试题结构特点”题尾第(1)问NaClO2中

16、Cl的化合价为3和第(3)问“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2和Ca2，需加入的试剂分别为NaOH溶液、Na2CO3溶液。解题时完全没有必要考虑流程图，直接利用所学知识回答即可。再答以“线”设问的问题(即先理清工艺流程图的前后关系才能答题)如“试题结构特点”题尾第(2)问写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式2NaClO3SO2H2SO4=2ClO22NaHSO4和第(3)问中，“电解”中阴极反应的主要产物是ClO(或NaClO2)。解题时无法直接作答，需带着问题，找工艺流程图中相应的“反应”和“电解”位置，找到反应物和生成物，再具体问题具体回答即可。(二)多研高考经

17、典化工流程提升流程分析能力1(2017全国卷)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：涉及反应“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，其反应的离子方程式为FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O由FePO4制备LiFePO4的化学方程式为2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O2(2017海南高考)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO47H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O3

18、30%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%涉及反应酸解中发生的主要离子方程式为MgO2H=Mg2H2OFeO2H=Fe2H2OFe2O36H=2Fe33H2OAl2O36H=2Al33H2O除杂中发生的主要离子方程式为2HClO2Fe2=2Fe3ClH2O2Fe33MgO3H2O=2Fe(OH)33Mg22Al33MgO3H2O=2Al(OH)33Mg23(2016全国卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3

19、质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：涉及反应“酸浸”时V2O5转化为VO的离子方程式：V2O52H=2VOH2O“氧化”时，所发生的离子方程式：6VO2ClO3H2O=6VOCl6H“煅烧”偏钒酸铵(NH4VO3)时，发生反应的化学方程式：2NH4VO3V2O52NH3H2O4(2016海南高考)某废催化剂含58.2%的SiO2、21.0%的ZnO、4.5%的ZnS和12.8%的CuS。某同学用15.0 g该废催化剂为原料，回收其中的锌和铜。采用的实验方案如下：涉及反应ZnOH2SO4=ZnSO4H2OZnSH2SO4=ZnSO4H2SC

20、uSH2O2H2SO4=CuSO4S2H2O5(2015全国卷)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：涉及反应电解时发生反应的化学方程式为NH4Cl2HCl3H2NCl3制备ClO2的化学方程式为6NaClO2NCl33H2O=6ClO2NH33NaCl3NaOH6(2013全国卷)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。涉及反应正极碱浸的离子方程

21、式：2Al2OH2H2O=2AlO3H2酸浸中发生的主要氧化还原反应方程式为2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O“沉钴”过程中发生反应的化学方程式为CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO27(2013全国卷)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌含有Fe()、Mn()、Ni()等杂质的流程如下：涉及反应反应b中发生的离子方程式为MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H2MnO3Mn22H2O=5MnO24H反应d中发生的离子方程式为COZn2=ZnCO3反应e中发生的反应为ZnCO3ZnOCO2

22、高考题点逐一研究清盲点化学工艺流程题以工业上制备某物质(纯净物)为目的，把实际生产(或设计)中的过程以简图的形式表现出来：一般以无机矿物、工农业生产或生活废旧物质为原料，利用化学反应原理知识，首先对原料经过一定的预处理，再通过一系列化学反应，经过多次分离提纯，最后得到目标产物。其工艺流程及各环节的主要关键点图解如下：命题点一化学工艺流程题中原料的预处理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

23、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，如煅烧高岭土对点训练1(2015全国卷节选)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示：写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式：_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条)。解析：盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式：Mg2B2O5H2O2H2

24、SO42MgSO42H3BO3。可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。答案：Mg2B2O5H2O2H2SO42H3BO32MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径2某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：试回答在“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有_(两条即可)。解析：采取措施其目的是让更多的镁的化合物能与硫酸反应。答案：增大硫酸浓度、加热升高温度、边加硫酸边搅拌3(2018石家庄二模)稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等

25、多个领域。一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下：已知：废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出)成分含量/%Y2O3ZnOAl2O3PbO2MgO预处理前24.2841.827.811.670.19预处理后68.515.424.335.430.50试回答步骤中进行原料预处理的目的为_。解析：由已知中预处理前和预处理后的成分含量变化可得，预处理的目的为除去ZnO和Al2O3。答案：除去ZnO和Al2O34碲(Te)位于元素周期表第A族，由该元素组成的物质可用作石油裂化的催化剂，电镀液的光亮剂，玻璃的着色材料，合金材料的添加剂等。碲化铜渣是电解精炼铜时产生的一种矿渣，其主要含Cu2Te、Au、Ag等，利用下列工艺流程可回收碲：已知：TeO2的熔点为733 ，微溶于水，可溶于强酸和强碱。回答下列问题：(1)Te与S的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为_(用化学式表示)。(2)“酸浸1”需加热，加热的目的是_，“酸浸1”发生反应的氧化产物是_(写化学式)。(3)“水浸”后“滤液1”的颜色是_。(4)“滤渣1”进行“碱浸”的离子方程式