高中化学应用化学思想巧解化工流程题.docx

1、高中化学应用化学思想巧解化工流程题应用化学思想巧解化工流程题【命题解读】化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力。1.解题要领必备解答工艺流程综合题的关键是分析流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，需要宏观把握整个流程，可针对问题分析细节，不必把每个环节的原理都弄清。总体方法：关注箭头的指向(聚焦局部

2、，箭头指入反应物，箭头指出生成物)、前后追溯物质(放大局部)、考虑反应实际(物质性质、试剂用量)。2.识记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分散成微小液滴，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、醇溶等浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少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水浸与水接触反应或溶解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

3、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)3.常见操作的答题考虑角度常见的操作答题要考虑的角度分离、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

4、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、水解、潮解等目的判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的pH调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)“酸作用”还可除去氧化物(膜)“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等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)防止副反应的发生使化学平衡移动；控制化学反应的方向控制固体的溶解与结晶控制反应速率：使催化剂达到最大活性升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离趁热过滤

5、：减少因降温而析出的溶质的量降温：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水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质“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用特定的有机试剂清洗晶体：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23次表面处理用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等1.2018全国卷，27(1)(2)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

6、：(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：pH4.1时，中为_溶液(写化学式)。工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是_。答案(1)2NaHSO3=Na2S2O5H2O(2)NaHSO3得到NaHSO3过饱和溶液解析(1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3=Na2S2O5H2O。(2)酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO

7、3过饱和溶液。2.(2018全国卷，26)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_。(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

8、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)2ZnS3O22ZnO2SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2(3)Cd2Zn=CdZn2(4)Zn22e=Zn溶浸解析(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2ZnS3O22ZnO2SO2。(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、Fe2O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O、CdOH2SO4=CdSO4H2O、PbOH2SO4

9、=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和H。因为溶液中的Zn2浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn22e=Zn，阳极放电的是OH，电极反应式是4OH4e=2H2OO2。沉积

10、锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。3.2018全国卷，27(1)(2)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KCl。“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_。答案(1)碘酸钾(2)加热KClKH(IO3)2KOH=2KIO3H2O(或HIO3KOH=KIO3H2O)解析(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低，所以可以用加热的方法来达到“逐Cl

11、2”的目的；KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同，采用结晶法分离，滤液中的溶质主要是KCl，要使KH(IO3)2转化为KIO3，可以加入KOH调节pH。发生反应：KH(IO3)2KOH=2KIO3H2O或HIO3KOH=KIO3H2O，从而避免引入新的杂质离子。4.(2017全国卷，27)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，铁的浸出率结果如下图所示。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

12、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、1.01

13、024。(6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_。答案(1)100 、2 h或90 、5 h(2)FeTiO3 4H 4Cl=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恰好沉淀完全时， c(PO)molL11.31017molL1，c3(Mg2)c2(PO)值为0.013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO

14、2解析(1)由图示可知，当铁浸出率为70%时，可以采用100 、2 h，也可采用90 、5 h。(2)反应物有FeTiO3，由生成物有TiOCl可知，反应物中还含有Cl，生成物中还有Fe2，注意酸性条件，用H平衡电荷，配平。(3)温度低，转化速率慢，单位时间内转化效率低，温度过高，H2O2分解，NH3挥发，导致转化速率慢。注意：取的是相同时间内的转化率。(4)由化合物中所有元素化合价代数和为0，有15个O原子共22价，设2价氧原子为x个，1价氧原子则为(15x)个，有2x(15x)22，x7，则1价O原子共8个，即有4个过氧键。(6)反应物为FePO4、Li2CO3、H2C2O4，生成物有Li

15、FePO4，铁元素的化合价降低，则H2C2O4中碳元素的化合价升高，产物为CO2，配平。5.(2017全国卷，26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_，还可使用_代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。(3)加氨水过程中加热的目的是_。沉淀B的主要成分为_、_(填化学式)。(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶

16、液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应：MnOHH2C2O4Mn2CO2H2O。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 molL1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_。答案(1)将Fe2氧化为Fe3 双氧水(2)SiO2 SiO24HF=SiF42H2O(3)防止胶体生成，易沉淀分离Fe(OH)3 Al(OH)3 (4)45.0%解析(1)Fe3容易在pH较小时转化为沉淀，所以需要将Fe2氧化为Fe3。双氧水可以将Fe2氧化为Fe3且不会引入杂质。(2)二氧化硅不溶于一般酸性溶液，所以沉淀A是二氧化硅。它可以溶于氢氟酸：SiO24

17、HF=SiF42H2O。(3)加热可以促进Fe3、Al3水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀。pH 45时Ca2、Mg2不沉淀，Fe3、Al3沉淀，所以沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)5Ca25H2C2O42KMnO4，n(KMnO4)0.050 0 molL136.00 mL103 LmL11.80103 mol，n(Ca2)4.50103 mol，水泥中钙的质量分数为100%45.0%。6.(2017全国卷，27)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：(1)步骤的主要反应为

18、FeOCr2O3Na2CO3NaNO3Na2CrO4Fe2O3CO2NaNO2上述反应配平后FeOCr2O3与NaNO3的系数比为_。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是_，滤渣2的主要成分是_及含硅杂质。(3)步骤调滤液2的pH使之变_(填“大”或“小”)，原因是_(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a.80 b.60 c.40 d.10 步骤的反应类型是_。(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制

19、备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为_。答案(1)27陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2CrO2H Cr2OH2O(4)d复分解反应(5)100%解析(1)首先标出变价元素的化合价，分析价态变化可知：1 mol FeOCr2O3失去7 mol电子，1 mol NaNO3得到2 mol电子，则由得失电子守恒可知二者系数比应为27；该步骤中主要反应的反应物中有Na2CO3，而陶瓷中含有二氧化硅，二者在熔融时反应，故不能使用陶瓷容器。(2)步骤的反应产生了不溶于水的Fe2O3，故熔块水浸后滤渣1的主要成分是Fe2O3，则含量最多的金属元素是铁元素；将滤液1

20、调节pH7后，Al3会变为Al(OH)3沉淀而除去，故滤渣2的主要成分是Al(OH)3和含硅杂质。(3)滤液2中的主要成分是Na2CrO4，滤液3中的主要成分应为Na2Cr2O7，则第步调节pH的作用是使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，离子方程式为2CrO2H Cr2OH2O，酸性越强越利于Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，故应调节pH使之变小。(4)由溶解度曲线图可知，10 时K2Cr2O7溶解度最小，而Na2Cr2O7、KCl、NaCl此时溶解度均大于K2Cr2O7，三者均存在于溶液中，故冷却到10 时得到的K2Cr2O7固体最多，该步骤的化学反应方程式为2KClNa2Cr2O7

21、=2NaClK2Cr2O7，显然该反应为复分解反应。(5)由Cr元素守恒可知：Cr2O3K2Cr2O7，则理论产生K2Cr2O7的质量为(294) g，而实际产量为1 000m2 g，则产率100%100%。1.熟记常见物质溶解度曲线变化2.利用溶解度曲线判断结晶的方法(1)溶解度受温度影响较小的(如NaCl)采取蒸发结晶的方法；(2)溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法；(3)带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法，应特别注意的是若从FeCl3溶液中结晶出FeCl36H2O晶体，应在HCl气氛中蒸发浓缩、冷却结晶。1.NaBiO3可作为钢铁分析中测定锰的氧化剂，Bi2

22、O3在电子行业有着广泛应用，可利用浮选过的辉铋矿(主要成分是Bi2S3，还含少量SiO2等杂质)来制备。其工艺流程如下：回答下列问题：(1)辉铋矿的“浸出液”中铋元素主要以Bi3形式存在，写出Bi2S3与FeCl3溶液反应的离子方程式：_；加入盐酸，既可提高铋的浸出率，又可_；滤渣1的主要成分是_和硫。(2)NaBiO3是为数不多的钠盐沉淀之一，由溶液3制得纯净的NaBiO3，操作2 包括_。(3)Bi2O3与Na2O2可在熔融状态下反应制得NaBiO3，其副产物为_。(4)写出“煅烧”中由碱式碳酸铋(BiO)2CO3制备Bi2O3的化学方程式：_。(5) 某工厂用m1 kg辉铋矿(含Bi2O3 60%)制备NaBiO3，最终得到产品m2 kg，产率为_。答案(1)Bi2S36Fe3=2Bi36Fe23S抑制溶液中Bi3的水解SiO2(2)过滤、洗涤、干燥(3)Na2O(4)(BiO)2CO3Bi2O3CO2(5)100%解析由题中信息可知，辉铋矿经氯化铁和盐酸的混合液浸取后，硫化铋中的硫离子被氧化为硫单质，过滤后除去二氧化硅和硫等滤渣，向滤液中加入足量的铁粉把铋置换出来得到海绵铋，海绵铋经盐酸和双氧水溶解得到氯化铋溶液，向氯化铋溶液中加入氢氧化钠溶液和次氯酸钠溶液把氯化铋氧化为铋酸钠；向氯化铋溶液中加入碳酸铵可以生成碳酸氧铋沉淀，碳酸氧铋经煅烧得到氧化铋。(1