高考化學(xué)講與練 第8章 專題講座五 化工流程題的解題指導(dǎo)含解析新人教版

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1、 第8章專題--化工流程題的解題指導(dǎo) 李仕才 考綱研讀 1.從試題提供的新信息中,準確地提取實質(zhì)性內(nèi)容,并經(jīng)與已有知識塊整合,重組為新知識塊的能力。2.將實際問題分解,通過運用相關(guān)知識,采用分析、綜合的方法,解決簡單化學(xué)問題的能力。3.將分析和解決問題的過程及成果,用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達,并做出解釋的能力。 一、工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu) 二、工業(yè)流程題分類突破 題型一 物質(zhì)制備類化工流程題 1.核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫 關(guān)注箭頭的指向:箭頭指入→反應(yīng)物,箭頭指出→生成物。 (1)氧化還原反應(yīng):熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律,①判斷產(chǎn)物,②配平。 (2)

2、非氧化還原反應(yīng):結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。 2.原料的預(yù)處理 (1)溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。 水浸 與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出 固體加水(酸)溶解得到離子 酸浸 在酸溶液中反應(yīng),使可溶性金屬離子進入溶液,不溶物通過過濾除去的溶解過程 浸出率 固體溶解后,離子在溶液中的含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) (2)灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。 3.常用的控制反應(yīng)條件的方法 (1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點: ①能與H+反應(yīng),使溶液pH增大; ②不引

3、入新雜質(zhì)。 例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。 (2)控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。 (3)趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時會析出。 (4)冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 [例1] (2016全國卷Ⅰ,28)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如下: 回答下列問題: (1)NaClO2中Cl的化合價為________。 (2)寫出“反應(yīng)”步驟中生成C

4、lO2的化學(xué)方程式______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時,為除去Mg2+和Ca2+,要加入的試劑分別為________、________?!半娊狻敝嘘帢O反應(yīng)的主要產(chǎn)物是________。 (4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是________。 (5)“有效氯含

5、量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為________。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù)) [解題流程] 第一步:讀題目,明確目的——制備NaClO2 第二步:審流程,分塊破題——拆分工藝流程 第三步:看設(shè)問,結(jié)合題中的問題,回到流程圖中找答案。 [得分秘籍] (1)設(shè)問一般相對獨立,無連帶效應(yīng),一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。 (2)題中基本上都有與流程無關(guān)的問題,可直接作答;對于超綱知識,題目中要么有信息提示,要么與解答題目無關(guān)。 答案 (1)+3 (2)2NaClO3+H2SO

6、4+SO2===2NaHSO4+2ClO2(3)NaOH溶液 Na2CO3溶液 ClO(或NaClO2) (4)2∶1 O2(5)1.57 題型二 提純類化工流程題 1.明確常用的提純方法 (1)水溶法:除去可溶性雜質(zhì)。 (2)酸溶法:除去堿性雜質(zhì)。 (3)堿溶法:除去酸性雜質(zhì)。 (4)氧化劑或還原劑法:除去還原性或氧化性雜質(zhì)。 (5)加熱灼燒法:除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。 (6)調(diào)節(jié)溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3+等。 2.明確常用的分離方法 (1)過濾:分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。 (2)萃取和分液:利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑

7、里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。 (3)蒸發(fā)結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì),如NaCl。 (4)冷卻結(jié)晶:提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。 (5)蒸餾或分餾:分離沸點不同且互溶的液體混合物,如分離乙醇或甘油。 (6)冷卻法:利用氣體液化的特點分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。 [例2] (2017合肥模擬)高純活性氧化鋅可用于光催化、光電極、彩色顯影等領(lǐng)域。以工業(yè)級氧化鋅(含F(xiàn)e2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等

8、)為原料,用硫酸浸出法生產(chǎn)高純活性氧化鋅的工藝流程如下: 已知Ksp[Fe(OH)3]=4.010-38。 回答下列問題: (1)浸出時,為了提高浸出效率可采用的措施有(寫兩種):______________________________。 (2)氧化時,加入KMnO4溶液是為了除去浸出液中的Fe2+和Mn2+(溶液中Mn全部轉(zhuǎn)化為MnO2),請配平下列除去Fe2+的離子方程式: MnO+Fe2++________===MnO2↓+Fe(OH)3↓+H+ (3)加入鋅粉的目的是__________________________________________________

9、__________。 (4)已知H2SO4浸出液中,c(Fe2+)=5.04mgL-1、c(Mn2+)=1.65mgL-1。 ①加入KMnO4溶液反應(yīng)一段時間后,溶液中c(Fe3+)=0.56mgL-1,若溶液pH=3,則此時Fe3+________(填“能”或“不能”)生成沉淀。 ②若要除盡1m3上述浸出液中的Fe2+和Mn2+,需加入________gKMnO4。 解析 (1)為了提高浸出效率,可以適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌、將固體粉碎、提高浸出溫度等。(2)錳元素由+7價降低到+4價,而鐵元素由+2價升高到+3價,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平方程式。(3)加入鋅粉的目的

10、是消耗溶液中的H+,調(diào)節(jié)溶液pH,促進溶液中的Cu2+、Ni2+、Cd2+等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3+)==1.010-5molL-1,此時溶液中c(OH-)=1.010-11molL-1,c(Fe3+)c3(OH-)=1.010-38<Ksp[Fe(OH)3],故不能生成Fe(OH)3沉淀。②加入KMnO4將Fe2+和Mn2+分別氧化為Fe3+和MnO2,而KMnO4被還原為MnO2,根據(jù)得失電子守恒可知,加入KMnO4的質(zhì)量為 158 gmol-1=7.9 g。 答案 (1)將工業(yè)級氧化鋅粉碎、攪拌,增大硫酸濃度(其他合理答案也可) (2)1 3 7 H2O 1 3 5(3)

11、調(diào)節(jié)溶液pH,除去溶液中的Cu2+、Ni2+、Cd2+等(4)①不能?、?.9 1.(2015全國卷Ⅰ,27)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示: 回答下列問題: (1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________________________ _________________________________________________________________

12、_______。為提高浸出速率,除適當(dāng)增加硫酸濃度外,還可采取的措施有________________________________ ____________________________________________________________________(寫出兩條)。 (2)利用________的磁性,可將其從“浸渣”中分離?!敖敝羞€剩余的物質(zhì)是___________________________________________________________________(寫化學(xué)式)。 (3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是_______________

13、_____________。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5,目的是______________________________________________________。 (4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是________(填名稱)。 (5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機合成中的重要還原劑,其電子式為________。 (6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼,用化學(xué)方程式表示制備過程:_________________________________________________________ ______________

14、__________________________________________________________。 答案 (1)Mg2B2O5H2O+2H2SO42MgSO4+2H3BO3 提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑 (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4 (3)將Fe2+氧化為Fe3+ 使Al3+和Fe3+形成氫氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸鎂 (5) (6)2H3BO3B2O3+3H2O、B2O3+3Mg2B+3MgO 解析 (1)Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)生成H3BO3、MgSO4,配平即可。為提高浸出速率,可以從溫度(升高溫度)、濃度、增大接觸面積(將礦

15、石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4具有磁性,可以利用鐵塊將其從“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4,CaO與H2SO4生成CaSO4微溶于水,所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。此時溶液中除H3BO3外還有MgSO4[由(1)中反應(yīng)生成]、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“凈化除雜”先加H2O2的目的是將Fe2+氧化為Fe3+,然后再通過調(diào)節(jié)pH促進Fe3+、Al3+水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是沒有除去的MgSO4。(5)NaBH4由Na+和BH組成。其中的氫顯-1價,-1價的H具有較強的還原性。(6)以硼

16、酸和金屬鎂為原料制備單質(zhì)硼的過程:H3BO3分解生成B2O3,B2O3與金屬鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)B。 2.軟錳礦的主要成分為MnO2,還含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等雜質(zhì),工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO4H2O的流程如下: 已知:①部分金屬陽離子完全沉淀時的pH如下表 金屬陽離子 Fe3+ Al3+ Mn2+ Mg2+ 完全沉淀時的pH 3.2 5.2 10.4 12.4 ②溫度高于27℃時,MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低。 (1)“浸出”過程中MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2+的離子方程式為___________________

17、_____________ ________________________________________________________________________。 (2)第1步除雜中加入H2O2的目的是_______________________________________________。 (3)第1步除雜中形成濾渣1的主要成分為________(填化學(xué)式),調(diào)pH至5~6所加的試劑,可選擇________(填以下試劑的序號字母)。 a.CaO b.MgO c.Al2O3 d.氨水 (4)第2步除雜,主要是將Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去,寫出MnF

18、2除去Mg2+的離子反應(yīng)方程式:________________________________________________________________ ________________________________________________________________________,該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為________。 (已知:MnF2的Ksp=5.310-3;CaF2的Ksp=1.510-10;MgF2的Ksp=7.410-11) (5)采用“趁熱過濾”操作的原因是_______________________________________________

19、。 (6)取少量MnSO4H2O溶于水,配成溶液,測其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性,原因是_____________________________________________________________(用離子方程式表示)。 答案 (1)MnO2+SO2===SO+Mn2+ (2)將Fe2+氧化為Fe3+ (3)Al(OH)3、Fe(OH)3 ab (4)MnF2+Mg2+??Mn2++MgF2 7.2107 (5)減少MnSO4H2O在水中的溶解,得到更多產(chǎn)品 (6)Mn2++2H2O??Mn(OH)2+2H+ 解析 (1)“浸出”過程中MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng),離

20、子方程式為MnO2+SO2===SO+Mn2+。 (2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+,以便于形成Fe(OH)3沉淀,過濾將沉淀除去。 (3)第1步除雜時調(diào)整溶液的pH在5~6,可以使溶液中的Al3+、Fe3+分別形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀,所以形成濾渣1的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3;在調(diào)pH至5~6時,為了不引入新的雜質(zhì)離子,所加的試劑應(yīng)該可以與酸發(fā)生反應(yīng),可選擇含有Ca2+、Mg2+的化合物CaO、MgO,a、b正確。 (4)第2步除雜,主要是將Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去,MnF2除去Mg2+的離子反應(yīng)方程式

21、是MnF2+Mg2+??Mn2++MgF2;該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===≈7.2107。 (5)由已知②溫度高于27 ℃時,MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低,故采用“趁熱過濾”操作可以減少MnSO4H2O在水中的溶解,得到更多產(chǎn)品。 (6)MnSO4是強酸弱堿鹽,Mn2+發(fā)生水解反應(yīng)。 3.(2016全國卷Ⅲ,28)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為 物質(zhì) V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3 質(zhì)量分數(shù)/% 2.2~2.9

22、 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1 以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線: 回答下列問題: (1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO,反應(yīng)的離子方程式為________________________,同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+。“廢渣1”的主要成分是________。 (2)“氧化”中欲使3mol的VO2+變?yōu)閂O,則需要氧化劑KClO3至少為________mol。 (3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中?!皬U渣2”中含有________。 (4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為4ROH+V4OR4V4O12+4OH-(ROH為強堿性

23、陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應(yīng)該呈________性(填“酸”“堿”或“中”)。 (5)“流出液”中陽離子最多的是________。 (6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________________。 答案 (1)V2O5+2H+===2VO+H2O SiO2(2)0.5 (3)Fe(OH)3、Al(OH)3 (4)堿 (5)K+ (6)2NH4VO3V2O5+H2O↑+2NH3↑ 解析 (1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO,前后V元素化合價不變,說明沒有發(fā)生氧化還原

24、反應(yīng),則反應(yīng)的離子方程式為V2O5+2H+===2VO+H2O。由于SiO2與H2SO4不反應(yīng),故“廢渣1”的主要成分為SiO2。(2)VO2+變?yōu)閂O,V的化合價由+4價升高到+5價,轉(zhuǎn)移1e-,而氧化劑KClO3則被還原為KCl,化合價由+5價降低為-1價,轉(zhuǎn)移6e-,故欲使3 mol VO2+變?yōu)閂O,需氧化劑KClO3的物質(zhì)的量至少為3 mol16=0.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3+、Al3+,在“中和”時生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,所以“廢渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由題意知逆反應(yīng)是“洗脫”,在堿性環(huán)境中有利于向“洗

25、脫”方向進行,故淋洗液應(yīng)呈堿性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH,所以“流出液”中陽離子最多的是K+。(6)根據(jù)原子守恒可知偏釩酸銨“煅燒”生成五氧化二釩、氨氣和水蒸氣,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4VO3V2O5+H2O↑+2NH3↑。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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