2018年度高考~化学二轮复习《无机化工生产流程》专题.doc

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1、|无机化工生产流程专题【高考展望】一、考纲要求结合海水、金属矿物等自然资源综合利用的实例，了解运用物质性质和反应规律能实现物质间的转化。认识化学在环境监测与保护中的重要作用。 二、高考动向化工流程题关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境，它以化工流程为背景素材，将工业生产中的真实情况以信息的形式给出，运用中学化学中涉及到的元素化合物知识、化学反应原理、化学实验技能、化学计算来解决化工生产实际问题的综合类题型。与无机框图推断题不同，流程类试题摒弃虚拟的框图，其优点是：素材来源广泛，工业流程、最新科技成果信手拈来；流程中超纲的可以不设问，提问灵活，不受素材限制，有些小问的答案设计为开放或半开

2、放也很方便；流程图只提供一个素材背景，即使其中某些物质推不出也不影响后面要回答的问题，减少了“连带丢分”，降低了猜题押题的风险。流程类试题最早出现在上海高考试题中，随后在江苏和广东乃至全国更多省市高考试题中相继出现并逐步替代了无机框图推断题。 这些试题的出现是新课程改革催生的必然结果，试题一方面能够凸现出新课程所强调的基础性、选择性和时代性(STSE)，能关注学生的个性发展，另一方面能够突出对学生素质的考查，体现高中化学新课程的基本理念。这些试题都有着共同的特性，即“以能力测试为主导，考查考生对基础知识、基本技能和方法的掌握程度以及运用所学知识分析、解决化学具体问题的能力，重视理论联系实际。关

3、注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展” ，具有很高的区分度和很好的选拔功能。 【方法点拨】一、化工流程图的一般模式工业流程题目在流程上一般分为三个过程：原料处理分离提纯获得产品要点诠释：1、规律：主线主产品，分支副产品，回头为循环。2、核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生成条件的控制等。|3、原料预处理(初步分离)(1)起到富集反应物的作用：在无机题中，原材料是一种混合物，可能是矿石、某工厂废料或发生变质的材料等，整个实验过程或反应流程就是分离提纯，想办法提取有效元素。(2)工业流程常见的操作与名词：研矿：增大接触面积，使反应充分，提高反应速率溶解：通常用酸溶，如用硫酸

4、、盐酸、浓硫酸等( 有时可用碱溶，如铝矿溶解)。水浸：与水接触反应或溶解。浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出。浸出率：固体溶解后离子在溶液中的含量的多少(更多转化) 。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。焙烧、灼烧或煅烧( 结构改变更易溶解浸出；使一些杂质高温下氧化、分解)吹出(利用空气吹出溶液中的气体)调 pH 值除杂：控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。4、中间产品、终极产品的分离提纯 (1)物理方法：溶解过滤、水洗、结晶、蒸馏 、萃取分液、升华、液化、盐析、渗析法 、电渗析、离子交换、吸附法、浮选法 (2)化学方法：热分解法，酸、

5、碱处理法，沉淀法 ，氧化还原法、电解法 二、分析流程题需要的一般思路流程类试题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍实验目的和原理或工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括附产品) ；题干部分主要用框图形式将操作或物质转换或原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据流程中涉及到的化学知识设制成系列问题，构成一道完整的化学试题。 解答流程题的一般思路是：浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考从原料到产品依次进行了什么反应，利用了什么原理。每一步操作进行到

6、什么程度最佳，每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物，杂质或副产物是怎样除去的等等。要抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。解答流程题要注意的问题是：注意化学方程式的书写，反应物、产物的分子式书写要正确；化学方程式要配平，电极反应式和化学方程式一定要书写正确；等号或可逆符号不能少；沉淀、气体、固态、水溶液等符号要标明。注意评价或比较实验方案要全面，反应物种类多少、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类多少，对目标产物的分离和提纯是否有影响；反应条件是否苛刻；仪器、设备是否要求高；工艺流程、实验步骤的多少。注意描述语言的规范性和准确性，从化学原理的角度、用化学语言作答；要抓

7、住主要|问题，针对具体问题作具体分析；要看清题目要求，按要求答题。【典型例题】类型一、以矿石为原料的化工生产流程例 1、硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是 ZnCO3，并含少量的 Fe2O3 、FeCO 3、 MgO、CaO 等，生产工艺流程示意如下：(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是_ 。(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：Fe(OH)2+_+_=Fe(OH)3 +Cl-(3)针铁矿(Goethite)是以德国诗人歌德 (Goethe)名字命名的，组成元素是 Fe、O 和 H，化学式量为 89，化学式是_。(4)根据下表数据，调节“滤液 2”

8、的 pH 时，理论上可选用的最大区间为_。Mg(OH)2 Zn(OH)2 MgCO3 CaCO3开始沉淀的 pH 10.4 6.4 沉淀完全的 pH 12.4 8.0 开始溶解的 pH 10.5 Ksp 5.610-12 6.810-6 2.810-9(5) 工业上从“滤液 3”制取 MgO 过程中，合适的反应物是_( 选填序号)a大理石粉 b石灰乳 c纯碱溶液 d烧碱溶液(6)“滤液 4”之后的操作依次为_、_、过滤，洗涤，干燥。(7)分析图中数据，菱锌矿粉中 ZnCO3 的质量分数不低于 _。【答案】(1)增大反应物接触面积或增加反应时的接触面积，使反应更加充分。(2)(3)FeO(OH)

9、(或其他合理答案)(4)8.0pH10.4(或其他合理答案 )(5)b 或(b 和 d)；d(6)蒸发浓缩、冷却结晶(或其他合理答案 )|(7) (或其他合理答案 )【解析】(1)将菱锌矿研磨成粉可以增加反应时的接触面积，使得反应更加充分(2)漂白粉的成分中含有次氯酸根，调节酸碱度后，具有较强的氧化性，能使+2 价的铁离子氧化成+3 价，氧化亚铁变成氧化铁必须增加氢氧元素的量，可以推测出另一种反应物为水，清楚了反应物，一般可以顺利地配平。(3)化学式量为 89，组成元素是 Fe、O 、H，其中铁的相对原子量为 56，扣掉 56 剩下 33，化学式中只能含有 2 个氧原子和 1 个氢原子，所以可

10、能的组成为 FeO(OH)。(4)pH=8.0 时 Zn(OH)2 完全沉淀，pH=10.5 开始溶解，而 Mg(OH)2 在 pH=10.4 的时候开始沉淀，为了使 Zn(OH)2 能完全析出不影响 Mg(OH)2，溶液的酸碱度控制在 8.0pH10.4范围。(5)a 大理石粉难溶于水，选择熟石灰和烧碱溶液可以使溶液的碱性增强，有利于镁离子完全沉淀(6)蒸发浓缩、冷却结晶能使晶体尽快地析出(7)综合计算(不展开 )【总结升华】考纲明确要求以金属矿物等自然资源综合利用为实例，了解运用物质性质和反应规律能实现物质间的转化。举一反三：【变式 1】铬铁矿的主要成分可表示为 FeOCr2O3，还含有

11、SiO2、Al 2O3 等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K 2Cr2O7)的过程如下图所示：已知： NaFeO2 遇水强烈水解。Cr 2O72 + H2O 2CrO42 +2H+ 请回答：(1)K2Cr2O7 中 Cr 元素的化合价是 。(2)生成滤渣 1 中红褐色物质的反应的化学方程式是 。滤液 1 的成分除 Na2CrO4 外，还含有 (填化学式) 。(3)利用滤渣 2，可制得两种氧化物，其中一种氧化物经电解冶炼可获得金属，该电解反应的化学方程式是 。|(4)由滤液 2 转化为 Na2Cr2O7 溶液应采取的措施是 。(5)向 Na2Cr2O7 溶液中加入 KCl 固体，获得 K2Cr

12、2O7 晶体的操作依次是：加热浓缩、 、过滤、洗涤、干燥。(6)煅烧铬铁矿生成 Na2CrO4 和 NaFeO2 反应的化学方程式是 。【答案】(1)+6(2)NaFeO2 + 2H2ONaOH + Fe(OH) 3NaAlO2、Na 2SiO3 和 NaOH(3)2Al2O3(熔融 ) 4Al + 3O2(4)加硫酸酸化(5)冷却结晶 (6)4FeOCr2O3 + 7O2 + 20NaOH 8Na2CrO4 + 4NaFeO2+ 10H2O 【变式 2】碳酸锰(MnCO 3)是理想的高性能强磁性材料，也是制备 Mn2O3、MnO 2 等锰的氧化物的重要原料，广泛用于电子、化工、医药等行业。一

13、种制备 MnCO3 的生产流程如下图所示。已知生成氢氧化物的 pH 和有关硫化物的 Ksp 如下表：软锰矿主要成分为 MnO2，其中含有铁、铝、硅的氧化物和少量重金属化合物杂质，SO 2来自工业废气。流程中主要发生的反应有：MnO2SO 2=MnSO4 2Fe3+ SO22H 2O=2Fe2+SO 424H +。(1) 流程中所得 MnSO4 溶液的 pH 比软锰矿浆的 pH (填“大”或“小”)，该流程可与物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2开始沉淀 pH 2.7 7.6 8.3完全沉淀 pH 3.7 9.6 9.8物质 MnS CuS PbSKsp 2.51013 6.31

14、036 8.01028|(填写工业生产名称 )联合，生产效益更高。(2)反应的目的是将溶液中的 Fe2+氧化成 Fe3+，其离子反应方程式为_，这样设计的目的和原理是_。(3)反应中硫化钠的作用是使重金属离子转化为硫化物沉淀，碳酸钙的作用是 。(4)反应发生的化学反应为：MnSO 4 + 2NH4HCO3 = MnCO3+ (NH4)2SO4 + CO2 + H2O。反应中通常需加入稍过量的 NH4HCO3 ，且控制溶液的 pH 为 6.87.4。加入稍过量的NH4HCO3 的目的是 ，溶液的 pH 不能过低的原因是 。(5)软锰矿中锰的浸出有两种工艺：工艺 A：软锰矿浆与含 SO2 的工业废

15、气反应 工艺 B：软锰矿与煤炭粉混合，焙烧后加稀硫酸溶解。其中工艺 A 的优点是 。( 答对 1 个即可)【答案】(1)小，工业制备硫酸。 (2)MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ = Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O。使 Fe2+ 转变为 Fe3+，Fe 3+完全沉淀的 pH 较低(或 Fe3+更易沉淀) 。(3)与溶液中的酸反应，使溶液中的 Fe3+、Al 3+转化为氢氧化物沉淀。(4)使 MnCO3 沉淀完全。MnCO 3 沉淀量少，NH 4HCO3 与酸反应。(或 MnCO3、NH 4HCO3 与酸反应溶解)(5)节约能源、治理含 SO2 的工业废气等 (答对 1 个即可)。类

16、型二、以废料为原料的化工生产流程例 2、以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸钠和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：(1)反应 I 前需在 FeSO4 溶液中加入_(填字母) ，以除去溶液中的 Fe3 。A锌粉 B铁屑 CKI 溶液 DH 2(2)反应需控制反应温度低于 35，其目的是_。(3)工业生产上常在反应的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是 _。(4)反应常被用于电解生产(NH 4)2S2O8(二硫酸铵)。电解时均用惰性电极，阳极发生的电极反应可表示为_。|【答案】(1)B(2)防止 NH4HCO3 分解( 或减少 Fe2 的水解)(3)降低 K

17、2SO4 的溶解度，有利于 K2SO4 析出。(4)2SO42- -2e- S2O82-【解析】(1)在 FeSO4 溶液中除去溶液中的 Fe3 ，最好选用铁屑或铁粉，比较简单。 (2)如果温度过高会导致 NH4HCO3 分解同样也会加快 Fe2 的水解 (温度越高水解速率越快)这样会使原料利用率降低。(3)由题目看出在 III 反应中生成的 K2SO4 为固体，而 K2SO4 在无机溶剂中溶解度是比较大的，要想使 K2SO4 析出，只能降低其溶解度，所以加入醇类溶剂，目的是降低 K2SO4 的溶解度。(4)根据阴阳极反应原理阳极失电子发生氧化反应，此题实质是电解硫酸铵溶液，在根据反应后的产物

18、得出正确的答案。【总结升华】此题为化工生产题型，主要考查了化合物性质，电极方程式书写。做此类题要分析清楚每一个环节目的和结果是什么，这样才能判断各反应后的产物。举一反三：【变式 1】锂电池消耗量巨大，这对不可再生的金属资源的消耗是相当大的。因此锂离子电池回收具有重要意义，其中需要重点回收的是正极材料，其主要成分为钴酸锂(LiCoO 2)、导电乙炔黑(一种炭黑)、铝箔以及有机粘接剂。某回收工艺流程如下：(1)上述工艺回收到的产物有 Al(OH)3、 (填化学式)；其中生成 Al(OH)3 的离子方程式为 。(2)废旧电池可能由于放电不完全而残留有原子态的锂，为了安全，对拆解环境的要求是 。(3)

19、酸浸时如果用盐酸代替 H2SO4 和 H2O2 的混合液也能达到溶解的目的，但不利之处是 。(4)生成 Li2CO3 的化学反应方程式为 。已知 Li2CO3 在水中的溶解度随着温度的升高而减小，所以在浓缩结晶后的操作是 。【答案】(1)CoSO4、Li 2CO3 AlO2- + H+ + H2O = Al(OH)3 或 Al(OH)4- + H+ = Al(OH)3 + H2O (2)隔绝空气和水分 (3)有氯气生成，污染较大(4)Li2SO4Na 2CO3 =Na2SO4Li 2CO3；趁热过滤(答“过滤”得一半分)|例 3、信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”

20、学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含 70Cu、25Al、4Fe 及少量 Au、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第步 Cu 与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣 1 的主要成分为_。(2)第步加 H2O2 的作用是_ ，使用 H2O2 的优点是_；调溶液 pH 的目的是使_生成沉淀。(3)用第步所得 CuSO45H2O 制备无水 CuSO4 的方法是_。(4)由滤渣 2 制取 Al2(SO4)318H2O ，探究小组设计了三种方案：上述三种方案中，_方案不可行，原因是_；从原子利用率角度考虑，_方案更合理。(5)探究小组用滴定法测

21、定 CuSO45H2O(Mr250)含量。取 a g 试样配成 100 mL 溶液，每次取 20.00 mL，消除干扰离子后，用 c molL1 EDTA(H2Y2 )标准溶液滴定至终点，平均消耗 EDTA 溶液 b mL。滴定反应如下：Cu 2+ + H2Y2 CuY2 + 2H+ 写出计算 CuSO45H2O 质量分数的表达式 _ ；下列操作会导致 CuSO45H2O 含量的测定结果偏高的是_。a未干燥锥形瓶 b滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡 c未除净可与 EDTA 反应的干扰离子【思路点拨】第步加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe 发生反应生成Cu2+、Al 3+、Fe 2+。

22、所以滤渣 1 的成分是 Pt 和 Au，滤液 1 中的离子是 Cu2+、Al 3+、Fe 2+。【答案】(1)Cu + 4H+ + 2NO Cu2+ + 2NO2+ 2H2O 3|或 3Cu + 8H+ + 2NO 3Cu2+ + 2NO+ 4H2O 3Au、Pt(2)将 Fe2+氧化为 Fe3+ 不引入杂质，对环境无污染 Fe3+、Al 3+ (3)加热脱水(4)甲 所得产品中含有较多 Fe2(SO4)3 杂质 乙(5) c【解析】(1)第步加 H2O2 的作用是把 Fe2+氧化为 Fe3+，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境无污染。调溶液 pH 的目的是使 Fe3+和 Al3+形成沉淀

23、。所以滤液 2 的成分是Cu2+，滤渣 2 的成分为氢氧化铁和氢氧化铝。(3)第步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水制备硫酸铝晶体的甲、乙、丙三种方法中，甲方案在滤渣中只加硫酸会生成硫酸铁和硫酸铝，冷却、结晶、过滤得到的硫酸铝晶体中混有大量硫酸铁杂质，方法不可行。乙和丙方法均可行。乙方案先在滤渣中加 H2SO4，生成 Fe2(SO4)3 和 Al2(SO4)3，再加 Al 粉，Al 粉和 Fe2(SO4)3 生成 Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体。(4)丙方案先在滤渣中加 NaOH，和 Al(OH)3 反应生成 NaAlO2，再在滤液中加 H2SO4 生成

24、Al2(SO4)3，蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体。但从原子利用角度考虑方案乙更合理，因为丙加的 NaOH 和制备的 Al2(SO4)3 的原子组成没有关系，造成原子浪费。(5) 考查中和滴定的简单计算和误差的分析。 ，造成偏高的选 c。【总结升华】该实验题是物质制备的工艺流程式试题。在天津第一次以这种形式考查，全国各地已多年多次出现。举一反三：【变式 1】镍电池电极材料由 Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：已知： NiCl2 易溶于水，Fe 3 不能氧化 Ni2 。已知实验温

25、度时的溶解度：NiC 2O4NiC 2O4H2ONiC 2O42H2O某温度下一些金属氢氧化物的 Ksp 及沉淀析出的 pH 如下表所示：M(OH)n Ksp 开始沉淀时 pH 沉淀完全时的 pH|Al(OH)3 1.91023 3.4 4.2Fe(OH)3 3.81038 2.5 2.9Ni(OH)2 1.61014 7.6 9.8回答下列问题：(1)用 NiO 调节溶液的 pH，依次析出沉淀 和沉淀 (填化学式)。(2)写出加入 Na2C2O4 溶液的反应的化学方程式： 。(3)写出电解滤液的阴极电极反应式： 。检验电解滤液时阳极产生的气体的方法是： 。(4)写出“氧化”反应的离子方程式：

26、 。(5)如何检验 Ni(OH)3 是否洗涤干净？ 。【答案】(1)Fe(OH)3 Al(OH)3 (2)NiCl2Na 2C2O42H 2O=NiC2O42H2O2NaCl (3)2H+ + 2e =H2 用湿润的淀粉碘化钾试纸检验 (4)(OH)22OH Cl 2=2Ni(OH)32Cl (5)用小试管取少量洗涤液，滴加 AgNO3 溶液，若没有白色沉淀生成，则说明 Ni(OH)3 已洗涤干净；若有白色沉淀生成，则说明还未洗涤干净。类型三、以海水为原料的化工生产流程例 4、工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：完成下列填空：(1)粗盐水加入沉淀剂 A、B 除杂质 (沉淀剂 A 来源于石灰窑厂)

27、，写出 A、B 的化学式。A _B _(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_、沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。(3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是_ 。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是_。(4)碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是 _(填写化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：_。(5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为：_滤液 D 加石灰水前先要加热，原因是_。(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：(注明你的表达式中所用的有关符号的含义)