专题15无机化工流程(讲学案)-2018年高考化学二轮复习精品资料(解析版).pdf

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1、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，且这类试题陌生度高，文字量 大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。 考点一操作流程式 例 1 【2017 江苏卷】 (15 分)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属 含量过低，对实验的

2、影响可忽略)。 已知： NaClO 溶液在受热或酸性条件下易分解，如：3NaClO2NaCl+NaClO 3 AgCl 可溶于氨水：AgCl+2NH 3 H2O Ag(NH3) 2 + Cl- +2H2O 常温时N2H4 H2O(水合肼 )在碱性条件下能还原 Ag(NH3)2 +： 4Ag(NH3) 2 +N 2H4 H2O4Ag+N2+4NH4 +4NH 3+H2O （1） 氧化 阶段需在 80条件下进行，适宜的加热方式为_。 （2） NaClO 溶液与 Ag 反应的产物为AgCl 、 NaOH 和 O2， 该反应的化学方程式为_。 HNO3 也能氧化Ag ，从反应产物的角度分析，以HNO3

3、代替 NaClO 的缺点是 _。 （3） 为提高 Ag 的回收率，需对 过滤 的滤渣进行洗涤，并_。 （4） 若省略 过滤 ， 直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量 NaClO 与 NH3 H2O 反应外 (该条件下 NaClO3与 NH3 H2O 不反应 )，还因为 _。 （5）请设计从 过滤 后的滤液中获取单质Ag 的实验方案： _( 实验中须使用 的 试剂有： 2 mol L - 1 水合肼溶液，1 mol L - 1H 2SO4)。 【答案】（1）水浴加热（2）4Ag+4NaClO+2H 2O4AgCl+4NaOH+O2 会释放出氮氧化物(或 NO、N

4、O2 )，造成环境污染 （3）将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中 （4）未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl - ，不利于AgCl 与氨水反应 （5）向滤液中滴加2 mol L- 1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 mol L - 1 H 2SO4溶液吸收反应中放 出的 NH 3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥。 （2）因为已知NaClO 溶液与Ag 反应的产物为AgCl 、NaOH 和 O2 ,用化合价升降法即可配平，该反应 的化学方程式为4Ag+4NaClO+2H 2O=4AgCl+4NaOH+O2。 HNO 3也能氧化 Ag，硝酸做氧化剂时通

5、常被 还原为有毒的氮的氧化物而污染环境，所以以 HNO3代替 NaClO 的缺点是会释放出氮氧化物(或 NO、 NO2 ), 造成环境污染。 （3） 为提高 Ag 的回收率 ,需对“过滤”的滤渣进行洗涤,洗涤的目的是为了把滤渣表面残存的银氨配离子 洗涤下来，并将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中。 （4）若省略“过滤”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水 ,则需要增加氨水的用量,除因过量NaClO 与 NH 3H2O 反应外 ,还因为未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，氨水的浓度变小，且其中含有一定浓度的 Cl - , 不利于 AgCl 与氨水发生AgCl+2NH3H2OAg(NH3) 2 + C

6、l- +2H 2O 反应，使得银的回收率变小。 （5）“过滤”后的滤液含有银氨配离子，根据题中信息常温时N2H4H2O(水合肼 )在碱性条件下能还原 Ag(NH3) 2 + ：4 Ag(NH3) 2 +N 2H4 H2O=4Ag + N2+ 4 + 4 NH+ 4NH3 +H2O ，所以首先向该滤液中加入 水合肼把银氨配离子充分还原，由于该反应产生所气体中含有氨气，氨气有强烈的刺激性气味会污染空气， 所以要设计尾气处理措施，可以用题中提供的、要求必须使用的硫酸作尾气吸收剂把氨气吸收。最后把反 应混合物静置、过滤、洗涤、干燥即可得到回收的银。具体方案如下：向滤液中滴加2molL -1 水合肼溶液

7、 , 搅拌使其充分反应,同时用 1 mol L -1 H 2SO4溶液吸收反应中放出的 NH 3 ,待溶液中无气泡产生,停止滴加 ,静 置,过滤、洗涤 ,干燥。 【变式探究】过氧化钙可以用于改善地表水质，处理含重金属粒子废水和治理赤潮，也可用于应急供氧等。 工业上生产过氧化钙的主要流程如下： 已知 CaO2 8H2O 呈白色，微溶于水，加热至 350 左右开始分解放出氧气。 (1)用上述方法制取CaO2 8H2O 的化学方程式是_； (2)检验 水洗 是否合格的方法是_； (3)沉淀时常用冰水控制温度在0 左右，其可能原因是(写出两种 )： _； _。 (4)测定产品中CaO2的含量的实验步骤

8、： 第一步：准确称取a g 产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的b g KI 晶体，再滴入少量2 mol L 1 的 H2SO4溶液，充分反应。 第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。 第三步：逐滴加入浓度为c mol L 1 的 Na2S2O3溶液至反应完全，消耗Na2S2O3溶液 V mL。 【已知： I22S2O2 3=2I S 4O 2 6 】 CaO2的质量分数为 _(用字母表示 )； 某同学第一步和第二步的操作都很规范，第三步滴速太慢， 这样测得的CaO2的质量分数可能_(填 不受影响 、 偏低 或 偏高 )，原因是 _。 答案(1)CaCl2H2O22NH 38H2O=C

9、aO2 8H2O 2NH4Cl (2)可取最后一次洗涤液少许于试管中，再滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，看是否产生白色沉淀 (3)温度低可减少过氧化氢的分解，提高过氧化氢的利用率 该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2 8H2O 的产率 (4) 0.036cV a 偏高滴速太慢， S2O2 3 在滴定过程中被氧气氧化 考点二物质变化流程 例 2【 2017 新课标 3 卷】（ 15 分） 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FeO Cr2O3，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：FeO Cr2O3+Na2CO3+NaN

10、O 3 高温 Na2CrO4+ Fe2O3+CO2+ NaNO2 上述反应配平后FeO Cr2O3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。 a80b60c40d10 步骤的反应类型是_。 （5） 某工厂用m1 kg 铬铁矿粉

11、 （含 Cr2O3 40%） 制备 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）铁Al(OH) 3 （3）小2 2 4 CrO+2H + 2 27 Cr O+H2O （4）d 复分解反应（5） 2 1 190 147 m m 100% （2） 熔块中氧化铁不溶于水，过滤后进入滤渣1， 则滤渣 1 中含量最多的金属元素是铁；滤液 1 中含有 AlO 2 -、 SiO3 2-及 CrO 4 2-，调节溶液 pH 并过滤后得滤渣2 为 Al （OH）3； （3）滤液 2 调节 pH 的目的是提高溶液的酸性，pH 变小；因为溶液中

12、存在2CrO42-+2H + Cr2O7 2-+H 2O， 增大溶液中H +浓度，可促进平衡正向移动，提高溶液中 Cr2O7 2-的浓度； （4） 由图示可知， 在 10左右时， 得到 K2Cr2O7的固体最多， 故答案为d； 2KCl+Na 2Cr2O7=K2Cr2O7+2NaCl 的反应类型为复分解反应； （5）样品中Cr2O3的质量为m140%Kg ，则生成K2Cr2O7的理论质量为m140%Kg 294 152 ，则所得产品 的产率为m2Kg（ m1 40%Kg 294 152 ） 100%= 2 1 190 147 m m 100%。 【变式探究】碱式碳酸铜广泛用于制油漆颜料、烟火、

13、杀虫剂、催化剂、其他铜盐和固体荧光粉激活剂等， 也用于种子处理及作杀菌剂等。某化学兴趣小组在实验室利用Na2CO3 10H2O 跟 CuSO4 5H2O 反应制备并检 验碱式碳酸铜，实验步骤如下： Na2CO3 10H2O CuSO4 5H2O 研细 混合 研磨 黏胶状 沸水 搅拌 蓝绿色沉淀 抽滤 洗涤 风干 蓝绿色晶体 (1)写出制备碱式碳酸铜的化学方程式_ 。 (2)用研钵分别研细Na2CO3 10H2O 和 CuSO4 5H2O 的目的是 _。 (3)检验蓝绿色沉淀是否洗涤干净的实验操作是_ 。 (4)碱式碳酸铜可以看成Cu(OH)2 CuCO3，该兴趣小组同学选择下列实验仪器验证产物

14、中含有 Cu(OH)2、 CuCO3。 各装置连接顺序为_。 装置 B 中试剂的名称是_，装置 C 中试剂的名称是_。 证明含有CuCO3的实验现象是_ ， 证明含有Cu(OH)2的实验现象是 _ 。 答案(1)2CuSO42Na2CO3H2O=Cu2(OH)2CO3 2Na2SO4CO2 (2)增大反应物接触面 积，使反应物充分混合并反应(3)取最后一次洗涤液少许，滴加BaCl2溶液，若没有白色沉淀产生，则沉 淀已洗涤干净(4)ACB澄清石灰水无水硫酸铜粉末装置 B 中澄清石灰水变浑浊装置 C 中白 色粉末变为蓝色 (4)利用无水硫酸铜可检验出加热后的产物中存在H2O，从而证明含有Cu(OH

15、)2，利用澄清石灰水可检验出 加热后的产物中含有CO2，从而证明含有CuCO3。但是检验H2O 必须在检验 CO2之前。 考点三综合流程型 例 3【 2017 新课标 1 卷】（ 14 分） 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，钛主要以 2 4 TiOCl 形式存在，写出相应反应的离子方程式_。 （3）TiO2 xH2O 沉淀

16、与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验结果如下表所示： 温度 /30 35 40 45 50 TiO2 xH2O 转化率 % 92 95 97 93 88 分析 40 时 TiO2 xH2O 转化率最高的原因 _。 （4）Li 2Ti5O15中 Ti 的化合价为 +4，其中过氧键的数目为 _。 （5）若 滤液 中 21 (Mg)0.02mol Lc ，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1 倍） ，使 3 Fe 恰好沉 淀完全即溶液中 351 (Fe )1.0 10mol Lc ， 此时是否有Mg 3(PO4)2沉淀生成？ （列式计算）。 FePO4、 Mg3(PO4)2的 Ksp分别为 22

17、24 1.3 101.0 10、 。 （6）写出 高温煅烧 中由 FePO4制备 LiFePO4的化学方程式。 【答案】（1）100、 2h，90， 5h （2） FeTiO3+ 4H +4Cl- = Fe 2+ 2 4 TiOCl + 2H2O （ 3）低于40， TiO2 xH2O 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 TiO2 xH2O 转化反应速率下降（4）4 （ 5 ） Fe3+恰 好 沉 淀 完 全 时 ， c( 3 4 PO )= 22 5 1.310 1.010 mol L - 1=1.3 10 17 mol L - 1 ， c3(Mg 2+) c

18、2( 3 4 PO ) (0.01) 3 (1.3 10 17)2=1.7 10 40K sp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。 （6）2FePO4 + Li 2CO3+ H2C2O4 高温 2LiFePO4+ H2O + 3CO2 （3）温度是影响速率的主要因素，但 H2O2在高温下易分解、氨水易挥发， 即原因是低于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）Li2Ti5O15中 Li 为+1 价， O 为-2 价， Ti 为+4 价，过氧根 (O2 2-)中氧元素显 -1 价，设

19、过氧键的数目为 x， 根据正负化合价代数和为0，可知 (+1)2+(+4) 5+(-2)(15-2x)+(-1) 2x=0，解得： x=4； （ 5）KspFePO4=c(Fe 3+)c(PO 4 3-)=1.310-2，则 c(PO4 3-)sp 3 K c Fe 1.310 -17mol/L ，QcMg 3(PO4)2 c 3(Mg2+) c2(PO 4 3-)(0.01)3(1.310-17)2=1.6910-401.01034，则无沉淀。 （6）高温下FePO4与 Li 2CO3和 H2C2O4混合加热可得 LiFePO4，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化 学方程式为2FePO4

20、+ Li 2CO3+ H2C2O42LiFePO4+ H2O+ 3CO2。 【变式探究】氯化亚铜在工业上应用广泛。氯化亚铜(CuCl) 为白色晶体，微溶于水，能溶于氨水、浓盐酸， 并生成配合物，不溶于硫酸、稀硝酸和醇。 实验药品：铜丝20 g、氯化铵20 g、65%硝酸 10 mL、 36%盐酸 15 mL、水。 (1)反应的化学方程式为_ ， 用 95%乙醇代替蒸馏水洗涤的主要目的是_ _ 。 (2)工业化生产时，95%乙醇可通过 _的方法回收并循环利用，而NH4Cl、_(填化学式 ) 可直接循环利用。 (3)实验室用下图装置制备CuCl 。 实验时通入O2的速率不宜过大，为便于观察和控制产

21、生O2的速率，最宜选择下列装置中的_(填 字母序号 )。 实验开始时，温度计显示反应液温度低于室温，主要原因是_ _ 。 电炉加热升温至50 时停止加热，反应快速进行，烧瓶上方气体颜色逐渐由无色变为红棕色，从环保角度 考虑，当_ 时才能停止通入氧气；待冷却至室温后，再打开瓶塞，沿 _(填字母 )口倾出棕色反应液于1 000 mL 大烧杯，加水500 mL，即有大量白色沉淀析出。 答案(1)NH4CuCl 2=CuCl NH4Cl避免 CuCl 溶于水而造成损耗(洗去晶体表面的杂质离子及水分) (2)蒸馏HNO3 (3) B氯化铵溶于水吸收大量热，造成反应液温度降低烧瓶上方红棕色气体逐渐变 为无

22、色a(或 c) 【变式探究】以黄铜矿(主要成分为CuFeS2，含少量杂质SiO2等 )为原料，进行生物炼铜，同时得到副产品 绿矾 (FeSO4 7H2O)。其主要工艺流程如下： 已知：部分阳离子以氢氧化物形式开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH 如下表。 沉淀物Cu(OH)2Fe(OH)3Fe(OH)2 开始沉淀pH 4.7 2.7 7.6 完全沉淀pH 6.7 3.7 9.6 (1)反应的化学反应方程式为_ 。 该反应中 Fe 2 被_(填 氧化 或 还原 )，其目的是 _。 (2)试剂 a 是_，具体操作为 _，目的是 _ 。 (3)反应的离子方程式为_ 。 试剂 c 参与反应的离子方程式分别为

23、_ 、 _ 。 答案(1)4CuFeS22H2SO417O2=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O 氧化Fe 2和 Cu2通过水 解难于分离，将Fe 2 氧化成 Fe 3易于利用水解分离两离子 (2)CuO 或 Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等 加入试剂调节pH 至 3.74.7 之间使 Fe 3形 成 Fe(OH)3沉淀，防止生成Cu(OH) 2沉淀 (3)Cu 2 Fe=Cu Fe 2 Fe2H =Fe2H 2 Fe(OH)33H =Fe33H 2O (2)过量的稀硫酸使溶液酸性很强，为使Fe 3形成 Fe(OH) 3沉淀而不让 Cu 2沉淀，需调节 pH 至 3.

24、74.7，消耗溶液中的H ，同时还不能引入新的杂质离子，故使用Cu 元素对应的氧化物、碱、碳酸盐等 均可。 (3)反应主要是Cu 2与过量的 Fe(即 b 试剂 )反应；为将Cu 2全部转化，加入的铁粉过量，因此在反应时 应该将过量的铁粉除去，利用铁、铜的性质差别，加入适量稀硫酸(即试剂 c)即可。学 科网 1【 2017 新课标 1卷】（ 14 分） 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

25、的浸出率为70%时，所采用的实验条件 为_。 （2） 酸浸 后，钛主要以 2 4 TiOCl 形式存在，写出相应反应的离子方程式_。 （3）TiO2 xH2O 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 /30 35 40 45 50 TiO2 xH2O 转化率 % 92 95 97 93 88 分析 40 时 TiO2 xH2O 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 21 (Mg)0.02mol Lc ，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1 倍） ，使 3 Fe 恰好沉 淀完全即溶液中

26、351 (Fe )1.0 10mol Lc ， 此时是否有Mg 3(PO4)2沉淀生成？ （列式计算）。 FePO4、 Mg3(PO4)2的 Ksp分别为 2224 1.3 101.0 10、 。 （6）写出 高温煅烧 中由 FePO4制备 LiFePO4的化学方程式。 【答案】（1）100、 2h，90， 5h （2） FeTiO3+ 4H +4Cl- = Fe 2+ 2 4 TiOCl + 2H2O （ 3）低于40， TiO2 xH2O 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 TiO2 xH2O 转化反应速率下降（4）4 （ 5 ） Fe3+恰 好 沉 淀 完

27、 全 时 ， c( 3 4 PO )= 22 5 1.310 1.010 mol L - 1=1.3 10 17 mol L - 1 ， c3(Mg 2+) c2( 3 4 PO ) (0.01) 3 (1.3 10 17)2=1.7 10 40K sp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。 （6）2FePO4 + Li 2CO3+ H2C2O4 高温 2LiFePO4+ H2O + 3CO2 【解析】 （1） 由图示可知， “酸浸”时铁的净出率为70%时所需要的时间最短，速率最快， 则应选择在100、 2h， 90， 5h 下进行； （4）Li 2Ti5O15中 Li 为

28、+1 价， O 为-2 价， Ti 为+4 价，过氧根 (O2 2-)中氧元素显 -1 价，设过氧键的数目为 x， 根据正负化合价代数和为0，可知 (+1)2+(+4) 5+(-2)(15-2x)+(-1) 2x=0，解得： x=4； （ 5）KspFePO4=c(Fe3+)c(PO43-)=1.310-2，则c(PO43-) sp 3 K c Fe 1.310-17mol/L ，QcMg 3(PO4)2 c 3(Mg2+) c2(PO 4 3-)(0.01)3(1.310-17)2=1.6910-401.01034，则无沉淀。 （6）高温下FePO4与 Li 2CO3和 H2C2O4混合加热

29、可得 LiFePO4，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化 学方程式为2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O4 2LiFePO4+ H2O+ 3CO2。 2【 2017 新课标 2卷】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KMnO 4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量， 滴定反应为： 4 MnO+H +H 2C2O4Mn 2+CO 2+H2O。实验中称取0.400 g 水泥样品，滴定时消耗了0.0500 molL -1 的 KMnO 4溶液 36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为 _。 【答案】将样品中可能存在的Fe2+氧化为 Fe3+ 双氧水 (H2O2) SiO2 (或 H2SiO3)