2021届高三化学一轮复习重点专题14——化工流程图解题指导（练习）学生版
展开2021届高三化学一轮复习——化工流程图解题指导
考纲分析
1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。
2.将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。
策略解读
一、工业流程题的结构
二、工业流程题分类
题型一 物质制备类化工流程题
例1 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：
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)
[解题流程]
第一步：读题目，明确目的——制备NaClO2
第二步：审流程，分块破题——拆分工艺流程
第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。
[得分秘籍]
(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。
(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。
题型二 提纯类化工流程题
例2 以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：
硼镁泥的主要成分如下表：
MgO | SiO2 | FeO、Fe2O3 | CaO | Al2O3 | B2O3 |
30%～40% | 20%～25% | 5%～15% | 2%～3% | 1%～2% | 1%～2% |
回答下列问题：
(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。
(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是____________、____________。
(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是________。
(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_______________________________________________
____________________________________________________________________________。
强化训练
1．Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图：
Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾
(1)Cu2S中铜元素的化合价为________，火法炼铜的反应原理是__________________________
_____________________(用化学方程式表示)。
(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：____________________________________________________。
(3)若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母)。
A．适量的NaNO3 B．适量的HNO3 C．适量的H2O2
2、（2020年北京高考题）用如图方法回收废旧CPU中的单质Au(金)，Ag和Cu。
已知：①浓硝酸不能单独将Au溶解。②HAuCl4=H++AuCl
(1)酸溶后经____操作，将混合物分离。
(2)浓、稀HNO3均可作酸溶试剂。溶解等量Cu消耗HNO3的物质的量不同，写出消耗HNO3物质的量少的反应的化学方程式：____。
(3)HNO3-NaCl与王水[V(浓硝酸)：V(浓盐酸)=1：3溶金原理相同。
①将溶金反应的化学方程式补充完整：
Au+____NaCl+____HNO3=HAuCl4+____+____+____NaNO3
②关于溶金的下列说法正确的是____。
A．用到了HNO3的氧化性
B．王水中浓盐酸的主要作用是增强溶液的酸性
C．用浓盐酸与NaNO3也可使Au溶解
(4)若用Zn粉将溶液中的1molHAuCl4完全还原，则参加反应的Zn的物质的量是____mol。
(5)用适当浓度的盐酸、NaCl溶液、氨水与铁粉，可按照如图方法从酸溶后的的溶液中回收Cu和Ag(图中标注的试剂和物质均不同)。
试剂1是____，试剂2是____。
3、（2020新课标Ⅰ）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子 | Fe3+ | Fe2+ | Al3+ | Mn2+ |
开始沉淀pH | 1.9 | 7.0 | 3.0 | 8.1 |
完全沉淀pH | 3.2 | 9.0 | 4.7 | 10.1 |
回答下列问题：
（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。
（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成，同时还有___________离子被氧化。写出VO+转化为反应的离子方程式___________。
（3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、___________，以及部分的___________。
（4）“沉淀转溶”中，转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。
（5）“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。
（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是___________。
4．工业以软锰矿（主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质）为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰（MnCO3）。其工业流程如下：
（1）浸锰过程中Fe2O3与SO2反应的化学方程式为Fe2O3+ SO2+2H+=2Fe2++ SO42－+ H2O，该反应是经历以下两步反应实现的。写出ⅱ的离子方程式： 。
ⅰ：Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3++3H2O
ⅱ：……
（2）过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为 （填离子符号）。
（3）写出氧化过程中MnO2与SO2反应的化学方程式： 。
（4）“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示，为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是 ；向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是 。
（5）加入NH4HCO3溶液后，生成MnCO3沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式： 。
（6）生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是 。
5．(2019·山东德州一模)金属Co、Ni性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为CoO、Co2O3、Ni，少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下：
(1)酸浸时SO2的作用是___________________________________________________________。
(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_______________________________________。
(3)有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOH＋MHNi(OH)2＋M，电池放电时正极的电极反应式为_____________________。
(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。
①H2O2的电子式________________。
②由图中信息可知：________法制取的催化剂活性更高。
③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。
(5)已知煅烧CoCO3时，温度不同，产物不同。在400 ℃充分煅烧CoCO3，得到固体氧化物的质量为2.41 g，CO2的体积为0.672 L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为__________。
6．锂离子电池正极材料需要纯度较高的硫酸锰，目前工业硫酸锰中杂质（钙、镁、铁等）含量高，利用下图流程可制取纯度较高的硫酸锰溶液。
反应①使杂质生成氟化物的沉淀，对反应①前后的杂质含量检测结果（以350g/LMnSO4计）如下：
杂质 | 净化前/g | 净化后/g | 去除率/% |
Fe2+、Fe3+ | 0.001 275 | 0.001 275 | — |
Ca2+ | 0.490 000 | 0.021 510 | 95.61 |
Mg2+ | 0.252 000 | 0.025 100 | 90.04 |
（1）滤渣x中含有的物质是 。
（2）试分析钙镁去除结果不同的原因： 。
（3）在滤液中加入KMnO4可以将Fe2+氧化为Fe3+，同时生成Mn2+。该反应的离子方程式为 。
（4）已知：生成氢氧化物沉淀的pH
| Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Mn(OH)2 |
开始沉淀时 | 6.3 | 1.5 | 8.3 |
完全沉淀时 | 8.3 | 2.8 | 9.8 |
注：金属离子的起始浓度为0.1mol/L
根据表中数据解释流程中②的目的： 。
（5）进一步研究表明，如果反应①后不过滤直接加入KMnO4，同时控制加入的量，反应后调节pH，然后再过滤，可以进一步提高钙镁的去除率。对钙镁去除率提高的原因有如下假设：
假设Ⅰ：Fe2+与生成了Fe3+，Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物；
假设Ⅱ：Mn2+与反应生成的活性MnO2吸附了沉淀物。
选择适当的无机试剂，设计实验验证假设是否成立。
（6）锂离子电池充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回移动，就像一把摇椅，称“摇椅式电池”。典型的锂离子电池工作原理如下图所示。
① 放电时Li+的移动方向从 极到 极（填“a”或“b”）
② 已知电极总反应：LiCoO2＋CLi1－xCoO2＋CLix，
写出放电时正极的电极反应式 。
7、以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料（MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）为原料制备高纯MnCl2·xH2O，实现锰的再生利用。其工作流程如下：
资料a．Mn的金属活动性强于Fe； Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O2氧化。 |
资料b．
生成氢氧化物沉淀的pH | |||
| Mn(OH)2 | Pb(OH)2 | Fe(OH)3 |
开始沉淀时 | 8.1 | 6.5 | 1.9 |
完全沉淀时 | 10.1 | 8.5 | 3.2 |
注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L-1 | |||
（1）过程Ⅰ的目的是浸出锰。经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。
①MnO2与浓盐酸反应的离子方程式是 。
②检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是：取少量滤液1于试管中，滴入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成；另取少量滤液1于试管中，。
③Fe3+由Fe2+转化而成，可能发生的反应有：
a．2Fe2++ Cl2 = 2Fe3++2Cl－
b．4Fe2++ O2+ 4H+ = 2Fe3+ + 2H2O
c．写出c的离子方程式： 。
（2）过程Ⅱ的目的是除铁。有如下两种方法：
ⅰ.氨水法：将滤液1先稀释，再加适量10%的氨水，过滤。
ⅱ.焙烧法：将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物......。
已知：焙烧中发生的主要反应为2FeCl3 + 3O2= 2Fe2O3+ 3Cl2，MnCl2和PbCl2不发生变化。
①氨水法除铁时，溶液pH应控制在 之间。
②补全ⅱ中的操作： 。
③两种方法比较，氨水法除铁的缺点是 。
（3）过程Ⅲ的目的是除铅。加入的试剂是 。
（4）过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下：取m1 g样品，置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，质量变为m2 g。则x= 。
