2025版新教材高考化學一輪復習第3章物質(zhì)的性質(zhì)與轉化高考專題講座二突破化學工藝流程題學案魯科版

PAGE7-突破化學工藝流程題化學工藝流程題是近幾年高考必考的題型之一，以實際的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景，用流程圖的形式表示實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)和過程，并依據(jù)生產(chǎn)流程考查相關化學學問和基本技能，其工藝流程圖模式如圖所示[留意]工藝流程圖中，箭頭指出是原料，箭頭指向是產(chǎn)物。主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。常見的設問角度有：(1)化學方程式或離子方程式的書寫。(2)物質(zhì)成分的推斷。(3)除雜試劑的選擇。(4)物質(zhì)分別提純操作。(5)反應條件的限制。(6)產(chǎn)率的計算、純度的計算。類型1以除雜、分別、提純?yōu)橹黧w的化工流程題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)整溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。2．明確常用的分別方法(1)過濾：分別難溶物和易溶物，依據(jù)特別須要采納趁熱過濾或者抽濾等方法。(2)萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分別物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸發(fā)結晶：提取溶解度隨溫度變更不大的溶質(zhì)，如NaCl。(4)冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變更較大的溶質(zhì)、易分解的物質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸餾或分餾：分別沸點不同且互溶的液體混合物，如分別乙醇或甘油。(6)冷卻法：利用氣體液化的特點分別氣體，如合成氨工業(yè)采納冷卻法分別平衡混合氣體中的氨氣。(2024·焦作模擬)高純活性氧化鋅可用于光催化、光電極、彩色顯影等領域。以工業(yè)級氧化鋅(含F(xiàn)e2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)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]＝2.8×10－39。回答下列問題：(1)浸出時，為了提高浸出效率可采納的措施有(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全部轉化為MnO2)，請配平下列除去Fe2＋的離子方程式：eq\x()MnOeq\o\al(－,4)＋eq\x()Fe2＋＋eq\x()_____=eq\x()MnO2↓＋eq\x()Fe(OH)3↓＋eq\x()H＋。(3)加入鋅粉的目的是_________________________________。(4)已知H2SO4浸出液中，c(Fe2＋)＝5.04mg·L－1、c(Mn2＋)＝1.65mg·L－1。①加入KMnO4溶液反應一段時間后，溶液中c(Fe3＋)＝0.56mg·L－1，若溶液pH＝2，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價上升到＋3價，依據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平方程式。(3)加入鋅粉的目的是消耗溶液中的H＋，調(diào)整溶液pH，促進溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3＋)＝eq\f(0.56×10－3g·L－1,56g·mol－1)＝1.0×10－5mol·L－1，此時溶液中c(OH－)＝1.0×10－12mol·L－1，c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－41＜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Fe(OH)3和MnO2，而KMnO4被還原為MnO2，依據(jù)得失電子守恒可知，加入KMnO4的質(zhì)量為eq\f(\f(5.04×10－3g·L－1,56g·mol－1)×1000L＋\f(1.65×10－3g·L－1,55g·mol－1)×2×1000L,3)×158g·mol－1＝7.9g。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)137H2O135(3)調(diào)整溶液pH，除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等(4)①不能②7.9化工流程問題中分別、提純的考查(1)增大原料浸出率(離子在溶液中的含量多少)的措施：攪拌、上升溫度、延長浸出時間、增大氣體的流速(濃度、壓強)，增大氣液或固液接觸面積。(2)溫度不高于××℃的緣由：適當加快反應速率，但溫度過高會造成揮發(fā)(如濃硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促進水解(如AlCl3)等，影響產(chǎn)品的生成。(3)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度上升而增大)的方法：蒸發(fā)濃縮(至少有晶膜出現(xiàn))、冷卻結晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗)、干燥。(4)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度上升而減小的晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌、干燥，假如溫度下降，雜質(zhì)也會以晶體的形式析出來。(5)限制某反應的pH使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀，調(diào)整pH所用試劑為主要元素對應的氧化物、碳酸鹽、堿，以避開引入新的雜質(zhì)；pH分別時的范圍確定：范圍過小導致某離子沉淀不完全，范圍過大導致主要離子起先沉淀。(6)減壓蒸餾(減壓蒸發(fā))的緣由：減小壓強，使液體沸點降低，防止(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)受熱分解、揮發(fā)。(7)檢驗溶液中離子是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時間后，向上層清液中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則離子沉淀完全。(8)洗滌沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀，待水自然流下后，重復操作2～3次。(9)檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法：取少量最終一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若未出現(xiàn)特征反應現(xiàn)象，則沉淀洗滌干凈。(10)乙醇洗滌的目的：降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，削減其在洗滌過程中的溶解損耗，得到較干燥的產(chǎn)物，同時乙醇易揮發(fā)，便于產(chǎn)品干燥。類型2以物質(zhì)制備為主體的化工流程題1．對原料進行預處理的常用方法及其作用(1)研磨——減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應速率。(2)溶解①水浸——與水接觸反應或溶解。②酸浸——與酸接觸反應或溶解，使可溶性金屬進入溶液，不溶物通過過濾除去。(3)灼燒——除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)。(4)煅燒——變更結構，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土。2．限制反應條件的常用方法(1)調(diào)整溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)整pH所需的物質(zhì)一般應滿意兩點：①能與H＋反應，使溶液pH增大；②不引入新雜質(zhì)。例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)整溶液的pH，不行加入NaOH溶液、氨水等。(2)限制溫度。依據(jù)須要升溫或降溫，變更反應速率或使平衡向須要的方向移動。(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，并削減晶體在洗滌過程中的溶解損耗。(2024·全國卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè)。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：回答下列問題：(1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體在“汲取”中反應的化學方程式為_______________________________________________________。(2)“濾渣1”的主要成分有__________________。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3＋，可選用的化學試劑是________。(3)依據(jù)H3BO3的解離反應：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)eq\o\al(－,4)，Ka＝5.81×10－10，可推斷H3BO3是________酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)整至3.5，目的是__________________________________。(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為______________________________，母液經(jīng)加熱后可返回________工序循環(huán)運用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是________。解析：(1)硼鎂礦粉中加入(NH4)2SO4溶液反應生成NH3，氨氣與碳酸氫銨溶液反應的化學方程式為NH4HCO3＋NH3=(NH4)2CO3。(2)硼鎂礦中的SiO2、Fe2O3、Al2O3與(NH4)2SO4溶液不反應，也不溶解，過濾后形成濾渣1。因為KSCN溶液遇Fe3＋變?yōu)榧t色，所以KSCN溶液常用于Fe3＋的檢驗。(3)依據(jù)題目信息中H3BO3的電離方程式和Ka的數(shù)值可知H3BO3為一元弱酸。在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)整至3.5，目的是將溶液中的B(OH)－4轉化為H3BO3沉淀析出。(4)依據(jù)工藝流程中的原料進入狀況及生成狀況可知，“沉鎂”時加入的原料為(NH4)2CO3溶液、MgSO4溶液，產(chǎn)物為Mg(OH)2·MgCO3，因此反應的離子方程式為2Mg2＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)或2Mg2＋＋2COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑。母液的主要成分為硫酸銨，可以返回到“溶浸”工序循環(huán)運用。堿式碳酸鎂熱穩(wěn)定性差，可以在高溫焙燒的條件下制取氧化鎂，化學方程式為Mg(OH)2·MgCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))2MgO＋CO2↑＋H2O。答案：(1)NH4HCO3＋NH3=(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱使B(OH)－4轉化為H3BO3，促進析出(4)2Mg2＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋2H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOeq\o\al(－,3)[或2Mg2＋＋2COeq\o\al(2－,3)＋H2O=Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]溶浸高溫焙燒解答化工流程題的審題步驟及思索方向1．審題步驟2．常見問題的思索方向(1)“限制較低溫度”——常考慮物質(zhì)的揮發(fā)、物質(zhì)的不穩(wěn)定性和物質(zhì)的轉化平衡移動等。(2)“加過量試劑”——?？紤]反應完全或增大轉化率、產(chǎn)率等。(3)“能否加其他物質(zhì)”——常考慮會不會引入雜質(zhì)或是否影響產(chǎn)品的純度。(4)“在空氣中或在其他氣體中”——主要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參加反應或達到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“推斷沉淀是否洗凈”——常取少量最終一次洗滌液于試管中，向其中滴加某試劑，以檢驗其中的某種離子。(6)“檢驗某物質(zhì)的設計方案”——通常取少量某液體于試管中，加入另一試劑產(chǎn)生某現(xiàn)象，然后得出結論。(7)“限制pH”——常考慮防水解、促進生成沉淀或除去雜質(zhì)等。(8)“用某些有機試劑清洗”——常考慮降低物質(zhì)溶解度有利于析出、削減損耗和提高利用率等。[題組訓練]1．(2024·山東模擬)高純碳酸錳在電子工業(yè)中有重要的應用，濕法浸出軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe、Al、Mg等雜質(zhì)元素)制備高純碳酸錳的試驗過程如下，其中除雜過程包括：①向浸出液中加入肯定量的試劑X，調(diào)整浸出液的pH為3.5～5.5；②再加入肯定量的軟錳礦和雙氧水，過濾；③已知室溫下：Ksp[Mg(OH)2]＝5.6×10－12，Ksp[Al(OH)3]＝3.0×10－34，Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39。下列說法正確的是()A．試劑X可以是MnO、MnO2、MnCO3等物質(zhì)B．除雜過程中調(diào)整浸出液的pH為3.5～5.5可完全除去Fe、Al、Mg等雜質(zhì)C．浸出時加入植物粉的作用是作為還原劑D．為提高沉淀MnCO3步驟的速率可以持續(xù)上升溫度C解析：試劑X可以是MnO、MnCO3等物質(zhì)，目的是調(diào)整溶液pH，利于生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，且不引入新雜質(zhì)，但不用MnO2，因為MnO2不能與酸反應，故A錯誤；Mg(OH)2完全沉淀時，c(OH－)＝eq\r(\f(5.6×10－12,1.0×10－5))mol·L－1＝eq\r(5.6)×10－3.5mol·L－1，則pH為3.5～5.5時不能除去Mg雜質(zhì)，故B錯誤；加入植物粉是一種還原劑，使Mn元素化合價由＋4價降低為＋2價，故C正確；持續(xù)上升溫度，可使碳酸錳分解，故D錯誤。2．(2024·濟寧模擬)草酸亞鐵(FeC2O4)作為一種化工原料，可廣泛用于新型電池材料、感光材料的生產(chǎn)。以煉鋼廠的脫硫渣(主要成分是Fe2O3)為原料生產(chǎn)電池級草酸亞鐵晶體的工藝流程如圖：(1)如圖是反應溫度、加料時間及分散劑的質(zhì)量分數(shù)對草酸亞鐵純度的影響：從圖像可知，制備電池級草酸亞鐵晶體的最佳試驗條件是____________________________________________________________。(2)寫出“還原”過程中既是化合反應又是氧化還原反應的離子方程式：____________________________________________。(3)濾渣2中含有TiOSO4，進行熱水解可以生成不溶于水的TiO2·H2O，該反應的化學方程式為____________________________。(4)流程圖中“濾液”經(jīng)處理后得到一種化肥，其化學式為________?！耙幌盗胁僮鳌敝竉_______。(5)草酸亞鐵晶體(FeC2O4·2H2O)純度的測定①精確稱取mg草酸亞鐵晶體樣品，溶于30mL2mol·L－1H2SO4溶液中，在60～80℃水浴加熱，用100mL容量瓶配成100.00mL溶液。②取20.00mL溶液，用KMnO4標準溶液(濃度為cmol·L－1)滴定至終點，消耗V1mL。③向滴定后的溶液中加入適量鋅粉，用試劑X檢驗Fe3＋至極微量，過濾，洗滌，洗滌液并入濾液中。④接著用KMnO4標準溶液(濃度為cmol·L－1)滴定至終點，消耗V2mL。在②中溶液中發(fā)生2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，還有另一氧化還原反應，寫出其離子方程式：_____________________，步驟③中檢驗其中微量的Fe3＋的試劑X的名稱是________溶液，草酸亞鐵晶體的純度為________(用含c、V1、V2的式子表示)。解析：脫硫渣(主要成分為Fe2O3)用硫酸溶解，過濾除去不溶物，濾液中主要含有硫酸鐵、硫酸等，加入鐵粉還原得到硫酸亞鐵，過濾分別，