学科核心素养提升6 化学工艺流程题的分析学科核心素养提升6 化学工艺流程题的分析 ?一、工艺流程题的结构?二、工艺流程题分类突破题型一 物质
制备类化工流程题1.核心反应——陌生方程式的书写关注箭头的指向:箭头指入→反应物,箭头指出→生成物。(1)氧化还原反应:熟练应用氧
化还原反应的规律判断产物和配平。(2)非氧化还原反应:结合物质性质和实际反应判断产物。2.原料的预处理(1)溶解:通常用酸溶。如用
稀硫酸、盐酸等。 (2)灼烧、焙烧、煅烧:改变物质结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质 高温下氧化、分解。3.常用的控制反应条件
的方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所 需的物质一般应满足两点:①能与H+反应,使溶液pH增
大;②不引入新杂质。例如:若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质
来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。(3)趁
热过滤。防止某物质降温时析出。(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。题型二 提纯类化工流程题1
.明确常用的提纯方法(1)水溶法:除去可溶性杂质。(2)酸溶法:除去碱性杂质。(3)碱溶法:除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法:
除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3+等。2.
明确常用的分离方法(1)过滤:分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶
剂里的溶解度不同分离物质,如用 四氯化碳或苯萃取溴水中的溴单质。(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl。(4)
冷却结晶:提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合 物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、F
eSO4·7H2O等。(5)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。(6)冷却法:利用气体液化的特点分离气体
,如合成氨工业采用冷却法分离混 合气体中的氨气。 1.(2020浙江“山水联盟”返校考)某同学采用废铁屑(主要成分为Fe2O3、F
e, 含少量C)制取碳酸亚铁(FeCO3),设计了如下流程:?根据以上流程图,下列说法不正确的是?( )A.工业废铁屑往往附着油
脂,可通过热饱和碳酸钠溶液洗涤除去B.反应2的离子方程式:Fe2++HC?? FeCO3↓+H+C.操作Ⅰ为过滤、洗涤,一系列操作
Ⅱ为过滤、洗涤、干燥D.为避免稀硫酸溶解时Fe2+被空气氧化,应加适量铁粉B解析???? “溶解”阶段,Fe2O3和硫酸反应生成F
e2(SO4)3和水,Fe和Fe2(SO4)3 反应生成FeSO4,Fe和H2SO4反应生成FeSO4和氢气,Fe元素以Fe2+存
在于溶液 中。操作Ⅰ为过滤,除去未反应的C,滤液Ⅰ中加NaHCO3,HC?和Fe2+反应产生FeCO3沉淀,通过过滤、洗涤、干燥等
一系列操作得到FeCO3,据此解答。 碳酸钠水解呈碱性,油脂在碱性环境下水解,温度升高,水解程度增大,故工业 废铁屑附着油脂,可通
过热饱和碳酸钠溶液洗涤除去,A正确;结合电荷守恒可 得反应2的离子方程式为:Fe2++2HC?? FeCO3↓+H2O+CO2↑,
B错误;操作Ⅰ为过滤,为减少Fe2+的损失,进行洗涤,为得到纯净的FeCO3,一系列操作Ⅱ为 过滤、洗涤、干燥,C正确;Fe2+易
被空气中的氧气氧化,故为避免稀硫酸溶解时Fe2+被空气氧化,应加适量铁粉,D正确。 2.(2020浙江慈溪适应性测试)钛是一种活泼
金属。由高钛渣(主要为TiO2)提 炼海绵钛流程如下:?粗TiCl4中含有FeCl3、SiCl4、AlCl3等杂质,相关物质的沸点
如下表:下列说法不正确的是?( )A.“氯化”反应的尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气 的吸收液依次
是H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液B.“分馏”得到的低沸点物为SiCl4,高沸点物为FeCl3C.已知“除铝”的方法是将用水湿
润的活性炭加入粗TiCl4中,将AlCl3转化为 Al(OH)3而除去D.“还原”过程中还原剂可以选择金属钠,气氛可以选择N2 D
解析???? HCl极易溶于水,可以使用水吸收HCl从而获得粗盐酸,用FeCl2溶 液吸收Cl2获得FeCl3溶液,NaOH吸收多
余的Cl2,A正确;根据给出的沸点数据 可以看出,低沸点物为SiCl4,高沸点物为FeCl3,B正确;“除铝”的方法是将用 水湿润
的活性炭加入粗TiCl4中,目的是将AlCl3转化为Al(OH)3而除去,C正确; 钠和钛在高温下都可以和N2反应,故不能用N2作
保护气,D错误。3.(2020浙江宁波效实中学模拟)CoCO3可用作选矿剂、催化剂及家装涂料的 颜料。以含钴废渣(主要成分为CoO
、Co2O3,还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原 料制备CoCO3的一种工艺流程如下:? 下列说法不正确的是?( )A.“酸浸
”时发生氧化还原反应的离子方程式:Co2O3+SO2+2H+? 2Co2++H2O+S?B.“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为
5.0~5.4C.在实验室里,“萃取”过程用到的玻璃仪器主要有分液漏斗、烧杯D.在空气中煅烧CoCO3生成钴氧化物和CO2,测得充
分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2的体积为0.672 L(标准状况),则该钴氧化物的化学式为CoOD解析???? 从产品考虑,
钴最终转化为Co2+,发生反应Co2O3+SO2+2H+? 2Co2++H2O+S?,A正确;“除铝”过程中需要让Al3+完全沉淀
,同时又不能让Zn2+生成沉淀,所以调节溶液pH的范围为5.0~5.4,B正确;在实验室里,“萃取”在 分液漏斗中进行,另外还需烧
杯承接分离的溶液,C正确;CO2的物质的量为0.03 mol,由CoCO3的组成,可得出2.41 g固体中,n(Co)=0.03
mol,含钴质量为0.03 mol×59 g/mol=1.77 g,含氧质量为2.41 g-1.77 g=0.64 g,含O物质的
量为0.04 mol,n(Co)∶n(O)=0.03∶0.04=3∶4,从而得出该钴氧化物的化学式为Co3O4,D错误。4.(20
20浙江诸暨选考诊断性考试)镍及其化合物在生产生活中有着极其重要 的作用。现以低品位镍红土矿(主要成分为镍的氧化物、Fe2O3·H
2O和SiO2 等)为原料制备兰尼镍的工艺流程如图所示:?已知加压酸浸过程中的相关影响因素如下:请回答:(1)请根据图示,选择加压
酸浸过程中硫酸的加入量和矿石粒径的最适宜条件 为 C????。A.260 kg/t矿;0.45 mm B.320 kg/t矿;0
.25 mmC.350 kg/t矿;0.15 mm D.380 kg/t矿;0.05 mm(2)①已知镍红土矿煅烧后生成Ni2O
3,而加压酸浸后浸出液中含有Ni2+,写出加 压酸浸过程中镍元素所涉及的化学方程式 2Ni2O3+4H2SO4? 4NiSO4+O
2↑+4H2O????。②甲同学取该浸出液,控制pH为2~3,经过一系列操作,制取少量NiSO4·7H2O晶 体。其控制pH为2~
3的目的为 抑制镍离子水解,防止生成Ni(OH)2沉淀????。③乙同学取该浸出液,经多次处理,得到一定浓度的NiSO4溶液,往其
中加入适 量的NaClO和NaOH混合液,制得碱性镍电池电极材料NiOOH,该反应的离子 方程式为 2Ni2++ClO-+4OH-
? 2NiOOH↓+Cl-+H2O????。(3)向浸出液中通入H2S气体生成镍、硫混合物反应的离子方程式为 H2S+ Ni2+?
Ni↓+2H++S↓????。(4)下列说法正确的是 ACD????。A.在煅烧过程中,空气宜选择从下往上的通入方式,使镍红土矿
燃烧更充分B.加压酸浸中,为加快反应速率,可选用浓硫酸C.加压酸浸中,在最适宜条件下,浸出渣中的主要成分为SiO2和Fe2O3·H
2OD.CO为无色、无味的有毒气体,故从镍、硫混合物到镍的过程中,需注意通 风并及时检测操作过程中是否有CO泄漏解析 (1)根据题
图可知,在350 kg/t矿的硫酸加入量,0.15 mm的矿石粒径时, 效果最佳,故答案选C。(2)①已知镍红土矿煅烧后生成Ni2
O3,而加压酸浸后浸 出液中含有Ni2+,说明Ni元素被还原,另外,在硫酸中只能是O元素被氧化为O2, 故有关镍元素的加压酸浸的化
学方程式为2Ni2O3+4H2SO4? 4NiSO4+O2↑+4H2O;②控制pH为2~3的目的是抑制镍离子水解,防止生成Ni(O
H)2沉淀;③向 一定浓度的NiSO4溶液中加入适量的NaClO和NaOH混合液,制得碱性镍电池 电极材料NiOOH,离子方程式为
2Ni2++ClO-+4OH-? 2NiOOH↓+Cl-+H2O。(4)在煅烧过程中,空气宜选择从下往上的通入方式,使镍红土矿燃烧
更充分, A正确;浓硫酸中的氢离子浓度较小,故加压酸浸中,为加快反应速率,不可选用浓硫酸,B错误;加压酸浸中,在最适宜条件下,浸出
渣中的主要成分为SiO2和 Fe2O3·H2O,C正确;CO为无色、无味的有毒气体,故从镍、硫混合物到镍的过 程中,需注意通风并及
时检测操作过程中是否有CO泄漏,D正确。5.(2020浙江名校新高考联考)辉铜矿主要成分为Cu2S,软锰矿主要成分为 MnO2,它
们都含有少量Fe2O3、SiO2等杂质。工业上综合利用这两种矿物制 备硫酸铜、硫酸锰和硫单质的主要工艺流程如下:?(1)硫酸浸取时
,Fe3+对MnO2氧化Cu2S起着重要催化作用,该过程可能经过两步 反应完成,将其补充完整:① Cu2S+4Fe3+? 2Cu2
++S+4Fe2+????(用离子方程式表示);②MnO2+2Fe2++4H+? Mn2++2Fe3++2H2O。(2)固体甲是一
种碱式盐,为测定甲的化学式,进行以下实验:步骤1:取19.2 g固体甲,加足量的稀盐酸溶解,将所得溶液分为A、B两等份;步骤2:向
A中加入足量的NaOH溶液并加热,共收集到0.448 L NH3(标准状况 下),过滤后将所得滤渣洗涤、干燥并灼烧至质量不再变化,
可得4.80 g红棕色 固体残渣;步骤3:向B中加入足量的BaCl2溶液,过滤、洗涤、干燥,可得9.32 g固体残 渣。则固体甲的
化学式为 NH4Fe3(SO4)2(OH)6????。(3)相关物质的溶解度如下图,从除铁后的溶液中通过一系列的操作分别获得 硫酸
铜、硫酸锰晶体,请给出合理的操作顺序(从下列操作中选取,按先后次 序列出字母,操作可重复使用):溶液?( A )?( F )?(
B )? ( A )?( E )?( C )?( D )。A.蒸发溶剂 B.趁热过滤 ????C.冷却结晶
D.过滤E.将溶液蒸发至溶液表面出现晶膜F.将溶液蒸发至容器底部出现大量晶体? 解析 (1)Fe3+对MnO2氧化Cu2S起着重要
催化作用,说明铁离子参与反应,然后 又通过反应生成,铁离子具有氧化性,能氧化硫化亚铜,本身被还原为亚铁离 子,故第一步反应为Cu2
S+4Fe3+? 2Cu2++S+4Fe2+,二氧化锰具有氧化性,能氧化亚铁离子。(2)向A中加入足量的NaOH溶液并加热,共收集到0.448 L NH3(标准状况下), 即0.02 mol,过滤后将所得滤渣洗涤、干燥并灼烧至质量不再变化,可得4.80 g 红棕色固体残渣,即氧化铁为0.03 mol,说明该固体中含有铵根离子和铁离子。向B中加入足量的BaCl2溶液,过滤、洗涤、干燥,可得9.32 g硫酸钡,即0.04 mol,因为将溶液分成两等份,则19.2 g固体甲含有0.04 mol铵根离子、0.12 mol铁离子、0.08 mol硫酸根离子,则含有的氢氧根离子物质的量为 ? mol=0.24 mol,则固体甲的化学式为NH4Fe3(SO4)2(OH)6。 |
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