2022年高考化学专题突破训练化学工艺流程试题的解题策略 .pdf

学习好资料欢迎下载专题突破训练(一)化学工艺流程试题的解题策略1无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为_ 。（2）工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含有 Fe2O3、SiO2等杂质 )制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：已知：物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点 /57.6 180(升华 ) 300(升华 ) 1 023 步骤中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是_(只要求写出一种)。步骤中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是_。步骤的尾气经冷却至室温后，气体用足量的NaOH 冷溶液吸收，生成的盐主要有3 种，其化学式分别为 _。结合流程及相关数据分析，步骤中加入铝粉的目的是_。【解析】（1） Al3水解生成Al(OH)3胶体和 H。（2） 水分减少可防止Al3的水解，气孔数目增多，增大了接触面积，可以加快反应速率；焦炭能还原矿石中的铁；尾气中存在Cl2和 CO2，故与 NaOH 溶液反应生成NaCl 、NaClO、Na2CO3；根据工艺流程示意图可知液态混合物中含有FeCl3杂质，因此加入铝粉可除去FeCl3，提高 AlCl3的纯度。【答案】（1） Al33H2OAl(OH)3(胶体 )3H（2）防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率铁或FeNaCl、NaClO、Na2CO3除去 FeCl3，提高 AlCl3纯度2硼氢化钠 (NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4，其流程如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页学习好资料欢迎下载已知： NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙胺(沸点： 33 )。（1）在第步反应加料之前，需要将反应器加热至100 以上并通入氩气，该操作的目的是_ _ ，原料中的金属钠通常保存在_中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_、_、玻璃片和小刀等。（2）第步分离采用的方法是_；第步分出NaBH4并回收溶剂，采用的方法是_。（3）写出第步反应的化学方程式_ 。【解析】（1）通入氩气后排净反应器中的水蒸气和空气，防止Na、 NaBH4与水和空气中的O2反应；金属钠通常保存在煤油中；在取用钠时，应用镊子将钠从煤油中取出，并用滤纸吸干表面的煤油。（2）经过第 步后得到溶液和固体，故该操作为过滤；由于异丙胺的沸点较低，故第步可以采用蒸馏的方法分离出NaBH4并回收溶剂。【答案】（1）除去反应器中的水蒸气和空气煤油镊子滤纸（2）过滤蒸馏（3）NaBO22SiO24Na2H2NaBH42Na2SiO33烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含 Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝Al2(SO4)x(OH)62x。溶液，并用于烟气脱硫研究。（1）酸浸时反应的化学方程式为_ ；滤渣的主要成分为_(填化学式 )。（2）加 CaCO3调节溶液的pH 至 3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为 Al2(SO4)x(OH)62x。滤渣的主要成分为_(填化学式 )；若溶液的pH 偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是_ ( 用离子方程式表示)（3）上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是_ ；与吸收 SO2前的溶液相比， 热分解后循环利用的溶液的pH 将_(填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】（1）酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3， H2SO4与 Al2O3反应生成盐和水，SiO2不和 H2SO4反应，成为滤渣。（2）CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成CaSO4；如果pH 偏高，一部分Al3会转化为Al(OH)3沉淀，离子方程式为3CaCO32Al33SO24 3H2O2Al(OH)33CaSO43CO2。 （3）热分解时，一部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，不能分解成为SO2；SO2溶于水生成H2SO3，会中和溶液中的部分OH，使溶液的 pH 减小。【答案】（ 1）Al2O33H2SO4Al2(SO4)3 3H2OSiO2（ 2） CaSO43CaCO32Al33SO243H2O2Al(OH)33CaSO43CO2 （3）溶液中的部分SO23被氧化成SO24减小4硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7 10H2O)时的废渣，其主要成分是MgO ，还含有 CaO、Al2O3、 Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页学习好资料欢迎下载（1）滤渣 A 能溶于氢氟酸，写出其反应的化学方程式_ 。（2）滤渣 B 中含有不溶于稀盐酸的黑色固体，则滤渣B 含有的成分有 _，加 MgO 并煮沸的目的是_。（3）写出加NaClO 过程中发生反应的离子方程式_。（4）趁热过滤的目的是_。（5）因 B2O3溶于硫酸，所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸(H3BO3)，硼酸与 NaOH 溶液反应可制得硼砂，写出该反应的化学方程式_ 。失去结晶水的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂 NaBH4”和另一种钠盐，写出其反应的化学方程式_ 。【解析】 （1）硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7 10H2O)时的废渣， 其主要成分是MgO，还含有 CaO、Al2O3、Fe2O3、 FeO、MnO 、B2O3、SiO2等杂质，在硼镁泥中加硫酸，二氧化硅不溶，所以过滤后的滤渣A 为二氧化硅， 二氧化硅和氢氟酸反应的方程式为SiO24HFSiF42H2O。 （2）加次氯酸钠的目的是为了将亚铁离子和Mn2氧化，氧化后加氧化镁是为了调节pH，让铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀除去，滤渣 B 中含有不溶于稀盐酸的黑色固体是二氧化锰，所以滤渣B 的成分为： Al(OH)3、 Fe(OH)3、 MnO2。（3）加 NaClO 过程中发生反应的离子方程式为Mn2ClOH2OMnO2Cl2H、2Fe2ClO2H2Fe3ClH2O。 （4）蒸发浓缩、趁热过滤是为了除去硫酸钙，温度降低后，即冷却结晶后析出了硫酸镁，所以趁热过滤是为了防止硫酸镁析出。（5）4H3BO32NaOH3H2ONa2B4O7 10H2O；失去结晶水的硼砂 (Na2B4O7)与金属钠、氢气及石英砂(主要成分是SiO2)一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂 NaBH4” 和另一种钠盐，这种钠盐应该是硅酸钠，反应的方程式为Na2B4O7 16Na8H27SiO24NaBH47Na2SiO3。【答案】（1） SiO24HFSiF4 2H2O （2） Al(OH)3、 Fe(OH)3、MnO2调高溶液pH，促进 Al3、Fe3完全水解成氢氧化物沉淀而除去（3） Mn2ClOH2OMnO2 Cl2H、2Fe2ClO 2H2Fe3ClH2O（4）防止 MgSO4在温度降低时结晶析出（5） 4H3BO32NaOH3H2ONa2B4O7 10H2ONa2B4O716Na8H27SiO24NaBH47Na2SiO35工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体 (含 NO、NO2)制备 NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：已知： Na2CO3NONO22NaNO2CO2（1）中和液所含溶质除NaNO2及少量 Na2CO3外，还有 _(填化学式 )。（2）中和液进行蒸发操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_。蒸发产生的蒸汽中含有少量NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的_( 填操作名称 )最合理。（3）母液进行转化时加入稀HNO3的目的是 _ 。母液需回收利用，下列处理方法合理的是_。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页学习好资料欢迎下载a转入中和液b转入结晶操作c转入转化液d转入结晶操作（4）若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为21，则生产1.38 吨 NaNO2时， Na2CO3的理论用量为 _吨(假设 Na2CO3恰好完全反应) 。【解析】（1）NO2与碱液反应可生成NaNO3。 （2）蒸发 操作的目的是使NaNO2结晶析出，使NaNO3留在母液中，当H2O 蒸发量太大时，可能会造成NaNO3的浓度过大，从而形成饱和溶液而结晶析出。NaNO2冷凝后用于流程中的溶碱操作，以达到原料循环利用的目的。（3）酸性条件下， NaNO2易被氧化， 加入 HNO3可提供酸性环境。母液 中含有 NaNO3，将其转入转化液，或转入结晶 操作，以达到原料循环利用的目的。（4）设 Na2CO3理论用量为x，根据 Na 元素守恒得2x1061.38 t69121.38 t69，解得 x1.59 t。【答案】（1） NaNO3 （2）防止 NaNO3的析出溶碱（ 3）将 NaNO2转化为 NaNO3c、d （4） 1.59 6锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixeLixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：（1） LiCoO2中， Co 元素的化合价为_。（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_ 。（3）“酸浸”一般在80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_ ；可用盐酸代替H2SO4和 H2O2的混合液，但缺点是_ 。（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_。（5）充放电过程中，发生LiCoO2与 Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_ 。（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_(填化学式 )。【解析】 从工艺流程入手，结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。（1） LiCoO2中 Li 为 1 价， O 为 2 价，故 Co 元素的化合价为3 价。（2）正极碱浸过程中，导电剂中Al 箔与 NaOH 溶液反应， 离子方程式为2Al 2OH6H2O2Al(OH)43H2 。（3）由流程知：正极碱浸过滤 滤渣中，反应物LiCoO2加入 H2SO4、H2O2后，产物有Li2SO4、CoSO4，分析该反应知Co 由 32(CoSO4中 Co 显 2 价)，化合价降低，则只能是H2O2中 O 元素化合价升高生成 O2。配平 (电子守恒、原子守恒)该化学方程式得：2LiCoO2 3H2SO4H2O2Li2SO4 2CoSO4 O24H2O，反应温度在80 ，H2O2易发生分解反应2H2O22H2OO2；盐酸既具有酸性又具有还原性，盐酸中的 Cl被氧化生成氯气，氯气有毒，能污染空气。（4）由流程知 “沉钴 ”反应物为CoSO4和 NH4HCO3，产物有CoCO3，CoCO3中 CO23来自 HCO3的电离(HCO3HCO23)，由于Co2结合CO23使 HCO3电离平衡正向移动，溶液中c(H)增大，一部分HCO3发生反应： HCO3HH2OCO2。故反应方程式为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页学习好资料欢迎下载CoSO42NH4HCO3CoCO3(NH4)2SO4CO2H2O。（5）根据题干信息， 充电时负极发生反应6CxLi xeLixC6，放电时负极发生LixC6xe6CxLi，结合 LiCoO2与 Li1xCoO2的转化可知放电总反应为Li1xCoO2LixC6LiCoO26C。（6）由于Li带正电荷，放电时Li向正极移动，进入正极材料，便于回收。从流程图可看出，可回收到的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3和 Li2SO4。【答案】（1） 3 （ 2）2Al 2OH6H2O2Al(OH)43H2（3）2LiCoO23H2SO4 H2O2Li2SO42CoSO4O2 4H2O、2H2O22H2OO2有氯气生成，污染较大（ 4）CoSO42NH4HCO3CoCO3 (NH4)2SO4H2OCO2（ 5）Li1xCoO2LixC6LiCoO26C （6）Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO47辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石 (SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示：（1）写出“浸取”过程中Cu2S 溶解时发生反应的离子方程式：_。（2）“回收S”过程中温度控制在5060 之间，不宜过高或过低的原因是_。（3）气体 NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该反应的化学方程式为_ ；向“滤液M”中加入 ( 或通入 ) _( 填字母 ) ，可得到另一种可循环利用的物质。a铁b氯气c高锰酸钾（4）“保温除铁”过程中，加入CuO 的目的是 _；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用 HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是 _ 。【解析】（1）Fe3作氧化剂， Cu2S 被氧化，离子方程式为Cu2S4Fe32Cu24Fe2S。 （2）苯的沸点较低，温度过高苯易挥发，温度过低矿渣的溶解速率小，故应控制温度为5060 。 （3）NOx作还原剂，根据质量守恒和得失电子守恒可写出反应的化学方程式：4NOx(52x)O22H2O4HNO3；向滤液 M 中通入 Cl2，将 FeCl2氧化成 FeCl3，FeCl3溶液可循环使用。 （4）Fe3可发生水解反应Fe33H2OFe(OH)33H， 加入 CuO， 可使水解平衡向正反应方向移动；Cu2会水解，加入 HNO3溶液可抑制Cu2的水解 (不引入其他杂质)。【答案】（1） Cu2S4Fe32Cu24Fe2 S （ 2）温度过高苯易挥发，温度过低矿渣的溶解速率小（3）4NOx(52x)O22H2O4HNO3b （4）加大 Fe3转化为 Fe(OH)3的程度调节溶液的pH，抑制 Cu2的水解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页