2022年高中化学---化学流程图专题分析 .pdf
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1、1 化学流程图专题分析随着新课改的进行,在高考化学试题中化工题逐渐成为一类热门的主流题型它将高中化学与某些化工生产很好地融合在一起,题目情景新颖,综合性强,思维量大,具有挑战性。一些专家预测,在新课改背景下,无机化工题可能会逐渐取代以往高考化学试题中的无机框图型推断题,2007年广东、山东、上海高考化学试题中均考查了化工题,江苏省十三大市化学试题中几乎都设置了化工题。化工题是以某个具体的工业生产为背景,以化学基本理论为主线,结合化学实践 ! 环境保护 ! 化学计算等考查同学们应用所学知识探究解决生产实际问题的能力,对综合能力要求很高 化工题的特点表现为 : 题目多以流程图的形式出现;题目所涉及
2、的情景新颖 ; 在题目中还时常出现一些化工术语(酸浸! 水洗!水热处理外表处理等 ) ;题目实际考查的是应用化学反应原理、化学平衡原理、离子平衡理论 ! 晶体结构知识 ! 物质制备和别离 (提纯) 知识、绿色化学观点、安全生产思想及从经济的视角分析、评价、探究实际生产中各种问题的能力为了能够从容应答这类试题,考得理想的分数,下面我通过一个例题来分析解答化工题的一般思路和主要策略,希望大家多提珍贵意见。【例 1】重铬酸钠 (Na2Cr2O72H2O)俗称红矾钠,在工业方面有广泛用途。我国目前主要是以铬铁矿主要成份为FeO Cr2O3,还含有 Al2O3、MgO 、SiO2等杂质为主要原料进行生产
3、,其主要工艺流程如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - 2 中涉及的主要反应有:主反应: 4FeO Cr2O38Na2CO37O2 8Na2CrO42Fe2O38CO2副反应: SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2、Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH :沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3完全沉淀时溶液pH 4。7 3。7 11。2
4、 5。6 试答复以下问题: “”中反应是在回转窑中进行,反应时需不断搅拌,其作用是。两个副反应均为吸热反应,但在高温下均能自发进行,其原因是。 “”中调节 pH至 4.7,目的是。 “”中加硫酸酸化的目的是使CrO42转化为 Cr2O72,请写出该平衡转化的离子方程式:。 “”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠,依据是。【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识,过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
5、 - 第 2 页,共 22 页 - - - - - - - - - 3 用。搅拌的目的是增大反应物的接触时机,从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行,所以必然是一个S0的反应。溶液中存在的主要阴离子有CrO42、AlO2、SiO32,pH调至 4.7 ,是为了除去其中的AlO2、SiO32。硫酸钠的溶解度随温度的升高,先增大后减小,这一点较特殊,设问较困难。假设给出其溶解度曲线,则可以帮助理解最后两步工艺。【答 案】 使反应物接触更充分, 加快反应速率S0 除去溶液中的 AlO2、SiO32 2CrO422H+Cr2O72H2O 红矾钠的溶解度随温度的降低而减小【小结】学生审题
6、不清采用冷却结晶的方法析出红矾钠,要答复的是依据而不是原因、 试题要求写出 CrO42转化为 Cr2O72的平衡转化离子方程式, 但很多学生不用可逆符号而用等号 ,概念混淆不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率,能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率,思考问题的指向不正确讨论反应能否自发进行应从什么角度思考?部分学生还不知道,分析问题能力差,化学原理不清,不能正确分析流程图中所包含的化学反应。【例 2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如以下图所示:根据上述图示,完成以下填空: (1 明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配
7、制500mL稀氨水每升含有39。20g氨需要取浓氨水每升含有251.28g 氨_mL ,用规格为 _mL量筒名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 22 页 - - - - - - - - - 4 量取。(2 氨水浸出后得到固体混合体系,过滤,滤液中除K、SO42外,还有大量的NH4。检验 NH4的方法是_。(3 写出沉淀物中所有物质的化学式_ 。(4 滤液 I 的成分是水和 _ 。(5 为测定混合肥料K2SO4、(NH4)2SO4中钾的含量,请完善以下步骤:称取
8、钾氮肥试样并溶于水,加入足量_溶液,产生白色沉淀。_ 、_ 、_(依次填写实验操作名称 )。冷却、称重。(6 假设试样为 mg ,沉淀的物质的量为n mol ,则试样中 K2SO4的物质的量为:_mol用含有 m 、n 的代数式表示。【解析】 1根据稀释前后溶质质量不变得:0.5L 39.2g/L v251.28g/L ,v0.078L78mL 。为了减少误差,最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。2NH4的检验方法是先将NH4中加入强碱,使之转化为NH3,然后检验 NH3:用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口,试纸变蓝色,说明有氨气放出,原物质中含有铵根离子。3Al33NH3H2O =
9、 Al(OH)33NH4,根据题意明矾石中含有Al2O3、Fe2O3,所以沉淀物为 Al(OH)3、Al2O3和 Fe2O3。4由于明矾石的组成与明矾相似, 所以滤液的成分中含有K2SO4和反应后生成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 22 页 - - - - - - - - - 5 的(NH4)2SO4以及水。5混合肥料中含有K2SO4和(NH4)2SO4,要产生白色沉淀,加入的溶液为BaCl2或 Ba(NO3)2溶液,以后的操作为:先将混合液过滤,然后洗涤
10、,最后干燥,冷却后称量。6根据题意有: 174n(K2SO4)132n(NH4)2SO4=mg,再由 SO24守恒得:n(K2SO4)n(NH4)2SO4=nmol,n (K2SO4) m 132n42mol。【答案】 (1)78 ;100。(2) 取滤液少许,加入NaOH ,加热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。 (3)Al(OH)3; Al2O3; Fe2O3。 (4)K2SO4; (NH4)2SO4。 (5)BaCl2;过滤;洗涤;干燥。 (6)m 132n42mol。【例 3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:某软锰
11、矿的主要成分为MnO2,还含有 Si(16 。27%)、Fe(5。86%)、Al(3 。42%)、Zn(2。68%)和 Cu0。86% 等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,答复以下问题:沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2Zn(OH)2CuS ZnS MnS FeS pH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7 8. 。0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 22 页 - -
12、- - - - - - - 6 0.42 2.5 7 7 1FeSO4在酸性条件下将 MnO2复原为 MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为。2滤渣A的主要成分是。3加入 MnS的目的是除去杂质。 4 碱 性 锌 锰 电 池 中 , MnO2参 与 的 电 极 反 应 方 程 式为。 5 从 废 旧 碱 性 锌 锰 电 池 中 可 以 回 收 利 用 的 物 质有写两种。【解析】考查学生对元素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中,准确地提取实质内容,并与已有知识模块整合,重组为新知识模块的能力。由反应流程可知:在酸性条件下二氧化锰将 Fe2
13、+氧化为 Fe3+,将 Cu氧化成 Cu2+,此外溶液中的还有Zn2+和 Al3+,当调 pH至 5。4 时,只有 Al(OH)3和 Fe(OH)3会完全沉淀,故滤渣A的主要成分是Fe(OH)3和 Al(OH)3。加入 MnS后因为酸性条件下CuS 、ZnS更难溶所以会转化为CuS 、ZnS沉淀而除去 Cu2 Zn2。【 答 案 】 1 MnO2 2FeSO42H2SO4 MnSO4 Fe2(SO4)3 2H2O 2Fe(OH)3 Al(OH)3 3Cu2 Zn24MnO2H2O eMnOOHOH或 2MnO2H2O 2eMn2O32OH名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
14、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - 7 5锌、二氧化锰【例 4】将磷肥生产中形成的副产物石膏CaSO42H2O 转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料,无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。 以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。1 本工艺中所用的原料除CaSO4 2H2O 、 KCl外, 还需要等原料2写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式:3过滤操作所得固体中, 除 CaCO3外还含有填化学式等物质,该固体可用作生产
15、水泥的原料。4 过滤操作所得滤液是 (NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有 CO32的方法是:。5已知不同温度下K2SO4在 100g 水中到达饱和时溶解的量如下表:60时 K2SO4的饱和溶液 591g冷却到 0,可析出 K2SO4晶体 g 6氯化钙结晶水合物 CaCl26H2O 是目前常用的无机储热材料,选择的依据是温度0 20 60 K2SO4溶解的量(g) 7。 4 11。1 18。2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 22 页 - - - - -
16、- - - - 8 a 熔点较低 29熔化 b 能导电 c 能制冷 d 无毒7上述工艺流程中表达绿色化学理念的是:。【解析】此题是一道以工业生产为背景的实验题,考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出,所需原料除CaSO42H2O 、KCl 外,还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的,碳酸钙是难溶的,因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵,生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法,假设产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变,查表可知不同温度下的溶解度,先求出 591 饱和液中含有的水是500g,在 0可溶解硫酸钾37
17、g,所以析出晶体54g。作为储热材料, 要求能在室温左右的温度下工作,且对人体无害, 故选 ad;绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物,原子利用率高,因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。【答案】 1CaCO3 NH3 H2O 2CaSO4CO32CaCO3SO423CaSO44滤液中滴加盐酸产生气泡554g 6a d 7碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等原子利用率高,没有有害物质排放到环境中【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似,只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高
18、的要求,解题时应在实验室原理的基础上结合实际因素,充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。【例5】以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 22 页 - - - - - - - - - 9 CuSO45H2O 。制取硫酸铜晶体的过程如以下图所示。答复以下问题:1配平在滤液中发生反应化学主程式: _NOx+_H2O+_O2_HNO3。2写出制取硫酸铜的总反应方程式_ 。 3 在 上 述 生 产 过 程 中 , 被 循 环
19、使 用 的 物 质 是_ 。4请你选用以下适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。【解析】 1NOx中 N的化合价为 2x,反应前后 N化合价变化为 5-2x,O2中O化合价变化为 4,初步配平为 4NOx+H2O+ 5-2xO2HNO3,再配平其他物质的化学计量数得: 4NOx+2H2O+ 5-2xO24HNO3; 2发生的有关的化学方程式为: 5-2xCu+ 12-4xHNO35-2xCu(NO3)2+2NOx+6-2x H2O 、A( Cu、浓硫酸、浓硝酸)(水)(水、空气)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -
20、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - 10 4NOx+2H2O+ 5-2xO24HNO3、Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3,+2+5-2x ,得: 5-2xCu+ O2+ 5-2xH2SO45-2xCuSO4+5-2xH2O ,化简得 2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O ;3要提供 O2,可用排空气法, 即用 A装置通过从分液漏斗中加水排出空气;消除氮的氧化物用B 装置,一个导气管通氮的氧化物,一个导气管通空气,另一个导气管导出多余的空气。由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜,拓展到用稀硫
21、酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜,延伸到化工生产硫酸铜,再回归到实验室模拟化工生产过程。Cu + 2H2SO4浓 CuSO4+ SO2+ 2H2O Cu + 4HNO3浓 = Cu(NO3)2+ 2NO2+ 2H2O SO2+ 2HNO3浓= H2SO4+ 2NO2 Cu(NO3)2+ H2SO4= CuSO4 + 2HNO3应用侯氏制碱法的生产原理4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3把方程式进行加合,可得总反应方程式: 2Cu + O2 + 2H2SO42CuSO4 + 2H2O 在模拟化工生产过程时,又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。答案: 12Cu + O2 + 2H2SO
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