2019年领军高考化学清除易错点专题09化工流程知识点讲解.doc
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1、- 1 -易错点 09 化工流程瞄准高考1 (2018 课标)焦亚硫酸钠(Na 2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题:(1)生产 Na2S2O5,通常是由 NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式_。(2)利用烟道气中的 SO2生产 Na2S2O5的工艺为:pH=4.1 时,中为_溶液(写化学式) 。工艺中加入 Na2CO3固体、并再次充入 SO2的目的是_。(3)制备 Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中 SO2碱吸收液中含有NaHSO3和 Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后,_室的 NaHSO3浓度增加。将该室溶液
2、进行结晶脱水,可得到 Na2S2O5。(4)Na 2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中 Na2S2O5残留量时,取 50.00 mL葡萄酒样品,用 0.01000 molL1的碘标准液滴定至终点,消耗 10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_,该样品中 Na2S2O5的残留量为_gL 1(以 SO2计) 。【答案】 2NaHSO3Na 2S2O5+H2O NaHSO3 得到 NaHSO3过饱和溶液 2H2O4e 4H +O2 a S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H 0.128- 2 -2 (2018 课标)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌
3、矿(ZnS,含有SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:相关金属离子 c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的 pH范围如下:金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4回答下列问题:(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。(2)滤渣 1的主要成分除 SiO2外还有_;氧化除杂工序中 ZnO的作用是_,若不通入氧气,其后果是_。(3)溶液中的 Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电
4、极反应式为_;沉积锌后的电- 3 -解液可返回_工序继续使用。【答案】 ZnS+ O2 ZnO+SO2 PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2+ Zn+Cd2+Zn2+Cd Zn2+2e Zn 溶浸【解析】 (1)由于闪锌矿的主要成分是 ZnS,因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为3 (2018 课标)KIO 3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO 3的化学名称是_。(2)利用“KClO 3氧化法”制备 KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl 2和 KCl。 “逐 Cl2”采用的方法是_。 “滤液”中的溶质主要
5、是_。 “调 pH”中发生反应的化学方程式为_。(3)KIO 3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_,其迁移方向是_。与“电解法”相比, “KClO3氧化法”的主要不足之处有_(写出一点) 。- 4 -【答案】 碘酸钾 加热 KCl KH(IO3)2+KOH 2KIO3+H2O或(HIO 3+KOH KIO3+H2O) 2H2O+2e 2OH +H2 K + a到 b 产生 Cl2易污染环境等4 (2017 课标)Li 4Ti5O12和 LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为 FeTiO3,还含有
6、少量 MgO、SiO 2等杂质)来制备,工艺流程如下:回答下列问题:(1) “酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的净出率为 70%时,所采用的实验条件为_。- 5 -(2) “酸浸”后,钛主要以 TiOCl42 形式存在,写出相应反应的离子方程式_。(3)TiO 2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应 40 min所得实验结果如下表所示:温度/ 30 35 40 45 50TiO2xH2O转化率% 92 95 97 93 88分析 40时 TiO2xH2O转化率最高的原因_。(4)Li 2Ti5O15中 Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为_。(5)若“滤液”中 c(Mg2+)
7、=0.02 mol/L,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1倍) ,使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3+)=110-5 mol/L,此时是否有 Mg3(PO4)2沉淀生成?_(列式计算) 。FePO4、Mg 3(PO4)2的 Ksp分别为 1.310-22、1.010 -24。(6)写出“高温煅烧”中由 FePO4制备 LiFePO4的化学方程式 。【答案】 (1)100、2h,90,5h(2)FeTiO 3+ 4H+4Cl = Fe2+ TiOCl42 + 2H2O(3)低于 40,TiO 2xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过 40,双氧水分解与氨气逸出导致 TiO2xH2O
8、转化反应速率下降(4)4 (5)Fe 3+恰好沉淀完全时, c(PO43 )=251.0molL1=1.310-17 molL1, c3(Mg2+)c2(PO43-)(0.01) 3(1.310-17)2=1.710-40 Ksp Mg3(PO4)2,因此不会生成 Mg3(PO4)2沉淀。(6)2FePO 4 + Li2CO3+ H2C2O4 高 温 2LiFePO4+ H2O+ 3CO 2- 6 -学方程式为 2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O4 高 温 2LiFePO4+ H2O+ 3CO 2。5 (2017 课标)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO 2,
9、并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:回答下列问题:(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_,还可使用_代替硝酸。(2)沉淀 A的主要成分是_,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为_。(3)加氨水过程中加热的目的是_。沉淀 B的主要成分为_、_(填化学式) 。(4)草酸钙沉淀经稀 H2SO4处理后,用 KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为: MnO+H+H2C2O4Mn 2+CO2+H2O。实验中称取 0.400 g水泥样品,滴定时消耗了 0.05
10、00 molL-1的 KMnO4溶液 36.00 mL,则该水泥样品中钙的质量分数为_。- 7 -【答案】(1)将样品中可能存在的 Fe2+氧化为 Fe3+ ; 双氧水(H 2O2)(2) SiO 2 (或 H2SiO3);SiO 2+4HF SiF4+2H 2O(3)防止胶体生成,易沉淀分离;Fe(OH) 3 、 (OH)3 (4)45.0%pH45 时 Ca2+、Mg 2+不沉淀,Fe 3+、Al 3+沉淀,所以沉淀 B为 Fe(OH)3、 (OH)3。 (4)草酸钙的化学式为 CaC2O4,MnO 4 作氧化剂,化合价降低 5价,H 2C2O4中的 C化合价由3 价4 价,整体升高 2价
11、,最小公倍数为 10, 因此 MnO4 的系数为 2,H 2C2O4的系数为5,运用关系式法 5Ca2+5H 2C2O42KMnO 4n(KMnO4)=0.0500mol/L36.00103 mL=1.80103 moln(Ca2+)=4.50103 mol水泥中钙的质量分数为 4.50103 mol40.0g/mol/0.400g100%=45.0%。6 (2017 课标)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为 FeOCr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示:回答下列问题:(1)步骤的主要反应为:FeOCr2O3+Na2CO3+NaNO3 高 温 Na2C
12、rO4+ Fe2O3+CO2+ NaNO2上述反应配平后 FeOCr2O3与 NaNO3的系数比为_。该步骤不能使用陶瓷容器,原因是_。- 8 -(2)滤渣 1中含量最多的金属元素是_,滤渣 2的主要成分是_及含硅杂质。(3)步骤调滤液 2的 pH使之变_(填“大”或“小” ) ,原因是_(用离子方程式表示) 。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液 3”中加入适量 KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到 K2Cr2O7固体。冷却到_(填标号)得到的 K2Cr2O7固体产品最多。a.80 b.60 c.40 d.10步骤的反应类型是_。(5)某工厂用 m1 kg 铬铁矿粉(含 Cr2O3 40
13、%)制备 K2Cr2O7,最终得到产品 m2 kg,产率为_。【答案】 (1)2:7 陶瓷在高温下会与 Na2CO3反应 (2)铁 Al(OH) 3(3)小 增大溶液中 H+,促进平衡 2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O正向移动(4)d 复分解反应(5) 2190m%7- 9 -锁定考点无机化工流程题的特点:规律:主线主产品、分支副产品、回头为循环。核心考点:物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。1. 流程的呈现主要有以物质转化为主线,以操作过程为主线,甚至有时候会以设备为主线。2. 这类题常围绕以下几个知识点进行设问: 反应速率与平衡理论的运用 反应物颗粒大小:反应速率
14、、原料的利用率等温度:反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等 氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写; 利用控制 pH分离除杂;- 10 - 化学反应的能量变化; 实验基本操作:除杂、分离、检验、洗涤、干燥等; 流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用; 环境保护与绿色化学评价。一、原料处理的方法和作用对原料进行预处理的常用方法及其作用:1. 粉碎、研磨:减小固体的颗粒度,增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率。2. 水浸:与水接触反应或溶解。3. 酸浸:通常用酸溶,如用硫酸、盐酸、浓硫酸等,与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去。近年来,在高考题出现
15、了“浸出”操作。在化工生产题中,矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂,使矿物原料中的有用组分或有害杂质选择性地溶解,使其转入溶液中,达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。4. 浸出率:固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)。5. 灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质,将有机碘转化为碘盐。6. 灼烧、焙烧、煅烧:改变结构和组成,使一些物质能溶解;并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土和石灰石。二、掌握核心化学反应1. 元素及其化合物知识:化工生产将原料转变成产品的过程,也是物质经历相互转化的过程。理解物质之间的转化关系,就
16、要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题,需要掌握这些元素及其化合物的知识2. 还要掌握有关化工生产的知识,熟悉的有纯碱工业、氨工业、硅单质的制备、氯碱工业、海水中提取镁、海水中提取溴等;3. 化学反应原理:化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程,从化学反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等,是化工生产的基本思路。化学反应原理的相关知识包括质量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等,做到能综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。 调节溶液的 pH值:使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的
17、,抑制某些离子的水解,防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。例如:已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的 pH如下表所示- 11 -物质 开始沉淀 沉淀完全Fe(OH)3 2.7 3.7Fe(OH)2 7.6 9.6Mn(OH)2 8.3 9.8若要除去 Mn2 溶液中含有的 Fe2 ,应该怎样做?提示:先用氧化剂把 Fe2 氧化为 Fe3 ,再调溶液的 pH到 3.7。调节 pH所需的物质一般应满足两点:能与 H 反应,使溶液 pH值增大;不引入新杂质。例如:若要除去 Cu2 溶液中混有的 Fe3 ,可加入 CuO、Cu(OH) 2、Cu 2(OH)2CO3等物质来调节溶液的 pH
18、值。调节溶液的 pH:“酸作用还可以除去氧化物(膜) ;“碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅。 控制体系的温度a控制低温:防止物质的分解,如 NaHCO3、NH 4HCO3、H 2O2、HNO 3(浓)等;防止物质的挥发,如盐酸、醋酸等;抑制物质的水解,如冰水洗涤,以防止洗涤过程中的溶解损耗;增大气体反应物的溶解度,使其被充分吸收;b采取加热:加速某固体的溶解,加快反应速率;减少气体生成物的溶解并使其逸出;使平衡向需要的方向移动;趁热过滤,防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质;c控制范围:确保催化剂的催化效果,兼顾速率和转化率,追求更好的经济效益,防止副反应发生等。
19、三、 明确反应原理注意每一步在什么条件下,发生了什么反应,生成了什么物质,这些物质分别到哪里去了。如转化成了沉淀还是气体或生成了其他物质。四、 物质分离或提纯的方法化工生产过程中分离提纯、除杂等环节,与高中化学基本实验的原理紧密联系,包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干,或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理,并要熟悉所用到的相关仪器。1. 蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出 FeCl3、AlCl 3、MgCl 2等溶质时,应在 HCl的气流中加热,以防其水解。 蒸发浓缩、冷却结晶:如除去 KNO3中的少量 NaCl。 蒸发结晶、趁热过滤:如除去 NaCl中的少量 KNO3。2
20、. 溶解法:利用特殊溶剂把杂质溶解而除去,如 Fe(Al)可用过量的 NaOH溶液而除去Al,CO 2(HCl、H 2O)先通过饱和食盐水,再通过浓 H2SO4。- 12 -3. 沉淀法:a. 加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀,加入的沉淀剂必须过量,且在后续步骤中容易除去);b. 调节溶液的酸碱性。4. 洗涤法:a.水洗;b.冰水洗;c.有机溶剂洗。其目的是:洗去目标物表面的杂质离子;减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量;防止目标物形成结晶水合物;使晶体快速干燥。五、可循环物质的判断和流程评价(一) 可循环物质的判断1. 流程图中回头箭头的物质。2. 生产流程中后面新生成或新分离的物
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