2019高考化学考点必练专题11化工流程大题知识点讲解.doc
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1、1考点十一 化工流程大题知识点讲解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、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; 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
2、绿色化学评价。典例 1(2018 北京)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:已知:磷精矿主要成分为 Ca5(PO4)3(OH),还含有 Ca5(PO4)3F 和有机碳等。溶解度:Ca 5(PO4)3(OH)”或“” ) 。2结合元素周期律解释中结论:P 和 S 电子层数相同,_。(3)酸浸时,磷精矿中 Ca5(PO4)3F 所含氟转化为 HF,并进一步转化为 SiF4除去。写出生成 HF 的化学方程式:_。(4)H 2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为 CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80后脱除率变化的原因:_。(5)脱硫时,CaCO
3、3稍过量,充分反应后仍有 SO42残留,原因是_;加入 BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是_。(6)取 a g 所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用 b molL1NaOH 溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗 NaOH 溶液 c mL,精制磷酸中 H3PO4的质量分数是_。 (已知:H 3PO4摩尔质量为 98 gmol1)【答案】 研磨、加热 核电荷数 PS,原子半径 PS,得电子能力 PS,非金属性 PS 2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF 80 后,H 2O2分解速率大,浓度显著降低 Ca
4、SO4微溶 BaCO3+S+2H3PO4 BaSO4+CO2+H 2O+2 - 0.9bca(3)根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律,Ca 5(PO 4) 3F 与 H2SO4反应生成 HF、磷石膏和磷酸,生成 HF 的化学方程式为 2Ca5(PO 4) 3F+10H2SO4+5H2O10CaSO40.5H2O+6H3PO4+2HF。(4)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80后温度升高,H 2O2分解速率大,H 2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。(5)脱硫时,CaCO 3稍过量,充分反
5、应后仍有 SO42-残留,原因是:CaSO 4微溶于水。加入 BaCO3可进一步提高硫3的脱除率,因为 BaSO4难溶于水,其中 SO42-与 BaCO3生成更难溶的 BaSO4和 CO32-,H 3PO4的酸性强于 H2CO3,在粗磷酸中 CO32-转化成 H2O 和 CO2,反应的离子方程式为 BaCO3+SO42-+2H3PO4=BaSO4+CO2+2H 2PO4-+H2O。(6)滴定终点生成 Na2HPO4,则消耗的 H3PO4与 NaOH 物质的量之比为 1:2,n(H 3PO4)= 1n(NaOH)=12bmol/L c 10-3L= bc0mol,m(H 3PO4)= bc20m
6、ol98g/mol= 9bc0g=0.049bcg,精制磷酸中 H3PO4的质量分数为 0.9a。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
7、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。典例 2(2018 届新疆高三一模)钛铁矿的主要成分为 FeTiO3(可表示为 FeOTiO2),含有少量 MgO、CaO、SiO 2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂 Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂 LiFePO4)的工艺流程如下图所示:(1)化合物 Li2Ti5O15中钛元素的化合价是+4 价,氧元素的
8、化合价为_。(2)钛铁矿与硫酸反应时,常将钛铁矿粉碎,其目的是:_,滤渣 A 的成分是_。(3)固体 TiO2转化(NH 4)2Ti5O15的离子方程式为_,该反应_氧化还原反应 (填“属于” 或4“不属于” )。(4)反应中固体 TiO2、转化成(NH 4)2Ti5O15溶液时,Ti 元素的浸出率与反应温度的关系如图所示。反应温度过高时,Ti 元素浸出率下降的原因是_。(5)(NH4)2Ti5O15转化为 Li2Ti5O15的离子方程式为:_。(6)写出由滤液 D 生成 FePO4的离子方程式_。(7)由滤液 D 制各 LiFePO4的过程中,所需 17%双氧水与 H2C2O4的质量比是_。
9、【答案】 -2、-1 增大接触面积加快反应速率,提高浸出率 SiO2 CaSO4 5TiO2+4H2O2+2NH3H2O=2NH4+Ti5O152-+5H2O 不属于 温度过高时,反应物氨水(或双氧水)会受热分解 Ti5O152-+2Li+=Li2Ti5O15 2Fe 2+2H3PO4+H2O2=2FePO4+2H 2O+4H+ 209(2)钛铁矿与硫酸反应时,常将钛铁矿粉碎,可以增大接触面积加快反应速率,提高浸出率,由于杂质中二氧化硅不溶于盐酸,所以滤渣 A 成分是二氧化硅,故答案为:增大接触面积加快反应速率,提高浸出率;SiO 2 、CaSO 4;(3) 二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(N
10、H 4) 2Ti5O15的离子方程式为 5TiO2+4H2O2+2NH3H2O=2NH4+Ti5O152-+5H2O,反应中没有元素的化合价发生变化,不属于氧化还原反应,故答案为:5TiO2+4H2O2+2NH3H2O=2NH4+Ti5O152-+5H2O;不属于;(4)由于二氧化钛与氨水、双氧水反应生成(NH 4) 2Ti5O15时,温度过高,双氧水和氨水都容易分解,所以反应温度过高时,Ti 元素浸出率下降,故答案为:温度过高时,反应物氨水(或双氧水)受热易分解;(5) (NH 4) 2Ti5O15,加入氢氧化锂溶液得到沉淀 Li2Ti5O15,反应的离子方程式为 Ti5O152-+2Li+
11、=Li2Ti5O15,故5答案为:Ti 5O152-+2Li+=Li2Ti5O15;(6)过氧化氢将 Fe2+氧化为 Fe3+,加入磷酸得到沉淀磷酸铁,反应离子方程式为:2Fe2+2H3PO4+H2O2=2FePO4+2H 2O+4H+,故答案为:2Fe 2+2H3PO4+H2O2=2FePO4+2H 2O+4H+;(7)根 据电子守恒,过氧化氢氧化铁元素转移的电子就等于铁离子氧化草酸转移的电子数,因此可得关系式:H2O2H 2C2O4,设双氧水质量为 x,草酸质量为 y,则:H2O2H 2C2O434 90x17% y所以 3417%x=90,整理可得 x:y=20:9,17%双氧水与 H2
12、C2O4的质量比为 20:9,故答案为:20:9。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
13、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,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
14、:6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 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
15、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。典例 3(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
16、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) 。7【答案】 2NaHSO3Na 2S2O5+H2O NaHSO3 得到 NaHSO3过饱和溶液 2H2O4e 4H +O2 a
17、S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H 0.128(3)阳极发生失去电子的氧化反应,阳极区是稀硫酸,氢氧根放电,则电极反应式为 2H2O4e 4H +O2。阳极区氢离子增大,通过阳离子交换膜进入 a 室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电,氢氧根浓度增大,与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠,所以电解后 a 室中亚硫酸氢钠的浓度增大。(4)单质碘具有氧化性,能把焦亚硫酸钠氧化为硫酸钠,反应的方程式为 S2O52 +2I2+3H2O2SO 42 +4I +6H ;消耗碘的物质的量是 0.0001mol,所以焦亚硫酸钠的残留量(以 SO2计)是 。三、 明确反应原理注意每一步在
18、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。典例 4(2018 届湖南省怀化市高三上学期期末)软锰矿的主要成分是 MnO2,还含有少量金属铁、镁、铝、锌、铜的化合物等杂质。黄铁矿的主要成分是 FeS2,还含有硅、铝的氧化物等杂质。工业上用软锰矿制备碳酸锰并回收硫酸铵,其主要流程如下:已知金属离子从开始形成氢氧化物沉淀,到沉淀时溶液的 pH 如下表:金属离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ Cu2+ Mn2+开始沉淀 pH 7.5 2.7 4.1 5.9 8.8完全沉淀 pH 9.5 3.7 5.4 6.9 10.8(1)提高浸出率的
19、可采取的措施有_。a.适当升高温度 b.搅拌 c.加适量纯碱 d.加压8(2)浸取完成后,取浸取液少许,加入 KSCN 溶液无明显现象,则浸取时发生的主要反应的化学方程式是_。(3)调节 pH 为 5.45.8 的目的是_。(4)滤渣 3 的主要成分的化学式是_。(5)采用 50碳化的原因是_。该过程发生反应的离子方程式是_。(6)检验碳酸锰产品完全洗净的方法是_。【答案】 ab MnO 2+FeS2+2H2SO4 MnSO4+FeSO4+2S+2H2O 使 Fe3+、Al 3+完全沉淀 Cu(OH) 2 温度过低反应太慢,过高,NH 4HCO3会分解 2HCO3+Mn2+ MnCO3+H 2
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