专题7.5 工艺流程中的计算-备战2023年高考化学新编大一轮复习讲义（原卷版）

专题7.5  工艺流程中的计算

【考纲要求】

1掌握化学计量在工艺流程中的应用。

2.掌握工艺流程中有关物质的量分数、物质的纯度、转化率、产品的产率的计算。

3.掌握关系式法在工艺流程计算中的应用。

【核心知识梳理】

化工流程题中涉及的计算主要有：样品的质量分数或纯度的计算，物质的转化率或产率、物质的量浓度、物质的质量的计算。

1．计算公式

(1)n＝，n＝，n＝cV(aq)

(2)＝×100%

(3)产品产率＝×100%

(4)物质的转化率＝×100%

2．计算方法——关系式法

关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中，利用该法可以节省不必要的中间运算过程，避免计算错误，并能迅速准确地获得结果。一步反应中可以直接找出反应物与目标产物的关系；在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系。

【例题】【2016年天津】水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中溶解氧分子的质量表示，单位mg/L，我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源的DO不能低于5mg/L。某化学小组同学设计了下列装置(夹持装置略)，测定某河水的DO。

1．测定原理：

碱性体积下，O2将Mn2+氧化为MnO(OH)2:①2Mn2++O2+4OH-=2 MnO(OH)2↓，酸性条件下，MnO(OH)2将I-氧化为I2:②MnO(OH)2+I-+H+→Mn2++I2+H2O(未配平)，用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2，③2S2O32-+I2=S4O62-+2I-

2．测定步骤

a.安装装置，检验气密性，充N2排尽空气后，停止充N2。

b.向烧瓶中加入200ml水样

c.向烧瓶中依次迅速加入1mlMnSO4无氧溶液(过量)2ml碱性KI无氧溶液(过量)，开启搅拌器，至反应①完全。

d.搅拌并向烧瓶中加入2ml硫酸无氧溶液至反应②完全，溶液为中性或若酸性。

e.从烧瓶中取出40．00ml溶液，以淀粉作指示剂，用0．01000mol/L Na2S2O3溶液进行滴定，记录数据。

f.……

g．处理数据(忽略氧气从水样中的溢出量和加入试剂后水样体积的变化)。

回答下列问题：

(6)步骤e中达到滴定终点的标志为________________________________________。若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50ml，水样的DO=__________mg/L(保留一位小数)。作为饮用水源，此次测得DO是否达标：__________(填是或否)

解析  I－被氧化为I2后，再用Na2S2O3溶液滴定，将I2还原为I－，因此滴定结束时，溶液的蓝色消失且半分钟不恢复原色；

如水中溶氧量(DO)的测定：

碱性条件下，O2将Mn2＋氧化为MnO(OH)2：①2Mn2＋＋O2＋4OH－===2MnO(OH)2↓

酸性条件下，MnO(OH)2将I－氧化为I2：    ②MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O

用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2：        ③2S2O＋I2===S4O＋2I－

可得关系式：O2～2Mn2＋～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3

n(Na2S2O3)＝0.010 00 mol.L－1×0.004 5 L＝4.5×10－5 mol，根据O2～4Na2S2O3，

n(O2)＝n(Na2S2O3)＝1.125×10－5 mol，该河水的DO＝9.0 mg.L－1＞5 mg.L－1，此次测得的DO达标。

【精准训练1】

1．草酸合铁酸钾晶体Kx[Fe(C2O4)y]•3H2O是一种光敏材料(见光易分解)，下面是一种制备草酸合铁酸钾晶体的实验流程：

补全测定草酸合铁酸钾产品中Fe3+含量的实验步骤[备选试剂：KMnO4溶液、锌粉、NaOH溶液]：

步骤1：准确称取所制备的草酸合铁酸钾晶体ag，配成250mL待测液；

步骤2：用移液管移取25.00mL待测液于锥形瓶中，加入稀H2SO4酸化，_____________，C2O42-转化为CO2被除去；

步骤3：向步骤2所得溶液中_____________加热至充分反应（溶液黄色刚好消失），过滤、洗涤、将过滤及洗涤所得溶液收集到锥形瓶中。

步骤4：用cmol•L-1KMnO4标准溶液滴定步骤3所得溶液至终点，消耗vmLKMnO4标准溶液。该草酸合铁酸钾晶体产品中Fe3+的质量分数为__________________。

2．钼酸钠（Na2MoO4）是一种重要的化工原料。用废加氢催化剂（含有MoS2和Al2O3、Fe2O3、SiO2等）为原料制取钼酸钠，工艺流程如图所示：

用50t含MoS2为80%的废加氢催化剂，经过制取、分离、提纯，得到30.9t Na2MoO4，则Na2MoO4的产率为______。

3．钛白粉(TiO2)广泛应用于涂料、化妆品、食品以及医药等行业。利用黑钛矿石[主要成分为(Mg0.5Fe0.5)Ti2O5，含有少量Al2Ca(SiO4)2]制备TiO2，工艺流程如下。

常用硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2]滴定法测定钛白粉的纯度，其步骤为：用足量酸溶解a g二氧化钛样品，用铝粉做还原剂，过滤、洗涤，将滤液定容为100 mL，取20.00 mL，以NH4SCN作指示剂，用标准硫酸铁铵溶液滴定至终点，反应原理为：Ti3＋＋Fe3＋===Ti4＋＋Fe2＋

①滴定终点的现象为__________________________。

②滴定终点时消耗b mol· L－1 NH4Fe(SO4)2溶液V mL，则TiO2纯度为________。 (写表达式)

4．工业上用含三价钒(V2O3)为主的某石煤为原料(含有 Al2O3、CaO 等杂质)，钙化法焙烧制备 V2O5，其流程如下：

测定产品中 V2O5 的纯度:称取 ag 产品，先用硫酸溶解，得到(VO2)2SO4 溶液。再加入 b1mLc1mol/L(NH4)2Fe(SO4)2 溶液(VO2++2H++Fe2+=VO2++Fe3++H2O) 最后用 c2mol/LKMnO4 溶液滴定过量的(NH4)2Fe(SO4)2 至终点，消耗 KMnO4 溶液的体积为 b2mL。已知 MnO4-被还原为 Mn2+，假设杂质不参与反应。则产品中 V2O5 的质量分数是____________________。(V2O5 的摩尔质量:：182g/mol)

5．工业上以钒炉渣(主要含V2O3，还有少量SiO2、P2O5等杂质)为原料可以制备氧钒碱式碳酸铵晶体

[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·10H2O]，其生产工艺流程如下。

称量a g产品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL稀硫酸溶解后，加入0.02mol·L-1KMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续滴加1％的NaNO2溶液至稍过量，再用尿素除去过量NaNO2，最后用c mol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液的体积为b mL。(已知滴定反应为VO2++Fe2++2H+==VO2++Fe3++H2O)

①KMnO4溶液的作用是______________。

②粗产品中钒的质量分数表达式为________(以VO2计)。

③若(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液部分变质，会使测定结果_____(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。

【真题感悟】

1．【2020北京卷】MnO2是重要的化工原料，山软锰矿制备MnO2的一种工艺流程如图：

产品纯度测定。向ag产品中依次加入足量bgNa2C2O4和足量稀H2SO4，加热至充分反应。再用cmol·L-1KMnO4溶液滴定剩余Na2C2O4至终点，消耗KMnO4溶液的体积为dL(已知：MnO2及MnO4-均被还原为Mn2+。相对分子质量：MnO2-86.94；Na2C2O4-134.0)

产品纯度为______________(用质量分数表示)。

2．【2019新课标Ⅱ】立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。回答下列问题：

以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.1000 mol·L−1的I2−KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000 mol·L−1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+22I−+。测定时消耗Na2S2O3溶液体积V mL。终点颜色变化为_________________，样品中S2−的含量为_______________________（写出表达式）。

3．【2018新课标I卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

Na2S2O5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 mol·L−1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____________g·L−1（以SO2计）。

4．【2018北京卷】磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

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 mol·L－1NaOH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：H3PO4摩尔质量为98 g·mol－1)

5．【2017全国Ⅲ卷】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FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：

某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为__________________。

6．【2015高考山东卷】毒重石的主要成分 BaCO3（含 Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备 BaCl2·2H2O

的流程如下：

利用间接酸碱滴定法可测定 Ba2+的含量，实验分两步进行。

已知：2CrO42-＋2H+＝Cr2O72-＋H2O    Ba2+＋CrO42-＝BaCrO4↓

步骤Ⅰ：移取 xmL 一定浓度的 Na2CrO4 溶液与锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用 b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为 V0 mL。

步骤Ⅱ：移取 y mLBaCl2 溶液于锥形瓶中，加入 x mL 与步骤Ⅰ相同浓度的 Na2CrO4 溶液，待 Ba2+完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为 V1 mL。滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的_____________（填“上方”或“下方”）。BaCl2 溶液的浓度为____________________mol·L-1，若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2+浓度测量值将________________（填“偏大”或“偏小”或“无影响”）。

【课时达标训练】

1．如图是工业上以制作印刷电路的废液(含Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Cl－)生产CuCl的流程：

氯化亚铜的定量分析：

①称取样品0.25 g于250 mL锥形瓶中，加入10 mL过量的FeCl3溶液，不断摇动：

②待样品溶解后，加入20 mL蒸馏水和2滴指示剂；

③立即用0.100 0 mol·L－1硫酸铈标准溶液滴定至绿色为终点；

④重复三次，消耗硫酸铈溶液的平均体积为24.30 mL。

上述相应化学反应为CuCl＋FeCl3===CuCl2＋FeCl2、Fe2＋＋Ce4＋===Fe3＋＋Ce3＋，则样品中CuCl的纯度为________(保留三位有效数字)。

2．锗是一种重要的半导体材料，其有机化合物在治疗癌症方面有着独特的功效。下图为工业上利用湿法炼锌渣(主要含有GeO2、ZnO、FeO、Fe2O3、SiO2)制备高纯锗的工艺流程：

若含锗3.2%的湿法炼锌渣的质量为5kg，氢气还原过程中参与反应的氢气体积为89.6L(标准状况下)，则锗的回收率为___________________(保留3位有效数字)。

3．某科研小组以平板液晶显示屏生产过程中产生的废玻璃粉末(含CeO2、SiO2、Fe2O3等)为原料回收Ce(铈)的流程如图所示：

对CeCl3样品纯度进行测定的方法：准确称量样品62.50g，配成1000mL溶液，取50.00mL上述溶液置于锥形瓶中，加入稍过量的过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]溶液使Ce3+被氧化为Ce4+，然后用萃取剂萃取Ce4+，再用1mol/LFeSO4标准溶液滴定至终点，重复2～3次，平均消耗10.00mL标准液。

①写出滴定过程中发生反应的离子方程式____________________________________________________。

②CeCl3样品的纯度为______________________％。

4．柠檬酸亚铁(FeC6H6O7，式量：246)是一种易吸收的高效铁制剂，某研究团队用硫铁矿(主要成分为FeS2、SiO2、Al2O3)为原料，制备柠檬酸亚铁，其流程如图：

柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)在空气中煅烧生成Fe2O3时，也会生成FeO。现煅烧49.2g的FeC6H6O7，得到Fe2O3和FeO的混合物15.84g。则Fe2O3的质量为________g。

5．氟化工产业被称为“黄金产业”，我国是世界最大氟化工初级产品生产国和出口国。用工业副产品氟硅酸(H2SiF6) 制备氟化铵(NH4F)联产氟化镁的流程如下：

氟化铵含量的测定；称取mg样品于塑料烧杯中加水溶解，加入足量甲醛溶液，摇匀静置，滴加2~3滴酚酞指示剂，用0.5mol•L-1的氢氧化钠标准液滴定至终点，消耗氢氧化钠体积VmL，同时做空白对照实验消耗氢氧化钠体积为V0mL。(已知：4+6HCHO→(CH2)6N4H++3H++6H2O，1mol(CH2)6N4H+消耗1molNaOH)

①滴定终点的现象为：______________________________________________________。

②滴定近滴定终点时，过长时间振摇，红色消失，可能原因是______________________________________。

③计算样品中氟化铵的含量为___________________。

6．已知：①铜矿石中含有Cu2(OH)2CO3及含铁元素的杂质；②黄铵铁矾的化学式为(NH4)xFey(SO4)m(OH)n，其中铁为＋3价。某兴趣小组利用该铜矿石制黄铵铁矾的流程如下：

该小组为测定黄铵铁矾的组成，进行了如下实验：

a.称取mg样品，加盐酸完全溶解后，将所得溶液分为两等份；

b.向一份中加入足量NaOH溶液并加热，收集到标准状况下112mL的气体(发生反应：＋OH-NH3↑＋H2O，假设气体全部逸出)；将所得沉淀过滤、洗涤、灼烧至恒重，得到红棕色粉末0.60g；

c.向另一份中加足量BaCl2溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥得沉淀2.33g。

①黄铵铁矾中与的个数比为______________；

②通过计算确定黄铵铁矾的化学式_____________________________。(写出必要的计算过程，否则不得分)

7．高铁酸钾(K2FeO4)是一种集强氧化性、吸附、絮凝于一体的新型多功能处理剂，其生产工艺如图所示：

工业上常用“间接碘量法”测定高铁酸钾样品中高铁酸钾的含量，其方法是：用碱性的碘化钾溶液(pH为11～12)溶解3.96 g高铁酸钾样品，调节pH为1，避光放置40分钟至反应完全(高铁酸根离子全部被还原成铁离子)，再调节pH为3～4(弱酸性)。以1.0 mol/L的硫代硫酸钠标准溶液为滴定剂进行滴定(2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI)，当达到滴定终点时，用去硫代硫酸钠标准溶液15.00 mL，则原高铁酸钾样品中高铁酸钾的质量分数为____________________。

8．高纯碳酸锰(MnCO3)广泛应用于电子行业，制造高性能磁性材料。工业利用含锰废水(主要含Mn2+、、H+、Fe2+、Al3+、Cu2+)制备碳酸锰、回收硫酸铵的工艺流程如下：  

由 MnCO3可制得重要的催化剂MnO2，2MnCO3+O2=2MnO2+2CO2。现在空气中加热460.0g的MnCO3，得到332.0g产品，若产品中杂质只有MnO，则该产品MnO2的质量分数是____________________。

9．在玻璃工业中常用作澄清剂和脱色剂，工业上采用酸性高浓度含砷废水主要以形式存在提取的工艺流程如下：

已知 ，含砷污染物允许排放标准为不大于。若低浓度含砷废水假设砷均以形式存在中的浓度为，则低浓度含砷废水中的浓度为__________________，________填“符合”或“不符合”排放标准。

10．工业上用自然界存在的角膜硼镁矿主要成分为制取金属镁和粗硼，工艺过程如下：

制得的粗硼可在一定条件与作用生产，再提纯，沸点较低，提纯可采用 ______ ；高温时 即可分解，得到高纯度硼。根据分解生成碘的量还可以测定粗硼的粗度。方法如下：

称取粗硼转化成纯，再完全分解，生成的碘用的溶液滴定至终点，消耗标准液 滴定原理：

①滴定终点判断应用 _________________作指示剂；

②标准液应盛装在____________________滴定管中；

③该粗硼的纯度为__________________________。