高考化学二轮专题复习课件专题10 化工流程综合题型透析 (含解析)

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1.解题要领必备解答工艺流程综合题的关键是分析流程图,对于比较陌生且复杂的流程图,需要宏观把握整个流程,可针对问题分析细节,不必把每个环节的原理都弄清。总体方法:关注箭头的指向(聚焦局部,箭头指入——反应物,箭头指出——生成物)、前后追溯物质(放大局部)、考虑反应实际(物质性质、试剂用量)。
3.常见操作的答题考虑角度
1.(2019年全国Ⅰ卷,27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:
回答下列问题:(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是　　　　　　　 　。 (2)步骤②需要加热的目的是　　　　　　 ,温度保持80~95 ℃,采用的合适加热方式是　　　　　　　 　。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为　　　　(填标号)。 
(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是　　　 　　 　　 　。分批加入H2O2,同时为了　　　　　　　　　,溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有　　　　　　　　　　　　　　　　,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时,失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为　　　　　 　　。 
将Fe2+全部氧化为Fe3+,不引入杂质
加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析▶　(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,油污在碱性条件下容易水解,所以工业上常用热的碳酸钠溶液清洗,即碱煮水洗。(2)步骤②需要加热的目的是加快反应速率;温度保持80~95 ℃,由于保持温度比较恒定且低于水的沸点,故采用的合适加热方式是水浴加热(热水浴);铁屑中含有少量硫化物,硫化物与硫酸反应生成硫化氢气体,可以用氢氧化钠溶液吸收,为了防止倒吸可以加装倒置的漏斗,故选择C装置。
1.(2019年江苏徐州第一中学高三月考)氯化铬晶体(CrCl3·6H2O)是一种重要的工业原料,工业上常用铬酸钠(Na2CrO4)来制备。实验室中以红矾钠(Na2Cr2O7)为原料制备CrCl3·6H2O的流程如下:
(1)碱溶的目的是　　　　　　　 　　,所加40%NaOH溶液不宜过量太多的原因是　　　　　　　　　　。 (2)还原时先加入过量CH3OH,再加入10%HCl溶液,生成CO2,写出该反应的离子方程式:　　　　　 　　　　　　 　。 (3)使用下列用品来测定溶液的pH,合理的是　 　(填字母)。 A.pH计　　B.pH试纸　　C.酚酞溶液
避免还原时消耗过多盐酸
(4)使用如图装置从滤液中分离出CH3OH。
①图中仪器A的名称为　　 　。 ②在仪器A中先加入沸石,再加入滤液,蒸馏,收集蒸馏出的CH3OH循环使用。有的同学认为,该过程中需要加入CaO,防止水随CH3OH一起蒸出,你认为是否有必要并说明理由:　 　　　　　　　　　　　　。 (5)请补充完整由过滤后得到的固体Cr(OH)3制备CrCl3·6H2O的实验方案:将过滤后所得固体　　　　 　,　　 　,冷却结晶,过滤,　　　 　　　,低温干燥,得到CrCl3·6H2O。(实验中可供选择的试剂:盐酸、硫酸、蒸馏水、乙醇、乙醚) 
没有必要,CH3OH参与反应的体系中有水
完全溶解于过量的盐酸中
用乙醚洗涤固体2~3次
解析▶　用40%NaOH溶液将红矾钠(Na2Cr2O7)转化为铬酸钠(Na2CrO4),再用CH3OH将铬酸钠(Na2CrO4)还原为CrCl3溶液,加20%NaOH溶液使Cr3+转化为Cr(OH)3沉淀,过滤,将过滤后所得固体用盐酸溶解,最后将含HCl的CrCl3溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,并用乙醚洗涤2~3次,低温干燥,即得CrCl3·6H2O晶体。
解答无机化工流程试题的方法1.熟悉流程,首先将题目从头到尾粗读一遍,初步了解大意。2.弄懂原理、掌握要点。理清下列关系:(1)原料与产品:从某种原料出发,要得到最终产品,判断必须除去什么元素,引进什么元素,有时需要对工艺流程图进行逆推。(2)步骤与目的:加入某种试剂,采用某种方法,其目的是什么?一般只考虑后面提问有关的步骤,其他不必清楚。(3)感觉与结果:有的步骤不能读懂,这时主要看这一步的结果,“跟着感觉走”“顺藤摸瓜”,用已学过的知识来“圆”这个结果。(4)抓住特例信息:所给信息一定有用,而且一定要用到,有时还需要分解、重组、迁移到本题中来。
3.大胆、规范答题。大多数问题用所学知识便可直接回答,但个别问题往往与所学知识有差异,这时就要考虑产物、环保、产量、成本等。4.细心检查,注意答案的文字叙述规范(1)洗涤沉淀:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2~3次。(2)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥。(3)在写某一步骤是为了除杂时,应该注明“是为了除去XX杂质”,只写“除杂”等一类笼统式的回答是不给分的。(4)看清楚是写化学方程式还是离子方程式,注意配平。
2.(2019年广东深圳红岭中学高三统考)软锰矿的主要成分为MnO2,还含有MgO、CaO、FeO、Fe2O3、Al2O3等杂质,工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下:
已知:①几种常见金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表:
②温度高于27 ℃时,MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低。
(1)已知:25 ℃、101 kPa时,Mn(s)+O2(g) MnO2(s) ΔH=-520 kJ·ml-1S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH=-297 kJ·ml-1Mn(s)+S(s)+2O2(g) MnSO4(s) ΔH=-1065 kJ·ml-1MnO2转化为MnSO4的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　 　 　。 (2)“第1步除杂”是为了除去浸出液中的Fe3+、Fe2+、Al3+,加入H2O2溶液的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式表示);需要调节溶液pH的范围是　　　　　　　 　;所加的试剂X是　　　 　(填字母)。 A.MnO2　B.MnCO3　C.KMnO4　D.NaOH请用平衡移动原理分析,加入X能除去浸出液中Fe3+的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 
MnO2(s)+SO2(g) MnSO4(s) ΔH=-248 kJ·ml-1
2Fe2++H2O2+2H+ 2Fe3++2H2O
溶液中存在平衡Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+,加入MnCO3后,H+与MnCO3反应,使溶液中c(H+)减小,水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移动,从而除去Fe3+
(3)根据下表数据,选择“第2步除杂”所加的物质Y(由一种阳离子和一种阴离子组成),物质Y的化学式为　　　　　　。 
(4)采用“系列操作”中需要“趁热过滤”,其目的是　　　　　　　　　　　　　 　 　。 (5)以MnSO4溶液为原料,采用电解的方法可制备高纯度的MnO2,则电解池的阳极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 
防止温度下降时MnSO4·H2O溶解,导致产率降低
Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+
解析▶　(1)由盖斯定律可知,MnO2转化为MnSO4的热化学方程式的焓变ΔH=-1065 kJ·ml-1+520 kJ·ml-1+297 kJ·ml-1=-248 kJ·ml-1。(2)由表中数据可知当Fe2+完全沉淀时,Mn2+已开始沉淀,为了除去杂质又不减少Mn2+的含量,故需将Fe2+氧化;Al3+完全沉淀时所需pH为5.2,Mn2+开始沉淀的pH为8.1,则需调整溶液的pH为5.2~8.1,MnCO3能与H+反应且不带入新的杂质,使可逆反应Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+向生成Fe(OH)3的方向移动,从而除去Fe3+。(3)从表中数据可知MnF2的溶度积远大于CaF2和MgF2,则加入MnF2能够将Ca2+和Mg2+沉淀完全。(4)温度高于27 ℃时,MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低,为避免原料的损失,则应趁热过滤。(5)电解池的阳极发生氧化反应,Mn2+被氧化为MnO2。
2.(2019年福建莆田高三测试)电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程如图1所示:
(1)氯金酸(HAuCl4)中Au元素的化合价为　　　　　　　。 (2)“焙烧渣”在“①酸浸”时发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)铜阳极泥氧化时,采用“低温焙烧”而不采用“高温焙烧”的原因是　　　　　　 　　　　。 (4)已知N2H4被银氨溶液氧化的产物是氮气,则每生成1 ml Ag,需要消耗　　　　g N2H4。 (5)氯金酸(HAuCl4)在pH为2~3的条件下被草酸还原为Au,同时放出二氧化碳气体,则该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ag2O+2H++2Cl- 2AgCl+H2O
高温焙烧时,生成的Ag2O又分解为Ag和O2(或2Ag2O 4Ag+O2↑)
2HAuCl4+3H2C2O4 2Au↓+8HCl+6CO2↑
(6)阳极泥中的铜可以用FeCl3溶液浸出,所得溶液中主要含有的阳离子为Cu2+、Fe3+和Fe2+。结合图2分析(纵坐标代表金属阳离子浓度的对数):
①要从浸出液中提纯铜,最好先加入酸化的双氧水,目的是　　　　　　　　　　　　　　,然后加入适量的CuO调节pH=3.7,除去　　　　(填离子符号)。 ②常温下,从图中数据计算可得Cu(OH)2的Ksp约为　　　　　　。 
将Fe2+氧化为Fe3+
3.滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:(1)反应过程中哪些物质(或离子)消失了?(2)所加试剂是否过量或离子间发生化学反应又产生了哪些新离子?要考虑这些离子间是否会发生反应。