2021届高三化学一轮复习重点专题14——化工流程图解题指导（练习）解析版

2021届高三化学一轮复习——化工流程图解题指导

考纲分析

1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。

2.将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。

策略解读

一、工业流程题的结构

二、工业流程题分类

题型一　物质制备类化工流程题

例1　NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：

回答下列问题：

(1)NaClO2中Cl的化合价为________。

(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______________________________________

_______________________________________________________________________________。

(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是________。

(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为______，该反应中氧化产物是________。

(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为________。(计算结果保留两位小数)

[解题流程]

第一步：读题目，明确目的——制备NaClO2

第二步：审流程，分块破题——拆分工艺流程

第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。

[得分秘籍]

(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。

(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。

答案　(1)＋3　(2)2NaClO3＋H2SO4＋SO2===2NaHSO4＋2ClO2

(3)NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO(或NaClO2)　(4)2∶1　O2　(5)1.57

题型二　提纯类化工流程题

例2　以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：

硼镁泥的主要成分如下表：

回答下列问题：

(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。

(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是____________、____________。

(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是________。

(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_______________________________________________

____________________________________________________________________________。

答案　(1)浓硫酸　SiO2　(2)氧化亚铁离子　促进铁离子、铝离子水解转化为沉淀　(3)溶液接近无色　(4)温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响不同，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤的方法除去硫酸钙

强化训练

1．Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图：

Cu2SCuCu2O、CuOAB胆矾

(1)Cu2S中铜元素的化合价为________，火法炼铜的反应原理是__________________________

_____________________(用化学方程式表示)。

(2)向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的体系A中溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写出生成红色物质的离子方程式：____________________________________________________。

(3)若将A中红色物质反应掉，操作Ⅰ中加入的试剂最好是________(填字母)。

A．适量的NaNO3  B．适量的HNO3  C．适量的H2O2

答案　(1)＋1　Cu2S＋O22Cu＋SO2

(2)Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

(3)C

2、（2020年北京高考题）用如图方法回收废旧CPU中的单质Au(金)，Ag和Cu。

已知：①浓硝酸不能单独将Au溶解。②HAuCl4=H++AuCl

(1)酸溶后经____操作，将混合物分离。

(2)浓、稀HNO3均可作酸溶试剂。溶解等量Cu消耗HNO3的物质的量不同，写出消耗HNO3物质的量少的反应的化学方程式：____。

(3)HNO3-NaCl与王水[V(浓硝酸)：V(浓盐酸)=1：3溶金原理相同。

①将溶金反应的化学方程式补充完整：

Au+____NaCl+____HNO3=HAuCl4+____+____+____NaNO3

②关于溶金的下列说法正确的是____。

A．用到了HNO3的氧化性

B．王水中浓盐酸的主要作用是增强溶液的酸性

C．用浓盐酸与NaNO3也可使Au溶解

(4)若用Zn粉将溶液中的1molHAuCl4完全还原，则参加反应的Zn的物质的量是____mol。

(5)用适当浓度的盐酸、NaCl溶液、氨水与铁粉，可按照如图方法从酸溶后的的溶液中回收Cu和Ag(图中标注的试剂和物质均不同)。

试剂1是____，试剂2是____。

答案  （1）过滤（2）3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)3+2NO↑+4H2O

(3) ① Au+4NaCl+5HNO3=HAuCl4+NO↑+2H2O+4NaNO3

 ②AC

(4)2

(5)氯化钠溶液   盐酸

3、（2020新课标Ⅰ）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。

（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成，同时还有___________离子被氧化。写出VO+转化为反应的离子方程式___________。

（3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、___________，以及部分的___________。

（4）“沉淀转溶”中，转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。

（5）“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________。

（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是___________。

【答案】（1）加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）

（2）Fe2+   VO++MnO2 +2H+ =+Mn2++H2O

（3）Mn2+  Al3+和Fe3+

（4）Fe(OH)3

（5）NaAl(OH)4+ HCl= Al(OH)3↓+NaCl+H2O

（6）利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全

4．工业以软锰矿（主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质）为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰（MnCO3）。其工业流程如下：

（1）浸锰过程中Fe2O3与SO2反应的化学方程式为Fe2O3+ SO2+2H+=2Fe2++ SO42－+ H2O，该反应是经历以下两步反应实现的。写出ⅱ的离子方程式：            。

ⅰ：Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3++3H2O     

  ⅱ：……

（2）过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为     （填离子符号）。

（3）写出氧化过程中MnO2与SO2反应的化学方程式：              。

（4）“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示，为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是         ；向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是                      。

（5）加入NH4HCO3溶液后，生成MnCO3沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式：                                        。

（6）生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是

                                                     。

答案（1） 2Fe3++ SO2+2H2O = 2Fe2+ + SO42－+4H+（2分）

   （2）Mn2+   Fe2+（2分）

（3）MnO2+SO2=MnSO4（2分）

（4）90℃（1分）   防止NH4HCO3受热分解，提高原料利用率（1分）

（5）Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O（2分）

（6）取1-2mL最后一次洗液于试管，滴加盐酸酸化BaCl2溶液，若无白沉淀产生，则洗涤干净（2分）

5．(2019·山东德州一模)金属Co、Ni性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为CoO、Co2O3、Ni，少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下：

(1)酸浸时SO2的作用是___________________________________________________________。

(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_______________________________________。

(3)有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOH＋MHNi(OH)2＋M，电池放电时正极的电极反应式为______________________________________________。

(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。

①H2O2的电子式________________。

②由图中信息可知：________法制取的催化剂活性更高。

③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。

(5)已知煅烧CoCO3时，温度不同，产物不同。在400 ℃充分煅烧CoCO3，得到固体氧化物的质量为2.41 g，CO2的体积为0.672 L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为__________。

答案　(1)作还原剂(或将Co3＋还原为Co2＋)

(2)2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑

(3)NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－

(4)①　②微波水热　③Co2＋

(5)Co3O4

6．锂离子电池正极材料需要纯度较高的硫酸锰，目前工业硫酸锰中杂质（钙、镁、铁等）含量高，利用下图流程可制取纯度较高的硫酸锰溶液。

反应①使杂质生成氟化物的沉淀，对反应①前后的杂质含量检测结果（以350g/LMnSO4计）如下：

（1）滤渣x中含有的物质是                       。

（2）试分析钙镁去除结果不同的原因：                                   。

（3）在滤液中加入KMnO4可以将Fe2+氧化为Fe3+，同时生成Mn2+。该反应的离子方程式为                                  。

（4）已知：生成氢氧化物沉淀的pH

注：金属离子的起始浓度为0.1mol/L

根据表中数据解释流程中②的目的：                             。

（5）进一步研究表明，如果反应①后不过滤直接加入KMnO4，同时控制加入的量，反应后调节pH，然后再过滤，可以进一步提高钙镁的去除率。对钙镁去除率提高的原因有如下假设：

假设Ⅰ：Fe2+与生成了Fe3+，Fe3+水解生成的Fe(OH)3吸附了沉淀物；

假设Ⅱ：Mn2+与反应生成的活性MnO2吸附了沉淀物。

选择适当的无机试剂，设计实验验证假设是否成立。

（6）锂离子电池充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回移动，就像一把摇椅，称“摇椅式电池”。典型的锂离子电池工作原理如下图所示。

① 放电时Li+的移动方向从   极到     极（填“a”或“b”）

② 已知电极总反应：LiCoO2＋CLi1－xCoO2＋CLix，

写出放电时正极的电极反应式                          。

答案（1）CaF2  MgF2（2分）

（2）CaF2比MgF2更难溶（2分）

（3）MnO4－＋ 5Fe2＋＋8H＋5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O（2分）

（4）将Fe3＋转化为Fe(OH)3达到分离铁元素与锰元素的目的（2分）

（5）取工业硫酸锰废水，加入MnF2，将所得样品分成两份，其中一份加入Fe(OH)3胶体，另一份加入活性MnO2，分别检测Ca2+、Mg2+的去除率，若去除率提高（大于95.61%、90.04%），则说明假设成立。（2分）

（6）① b  a（2分）

②Li1-xCoO2 + xLi++ xe－LiCoO2（2分）

7、以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料（MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）为原料制备高纯MnCl2·xH2O，实现锰的再生利用。其工作流程如下：

资料b．

（1）过程Ⅰ的目的是浸出锰。经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。

①MnO2与浓盐酸反应的离子方程式是                             。

②检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是：取少量滤液1于试管中，滴入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成；另取少量滤液1于试管中，。

③Fe3+由Fe2+转化而成，可能发生的反应有：

a．2Fe2++ Cl2 = 2Fe3++2Cl－

b．4Fe2++ O2+ 4H+ = 2Fe3+ + 2H2O

c．写出c的离子方程式：                       。

（2）过程Ⅱ的目的是除铁。有如下两种方法：

ⅰ.氨水法：将滤液1先稀释，再加适量10%的氨水，过滤。

ⅱ.焙烧法：将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物......。

已知：焙烧中发生的主要反应为2FeCl3 + 3O2= 2Fe2O3+ 3Cl2，MnCl2和PbCl2不发生变化。

①氨水法除铁时，溶液pH应控制在                之间。

②补全ⅱ中的操作：                                。

③两种方法比较，氨水法除铁的缺点是                   。

（3）过程Ⅲ的目的是除铅。加入的试剂是     。

（4）过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下：取m1 g样品，置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，质量变为m2 g。则x=                       。

答案：（1）①MnO2+ 4H+ +2Cl－ Mn2+ + Cl2↑+2H2O

②滴加KSCN溶液，变红

③MnO2+ 4H+ +2Fe2+= Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O

或MnOOH+ 3H+ + Fe2+=Mn2+ + Fe3++2H2O

（2）① 3.2~5.5

②加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于5.5

③引入杂质NH4+

（3）锰

（4）7(m1-m2)/m2