2021屆高考化學(xué)《 化工流程綜合探究總結(jié)解題思路及習(xí)題》

1、專項(xiàng)： 化工流程綜合探究工業(yè)流程探究題目在新高考（山東卷）中占有重要的地位，每年高考題中都會(huì)以大題的形式出現(xiàn)，占12分14分左右，具有很重要的地位。下面以4部分內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)及解題思路：一、化工流程中化學(xué)轉(zhuǎn)化控制原料處理如何提高“浸出率”將礦石粉碎；適當(dāng)加熱；充分?jǐn)嚢?；適當(dāng)提高浸取液的濃度等分析“浸出率”圖表，解釋“浸出率”高低變化的原因(“浸出率”升高一般是反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快；但當(dāng)“浸出率”達(dá)到最大值后，溫度升高“浸出率”反而下降，一般是反應(yīng)試劑的分解或揮發(fā))。選擇達(dá)到一定較高“浸出率”的時(shí)間及溫度(注意：一般不止一個(gè)答案)焙燒高溫下硫化物與空氣中氧氣反應(yīng)(如FeS2與氧氣生成氧化鐵和

2、二氧化硫)；除去硫、碳單質(zhì)；有機(jī)物轉(zhuǎn)化(如蛋白質(zhì)燃燒)、除去有機(jī)物等酸性氣體的吸收常用堿性溶液吸收(如SO2用Na2CO3或NaOH溶液吸收)控制條件除去雜質(zhì)的方法加氧化劑，轉(zhuǎn)變金屬離子的價(jià)態(tài)(如Fe2Fe3)調(diào)節(jié)溶液的pH調(diào)溶液pH常用氫氧化鈉、碳酸鈉、金屬氧化物還有酸性氣體(二氧化硫)、稀鹽酸或稀硫酸等。常利用題給金屬離子沉淀的pH信息，使特定金屬離子以氫氧化物沉淀出來物質(zhì)轉(zhuǎn)化的分析跟蹤物質(zhì)，分析每一步驟中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，書寫化學(xué)方程式或離子方程式濾渣、濾液中物質(zhì)的判斷，書寫物質(zhì)的化學(xué)式或電子式，分析物質(zhì)中的化學(xué)鍵確定循環(huán)物質(zhì)二、化工流程中物質(zhì)的分離提純1物質(zhì)分離的6種常用方法2洗滌沉

3、淀的目的及如何選擇洗滌劑洗滌試劑適用范圍目的蒸餾水冷水產(chǎn)物不溶于水除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)槿芙舛斐傻膿p失熱水有特殊的物質(zhì)其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)；可適當(dāng)降低固體因?yàn)闇囟茸兓斐扇芙獾膿p失有機(jī)溶劑(酒精、丙酮等)固體易溶于水，難溶于有機(jī)溶劑減少固體溶解；利用有機(jī)溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥該物質(zhì)的飽和溶液對(duì)純度要求不高的產(chǎn)品減少固體溶解酸、堿溶液產(chǎn)物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質(zhì)；減少固體溶解三、化工流程中有關(guān)計(jì)算1常用化學(xué)計(jì)算方法（1）守恒法：電子守恒法：適用于氧

4、化還原反應(yīng)電荷守恒法：適用于離子反應(yīng)計(jì)算離子濃度原子守恒法：適用于多反應(yīng)，某原子只生成一種物質(zhì)（2） 關(guān)系式法：適用于多步反應(yīng)計(jì)算和滴定實(shí)驗(yàn)中的計(jì)算2化工流程中Ksp的計(jì)算及應(yīng)用(1)Ksp的表達(dá)式：AmBn(s)mAn(aq)nBm(aq) Kspcm(An)·cn(Bm)(2)Ksp與Qc的關(guān)系應(yīng)用當(dāng)Qc>Ksp時(shí)，溶液過飽和，有沉淀析出，直至溶液飽和，達(dá)到新的平衡。當(dāng)QcKsp時(shí)，溶液飽和，沉淀與溶解處于平衡狀態(tài)。當(dāng)Qc<Ksp時(shí)，溶液未飽和，無沉淀析出，若加入過量難溶電解質(zhì)，難溶電解質(zhì)溶解直至溶液飽和。(3)示例：25 時(shí)，若濾液中要求c(Al3)1.3×

5、;106 mol·L1、c(Mg2)0.018 mol·L1、c(Zn2)0.12 mol·L1，則過濾前沉淀時(shí)需調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為_已知：KspAl(OH)31.3×1033，KspMg(OH)21.8×1011，KspZn(OH)21.2×1017。解答c(Al3)1.3×106 mol·L1時(shí)，根據(jù)Ksp的表達(dá)式：c(OH) mol·L1109 mol·L1，pH5；當(dāng)Mg2不沉淀時(shí)c(OH)< mol·L1104.5 mol·L1，pH<9.5；Zn2不

6、沉淀時(shí)，c(OH)< mol·L1108 mol·L1，pH<6。故pH范圍為56。四、化工流程中涉及的過渡金屬及其化合物1Zn及其重要化合物(1)Zn的性質(zhì)與Al相似，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿均反應(yīng)生成H2。(2)ZnO、Zn(OH)2與Al2O3、Al(OH)3均為兩性化合物。與酸反應(yīng)生成Zn2，與強(qiáng)堿反應(yīng)生成ZnO。2鈷、鎳及其化合物(1)鈷、鎳及其氧化物常溫下，鈷、鎳在空氣中能穩(wěn)定存在，加熱條件下可生成CoO、NiO。CoO溶于酸和強(qiáng)堿溶液，不溶于水、乙醇、氨水，在空氣中焙燒至390890 時(shí)生成四氧化三鈷。NiO溶于酸和氨水，不溶于水。(2)堿M(OH)2、M(O

7、H)3Co(OH)2在空氣中緩慢地被氧化為棕褐色的Co(OH)3，Ni(OH)2在空氣中較穩(wěn)定，可采用氧化性較強(qiáng)的Br2將其氧化。Co3、Ni3在酸性溶液中有強(qiáng)氧化性，易被還原，如Co(OH)3、Ni(OH)3在鹽酸中被還原，2Co(OH)36HCl=2CoCl2Cl26H2O,2Ni(OH)36HCl=2NiCl2Cl26H2O；在H2SO3溶液中被還原，2Co(OH)3SO4H=2Co2SO5H2O，2Ni(OH)3SO4H=2Ni2SO5H2O。3釩及其化合物的性質(zhì)(1)V：常溫下不活潑，不能與非氧化性酸及堿作用，但能溶于氫氟酸、硝酸和王水。(2)V2O5：兩性氧化物，但以酸性為主，V2

8、O56NaOH=2Na3VO43H2O；1 750 發(fā)生分解反應(yīng)：2V2O52V2O4O2；微溶于水，易形成穩(wěn)定的膠體；有較強(qiáng)的氧化性：V2O56HCl(濃)=2VOCl2Cl23H2O。(3)VO2、VO：在酸性介質(zhì)中，VO具有強(qiáng)氧化性，VOFe22H=VO2Fe3H2O,2VOH2C2O42H2VO22CO22H2O。4鉻及其化合物的性質(zhì)(1)Cr：加熱時(shí)，與O2反應(yīng)生成Cr2O3。(2)Cr2O3：兩性氧化物，Cr2O36H=2Cr33H2O；Cr2O32OH=2CrOH2O。(3)Cr(OH)3：兩性氫氧化物，Cr(OH)33H=Cr33H2O；Cr(OH)3OH=CrO2H2O。(4

9、)CrO與Cr2O：可相互轉(zhuǎn)化，2CrO(黃色)2H'Cr2O(橙色)H2O。強(qiáng)氧化性，如5HCr2O3HSO=2Cr33SO4H2O,2Na2CrO416HCl=2CrCl34NaCl3Cl28H2O。5鈦及其化合物的性質(zhì)(1)Ti：常溫時(shí)與酸不反應(yīng)，但可與HF反應(yīng)(Ti6HF=H2TiF62H2)，也可與熱的濃鹽酸反應(yīng)2Ti6HCl(濃) 2TiCl33H2。(2)TiO2：不溶于水和稀酸，可溶解在HF溶液及熱的濃硫酸中；可與Cl2反應(yīng)：TiO22Cl2=TiCl4O2；與堿溶液緩慢反應(yīng)：TiO22NaOH=Na2TiO3H2O；在高溫下與Cl2、C發(fā)生反應(yīng)：TiO22C2Cl2T

10、iCl42CO。(3)TiCl4：暴露在空氣中會(huì)冒出白煙，TiCl43H2O=H2TiO34HCl；Mg作還原劑時(shí)可制備金屬鈦，2MgTiCl42MgCl2Ti?！竟I(yè)流程的一般分析思路】1化工流程的試題呈現(xiàn)模式2化工流程試題的一般解題策略(1)審題四角度(2)破題三方法首尾分析法：對(duì)一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序)試題，首先對(duì)比分析流程圖中第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對(duì)比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離、提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。分段分析法：對(duì)于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩

11、種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工業(yè)流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點(diǎn)。交叉分析法：有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品，這種題適合用交叉分析法。就是將提供的工業(yè)流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線，然后上下交叉分析?！緦ｍ?xiàng)練習(xí)】1活性氧化鋅是一種新型多功能無機(jī)材料。某小組以粗氧化鋅(含鐵、銅的氧化物)為原料模擬工業(yè)生產(chǎn)活性氧化鋅，步驟如下：已知各相關(guān)氫氧化物沉淀pH范圍如下表所示：Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Cu(OH)2開始沉淀pH5.47.02.34.7完全沉淀pH8.09.04.16

12、.7請(qǐng)回答下列問題：(1)步驟中加入H2O2溶液的作用是_(用離子方程式表示)。(2)用ZnO調(diào)節(jié)pH，以除去含鐵雜質(zhì)，調(diào)節(jié)pH的適宜范圍是_。(3)步驟中加入Zn粉的作用是：_；進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH。(4)堿式碳酸鋅Zn2(OH)2CO3煅燒的化學(xué)方程式為_。答案(1)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O(2)4.1pH<4.7(3)除去溶液中的Cu2(4)Zn2(OH)2CO32ZnOCO2H2O2氯化亞銅(CuCl)廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，在潮濕空氣中易水解、氧化，且在氯離子濃度較大的體系中存在CuClClCuCl2。工業(yè)上用低品銅礦(主要含CuS、

13、Cu2S、FeO等)制備CuCl的一種工藝流程如下：回答下面問題：(1)寫出反應(yīng)中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。(2)在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，通入的SO2一般都要適當(dāng)過量，目的是_。(3)水洗時(shí)，檢驗(yàn)是否洗滌干凈的方法是_。(4)濾餅進(jìn)行醇洗的目的是_。答案(1)2Cu2SO22Cl2H2O=2CuClSO4H(2)將Cu2全部還原為CuCl，保護(hù)CuCl不被氧化(3)取最后一次洗滌液于試管中，滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，不產(chǎn)生沉淀，證明已洗滌干凈，否則未洗滌干凈(4)加速干燥，防止CuCl水解和氧化3(2018·全國卷節(jié)選)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有Si

14、O2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子c0(Mn)0.1 mol·L1形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3Fe2Zn2Cd2開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列問題：(1)焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有_；氧化除雜工序中ZnO的作用是_，若不通入氧氣，其后果是_。(3)溶液中的Cd2可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為_。答案(1)2ZnS3O22ZnO2SO2(2)PbSO4調(diào)節(jié)溶液的pH無法除去雜質(zhì)Fe2(3)Cd2Zn=Cd

15、Zn24氯化亞錫用途廣泛，在無機(jī)工業(yè)中用作還原劑。在口腔護(hù)理行業(yè)中，二水氯化亞錫多用于防齲齒脫敏類牙膏中，以預(yù)防齲齒的發(fā)生。某研究小組制取二水氯化亞錫的工藝流程如圖所示：查閱資料：.酸性條件下，錫在水溶液中有Sn2、Sn4兩種主要存在形式，Sn2易被氧化。.SnCl2易水解生成堿式氯化亞錫?；卮鹣铝袉栴}： (1)四氯化錫暴露于空氣中與空氣中水分反應(yīng)生成白煙，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，生成偏錫酸(H2SnO3)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)將金屬錫熔融，然后潑入冷水，激成錫花，其目的是_。(3)反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(4)該小組通過下列方法測(cè)定所用錫粉的純度(雜質(zhì)不參與反應(yīng))：將該試

16、樣溶于鹽酸，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Sn2HCl=SnCl2H2；加入過量FeCl3溶液；用已知濃度的K2Cr2O7溶液滴定中生成的Fe2，則反應(yīng)的離子方程式為_。(5)取1.125 g錫粉，經(jīng)上述各步反應(yīng)后，共用去0.100 0 mol·L1 K2Cr2O7溶液30.00 mL，錫粉中錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。答案(1)SnCl43H2O=H2SnO34HCl(2)增大反應(yīng)接觸面積，利于反應(yīng)進(jìn)行(3)SnSnCl4=2SnCl2(4)Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O(5)95.2%5(2017·全國卷節(jié)選，T27(4)(5)(6)Li4Ti5O12和LiFePO4都

17、是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備。工藝流程如下：回答下列問題：(1)“酸浸”后，鈦主要以TiOCl形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式_。(2)Li2 Ti5O15中Ti的化合價(jià)為4，其中過氧鍵的數(shù)目為_。(3)若“濾液”中c(Mg2)0.02 mol·L1，加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0×105 mol·L1，此時(shí)是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式計(jì)算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3×1022、1.0

18、×1024。(4)寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式_。答案(1)FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O(2)4(3)Fe3恰好沉淀完全時(shí)，c(PO) mol·L11.3×1017 mol·L1，Qcc3(Mg2)·c2(PO)值為0.013×(1.3×1017)21.7×1040<KspMg3(PO4)2，因此不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀(4)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O6鎳廢料中主要含有Ni，還含有少量的Cu、Fe等?，F(xiàn)從中制取N

19、i2O3，其可用于制造人造衛(wèi)星、宇宙飛船的高能電源，也可用于制造鎘鎳堿性電池。以鎳廢料為原料制備Ni2O3的工藝流程如圖所示：已知常溫下0.010 mol·L1的金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如表所示：Fe3Cu2Ni2開始沉淀pH3.05.07.4完全沉淀pH4.06.59.0回答下列問題：(1)“酸浸”時(shí)參與反應(yīng)的H2SO4與HNO3的物質(zhì)的量之比保持32，此時(shí)鎳單質(zhì)被氧化為NiSO4，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)加入碳酸鈣調(diào)pH的目的是_，“沉渣2”的主要成分是_(填化學(xué)式)，必須先過濾“沉渣1”后再進(jìn)行“除Cu”的原因是_。(3)用離子方程式解釋加入NH4F“除Ca”

20、的過程：_。(4)“操作B”是_，煅燒時(shí)產(chǎn)生的兩種氣體是_。(5)向NiO中加入鹽酸，待NiO完全溶解后，需要加入NaOH溶液和NaClO溶液，加入NaOH溶液和NaClO溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。(6)根據(jù)題中表格數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)0.010 mol/L NiSO4溶液中Ni2完全沉淀時(shí)，c(Ni2)_ mol/L。答案(1)3Ni3H2SO42HNO33NiSO42NO4H2O(2)增大溶液pH，使Fe3完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去 CuS“除Cu”時(shí)溶液pH會(huì)降低，可能會(huì)溶解部分Fe(OH)3沉淀(3)Ca22F=CaF2(4)過濾、洗滌CO、CO2(5)2Ni24OHClO=Ni2O3

21、 Cl2H2O(6)105.27重鉻酸鈉是一種用途極廣的氧化劑，工業(yè)上可以用鉻鐵礦主要成分為Fe(CrO2)2(或?qū)懗蒄eO·Cr2O3)，還含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)制備，同時(shí)還可回收Cr。其主要工藝流程如圖所示：已知：Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2。請(qǐng)回答下列問題：(1)“煅燒”時(shí)生成Na2CrO4的化學(xué)方程式為_。(2)“浸出過濾”后的浸出液中除了含有NaOH、Na2CO3、Na2CrO4外，還含有_(填化學(xué)式)。 (3)“調(diào)節(jié)pH”過程中所選的試劑為_(填名稱)。(4)加入Na2S反應(yīng)后，硫元素全部以S2O的形式存在，寫出生成Cr(OH)3的離子方

22、程式：_。答案(1)4Fe(CrO2)27O28Na2CO32Fe2O38Na2CrO48CO2(2)Na2SiO3、NaAlO2(3)稀硫酸(4)23H2O6S28CrO=8Cr(OH)33S2O22OH8(2019·全國卷)硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工業(yè)。一種以硼鎂礦(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：回答下列問題：(1)在95 “溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體在“吸收”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)“濾渣1”的主要成分有_。為檢驗(yàn)“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3，可選用的化學(xué)試劑是_。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3H2OHB(OH)，Ka5.81×1010，可判斷H3BO3是_酸；在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，目的是_。(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為_，母液經(jīng)加熱后可返回_工序