專題14化學工藝流程原卷版

專題14化學工藝流程【核心考點梳理】一、以物質制備為目的的化學工藝流程1．原料處理階段的常見考查點(1)加快反應速率(2)溶解：通常用酸溶。如用稀硫酸、鹽酸、濃硫酸等。(3)灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化、分解。2．分離提純階段的常見考查點(1)調pH除雜①控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3＋、Mg2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH。②調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點：一能與H＋反應，使溶液pH增大；二不引入新雜質。例如，若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH。(2)加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質或產(chǎn)物，則要注意對溫度的控制。如侯氏制堿法中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。(3)降溫：防止某物質在高溫時溶解(或分解)；使化學平衡向著題目要求的方向移動。3．獲得產(chǎn)品階段的常見考查點(1)洗滌(冰水、熱水)：洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗；乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質，又可減少晶體溶解的損耗。(2)蒸發(fā)時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。(3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液加熱蒸發(fā)后再降溫，則析出的固體主要是K2Cr2O7，這樣就可分離出大部分K2Cr2O7；同樣原理可除去KNO3中的少量NaCl。(4)蒸發(fā)結晶、趁熱過濾：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若將混合溶液蒸發(fā)一段時間，析出的固體主要是NaCl，同樣原理可除去NaCl中的少量KNO3。二、以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W工藝流程1.物質分離提純的原則(1)不增：不引入新的雜質。(2)不減：不減少被提純的物質。(3)易分離：被提純物與雜質易于分離。(4)易復原：被提純的物質易恢復原來的組成、狀態(tài)。2．常用的提純方法水溶法除去可溶性雜質酸溶法除去堿性雜質堿溶法除去酸性雜質氧化劑或還原劑法除去還原性或氧化性雜質加熱灼燒法除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質調節(jié)溶液的pH法如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等3．常用的分離方法過濾分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法萃取和分液利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸發(fā)結晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如NaCl冷卻結晶提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸餾或分餾分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油冷卻法利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣三、工藝流程題的解題思路1.工藝流程題的解題流程工藝流程題實際上是考查考生運用化學反應原理及相關知識來解決工業(yè)生產(chǎn)中實際問題的能力。解此類題目的基本思路：(1)先粗讀，從題干中獲取有用信息，理清思路。先不必把每個環(huán)節(jié)的原理都搞清楚。(2)針對問題再精讀，分析細節(jié)，根據(jù)問題去研究某一步或某一種物質。(3)要看清所問問題，不能答非所問，并注意語言表達的規(guī)范性。2.工藝流程題的解題方法(1)明確目的，提取有用信息。通過閱讀題頭，了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設問中的提示性信息，進而明確生產(chǎn)目的——制備什么物質，找到制備物質時所需的原料及所含雜質，提取出所給的相關信息——化學反應方程式、物質的穩(wěn)定性、物質的溶解性等。(2)分析流程，弄清各步作用。對比分析流程圖中的第一種物質(原料)與最后一種物質(產(chǎn)品)，找出原料與產(chǎn)品之間的關系，聯(lián)系問題有針對性地思考：原料轉化為產(chǎn)品的過程中依次進行了什么反應？每一步除目標物質外還產(chǎn)生了什么雜質或副產(chǎn)物？雜質是否要除去，采用什么操作方法除去？(3)看清問題，準確規(guī)范作答。這一步很關鍵，歷年的高考評卷分析都指出考生的簡述能力比較差，特別是化學用語的表述與實際要求存在很大偏差。所以答題時要看清問題，不能答非所問，要注意語言表達的科學性和準確性，如分清是要求回答實驗操作名稱還是具體操作步驟?！军c對點真題回顧】1.（2023·北京卷）以銀錳精礦(主要含、、)和氧化錳礦(主要含)為原料聯(lián)合提取銀和錳的一種流程示意圖如下。已知：酸性條件下，的氧化性強于。（1）“浸錳”過程是在溶液中使礦石中的錳元素浸出，同時去除，有利于后續(xù)銀的浸出：礦石中的銀以的形式殘留于浸錳渣中。①“浸錳”過程中，發(fā)生反應，則可推斷：__________(填“>”或“<”)。②在溶液中，銀錳精礦中的和氧化錳礦中的發(fā)生反應，則浸錳液中主要的金屬陽離子有__________。（2）“浸銀”時，使用過量和的混合液作為浸出劑，將中的銀以形式浸出。①將“浸銀”反應的離子方程式補充完整：__________。②結合平衡移動原理，解釋浸出劑中的作用：____________________。（3）“沉銀”過程中需要過量的鐵粉作為還原劑。①該步反應的離子方程式有______________________________。②一定溫度下，的沉淀率隨反應時間的變化如圖所示。解釋分鐘后的沉淀率逐漸減小的原因：______________。（4）結合“浸錳”過程，從兩種礦石中各物質利用的角度，分析聯(lián)合提取銀和錳的優(yōu)勢：________。2.（2022·北京卷）白云石的主要化學成分為，還含有質量分數(shù)約為2.1%的Fe2O3和1.0%的SiO2。利用白云石制備高純度的碳酸鈣和氧化鎂，流程示意圖如下。已知：物質（1）白云石礦樣煅燒完全分解的化學方程式為___________。（2）用量對碳酸鈣產(chǎn)品的影響如下表所示。氧化物()浸出率/%產(chǎn)品中純度/%產(chǎn)品中Mg雜質含量/%(以計)計算值實測值2.1∶198.41.199.199.7——2.2∶198.81.598.799.50.062.4∶199.16.095.297.62.20備注：ⅰ、浸出率=(浸出的質量/煅燒得到的質量)(M代表Ca或Mg)ⅱ、純度計算值為濾液A中鈣、鎂全部以碳酸鹽形式沉淀時計算出的產(chǎn)品中純度。①解釋“浸鈣”過程中主要浸出的原因是___________。②沉鈣反應的離子方程式為___________。③“浸鈣”過程不適宜選用的比例為___________。④產(chǎn)品中純度的實測值高于計算值的原因是___________。（3）“浸鎂”過程中，取固體B與一定濃度的溶液混合，充分反應后的浸出率低于60%。加熱蒸餾，的浸出率隨餾出液體積增大而增大，最終可達98.9%。從化學平衡的角度解釋浸出率增大的原因是___________。（4）濾渣C中含有的物質是___________。（5）該流程中可循環(huán)利用的物質是___________。3.（2021·北京卷）鐵黃是一種重要的化工產(chǎn)品。由生產(chǎn)鈦白粉廢渣制備鐵黃的過程如下。

資料：i.鈦白粉廢渣成分：主要為FeSO4·H2O，含少量TiOSO4和不溶物ii.TiOSO4+(x+1)H2O?TiO2·xH2O↓+H2SO4iii.0.1mol/LFe2+生成Fe(OH)2，開始沉淀時pH=6.3，完全沉淀時pH=8.3；0.1mol/LFe3+生成FeOOH，開始沉淀時pH=1.5，完全沉淀時pH=2.8（1）純化①加入過量鐵粉的目的是_______。②充分反應后，分離混合物的方法是_______。（2）制備晶種為制備高品質鐵黃產(chǎn)品，需先制備少量鐵黃晶種。過程及現(xiàn)象是：向一定濃度FeSO4溶液中加入氨水，產(chǎn)生白色沉淀，并很快變成灰綠色。滴加氨水至pH為6.0時開始通空氣并記錄pH變化(如圖)。①產(chǎn)生白色沉淀的離子方程式是_______。②產(chǎn)生白色沉淀后的pH低于資料iii中的6.3。原因是：沉淀生成后c(Fe2+)_______0.1mol/L(填“＞”“=”或“＜”)。③0t1時段，pH幾乎不變；t1t2時段，pH明顯降低。結合方程式解釋原因：_______。④pH≈4時制得鐵黃晶種。若繼續(xù)通入空氣，t3后pH幾乎不變，此時溶液中c(Fe2+)仍降低，但c(Fe3+)增加，且(Fe2+)降低量大于c(Fe3+)增加量。結合總方程式說明原因：_______。（3）產(chǎn)品純度測定鐵黃純度可以通過產(chǎn)品的耗酸量確定。wg鐵黃溶液b溶液c滴定資料：Fe3++3=Fe(C2O4)，F(xiàn)e(C2O4)不與稀堿液反應Na2C2O4過量，會使測定結果_______(填“偏大”“偏小”或“不受影響”)。【點對點模擬仿真】1．（2023·北京順義·北京市順義區(qū)第一中學?？寄M預測）鈦白粉學名二氧化鈦(TiO2)是性能最佳、應用最廣、用量最大的白色顏料。鈦鐵礦(FeTiO3)中往往含有Fe2O3、MgO、CaO、Al2O3、SiO2等雜質。一種硫酸法鈦白粉生產(chǎn)工藝如圖：已知：①酸解后，鈦主要以形式存在。強電解質在溶液中僅能電離出和一種陽離子。②不溶于水和稀酸。(1)寫出基態(tài)Ti原子的價層電子排布式。(2)磨礦的目的是。(3)濾渣①的主要成分是。(4)酸解過程中，寫出發(fā)生反應的化學方程式。(5)還原過程中，加入鐵粉的目的是還原體系中的。為探究最佳反應條件，某實驗室做如下嘗試：①在其它條件不變的情況下。體系中Fe(Ⅲ)含量隨pH變化如圖，試分析在pH介于4～6之間時，F(xiàn)e(Ⅲ)含量基本保持不變的原因：。②保持其它條件不變的情況下，體系中Fe(Ⅲ)含量隨溫度變化如圖，55℃后，F(xiàn)e(Ⅲ)含量增大的原因是因為溫度升高，易被體系中的氧化，寫出反應的離子方程式。(6)水解過程是硫酸法制鈦白工藝中的重要一步：①水解過程中得到沉淀③的離子方程式為。②一定量的存在有利于水解工藝的進行，因此在水解之前，先要測定鈦液中的含量。實驗室常用酸性高錳酸鉀溶液進行滴定，用離子方程式表示其原理。2．（2023·北京東城·北京五十五中?？寄M預測）氯化亞銅()廣泛應用于冶金工業(yè)，也用作催化劑和殺菌劑。以硫化銅精礦為原料生產(chǎn)的工藝如下：已知：難溶于醇和水，溶于較大的體系，潮濕空氣中易水解氧化。(1)步驟1是“氧化酸浸”的過程，該過程生成藍色溶液和淺黃色沉淀，化學方程式是。(2)步驟2是溶解過程，溶解時反應的離子方程式。(3)步驟3為主反應，的沉淀率與加入的的量關系如圖所示。①反應的氧化產(chǎn)物是；②比較相對大?。篈點C點(填“>”、“<”或“=”)；③提高C點狀態(tài)混合物中沉淀率的措施是；(4)步驟4進行的實驗操作是；(5)洗滌過程中不能用硝酸代替硫酸進行“酸洗”，理由是。用乙醇洗滌的目的是。(6)產(chǎn)品純度測定：稱取產(chǎn)品ag于錐形瓶中，加入足量的酸性溶液使其充分溶解，然后用標準溶液滴定，消耗溶液bmL。(本實驗中的被還原為，不與產(chǎn)品中雜質和反應)。①溶于溶液的離子方程式是。②產(chǎn)品中(摩爾質量為99g/mol)的質量分數(shù)為。3．（2023·北京·高三統(tǒng)考專題練習）鐵紅(Fe2O3)常用于油漆、油墨及橡膠工業(yè)。工業(yè)上以一定質量的硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4，另含少量難溶雜質)為主要原料制備鐵紅的一種工藝流程如下：已知：某些過渡元素(如Cu、Fe、Ag等)的離子能與NH3、H2O、OH、SCN等形成可溶性配合物。(1)“酸浸”時加入的硫酸不宜過量太多的原因是。(2)“過濾1”所得濾液中含有的陽離子有。(3)“沉淀”過程中，控制NH4HCO3用量不變，鐵的沉淀率隨氨水用量的變化如圖所示。當氨水用量超過一定體積時，鐵的沉淀率下降。其可能的原因是。(4)“過濾2”所得濾渣的主要成分為FeOOH和FeCO3，寫出Fe2+與氨水和NH4HCO3反應生成FeCO3沉淀的離子方程式。濾渣需洗滌，證明濾渣已經(jīng)洗滌干凈的操作是。(5)寫出FeCO3在空氣中焙燒生成鐵紅的化學方程。4．（2023·北京西城·高三北京師大附中?？茧A段練習）三氧化二鎳()是重要的電子元件和蓄電池材料，工業(yè)上利用含鎳廢料(主要含、、的氧化物，，C等)制備的工藝流程如下所示：已知：①在該實驗條件下、不能氧化。②常溫下，溶液中金屬離子形成氫氧化物沉淀的如下表所示：

離子開始沉淀7.23.72.27.5完全沉淀8.7—3.29.0③萃取的原理為。回答下列問題：(1)“預處理時，可以用(填化學式)溶液除去廢料表面的油脂油污。(2)“浸出時，提高浸出效率可采取的措施有(任寫一種)。濾渣1的主要成分是。(3)“氧化時，加入發(fā)生反應的離子方程式為，目的是。(4)若常溫下，“調時，溶液中濃度為，為使等雜質離子沉淀完全()，經(jīng)過計算，需控制溶液的范圍是。(5)“萃取時，操作若在實驗室進行，需要用到的主要玻璃儀器有、燒杯。請利用化學平衡原理解釋該流程中用反萃取的原理。(6)資料顯示，硫酸鎳結晶水合物的形態(tài)與溫度有如下關系：溫度低于高于晶體形態(tài)多種結晶水合物從溶液獲得穩(wěn)定的晶體的操作是：。5．（2023·北京·高三統(tǒng)考專題練習）活性氧化鋅能對太陽光線和其他大氣物質形成防護，常用于敏感皮膚的面霜和化妝品．工業(yè)上可用轉爐煉銅所得的銅灰[主要含及少量的（II）、、、元素]制取活性氧化鋅。流程如下：已知：①活性炭主要吸附有機質；②25℃時，；③本流程中，沉鋅前溶液環(huán)境中鋅元素以形式存在；④部分金屬離子開始沉淀和完全沉淀的：金屬離子開始沉淀1.97.04.58.1完全沉淀3.29.06.410.1(1)濾渣I的主要成分中，的化合價為。(2)“浸取”步驟時，發(fā)生反應的離子方程式。(3)“浸取”步驟后，轉化為。寫出“除雜1”步驟主要反應的離子方程式：。(4)加入適量溶液的目的是除去鐵元素的同時溶液中不會有明顯的錳元素殘留，則濾渣Ⅱ的成分為、，常溫下此時體系中殘留最大濃度為。(5)已知“除雜3”是利用置換反應進行除雜，則試劑a為。(6)根據(jù)平衡移動原理，解釋堿式碳酸鋅的生成。(7)活性氧化鋅純度測定：已知：與相當?shù)难趸\質量為。取所得活性氧化鋅樣品配成含的待測液，用標準液進行滴定，消耗標準液。寫出計算樣品中氧化鋅質量分數(shù)的表達式。6．（2023秋·北京通州·高三統(tǒng)考期末）工業(yè)上濕法冶煉金屬鋅，通常先將含鋅礦石焙燒。鋅焙燒礦再加稀硫酸浸出，所得浸出液中含Zn2+和Fe2+、Fe3+等雜質。鐵元素的存在對后續(xù)電解鋅有害。從鋅浸出液中沉鐵的方法有多種，其中將鐵以針鐵礦(FeOOH)形式沉淀，鐵渣易過濾。其工藝流程如下：已知：i.濾渣1的主要成分是硫單質；ii.濾渣2中鐵元素的存在形態(tài)為FeOOH；iii.溶液中Fe3+濃度小于1g/L，才能順利析出FeOOH晶體。溶液pH較大時，F(xiàn)e3+水解主要生成氫氧化鐵膠體。(1)酸浸：能加快鋅焙燒礦浸出速率的措施有。A．加熱

B．粉碎鋅焙燒礦

C．降低稀硫酸的濃度(2)還原：①為了便于沉鐵時調控溶液中Fe3+濃度，向鋅浸出液中加入過量ZnS精礦先將Fe3+還原為Fe2+，該反應的離子方程式：(已知室溫時，Ksp(ZnS)=2.5×1022)②檢驗濾液1中是否含F(xiàn)e3+的方法是。(3)沉鐵：溶液pH對鐵去除率的影響實驗結果如下圖所示：①從圖中數(shù)據(jù)來看，沉鐵的最佳pH為。②結合圖中數(shù)據(jù)，解釋pH偏小或偏大都不利于沉鐵的原因是。(4)除氟：通常鋅浸出液中還有一定量的氟離子，氟離子濃度過高也會影響電解鋅。FeOOH對F有吸附作用。若將流程中ZnO更換為CaO，可進一步顯著提高F去除率。若要求濾液2中氟離子含量在38mg/L以下，則濾液2中所含Ca2+的濃度至少為mol/L。(已知室溫時，)7．（2023秋·北京海淀·高三統(tǒng)考期末）含鈦高爐渣的主要化學成分為、、、、、、和金屬等，對其綜合利用具有重要的經(jīng)濟價值和社會效益。Ⅰ、一種含鈦高爐渣提鈦工藝流程如下圖所示。已知：①不溶于水、稀酸和堿溶液；②能與強酸、強堿反應。(1)鹽酸酸浸過程中發(fā)生反應的離子方程式為。(2)“磁選”的目的是。(3)下列說法正確的是(填字母序號)。a、濾渣1的主要成分為、b、若將流程A部分與流程B部分互換順序，最終得到的濾渣成分相同c、若將流程A部分與流程B部分互換順序，理論上氫氧化鈉用量不變Ⅱ、含鈦高爐渣中金屬含量的測定：ⅰ、配制金屬浸取液：取一定量的亞硫酸鈉和鄰菲歲啉(抑制水解)溶于水，加入乙酸和乙酸銨混合溶液調，此時鐵的化合物不溶解。ⅱ、取粉碎后的含鈦高爐渣，加入足量金屬浸取液，室溫下浸取。ⅲ、過濾，將濾液及洗滌液全部轉移至盛有過量溶液的燒杯中，加入稀硫酸充分反應。ⅳ、將反應后的溶液煮沸至冒大氣泡并繼續(xù)微沸。ⅴ、冷卻，用濃度為的抗壞血酸標準液滴定，消耗抗壞血酸標準液。已知：①酸性條件下，(未配平)②(抗壞血酸)(脫氫抗壞血