化學(xué)人教版新高考專用核心素養(yǎng)微專題2化學(xué)工藝流程試題的解題策略

核心素養(yǎng)微專題2化學(xué)工藝流程試題的解題策略1.原料預(yù)處理的常用方法及其作用(1)研磨：減小固體顆粒度，增大物質(zhì)間接觸面積，加快反應(yīng)速率。(2)水浸或酸浸：與水接觸反應(yīng)或溶解；與酸接觸反應(yīng)或溶解，得可溶性金屬離子溶液，不溶物過濾除去。(3)浸出：固體加水(酸)溶解得到溶液(離子)。(4)灼燒：除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化。(5)煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解或高溫下氧化、分解。2.制備過程中應(yīng)注意的反應(yīng)條件(1)溶液的pH：①控制反應(yīng)的發(fā)生，增強物質(zhì)的氧化性或還原性，或改變水解程度。②常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。(2)溫度：根據(jù)需要選擇適宜溫度，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動，減少副反應(yīng)的發(fā)生，確保一定的反應(yīng)速率，控制溶解度便于提純。(3)濃度：①根據(jù)需要選擇適宜濃度，控制一定的反應(yīng)速率，使平衡移動利于目標(biāo)產(chǎn)物的生成，減小對后續(xù)操作產(chǎn)生的影響。②過量，能保證反應(yīng)的完全發(fā)生或提高其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，但對后續(xù)操作也會產(chǎn)生影響。(4)趁熱過濾：防止某物質(zhì)降溫時會大量析出。(5)冰水洗滌：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體損耗。3.無機化工流程中的分離方法(1)洗滌(冰水、熱水)：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子；(2)過濾(熱濾或抽濾)：分離難溶物和易溶物；(3)萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)；(4)蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度的變化不大的溶質(zhì)；(5)冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度的變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等；(6)蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物；(7)冷卻法：利用氣體易液化的特點分離氣體?！镜淅?2019·全國卷Ⅰ)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____________。

(2)“濾渣1”的主要成分有________。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子，可選用的化學(xué)試劑是________(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B(OH)4-，Ka=5.81×1010，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________工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是______________。

【審題流程】明確整個流程及每一部分的目的→仔細分析每步反應(yīng)發(fā)生的條件以及得到的產(chǎn)物的物理或化學(xué)性質(zhì)→結(jié)合基礎(chǔ)理論與實際問題思考→注意答題的模式與要點?！窘馕觥?1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體為NH3，其在“吸收”中發(fā)生的反應(yīng)主要是氨氣與碳酸氫銨的反應(yīng)，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)用硫酸銨溶液溶浸過程中主要反應(yīng)的物質(zhì)為Mg2B2O5·H2O，故溶浸后產(chǎn)生濾渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，檢驗Fe3+可選用的化學(xué)試劑是KSCN。(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：H3BO3+H2OH++B(OH)4-可知，H3BO3是一元酸，根據(jù)其Ka值可以判斷是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根據(jù)流程圖可知“過濾2”主要得到的是H3BO3，所以將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是調(diào)節(jié)溶液至酸性，促進H3BO(4)“沉鎂”過程主要是鎂離子與碳酸銨發(fā)生的反應(yīng)，故反應(yīng)的離子方程式為2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HCO3-或2Mg2++2COMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑；由于在最后過程中銨根離子和硫酸根離子沒有參與反應(yīng)，所以在母液中主要含有上述兩種離子，所以加熱后對應(yīng)的碳酸銨、二氧化碳等揮發(fā)，溶液中最終剩余的是硫酸銨，所以可以返回“溶浸”環(huán)節(jié)中繼續(xù)使用；堿式碳酸鎂高溫煅燒之后會發(fā)生分解最終變成氧化鎂。答案：(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱轉(zhuǎn)化為H3BO3，促進析出(4)2Mg2++3CO32-+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓(或2Mg2++2CO32-+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2溶浸高溫焙燒以黃鐵礦為原料制硫酸會產(chǎn)生大量的廢渣，合理利用廢渣可以減少環(huán)境污染，變廢為寶。工業(yè)上利用廢渣(含F(xiàn)e2+、Fe3+的硫酸鹽及少量CaO和MgO)制備高檔顏料鐵紅(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具體生產(chǎn)流程如下： 注：銨黃鐵礬的化學(xué)式為(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。(1)在廢渣溶解操作時，應(yīng)選用________溶解(填字母)。

A.氨水 B.氫氧化鈉溶液C.鹽酸 D.硫酸(2)物質(zhì)A是一種氧化劑，工業(yè)上最好選________(供選擇使用的有空氣、Cl2、MnO2)，其理由是________________________________。氧化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________。

(3)根據(jù)如圖有關(guān)數(shù)據(jù)，你認為工業(yè)上氧化操作時應(yīng)控制的條件(從溫度、pH和氧化時間三方面說明)是______________。

(4)銨黃鐵礬中可能混有的雜質(zhì)有Fe(OH)3、________。銨黃鐵礬與氨水反應(yīng)的化學(xué)方程式為__

__________。

【解析】(1)該流程的目的是制備高檔顏料鐵紅(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入雜質(zhì)離子，不能選用鹽酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+，也不能選用。(2)空氣中的氧氣在酸性條件下可將Fe2+氧化為Fe3+，空氣易得，成本低，不產(chǎn)生污染，不引入雜質(zhì)，氧化過程離子方程式為4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O。(3)由圖知，控制溫度在80℃、pH為、氧化時間為4h，F(xiàn)e2+的氧化率較高。(4)廢渣溶解經(jīng)氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+，加氨水后，可能生成Mg(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度較小，也可能析出。由流程圖知，銨黃鐵礬與氨水反應(yīng)得(NH4)2SO4和Fe(OH)答案：(1)D(2)空氣原料易得，成本低，不產(chǎn)生污染，不引入雜質(zhì)4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(3)溶液溫度控制在80℃，pH控制在1.5，氧化時間為4(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12+6NH3·H2O4(NH4)2SO4+6Fe(OH)3↓【加固訓(xùn)練】1.(提純型化工流程)工業(yè)上設(shè)計將VOSO4中的K2SO4、SiO2雜質(zhì)除去并回收得到V2O5的流程如下，請回答下列問題：(1)步驟①所得廢渣的成分是________(寫化學(xué)式)，操作Ⅰ的名稱________。

(2)步驟②、③的變化過程可簡化為(下式R表示VO2+，HA表示有機萃取劑)：R2(SO4)n(水層)+2nHA(有機層)2RAn(有機層)+nH2SO4(水層)，②中萃取時必須加入適量堿，其原因是______________。

③中X試劑為________。

(3)⑤的離子方程式為______________。

(4)25℃時，取樣進行實驗分析，得到釩沉淀率和溶液pHpH釩沉淀率%結(jié)合上表，在實際生產(chǎn)中，⑤中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為________；若釩沉淀率為93.1%時不產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，則溶液中c(Fe3+)<________。(已知：25℃時，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10(5)該工藝流程中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)有________和________。

【解析】(1)將含K2SO4、SiO2雜質(zhì)的VOSO4溶于水，SiO2不溶于水，步驟①是過濾，將SiO2與溶液分離。(2)②中萃取時必須加入適量堿，有利于中和硫酸，促使平衡正向移動；③為反萃取，使上述平衡向逆方向移動，X試劑為H2SO4。(3)在含有VO2+、SO42-的溶液中加入氧化劑氯酸鉀，可以將VO2+氧化為VO3-，步驟⑤中加氨水，VO3-與氨水反應(yīng)生成NH4VO3的離子方程式為NHNH4VO3↓+OH。(4)根據(jù)25℃時，釩沉淀率和溶液pH之間的關(guān)系知，pH為、時，釩沉淀率最高，調(diào)節(jié)溶液的最佳pH為最好；若釩沉淀率為93.1%，pH=2.0，c(OH)=1×1012mol·L1，此時沒有Fe(OH)3沉淀，則溶液中的c(Fe3+)<Ksp[Fe(OH)3]÷c3(OH)=2.6×1039÷(1×1012)3=2.6×103mol·L(5)根據(jù)流程示意圖可知：該工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)有氨氣(或氨水)和有機萃取劑。答案：(1)SiO2過濾(2)加入堿中和硫酸，促使平衡正向移動(或提高釩的萃取率)H2SO4(3)NH3·H2O+VO3-NH4VO3↓+OH(4)1.7～1.8(或、其中一個)2.6×103mol·L1(5)氨氣(或氨水)有機萃取劑2.(制備型化工流程)二氧化錳在生活和化學(xué)實驗中有廣泛應(yīng)用。工業(yè)以錳結(jié)核礦為原料，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制備純凈的MnO2，其制備過程如圖所示：(1)步驟Ⅰ中，試劑甲必須具有的性質(zhì)是________(填序號)。

A.堿性 B.穩(wěn)定性C.氧化性 D.還原性(2)用惰性材料作電極，電解硫酸錳溶液制二氧化錳，寫出陽極反應(yīng)式：___________________________。

步驟Ⅲ中，以KClO3為氧化劑，當(dāng)生成molMnO2時，消耗mol·L1的NaClO3溶液200mL，該反應(yīng)的離子方程式為____________。

(3)工業(yè)上可以用實驗室制氯氣的殘余物質(zhì)溶液吸收氯氣獲得Mn2O3，該化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為____________。

(4)二氧化錳是實驗室制取氧氣的催化劑。下列是某同學(xué)設(shè)計實驗探究雙氧水分解實驗方案；實驗mL雙氧水溶液濃度粉狀MnO2溫度待測數(shù)據(jù)Ⅰ5%20℃Ⅱ5%20℃Ⅲ10%20℃Ⅳw30℃①實驗Ⅱ和Ⅲ的結(jié)論是_________________。

②利用實驗Ⅰ和Ⅳ是探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，w=________。本實驗待測數(shù)據(jù)是________。

【解析】(1)錳結(jié)核礦與還原劑反應(yīng)生成+2價錳離子，試劑甲必須具有還原性。(2)電解硫酸錳溶液時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為Mn2+2e+2H2OMnO2↓+4H+。生成mol二氧化錳時，失去電子的物質(zhì)的量mol×2=mol；設(shè)還原產(chǎn)物中氯元素化合價為+x，n(NaClO3)=LmolL1mol。由電子守恒知mol×(5xmol，x=0，氯酸鉀被還原后產(chǎn)物為氯氣，離子方程式為2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H+。(3)實驗室制氯氣的殘余物質(zhì)含Mn2+，吸收氯氣獲得Mn2O3，該化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl。(4)①實驗Ⅱ和Ⅲ中雙氧水溶液濃度不同，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快。②實驗Ⅰ和Ⅳ探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，則w=5%，對于產(chǎn)生氣體實驗，測定收集一定體積氣體所需要的時間更簡便。答案：(1)D(2)Mn2+2e+2H2OMnO2↓+4H+2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H(3)2Mn2++Cl2+3H2OMn2O3+6H++2Cl(4)①其他條件相同，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快②5%收集等體積氧氣所需要的時間3.(提純型化工流程)(2019·濟南模擬)鍺銅合金是一種常用的標(biāo)準(zhǔn)電阻材料，工業(yè)生產(chǎn)中會出現(xiàn)一些技術(shù)指標(biāo)達不到要求的合金，為避免資源浪費可利用如下流程對不達標(biāo)合金中的鍺、銅進行回收，請回答相關(guān)問題。(1)鍺在元素周期表中的位置是________。

(2)氧化溶解過程中銅參與反應(yīng)的離子方程式是

_________________。

為加快氧化溶解反應(yīng)速率可采用的措施有

_______(任寫兩種)。

(3)濾渣的成分是____________。

(4)水解過程發(fā)生的反應(yīng)是GeCl4+2H2OGeO2↓+4HCl，為得到純凈的GeO2，對水解所得混合物要進行過濾、洗滌、干燥等操作，判斷GeO2是否洗滌干凈的操作是

_________________。

(5)下列金屬的冶煉原理與流程中鍺的冶煉原理相似的是________(填選項序號)。

A.鈉B.鋁C.鐵D.銀(6)若含鍺6.2%的高鍺銅合金的質(zhì)量為50kg，還原過程中參與反應(yīng)的H2體積為m3(已折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則鍺的回收率為________(【解析】(1)鍺在元素周期表中的位置是第四周期ⅣA族。(2)氧化溶解過程中銅參與反應(yīng)的離子方程式是Cu+H2O2+2H+Cu2++2H2O。攪拌、適當(dāng)加熱、適當(dāng)增大硫酸濃度等都可以加快氧化溶解反應(yīng)速率。(3)置換過濾過程是用鐵置換銅，鐵粉會適當(dāng)過量，因此濾渣成分是銅和過量的鐵。(4)判斷GeO2是否洗滌干凈的操作是取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則GeO2已洗滌干凈，如果有沉淀，則沒有洗