2017年高考化学大冲刺备考“最后30天”专题9化学工艺流程综合大题专项

专题9 化学工艺流程
试题1（15分、限时9分钟）
硼镁泥是硼镁矿生产硼砂（Na2B4O7·10H2O）时的废渣, 其主要成分是MgO, 还含有CaO、Al2O3.Fe2O3.FeO、MnO、B2O3.SiO2等杂质。

以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:
（1）滤渣A能溶于氢氟酸, 写出其反应的化学方程式: _________________________________。

（2）滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体, 则滤渣B含有的成分有____________________, 加MgO并煮沸的目的是_______________________。

（3）写出加NaClO过程中发生反应的离子方程式: _______________________________________________。

（4）趁热过滤的目的是_______________________________。

（5）因B2O3溶于硫酸, 所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸（H3BO3）, 硼酸与NaOH溶液反应可制得硼砂, 写出该反应的化学方程式: _____________________________________。

失去结晶水的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”和另一种钠盐, 写出其反应的化学方程式: ________________________________________________________。

【解析】（1）硼镁泥是硼镁矿生产硼砂（Na2B4O7·10H2O）时的废渣, 其主要成分是MgO, 还含有CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质, 在硼镁泥中加硫酸, 二氧化硅不溶, 所以过滤后的滤渣A为二氧化硅, 二氧化硅和氢氟酸反应的方程式为SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O。

（2）加次氯酸钠的目的是为了将亚铁离子和Mn2＋氧化, 氧化后加氧化镁是为了调节pH, 让铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀除去, 滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体是二氧化锰, 所以滤渣B的成分为：Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2。

（3）加NaClO 过程中发生反应的离子方程式为Mn2＋＋ClO－＋H2O＝MnO2↓＋Cl－＋2H＋、2Fe2＋＋ClO－＋2H＋＝2Fe3＋＋Cl－＋H2O。

（4 ）蒸发浓缩、趁热过滤是为了除去硫酸钙, 温度降低后, 即冷却结晶后析出了硫酸镁, 所以趁热过滤是为了防止硫酸镁析出。

（5）4H3BO3＋2NaOH＋3H2O＝Na2B4O7·10H2O；失去结晶水的硼砂（Na2B4O7）与金属钠、氢气及石英砂（主要成分是SiO2）一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”和另一种钠盐, 这种钠盐应该是硅酸钠, 反应的方程式为Na2B4O7＋16Na＋8H2＋7SiO2＝4NaBH4＋7Na2SiO3。

【答案】（1）SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O （2分）
（2）Al（OH）3.Fe（OH）3.MnO2 （2分）；调高溶液pH, 促进Al3＋、Fe3＋完全水解成氢氧化物沉淀而除去（2分）
（3）Mn2＋＋ClO－＋H2O＝MnO2↓＋Cl－＋2H＋、2Fe2＋＋ClO－＋2H＋＝2Fe3＋＋Cl－＋H2O （3分）
（4）防止MgSO4在温度降低时结晶析出（2分）
（5）4H3BO3＋2NaOH＋3H2O＝Na2B4O7·10H2O（2分）；
Na2B4O7＋16Na＋8H2＋7SiO2＝4NaBH4＋7Na2SiO3（2分）
利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。

某工厂对制革工业污泥中Cr（Ⅲ）的处理工艺流程如下。

其中硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋, 其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。

（1）实验室用18.4 mol·L－1的浓硫酸配制250 mL 4.8 mol·L－1的H2SO4溶液, 所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外, 还需___________________。

（2）酸浸时, 为了提
高浸取率可采取的措
施有
___________________
___________________
___（答出两点）。

（3）H2O2的作用是将
滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为Cr2O , 写出此反应的离子方程式:
___________________。

（4）常温下, 部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如Fe3＋Mg2＋Al3＋Cr3＋
试题2（14分、限时9分钟）
加入NaOH溶液使溶液呈碱性, Cr2O 转化为CrO 。

滤液Ⅱ中阳离子主要有________；但溶液的pH不能超过8, 其理由是___________________________________________________________________。

（5）钠离子交换树脂的反应原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋, 利用钠离子交换树脂除去的滤液Ⅱ中的金属阳离子是_________________________________________________________________________________。

（6）写出上述流程中用SO2进行还原时发生反应的化学方程式: __________________________________。

【解析】（1）结合一定物质的量浓度的溶液的配制步骤即可写出缺少的玻璃仪器, 注意容量瓶必须注明规格。

（4）加入NaOH溶液调节pH＝8, Fe3＋、Al3＋以Fe(OH)3、Al(OH)3形式沉淀下来, 溶液中还有Mg2＋、Ca2＋及加入的Na＋。

（5）运用钠离子交换树脂的目的是除去滤液Ⅱ中的Mg2＋、Ca2＋。

【答案】（1）250 mL容量瓶、胶头滴管（2分）
（2）升高反应温度、增大固体颗粒的表面积、加快搅拌速度等（答两点即可）（2分）
（3）2Cr3＋＋3H2O2＋H2O===Cr2O2－7＋8H＋（2分）
（4）Na＋、Mg2＋、Ca2＋（2分）；pH超过8会使部分Al（OH）3溶解生成AlO , 最终影响Cr（Ⅲ）的回收与再利用（2分）
（5）Ca2＋、Mg2＋（2分）
（6）3SO2＋2Na2CrO4＋12H2O===2CrOH(H2O)5SO4↓＋Na2SO4＋2NaOH（2分）
基础回归
高考的化工流程题中试题的命制有时会依托教材中的重要的化工原料的制备及化学工业知识的介绍, 工业流程相对稳定, 所包含的化学知识比较基础, 考查的知识内容多以必修一、必修二、选修四上的基础知识、主干知识为主, 具有一定的代表性和典型性。

此类试题将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识步步设问,是对传统无机框图题的创新设计.它以现代工业生产或模拟工业生产为基础,与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合,考查物质的制备、检验、分离及提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用。

这部分涉及的教材内容主要有:
1.离子反应
2.氧化还原反应
3.化学反应原理
4.物质分离和提纯以及制备
5.元素及其化合物的性质
另注: 高中教材上（含选修2）的化学化工生产和工艺流程知识点如下:
1.氯碱工业；
2.工业制盐酸；
3.工业制漂白粉；
4.溴的工业提流程；
5.碘的工业提流程；
6.工业制取金属钠；
7.从海水中提取镁的流程；8.从铝土矿中提取铝；9、工业制纯碱；10.铝热反应；11.工业上铁的冶炼；12.工业炼铜；13.印刷电路板的制作；14.硅酸盐工业: 玻璃、水泥、陶瓷；15.工业上提取粗硅及硅的提纯；16.工业制硫酸；17.工业合成氨；18.工业生产硝酸；等等。

综合题（53分/32min）
1.（12分/7min）为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的工业原料FeSO4（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe2+的主要反应为: F eS2+7Fe2（SO4）3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4, 不考虑其他反应, 请回答下列问题:
（1）第1步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。

（2）检验第II步中Fe2+是否完全还原, 应选择（填字母编号）。

a. KMnO4溶液
b. K2[Fe(CN)4]溶液
c. KSCN溶液
（3）第III步加FeCO3调溶液pH到5.8左右, 然后再第VI步通入空气使溶液pH降到5.2, 此时Fe2+不沉淀,滤液中铝、硅杂质除尽。

通入空气引起溶液pH降低的原因是。

（4）FeSO4可转化为FeCO3, FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25℃, 101kPa时：4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）△H = -1648kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H = -393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）=2FeCO3（s）△H = -1480kJ/mol
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。

（5）加入烧渣中的铁全部视为Fe2O3, 其含量为50%。

将a kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取,铁的浸取率为96%, 其他杂质浸出消耗掉硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。

按上述流程,第III步应加入FeCO3 kg。

【解析】以工艺流程考察元素及其化合物知识。

（1）H2SO4与Fe2O3的反应: Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
（2）实质是检验是否含有Fe3＋, 用KSCN
（3）4Fe2＋＋O2＋4H＋===Fe3＋＋H2O, Fe2＋被氧气氧化Fe3＋, Fe3＋水解PH下降。

（4）4FeCO 3（s ）＋O 2（g ）
△
2Fe 2O 3（s ）＋4CO 2（g ） △H =1480×2-393×2-1648=-260kJ·mol －1
;
（5）根据Fe 守恒, （ — × ）×116 【答案】（1）Fe 2O 3＋6H ＋
===2Fe 3＋
＋3H 2O ；（2分） （2）c （2分）
（3）Fe2＋被氧气氧化Fe3＋, Fe3＋水解PH 下降。

（2分） （4）4FeCO 3（s ）＋O 2（g ）
△
2Fe 2O 3（s ）＋4CO 2（g ） △H =-260kJ·mol －1
;（3分）
（5）（a×b%98 — c×50%×96%160×157＋c×50%×96%160×27
）×116=0.0118ab -0.646c （3分）
2.（15分/9min ） 锂离子电池的应用很广, 其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCo O2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时, 该锂离子电池负极发生的反应为6C ＋xLi ＋＋xe －＝LixC6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题:
（1）LiCoO2中, Co 元素的化合价为________。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式___________________________________________________。

（3）“酸浸”一般在80 ℃下进行, 写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_________________________________________________________________________________；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液, 但缺点是_______________________________________________。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 ___________________。

（5）充放电过程中, 发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化, 写出放电时电池反应方程式_________________________________________________。

满分规范
1.时间：你是否在限定时间内完成？ □是 □否
2.步骤：答题步骤是否与标答一致？ □是 □否
3.语言：答题学科用语是否精准规范？□是 □否
4.书写：字迹是否工整？卷面是否整洁? □是 □否
5.得分点：答题得分点是否全面无误？□是 □否
6.教材：教材知识是否全面掌握？ □是 □否
（6）上述工艺中, “放电处理”有利于锂在正极的回收, 其原因是_________________________________, 在整个回收工艺中, 可回收到的金属化合物有___________（填化学式）。

【解析】从工艺流程入手, 结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。

（1）LiCoO2中Li为＋1价, O为－2价, 故Co元素的化合价为＋3价。

（2）正极碱浸过程中, 导电剂中Al箔与NaOH溶液反应, 离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O＝2Al(OH) ＋3H2↑。

（3）由流程知: 正极碱浸→过滤→滤渣中, 反应物LiCoO2加入H2SO4.H2O2后, 产物有Li2SO4.CoSO4, 分析该反应知Co由＋3→＋2（CoSO4中Co显＋2价）, 化合价降低, 则只能是H2O2中O元素化合价升高生成O 2。

配平（电子守恒、原子守恒）该化学方程式得: 2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2 Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O, 反应温度在80 ℃, H2O2易发生分解反应2H2O2 2H2O＋O2↑；盐酸既具有酸性又具有还原性, 盐酸中的Cl －被氧化生成氯气, 氯气有毒, 能污染空气。

（4）由流程知“沉钴”反应物为CoSO4和NH4HCO3, 产物有CoCO3, CoCO3中CO 来自HCO 的电离（HCO H ＋＋CO ）, 由于C o2＋结合CO 使HCO 电离平衡正向移动, 溶液中c(H＋)增大, 一部分HCO 发生反应: HC O ＋H＋＝H2O＋CO2↑。

故反应方程式为CoSO4＋2NH4HCO3＝CoCO3↓＋（NH4）2SO4＋CO2↑＋H2O。

（5）根据题干信息, 充电时负极发生反应6C＋xLi＋＋xe－＝LixC6, 放电时负极发生LixC6－xe－＝6C＋xL i＋, 结合LiCoO2与Li1－xCoO2的转化可知放电总反应为Li1－xCoO2＋LixC6＝LiCoO2＋6C。

（6）由于Li＋带正电荷, 放电时Li＋向正极移动, 进入正极材料, 便于回收。

从流程图可看出, 可回收到的金属化合物有A l(OH)3、CoCO3和Li2SO4。

【答案】（1）＋3 （1分）
（2）2Al＋2OH－＋2H2O＝2AlO2－＋3H2↑（2分）
（3）2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2 Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O2 2H2O＋O2↑（2分）；有氯气生成, 污染较大（2分）
（4）CoSO4＋2NH4HCO3＝CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑（2分）
（5）Li1－x CoO2＋Li x C6＝LiCoO2＋6C （2分）
（6）Li＋从负极脱出, 经由电解质向正极移动并进入正极材料中（2分）；Al(OH)3.CoCO3.Li2SO4（2分）满分规范
1.时间：你是否在限定时间内完成？□是□否
2.步骤：答题步骤是否与标答一致？□是□否
3.语言：答题学科用语是否精准规范？□是□否
4.书写：字迹是否工整？卷面是否整洁? □是□否
5.得分点：答题得分点是否全面无误？□是□否
6.教材：教材知识是否全面掌握？□是□否3.（13分/8min）氢溴酸在医药和石化工业上有广泛用途。

下图是模拟工业制备氢溴酸粗产品并精制的流程:
根据上述流程回答下列问题:
（1）混合①中发生反应的离子方程式为_______________________________。

（2）混合①中使用冰水的目的是_____________________________________。

（3）操作Ⅲ一般适用于分离________混合物。

（填序号）
a. 固体和液体
b. 固体和固体
c. 互不相溶的液体
d. 互溶的液体
（4）混合②中加入Na2SO3的目的是__________________________________。

（5）纯净的氢溴酸应为无色液体, 但实际工业生产中制得的氢溴酸（工业氢溴酸）带有淡淡的黄色。

于是甲乙两同学设计了简单实验加以探究:
甲同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为其中含有Fe3＋, 则用于证明该假设所用的试剂为___________, 若假设成立可观察到的现象为__________________；
乙同学假设工业氢溴酸呈淡黄色是因为其中含有_________, 其用于证明该假设所用的试剂为____________。

【解析】SO2与Br2在水中发生氧化还原反应, 反应放热, 为防止溴蒸发, 用冰水降温。

操作Ⅰ、Ⅲ均是蒸馏,操作Ⅱ是过滤。

混合②中加入Na2SO3的目的是除去粗产品中未反应完的溴。

检验Fe3＋常用K SCN溶液；工业氢溴酸中可能含有溴而呈淡黄色, 可用四氯化碳萃取而证明。

【答案】（1）SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO2－4（2分）
（2）降低体系温度, 防止溴蒸发, 使反应完全（2分）
（3）d （2分）
（4）除去粗产品中未反应完的溴（2分）
（5）KSCN溶液（1分）；溶液变成血红色（1分）；Br2（2分）；CCl4（1分）（其他合理答案也可）满分规范
1.时间：你是否在限定时间内完成？□是□否
2.步骤：答题步骤是否与标答一致？□是□否
3.语言：答题学科用语是否精准规范？□是□否
4.书写：字迹是否工整？卷面是否整洁? □是□否
5.得分点：答题得分点是否全面无误？□是□否
6.教材：教材知识是否全面掌握？□是□否
4.（13分/8min）钴酸锂（LiCoO2）锂离子电池是一种应用广泛的新型电源, 实验室尝试利用废旧钴酸锂锂离子电池回收铝、铁、铜、钴、锂元素, 实验过程如下:
（1）
碱浸
泡过
程
中,
铝被
溶解
的离
子方
程式
为__
____
____
温度范围/℃热分解方程式固体失重率
____
____
____
____
____
____
____
____
____
__。

（2）
滤液
A中
充完
整表
中的
热分
解方
程
式。

序号
①120～220 19.67%
②280～310 56.10%
（3）过滤Li2CO3时发现滤液中有少量浑浊, 从实验操作的角度给出两种可能的原因: ______ _______ _______________________________________________________________________________________________ ____。

（4）最终所得的FeCl3溶液可作净水剂, 试结合离子方程式解释其净水原理____________________________ ___________________________________________________________________________________________。

【解析】CoC2O4·2H2O在空气中加热首先想到是失去结晶水, 根据固体失重率数据可判断120～220 ℃时结晶水全部失去。

温度再升高, 根据失重率可求得剩余固体为Co3O4, 钴元素的价态发生变化, 起氧化作用的应该是空气中的O2, 由此可得化学方程式。

【答案】（1）2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑（2分）
（2）①CoC2O4·2H2O CoC2O4＋2H2O（3分）
②3CoC2O4＋2O2Co3O4＋6CO2（3分）
（3）玻璃棒下端靠在滤纸的单层处, 导致滤纸破损；漏斗中液面高于滤纸边缘（2分）
（4）Fe3＋发生水解：Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3（胶体）＋3H+, 水解生成的Fe(OH)3具有吸附悬浮杂质的功能（3分）
满分规范
1.时间：你是否在限定时间内完成？□是□否
2.步骤：答题步骤是否与标答一致？□是□否
3.语言：答题学科用语是否精准规范？□是□否
4.书写：字迹是否工整？卷面是否整洁? □是□否
5.得分点：答题得分点是否全面无误？□是□否
6.教材：教材知识是否全面掌握？□是□否。