2020高考化学 冲刺核心素养微专题2 化学工艺流程试题的解题策略练习(含解析)

化学工艺流程试题的解题策略

1.原料预处理的常用方法及其作用

(1)研磨:减小固体颗粒度,增大物质间接触面积,加快反应速率,提高浸出率。

(2)水浸或酸浸:与水接触反应或溶解;与酸接触反应或溶解,得可溶性金属离子溶液,不溶物过滤除去。

(3)浸出:固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。

(4)灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。

(5)煅烧:改变结构,使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。

2.制备过程中应注意的反应条件

(1)溶液的pH:

①控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。

②常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。

(2)温度:

根据需要选择适宜温度,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动,减少副反应的发生,确保一定的反应速率,控制溶解度便于提纯。

(3)浓度:

①根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。

②过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。

(4)趁热过滤:防止某物质降温时会大量析出。

(5)冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体损耗。

3.无机化工流程中的分离方法

(1)洗涤(冰水、热水):洗去晶体表面的杂质离子;

(2)过滤(热滤或抽滤):分离难溶物和易溶物;

(3)萃取和分液:利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质;

(4)蒸发结晶:提取溶解度随温度的变化不大的溶质;

(5)冷却结晶:提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等;

(6)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物;

(7)冷却法:利用气体易液化的特点分离气体。

4.化工流程氧化还原反应方程式的解答措施

(1)写出题目中已经告知的反应物和生成物,并判断其中元素的化合价是否变化;

(2)按照化合价变化规律补充并配平化学反应方程式。

5.解决本类题目的三步骤

(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。

(2)然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。

(3)分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:

①反应物是什么;

②发生了什么反应;

③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;

④抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。

【典例】(2019·全国卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:

回答下列问题:

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为

__________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是________。

(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2O H++B(OH,K a=5.81×10-10,可判断H3BO3是________酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是________ 。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为________ ,

母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是____________ 。

【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。

【解析】(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体为NH3,其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应,故反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。

(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5·H2O,故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3,检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。

(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2O H++B(OH可知,H3BO3是一元酸,根据其K a值可以判断是弱酸,故H3BO3是一元弱酸;根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3,所以将溶液pH调节至3.5,由于H3BO3是一元弱酸,故主要目的是调节溶液至酸性,促进H3BO3析出。(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应,故反应的离子方程式为

2Mg2++3C+2H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+2HC或2Mg2++2C+H2O Mg(OH)2·

MgCO3↓+CO2↑;由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应,所以在母液中主要含有上述两种离子,所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发,溶液中最终剩余的是硫酸铵,所以可以返回“溶浸”环节中继续使用;碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。

答案:(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN

(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出

(4)2Mg2++3C+2H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+2HC

(或2Mg2++2C+H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑)

溶浸高温焙烧

1.(制备型化工流程)二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。工业以锰结核矿为原料,用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2,其制备过程如图所示

:

(1)步骤Ⅰ中,试剂甲必须具有的性质是________(填序号)。

A.碱性

B.稳定性

C.氧化性

D.还原性

(2)用惰性材料作电极,电解硫酸锰溶液制二氧化锰,写出阳极反应式: ____ 。

步骤Ⅲ中,以KClO3为氧化剂,当生成0.050 mol MnO2时,消耗0.10 mol·L-1的NaClO3溶液200 mL,该反应的离子方程式为________ 。

(3)工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为________ 。

(4)二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。下列是某同学设计实验探究双氧水分解实验方案;

实验

20.0 mL双氧水

溶液浓度粉状

MnO2

温度

待测

数据

Ⅰ5% 2.0 g 20℃

Ⅱ5% 1.0 g 20℃

Ⅲ10% 1.0 g 20℃

Ⅳw 2.0 g 30℃

①实验Ⅱ和Ⅲ的结论是____________ 。

②利用实验Ⅰ和Ⅳ是探究温度对化学反应速率的影响,ω=________。本实验待测数据是________。

【解析】(1)锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子,试剂甲必须具有还原性。(2)电解硫酸锰溶液时,阳极发生氧化反应,反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2↓+4H+。生成0.050 mol二氧化锰时,失去电子的物质的量:0.050 mol×2=0.100 mol;设还原产物中氯元素化合价为+x,n(NaClO3)=0.2 L×0.1mol·L-1=0.02 mol。由电子守恒知,0.02 mol×(5-x)=0.100 mol,x=0,

氯酸钾被还原后产物为氯气,离子方程式为2Cl+5Mn2++4H2O5MnO2+Cl2↑+8H+。(3)实验