2016年高考化學(xué)二輪習(xí)題無機化學(xué)工藝流程題的解題策略

?？紝ｎ}講座(三)無機化學(xué)工藝流程題的解題策略[學(xué)生用書P66]考查特點工藝流程題就是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，是無機框圖題的創(chuàng)新，題目常常以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，將化學(xué)工藝流程進行簡化，與化工生產(chǎn)成本、環(huán)境保護等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，是近幾年高考化學(xué)命題中的?？碱}型。解題指導(dǎo)一、題型結(jié)構(gòu)1．化工流程線路示意圖(1)箭頭：箭頭進入的是投料(即反應(yīng)物)、出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。(2)三線：物料進出線、操作流程線、循環(huán)操作線。2．涉及問題(1)原料的預(yù)處理。(2)反應(yīng)條件的控制(溫度、壓強、催化劑、原料配比、pH、溶劑等)。(3)反應(yīng)原理(化學(xué)平衡、水解平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)熱、電化學(xué)等)。(4)綠色化學(xué)問題(物質(zhì)循環(huán)利用、廢物的處理、原子利用率、能量充分利用等)。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。二、解題思路及方法1．解題思路2．解題方法(1)首尾分析法：對一些線型流程工藝(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。(2)分段分析法：對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)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。(3)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。3．答題步驟(1)從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。(2)整體瀏覽一下流程，基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。(3)分析流程中的每一步驟，并獲取以下信息：①知道“四個什么”反應(yīng)物是什么，發(fā)生了什么反應(yīng)，該反應(yīng)造成了什么后果，對制造產(chǎn)品有什么作用。②抓住“一個關(guān)鍵”一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。(4)從問題中獲取信息，幫助解題。4．規(guī)范解答(1)文字?jǐn)⑹鲱惖念}目要規(guī)范解答，防止出現(xiàn)因敘述不嚴(yán)謹(jǐn)導(dǎo)致的失分，如①如何洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次。②如何證明沉淀完全：如向含SOeq\o\al(2－,4)的溶液中加BaCl2溶液，將沉淀靜置，取上層清液，再加BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，說明沉淀完全。③如何從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮—冷卻結(jié)晶—過濾—洗滌—干燥。④在寫某一步驟是為了除雜時，應(yīng)該注明“是為了除去××雜質(zhì)”，只寫“除雜”等一類萬能式的回答是不正確的。(2)認(rèn)真審題，不要因?qū)忣}不細(xì)致而失分，如①填“化學(xué)方程式”還是“離子方程式”。②填“名稱”、“符號”還是“代號”、“序號”等。③填“大于”還是“>”，“增大”還是“變大”等。④填“化學(xué)式”、“分子式”、“結(jié)構(gòu)式”、“結(jié)構(gòu)簡式”、“最簡式”還是“電子式”等。⑤書寫化學(xué)方程式時要注意配平、注明反應(yīng)條件以及“→”、“=”、“”、“↑”、“↓”等。三、答題的必備知識1．對原料進行預(yù)處理的常用方法及其作用(1)研磨——減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應(yīng)速率。(2)水浸——與水接觸反應(yīng)或溶解。(3)酸浸——與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去。(4)灼燒——除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)。(5)煅燒——改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土。2．常用的控制反應(yīng)條件的方法(1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一A．稀硫酸 B．CaCO3C．NaOH溶液(6)過程⑥中，將溶液Z加熱到70～80℃，目的是___________________________。(7)實驗室為測量所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進行下列實驗。①用分析天平稱取2.7000g樣品；②將樣品溶于足量的鹽酸后，加入過量的BaCl2溶液；③過濾、洗滌、干燥，稱重得固體質(zhì)量為3.4950g。若該聚鐵的主要成分為[Fe(OH)SO4]n，則該聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。(假設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和硫元素)解析：SO2具有漂白性，能使品紅溶液褪色，SO2有還原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化，而使它們褪色。溶液X為Fe2(SO4)3，需加入還原劑將Fe3＋還原為Fe2＋，又不帶入雜質(zhì)離子，故需加入鐵粉。過程⑤中需將酸消耗而調(diào)高pH，而CaCO3跟硫酸反應(yīng)會生成微溶于水的CaSO4而阻止反應(yīng)的繼續(xù)進行，故需選用NaOH溶液。由聚鐵的化學(xué)式可知：n(Fe3＋)＝n(SOeq\o\al(2－,4))＝n(BaSO4)＝eq\f(3.4950g,233g·mol－1)＝0.015mol，所以聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝eq\f(0.015mol×56g·mol－1,2.7000g)×100%＝31.1%。答案：(1)ACD(2)4FeS＋3O2＋6H2SO4=2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S(3)鐵粉(4)蒸發(fā)皿、玻璃棒(5)C(6)促進Fe3＋的水解(7)31.1%2．現(xiàn)代循環(huán)經(jīng)濟要求綜合考慮環(huán)境污染和經(jīng)濟效益。請?zhí)顚懴铝锌瞻住?1)實驗室里，可用于吸收SO2尾氣的一種試劑是________________。(2)高純氧化鐵可作現(xiàn)代電子工業(yè)材料。以下是用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)為原料制備高純氧化鐵(軟磁α-Fe2O3)的生產(chǎn)流程示意圖：①步驟Ⅰ中過濾所得濾渣的主要成分是________。②步驟Ⅱ中加入鐵粉的目的是_____________________。③步驟Ⅲ中可選用________試劑調(diào)節(jié)溶液的pH(填標(biāo)號)。A．稀硝酸 B．雙氧水C．氨水 D．高錳酸鉀溶液④寫出在空氣中煅燒FeCO3，制備高純氧化鐵的化學(xué)方程式：_________________________________________。⑤從濾液C中回收的主要物質(zhì)的一種用途是________。解析：(1)SO2為酸性氣體，還具有較強的還原性，故可以通過用堿液吸收、強氧化劑溶液吸收等方法除去SO2。(2)①硫鐵礦燒渣中除SiO2外，均溶于鹽酸，故濾渣是SiO2。②Fe2O3、Fe3O4溶于鹽酸均有Fe3＋生成，加入鐵粉可以將Fe3＋還原為Fe2＋：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋。③稀硝酸、雙氧水、KMnO4溶液均容易將Fe2＋氧化為Fe3＋，只有氨水能夠起到調(diào)節(jié)pH的作用。④注意該過程中＋2價的鐵已轉(zhuǎn)化為＋3價的鐵。⑤濾液C為銨鹽溶液，可作為氮肥使用。答案：(1)NaOH溶液(或其他合理答案)(2)①SiO2②將Fe3＋還原為Fe2＋③C④4FeCO3＋O2eq\o(=,\s\up7(煅燒),\s\do5())2Fe2O3＋4CO2⑤可作為氮肥題型二以制備物質(zhì)為目的的工藝流程題(2015·高考山東卷)毒重石的主要成分為BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì))，實驗室利用毒重石制備BaCl2·2H2O的流程如下：(1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是__________________________。實驗室用37%的鹽酸配制15%的鹽酸，除量筒外還需使用下列儀器中的________。a．燒杯b．容量瓶c．玻璃棒d．滴定管(2)加入NH3·H2O調(diào)pH＝8可除去________(填離子符號)，濾渣Ⅱ中含________(填化學(xué)式)。加入H2C2O4時應(yīng)避免過量，原因是_________________________。Ca2＋Mg2＋Fe3＋開始沉淀時的pH11.99.11.9完全沉淀時的pH13.911.13.2已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9(3)利用間接酸堿滴定法可測定Ba2＋的含量，實驗分兩步進行。已知：2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2OBa2＋＋CrOeq\o\al(2－,4)=BaCrO4↓步驟Ⅰ：移取xmL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用bmol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V0mL。步驟Ⅱ：移取ymLBaCl2溶液于錐形瓶中，加入xmL與步驟Ⅰ相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用bmol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1mL。滴加鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液時應(yīng)使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的濃度為________mol·L－1。若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，Ba2＋濃度測量值將________(填“偏大”或“偏小”)。[解析](1)毒重石用鹽酸浸取前需充分研磨，目的是增大與鹽酸的接觸面積，加快反應(yīng)速率。實驗室配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液時，需用到的儀器是量筒、燒杯和玻璃棒。(2)由流程圖和表中數(shù)據(jù)可知，pH＝8時，可除去Fe3＋；調(diào)節(jié)pH＝12.5時，Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，故濾渣Ⅱ中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2＋，使Ca2＋(aq)＋C2Oeq\o\al(2－,4)(aq)=CaC2O4(s)，當(dāng)H2C2O4過量時，也可能使c(Ba2＋)·c(C2Oeq\o\al(2－,4))＞Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，導(dǎo)致產(chǎn)品BaCl2·2H2O的量減少。(3)由方程式2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋=Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O知，步驟Ⅰ中加入的CrOeq\o\al(2－,4)的總物質(zhì)的量為bmol·L－1×eq\f(V0,1000)L＝eq\f(bV0,1000)mol。步驟Ⅱ中，加入BaCl2充分反應(yīng)后，剩余的CrOeq\o\al(2－,4)的物質(zhì)的量為bmol·L－1×eq\f(V1,1000)L＝eq\f(bV1,1000)mol，與Ba2＋反應(yīng)的CrOeq\o\al(2－,4)的物質(zhì)的量為eq\f(bV0,1000)mol－eq\f(bV1,1000)mol＝eq\f(b（V0－V1）,1000)mol，由方程式Ba2＋＋CrOeq\o\al(2－,4)=BaCrO4↓得，n(Ba2＋)＝n(CrOeq\o\al(2－,4))，所以BaCl2的濃度：c(BaCl2)＝eq\f(\f(b（V0－V1）,1000)mol,\f(y,1000)L)＝eq\f(b（V0－V1）,y)mol·L－1。若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時，有少量待測液濺出，造成V1的用量減小，所以eq\f(b（V0－V1）,y)的測量值將偏大。[答案](1)增大接觸面積從而使反應(yīng)速率加快ac(2)Fe3＋Mg(OH)2、Ca(OH)2H2C2O4過量會導(dǎo)致生成BaC2O4沉淀，產(chǎn)品產(chǎn)量減少(3)上方eq\f(b（V0－V1）,y)偏大3．(2013·高考江蘇卷)氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛。硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索。以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量FeCO3)為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：(1)MgCO3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為_____________________________。(2)加入H2O2氧化時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________。(3)濾渣2的成分是________________(填化學(xué)式)。(4)煅燒過程存在以下反應(yīng)：2MgSO4＋Ceq\o(=,\s\up7(800℃))2MgO＋2SO2↑＋CO2↑MgSO4＋Ceq\o(=,\s\up7(800℃))MgO＋SO2↑＋CO↑MgSO4＋3Ceq\o(=,\s\up7(800℃))MgO＋S↑＋3CO↑利用下圖裝置對煅燒產(chǎn)生的氣體進行分步吸收或收集。①D中收集的氣體是________________(填化學(xué)式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液③A中得到的淡黃色固體能與熱的NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)物中元素的最高價態(tài)為＋4，寫出該反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：明確實驗過程，提取有效信息，正確判斷反應(yīng)過程。(1)MgCO3與稀硫酸反應(yīng)時，MgCO3微溶于水，在寫離子方程式時要寫化學(xué)式。離子方程式為MgCO3＋2H＋=Mg2＋＋CO2↑＋H2O。(2)因為菱鎂礦中有FeCO3，在酸溶時產(chǎn)生Fe2＋，除去Fe元素需將Fe2＋氧化為Fe3＋，通過調(diào)節(jié)溶液的pH生成Fe(OH)3從而除去Fe3＋，所以加入H2O2的目的是將Fe2＋氧化成Fe3＋，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2FeSO4＋H2O2＋H2SO4=Fe2(SO4)3＋2H2O。(3)調(diào)pH≈4時發(fā)生的反應(yīng)為Fe3＋＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)，所以經(jīng)過濾所得濾渣2為Fe(OH)3。(4)由題給反應(yīng)可知，煅燒后的氣體為CO2、SO2、CO和S蒸氣的混合物。S蒸氣很容易轉(zhuǎn)化為S固體，所以A的目的是收集S，B的作用是吸收SO2，可用KMnO4溶液將SO2氧化吸收，C中裝NaOH溶液，作用是吸收產(chǎn)生的CO2，CO最后用排水法收集。S與熱的NaOH反應(yīng)的離子方程式為3S＋6OH－eq\o(=,\s\up7(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O。答案：(1)MgCO3＋2H＋=Mg2＋＋CO2↑＋H2O(2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4=Fe2(SO4)3＋2H2O(3)Fe(OH)3(4)①CO②d③3S＋6OH－eq\o(=,\s\up7(△))2S2－＋SOeq\o\al(2－,3)＋3H2O4．鋁是重要的金屬材料，鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取鋁的原料。實驗室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示：請回答下列問題：(1)固體a的化學(xué)式為________，Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為________________________________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實驗操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。(3)以1000kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料