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届高考化学化学工业流程考点突破与精选试题24页
2020届高考化学化学工业流程考点突破与精选试题
一、基本形式:
二、典型化工流程:
侯氏制碱法
三、出题方向与答题技巧:
1、原料的分离、除杂
加快反应速率或提高浸取率:
粉碎、搅拌、适当提高温度、提高溶液浓度
(1)灼烧/焙烧/煅烧:
实验室仪器,坩埚(碱性物质在铁坩埚)、坩埚钳、泥三角、铁三角(三脚架)、酒精灯
作用:
①除去可燃物
②是原料发生氧化、分解反应(如金属硫化物)
③与NaOH/Na2CO3混合加热改变其溶解性原料可溶
(2)水浸(后过滤):
溶解可溶物
(3)酸(HCl/HNO3/H2SO4)浸:
溶解,金属、金属氧化物(膜)、盐(注意HNO3的氧化性,Fe3O4难溶于酸)
滤渣,SiO2、(注:
H2SO4酸浸有CaSO4沉淀,Ca2+一般用CO32-、F-、C2O42-进行除去)
(4)碱浸:
溶解,金属表面油脂膜、酸性氧化物(SiO2)、Al2O3/Al
(5)调节pH:
①使金属阳离子分步沉淀除杂
②抑制or促进水解
③防止氧化[例(NH4)2Fe(SO4)2比FeSO4稳定]
2、反应条件的选择:
(1)pH的选择:
pH<1.9:
都溶解3.2 Fe3+沉淀而Cu2+不沉淀pH>6.7: 使Cu2+、Fe3+沉淀完全 (2)温度的选择: ①低温(冷却): a、抑制水解 b、防止挥发(如HCl、HNO3等收集AlCl3等)、 c、防止分解(如H2O2、氨水、NaHCO3、NH4HCO3等铵盐) d、增加气体溶解度,使气体充分吸收、防止气体挥发 ②加热(升温): a、提高物质的溶解或反应速率 b、减小气体的溶解度,使气体充分逸出 c、使固体充分气化、挥发、防止堵塞 d、使平衡正向移动,提高转化率or产率 ③控制在某范围: a、确保催化剂活性最大 b、兼顾反应速率与化学平衡(特别是△H<0的反应)以及生产成本 c、防止副反应发生 (3)压强的选择: 兼顾化学反应速率或化学平衡与生产成本 (4)c的选择: a、影响速率或平衡 b、c过低,水的干扰 c、c过高,引入更多杂质 3、产品的分离: (1)蒸发结晶(看气氛: HCl气氛中or加热时添加NH4Cl/SOCl2)——稳定、无结晶水固体 (2)℃蒸发浓缩,冷却℃结晶——不稳定、含有结晶水固体 例: KNO3(NaCl)——蒸发浓缩,冷却结晶 NaCl(KNO3)——蒸发结晶,趁热过滤 特殊: 调节溶液极性使其沉淀,向CuSO4溶液中加入氨水至过量后加入无水乙醇产生深蓝色沉淀{Cu[NH3]4SO4·H2O} (3)趁热过滤——防止产品降温析出或防止杂质降温析出使产品不纯(苯甲酸/泥沙) (4)沉淀洗涤: ①、水洗: 洗去产品表面吸附的离子 ②、冰水洗(母液洗涤): 同上,减少产品的溶解损耗 ③、有机物(如乙醇)洗: a、同上 b、增加有机物的溶解度,便于洗去有机杂质 c、快速干燥 4、找可循环物质: ①回头箭头 ②各步的副产物、母液 练习: 1、.(15分)以方铅矿(主要成分是PbS,含少量ZnS、Fe、Ag)为原料提炼铅及其化合物的工艺流程如下: 请回答下列问题: (1)流程中“趁热过滤”的目的是,滤渣的主要成分是。 (2)该工艺流程中可循环利用的物质是。 (3)浊液1中酒人适量氯气时,发生反应的离子方程式为。 (4)《药性论》中有关铅丹(Pb3O4)的描述是: “治惊悸狂走,呕逆,消渴。 ”向铅丹中滴加浓盐酸时,产生黄绿色气体,请写出发生反应的化学方程式。 (5)取一定量含有Pb2+、Cu2+的工业废水,向其中滴加Na2S溶液,当PbS开始沉淀时,溶液中c(Pb2+)/c(Cu2+)=。 [已知Kp(PbS)=3.4×10-28,Kp(CuS)=1.3×10-30] (6)炼铅和用铅都会使水体因重金属铅的含量增大而造成严重污染。 水溶液中铅的存在形态主要有Pb2+、Pb(OH)+、Pb(OH)2、Pb(OH)3-、Pb(OH)42-。 各形态的浓度分数x与溶液PH变化的关系如下图所示: ①探究Pb2+的性质: 向含Pb2+的溶液中逐滴滴加NaOH溶液,溶液变浑浊,继续滴加NaOH溶液又变澄清;pH>13时,溶液中发生的主要反应的离子方程式为。 ②除去溶液中的Pb2+: 科研小组用一种新型试剂可去除水中的痕量铅和其他杂质离子,实验结果记录如下: 离子 Pb2+ Ca2+ Fe3+ Mn2+ 处理前浓度(mg/L) 0.100 29.8 0.12 0.087 处理后浓度(mg/L) 0.004 22.6 0.04 0.053 由表可知该试剂去除Pb2+比Fe3+效果好,请用表中有关数据说明. 答案: (1)防止PbCl2结晶析出(2分) Ag和Fe(OH)3(2分) (2)盐酸(1分) (3)2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(2分) (4)Pb3O4+8HCl(浓)=3PbCl2+Cl2↑+4H2O(2分)(5)2.6×108(2分)(6)①Pb(OH)3-+OH-=Pb(OH)42-(2分) ②加入该试剂,Pb2+的浓度转化率为(0.1-0.004)÷0.1×100%=96%;Fe3+的浓度转化率为(0.12-0.04)÷0.12×100%=67%,所以该试剂去除Pb2+比Fe3+效果好(2分) 2、聚合硫酸铁(PFS)是一种高效的无机高分子絮凝剂。 某工厂利用经浮选的硫铁矿烧渣(有效成分为Fe2O3和Fe3O4)制备PFS,其工艺流程如下图所示。 (1)“还原焙烧”过程中,CO还原Fe3O4生成FeO的热化学方程式为。 已知: Fe3O4(s)+C(s)3FeO(s)+CO(g)ΔH1=191.9kJ/mol C(s)+O2(g)CO2(g)ΔH2=−393.5kJ/mol C(s)+CO2(g)2CO(g)ΔH3=+172.5kJ/mol (2)CO是“还原焙烧”过程的主要还原剂。 下图中,曲线表示4个化学反应a、b、c、d达到平衡时气相组成和温度的关系,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe稳定存在的区域。 a属于(填“吸热反应”或“放热反应”);570℃时,d反应的平衡常数K=。 (3)工业上,“还原焙烧”的温度一般控制在800℃左右,温度不宜过高的理由是。 (4)若“酸浸”时间过长,浸出液Fe2+含量反而降低,主要原因是。 (5)已知: 25℃时,Ksp[Fe(OH)2]=1.0×10-17,Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-39。 若浸出液中c(Fe2+)=10-1.8mol·L-1,为避免“催化氧化”过程中产生副产物Fe(OH)3,应调节浸出液的pH≤。 (6)FeSO4溶液在空气中会缓慢氧化生成难溶的Fe(OH)SO4,该反应的离子方程式为。 “催化氧化”过程中,用NaNO2作催化剂(NO起实质上的催化作用)时,温度与Fe2+转化率的关系如右图所示(反应时间相同),Fe2+转化率随温度的升高先上升后下降的原因是 【答案】 (1)Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO(g)ΔH=19.4kJ·mol−1 (2)放热反应;1(3)浪费能量,且FeO易被还原成Fe (4)Fe2+易被空气中的O氧化成Fe3+(5)1.6(6)4SO42-+4Fe2++O2+2H2O=4Fe(OH)SO4↓ 温度升高,反应速率增大;温度过高,NO气体逸出,转化率下降 7.(14分)工业废料和废水的处理离不开化学。 .某工业废料含SiO2、FeS和CuS等物质,采用如下实验方案进行回收利用。 请回答下列问题: (1)已知步骤①中发生的化学反应为非氧化还原反应,写出产生气体的电子式,该气体可用足量的NaOH溶液吸收,该反应的离子方程式是 (2) Si 原子在周期表中的位置,写出晶体Si的一种主要用途。 步骤②的操作依次为、过滤、洗涤、干燥。 滤渣2的主要成分是SiO2和S ,写出步骤③涉及的化学方程式。 .用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理含镍酸性废水并获得金属镍的模拟装置如图。 镍棒与外接电源极相连。 A极区电极反应式是。 电解一段时间后,B中NaCl溶液的浓度。 (填“增大”、“减少”);若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则A极区电极产物是。 答案: . (1) (1分);H2S+2OH-=S2-+2H2O(2分) (2)第三周期 A族(1分);太阳能电池材料、半导体材料、电脑芯片(任写一种)(1分) 蒸发浓缩降温结晶(2分);CuS+H2O2+H2SO4 CuSO4+S+2H2O(2分); .负极(1分);4OH--4e-===2H2O+O2↑(2分);增大(1分);Cl2(写NaClO也给分)(1分) 19(15分)FePO4是一种难溶于水、易溶于硫酸的固体,可用作金属防腐剂。 实验室利用FeSO4.7H2O和H3PO4。 (第一级电离常数Ka1=7.5×l0-3)制备FePO4流程如下: (1)“溶解”时H3PO4不宜过量太多的原因是。 (2)①写出“反应”时总反应的离子方程式: 。 ②证明“反应”后铁元素沉淀完全的实验方法是。 (3)①“过滤”所得产品呈棕黄色,则FePO4可能混有的杂质是。 ②洗涤FePO4沉淀的操作是。 (4)FeSO4与(NH4)2SO4反应可制得摩尔盐[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]。 摩尔盐易溶于水.不溶于乙醇,性质比一般亚铁盐稳定,接近l00℃时易失去结晶水。 相关物质的溶解度曲线如右图所示。 请补充完整由久置于空气中的FeS04.7H20样品合成摩尔盐的.实验步骤: 将样品溶于适量的硫酸溶液中,加热使其溶解,然后向其中加入。 可选试剂: 蒸馏水、饱和硫酸铵溶液、3%H2O2、铜粉、铁粉、无水乙醇。 答案: 20(14分)采用科学技术减少氮氧化物、SO2等物质的排放,可促进社会主义生态文明建没。 (1)采用“联合脱硫脱氮技术”处理烟气(含CO2、SO2、NO)可获得含CaCO3、CaSO4.Ca(NO3)2的副产品,工业流程如题20图一l所示。 ①反应釜I采用“气一液逆流”接触吸收法(如题20图-2、,其优点是。 ⑦反应釜Il中CaSO4转化为CaSO4的化学反应方程式为。 (2)为研究“CO还原SO2”的新技术,在反应器中加入0.10molSO2,改变加入CO的物质的量,反应后体系中产物随CO的变化如题20图-3所示。 其中产物Y的化学式是。 (3)O2/CO2燃烧技术是指化石燃料在O2和CO2的混合气体中燃烧,通过该燃烧技术可收集到高纯度的CO2。 ①与在空气中燃烧相比.利用O2/CO2燃烧技术时,烟气中NOx的排放量明显降低,其主要原因是 ②利用太阳能可实现反应: 2CO2(g)=2CO(g)+O2(g),该反应能自发进行的原因是。 ③700℃时,以Ni-MgO—-Al2O3作催化剂,向2L密闭容器中通入CO2和CH4各3mol,发生反应: CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。 当反应达平衡时测得CO的体积分数为40%,则C02的转化率为。 ④CO2在新型钴基电催化剂作用下,转化为清洁燃料一甲酸。 其工作原理如题20图-4所示,写出生成甲酸的电扳反应式: 。 答案: 28、(14 分)钛白粉(TiO2)是重要的白色颜料,LiFePO4是锂离子电池的正极材料。 一种利用钛铁矿( 主要成分为FeTiO3 和少量Fe2O3 )进行钛白粉和LiFePO4 的联合生产工艺如下图所示: 回答下列问题: (1)LiFePO4中Fe的化合价是_______________________。 (2)钛铁矿“酸溶”前需要进行粉碎,粉碎的目的是__________________________________。 (3)用离子方程式表示操作I加入铁粉的目的: __________________________。 操作II为一系列操作,名称是加热浓缩、冷却结晶、过滤,其中用到的陶瓷仪器的名称是___________。 (4)TiO2+易水解,则其水解的离子方程式为______________________;“转化”利用的是TiO2+的水解过程,需要对溶液加热,加热的目的是________________________________。 (5)“沉铁”的的是使Fe3+生成FePO4,当溶液中c(PO43-)= 1.0×10-17mol/L时可认为Fe3+ 沉淀完全,则溶液中Fe3+沉淀完全时的c(Fe3+)=_______mol/L[已知: 该温度下,Ksp(FePO4)=1.0×10-22]。 (6)由“沉铁”到制备LiFePO4的过程中,所需17% H2O,溶液与草酸( H2C2O4)的质量比是_____。 答案: (1)+2(1分) (2)增加钛铁矿与硫酸按触面积,增大酸溶速率(2分) (3)2H++Fe==H2↑+Fe2+、Fe+2Fe3+==3Fe2+(2分)蒸发皿(1 分) (4)TiO2++2H2O TiO(OH)2+2H+(2分)促进水解( 或加快水解区应速率)(1分)(5)1.0×10-5(2分)(6)20: 9(3分) 9.硼镁泥是硼镁矿生产硼砂晶体(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有Na2B4O7、CaO、Fe2O3、FeO、MnO、SiO2等杂质。 以硼镁泥为原料制取七水硫酸镁的工艺流程如下: 回答下列问题: (l)Na2B4O7·10H2O中B的化合价为__________。 (2)Na2B4O7易溶于水,也易发生水解: B4O72-+7H2O 4H3BO3(硼酸)+2OH-(硼酸在常温下溶解度较小)。 写出加入硫酸时Na2B4O7发生反应的化学方程式: ______________。 (3)滤渣B中含有不溶于稀盐酸但能溶于热浓盐酸的黑色固体,写出生成黑色固体的离子方程式____________。 (4)加入MgO的目的是___________________。 (5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表: 温度(℃) 溶解度(g) 40 50 60 70 MgSO4 30.9 33.4 35.6 36.9 CaSO4 0.210 0.207 0.201 0.193 “操作A”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明“操作A”步骤为____________________。 (6)硼砂也能在工业上制取NaBH4,NaBH4被称为有机化学中的“万能还原剂”。 ①写出NaBH4的电子式: ___________。 ②“有效氢含量”可用来衡量含氢还原剂的还原能力,其定义是: 每克含氢还原剂的还原能力相当于多少克H2的还原能力。 NaBH4的有效氢含量为_________(保留两位小数)。 ③在碱性条件下,在阴极上电解NaBO2也可制得硼氢化钠,写出阴极室的电极反应式: ________。 【答案】 (1).+3 (2).Na2B4O7+H2SO4+5H2O=Na2SO4+4H3BO3↓(3).ClO-+Mn2++H2O=MnO2+Cl-+2H+ (4).调节溶液的pH值,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去(5).蒸发浓缩、趁热过滤(6). (7).0.21(8).BO2-+6H2O+8e-=BH4-+8OH- 27、(15分)氧化钴(Co2O3)粉体材料在工业、电子、电讯等领域都有着广阔的应用前景。 某铜钴矿石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2,其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。 由该矿石制备Co2O3的部分工艺流程如下: 请回答下列问题: (1)“浸泡”过程中,CoO(OH)可转化为CoSO4,请将该反应的化学方程式补充完整: 2CoO(OH)+2H2SO4+□_______=□CoSO4+□_______+□_______ (2)固体B的成分是______________________(填化学式)。 (3)向“沉铜”后的滤液中加入NaClO3溶液的主要目的是___________________;若上述流程中固、液分离均采用过滤操作,则共有________________处使用该操作。 (4)根据图1、图2分析: ①矿石粉末浸泡的适宜条件应是________________________________。 ②图2中铜、钴浸出率下降的可能原因是_______________________________________。 (5)CoC2O4·2H2O在空气中高温煅烧得到Co2O3的化学方程式是___________________________。 (6)LiCoO2可用于电动汽车的电池,其工作原理如右图所示,且电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池反应式为: LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2 ①放电时,Li+移动的方向为_________→___________。 (填“左”或“右”) ②放电时正极的电极反应式为______________________________________。 答案: (1)1Na2SO31Na2SO43H2O (2)CaF2、MgF2 (3)将Fe2+氧化为Fe3+,再沉淀分离6(4)①温度: 65℃-75℃、pH: 0.5-1.5 ②pH升高后溶液中c(H+)浓度下降,使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降 (5)4CoC2O4·2H2O+3O2 2Co2O3+8CO2+8H2O(6)①左→右②Li1-xCoO2+xLi++xe-=LiCoO2 27、(14分)某地湖盐中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质离子,氨碱厂用该地湖盐制取烧碱。 其中制得精制食盐水的过程如下: (1)过程Ⅰ中将粗盐加水溶解需要适当加热,其目的是____________________________。 (2)过程Ⅱ的目的是除去SO42-,加入的X溶液是________________________。 (3)下表是过程Ⅱ、Ⅲ中生成的部分沉淀及其在20℃时的溶解度[g/(100gH2O): CaSO4 Mg2(OH)2CO3 CaCO3 BaSO4 BaCO3 Fe(OH)3 2.6×10-2 2.5×10-4 7.8×10-4 2.4×10-4 1.7×10-3 4.8×10-9 ①过程Ⅲ中生成的主要沉淀除CaCO3和Fe(OH)3外还有_______________________。 ②过程Ⅳ中调节pH时发生的主要反应的离子方程式为_________________________________。 (4)上述精制食盐水中还含有微量的I-、IO3-、NH4+、Ca2+、Mg2+,除去这些离子及进行电解的流程如下: ①过程Ⅴ生成N2的离子方程式为__________________________________。 滴定次数 滴定前读数(mL) 滴定后读数(mL) 第一次 0.30 29.12 第二次 0.36 30.56 第三次 1.10 29.88 ②过程Ⅳ可以通过控制Na2S2O3的量,将IO3-还原为I2,且盐水b中含有SO42-,该过程中发生氧化还原反应,其中氧化剂和还原剂的物质的量之比为________________________________。 ③在过程Ⅳ中所用的Na2S2O3俗称海波,是一种重要的化工原料。 商品海波主要成分是Na2S2O3·5H2O。 为了测定其含Na2S2O3·5H2O的纯度,称取8.00g样品,配成250mL溶液,取25.00mL于锥形瓶中,滴加淀粉溶液作指示剂,再用浓度为0.0500mol·L-1的碘水滴定(发生反应2S2O32-+I2==S4O62-+2I-),下表记录滴定结果: 计算样品的纯度为________________________________。 答案: (1)加快物质溶解(1分) (2)BaCl2溶液(2分)(3)①BaCO3、Mg2(OH)2CO3(2分)②CO32-+2H+=CO2↑+H2O(2分) (4)①2NH4++3ClO-==N2↑+3Cl-+2H++3H2O(2分)②8.5(2分)③89.28%(3分) 27.聚硅酸铁是目前无机高分子絮凝剂研究的热点,一种用钢管厂的废铁渣(主要成分Fe3O4,少量C 及SiO2)为原料制备的流程如下: 已知: 在一定温度下酸浸时Fe3+在pH=2 开始沉淀,pH=3.7 沉淀完全 (1)废铁渣进行“粉碎”的目的是___________________________________________________。 (2)“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度、氧流量等,其中酸浸温度对铁浸取率的影响如下表所示: 温度℃ 40 60 80 100 120 铁浸取率 50 62 80 95 85 ①请写出酸浸过程中Fe3O4发生的离子反应方程式__________________________________。 ②硫酸酸浸时应控制溶液的pH____________,其原因是_________________________________。 ③当酸浸温度超过100℃时,铁浸取率反而减小,其原因是___________________。 (3)上述过滤步骤的滤液的主要成分为____________(填化学式)。 (4)Fe3+浓度定量检则,是先用SnCl2将Fe3+还原为Fe2+;在酸性条件下,再用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+(Cr2O72-被还原为Cr3+),该滴定反应的离子方程式为____________。 答案: (1)增大接触面积,同时增大浸取时的反应速率和提高铁浸取率 (2)①4Fe3O4+O2+36H+=12Fe3++18H2O②小于2pH≥2时将有部分Fe3+沉淀损失 ③温度超过100℃明显加快了Fe3+水解反应的速率,导致Fe3+浓度降低 (3)Fe2(SO4)3和H2SO4(4)6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O 28.(15分)热电厂用碱式硫酸铝[Al2(SO4)3•Al2O3]吸收烟气中低浓度的二氧化硫。 具体过程如下: (1)碱式硫酸铝溶液的制备 往Al2(SO4)3溶液中加入一定量CaO粉末和蒸馏水,可生成碱式硫酸铝(络合物,易溶于水),同时析出生石膏沉淀[CaSO4·2H2O],反应的化学方程式为。 (2)SO2的吸收与解吸。 吸收液中碱式硫酸铝活性组分Al2O3对SO2具有强大亲和力,化学反应为: Al2(SO4)3·Al2O3(aq)+3SO2(g) Al2(SO4)3·Al2(SO3)3(aq)△H<0。 工业流程如下图所示:
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