届高考化学总复习巅峰冲刺专题11化学工艺流程题应试策略.docx
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届高考化学总复习巅峰冲刺专题11化学工艺流程题应试策略
化学工艺流程题应试策略
【难点突破】
化学工艺流程题是近年来高考命题的必考热点。
化学工艺流程题,顾名思义,就是将化工生产过程中的主要生产阶段即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,形成与化工生产紧密联系的化工工艺流程试题。
主要考查
(1)离子方程式的书写
(2)基本实验操作——pH值的测定、过滤仪器及出现的问题分析、蒸发所需仪器及成分分析、防止暴沸、通入气体的目的、滴定操作等(3)成分分析(4)定量计算——原料用量的计算、计算处理过程中原料消耗量、计算某物质的含量等(5)误差分析等。
一、工业流程试题的基本特点
1、试题的切入点(或试题素材)较多的采用了与生产生活密切联系的化学新技术、新成果。
故题干内容来源都是真实的工业生产过程,内容丰富,提问灵活。
2、题目结构:
分题头、题干和题尾三部分。
(1)题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括获得副产品);
(2)题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;
(3)题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。
3、呈现形式:
流程图、数据表格、图像、实验装置。
4、设问方式:
措施、成分、物质、原因。
5、能力考查:
获取、整合、处理、应用信息的能力、分解问题的能力、表达能力。
6、知识落点:
基本理论、元素化合物、实验。
3.(2018年北京卷)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下:
已知:
磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH),还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。
溶解度:
Ca5(PO4)3(OH) (1)上述流程中能加快反应速率的措施有__________。 (2)磷精矿粉酸浸时发生反应: 2Ca5(PO4)3(OH)+3H2O+10H2SO4 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4 ①该反应体现出酸性关系: H3PO4__________H2SO4(填“>”或“<”)。 ②结合元素周期律解释①中结论: P和S电子层数相同,__________。 (3)酸浸时,磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF,并进一步转化为SiF4除去。 写出生成HF的化学方程式: __________。 (4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。 相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率如图所示。 80℃后脱除率变化的原因: ____________________。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42−残留,原因是__________;加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,其离子方程式是____________________。 (6)取ag所得精制磷酸,加适量水稀释,以百里香酚酞作指示剂,用bmol·L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL,精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。 (已知: H3PO4摩尔质量为98g·mol−1) 【答案】 (1)研磨、加热 (2)①<②核电荷数P<S,原子半径P>S,得电子能力P<S,非金属性P<S(3)2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑(4)80℃后,H2O2分解速率大,浓度显著降低(5)CaSO4微溶BaCO3+SO42-+2H3PO4 BaSO4+CO2↑+H2O+2H2PO4-(6) 【解析】磷精矿粉酸浸后生成粗磷酸和磷石膏,粗磷酸经过脱有机碳、脱硫等步骤获得精制磷酸。 (3)根据“强酸制弱酸”的复分解反应规律,Ca5(PO4)3F与H2SO4反应生成HF、磷石膏和磷酸,生成HF的化学方程式为2Ca5(PO4)3F+10H2SO4+5H2O 10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4+2HF↑。 (4)图示是相同投料比、相同反应时间,不同温度下的有机碳脱除率,80℃前温度升高反应速率加快,相同时间内有机碳脱除率增大;80℃后温度升高,H2O2分解速率大,H2O2浓度显著降低,反应速率减慢,相同条件下有机碳脱除率减小。 (5)脱硫时,CaCO3稍过量,充分反应后仍有SO42-残留,原因是: CaSO4微溶于水。 加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率,因为BaSO4难溶于水,其中SO42-与BaCO3生成更难溶的BaSO4和CO32-,H3PO4的酸性强于H2CO3,在粗磷酸中CO32-转化成H2O和CO2,反应的离子方程式为 BaCO3+SO42-+2H3PO4=BaSO4+CO2↑+2H2PO4-+H2O。 【最新试题】 1.(海口市灵山中学2019届高三上学期第三次测试)某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分,利用 该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O],生产的工艺流程如图所示,请回答下列问题: (1)“焙烧”过程中除生成SO2的反应外,另外一个反应的化学方程式是______。 (2)“酸化”过程为加快反应速率,可采用的措施有______(写出一条即可)。 (3)若试剂a为Zn,则“置换”的离子方程式为_____。 (4)“淘洗”的作用是_________________。 (5)“反应”一步中使用20%HNO3和10%H2O2,整个过程无红棕色气体产生,则发生反应的离子方程式为_ ______________________________________;若该步骤只使用20%HNO3,随着反应的进行,温度升高,出现大量红棕色气体,则还 原剂与氧化剂的物质的量之比为_______________。 【答案】 (1)2Cu+O2 2CuO (2)升高温度(3)Cu2++Zn══Cu+Zn2+(4)除去过量的锌(5)Cu+H2O2+2H+═Cu+2H2O1: 2 【解析】废料中的铜元素有两种价态: 0价和+2价,而目标产品Cu(NO3)2·3H2O中铜元素显+2价,过程中应该有氧化还原反应发生,废料中硫元素等杂质要除去。 由流程图分析,将废料“焙烧”时Cu和CuS将被O2氧化生成固体CuO和气体SO2。 用H2SO4“酸化”有发生反应CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,所以酸化得到的溶液主要是CuSO4溶液。 加入“过量试剂a”的目的是通过“置换”反应得到单质铜,试剂a应选择比铜活泼的金属单质。 “置换”后“过滤”所得固体是铜单质(含有过量的锌),“淘洗”目的就是除去过量的金属锌。 “反应”步骤中金属铜溶解在20%HN O3和10%H2O2溶液中,得到Cu(NO3)2溶液,最后经一系列操作得到目标产品[Cu(NO3)2·3H2O]。 (1)废料中Cu和CuS在“焙烧”过程中与O2反应,CuS将转化为CuO和SO2,所以另外一个反应的化学方程式为2Cu+O2 2CuO。 (2)“焙烧”后的固体用硫酸酸化,根据影响化学反应速率的外界因素可知,加快反应速率的措施有: ①升高温度;②在一定范围内增大硫酸的浓度;③将“焙烧”后的固体粉碎。 (任选一条回答即可) (3)Zn比Cu活泼,能够将溶液中的Cu2+置换,其离子方程式为Cu2++Zn=Cu+Zn2+。 (4)在“置换”步骤中加入了过量的锌,得到的固体铜中含有锌,为了不影响产品的纯度必须除去锌,所以“淘洗”的作用就是除去过量的锌。 2.(华大新高考联盟2019届高三1月教学质量测评理科综合)镍钴锰酸锂电池是一种高功率动力电池。 采用废旧锂离子电池回收工艺制备镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi1-x-y)CoxMnyO2)的工艺流程如下: 回答下列问题: (1)能够提高碱浸效率的方法有___________(至少写两种)。 (2)废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是__________。 (3)LiCoO2中Co元素化合价为_____,其参与“还原”反应的离子方程式为_____________。 (4)溶液温度和浸渍时间对钻的浸出率影响如图所示: 则浸出过程的最佳条件是__________。 (5)已知溶液中Co2+的浓度为1.0mol·L-1,缓慢通入氨气,使其产生Co(OH)2沉淀,列式计算Co2+沉淀完全时溶液的pH______________(已知离子沉淀完全时c(Co2+)≤1.0×10-5mol·L-1,Ksp[Co(OH)2]=2.0×10-15,1g2=0.3,溶液体积变化忽略不计) (6)写出“高温烧结固相合成”过程的化学方程式___________。 【答案】 (1)减小原料粒径(或粉碎)、适当增加NaOH溶液浓度、适当升高温度、搅拌、多次浸取等 (2)Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中(3)+3价 2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑(4)75℃、30min(5)Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+) c2(OH-),c(OH-)= = = ×10-5,c(H+)=Kw/c(OH-)= = 10-9,pH=-lgc(H+)=-lg( 10-9)=9.15 (6)(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O2 4LiNi(1-x-y)CoxMnyO2+2CO2+4H2O (2)废旧锂离子电池拆解前进行“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因是Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中。 故答案为: Li+从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中。 (3)LiCoO2中Li元素为+1价,O元素为-2价,故Co元素化合价为+3价,LiCoO2为难溶物,H2SO4为强电解质,H2O2还原LiCoO2中+3价Co元素,反应的离子方程式为2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑。 故答案为: +3价;2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑。 (4)由图可知,在75℃、30min条件下钴的浸出率最高。 故答案为: 75℃、30min。 (5)Ksp[Co(OH)2]=2.0×10-15,沉淀完全时c(OH-)= = = 10-5mol/L,c(H+)=Kw/c(OH-)= = 10-9,pH=-lgc(H+)=-lg( 10-9)=9.15,故答案为: 9.15。 3.(山西省2019届高三上学期期末五地市联考理科综合)重铬酸钾(K2Cr2O7)在皮革、火柴、印染化学、电镀等方面应用广泛。 回答下列问题: (1)酒驾醉驾危害社会安全,早期测定是否饮酒的方法是重铬酸钾法溶液橙红色变为绿色(Cr3+)则表明已经饮酒。 写出重铬酸钾法检验饮酒的化学方程式: ______________________。 (2)用铬铁矿(FeO·Cr2O3,含Al2O3杂质)为原料制备重铬酸钾的工艺: 已知: i.2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O;ii.Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33;iii.有关物质的溶解度曲线如图: ①上述工艺流程图中的操作I的主要反应为: 2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2,另外一个反应的化学方程式是_________________。 ②滤渣2的成分是________(写化学式),常温时,其滤液中,c(Al3+)=_______mol·L-1 ③工艺流程图中,操作“调节pH”的作用是_________________________________。 ④操作Ⅲ,加入KCl的目的是_________________________________;实验室中,操作IV用到的玻璃仪器有酒精灯、烧杯、______________________。 ⑤为测定某次生产制备的K2Cr2O7的含量,某科研人员取mg产品样品,用500mL容量瓶配制成一定浓度的溶液然后取25.00mL,置于锥形瓶,再滴加2mol·L-1稀硫酸然后再加1.1gKI,充分溶解、反应锥形瓶中的铬元素完全以Cr3+存在,加指示剂,用标准液Na2S2O3溶液滴定,达到滴定终点,消耗30.00mL0.0250mol·L-1的标准液。 则该次生产的样品中K2Cr2O7含量为___________%。 (已知: 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI) 【答案】 (1)2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO4=2Cr2(SO4)3+3CH3COOH+2K2SO4+11H2O (2)①Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑②Al(OH)31.3×10-12③使CrO42-转化为Cr2O72-④使Na2Cr2O7转化为溶解度较小的K2Cr2O7玻璃棒、漏斗⑤ (2)①由流程图可知铬铁矿与碳酸钠和硝酸钠在高温下反应,主要反应为: 2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2和Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑,故答案为: Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑; ②向反应Ⅰ所得的滤液中加入酸调节溶液的pH为7,使偏铝酸盐完全转化为Al(OH)3沉淀,滤渣2为Al(OH)3;pH为7的溶液中c(OH—)为1×10—7mol/L,由Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33可得c(Al3+)=1.3×10-33/(1×10—7mol/L)3=1.3×10-12mol/L,故答案为: Al(OH)3;1.3×10-12; ③调节pH时,增大溶液中的氢离子浓度,平衡CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O 正向移动,使CrO42-转化为Cr2O72-,故答案为: 使CrO42-转化为Cr2O72-; ④向所得溶液中加入氯化钾,由溶解度表可知发生反应Na2Cr2O7+KC1=K2Cr2O7+NaC1,反应生成溶解度比Na2Cr2O7小的K2Cr2O7,则加入KCl的目的是使Na2Cr2O7转化为溶解度较小的K2Cr2O7;实验室中,操作IV为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,用到的玻璃仪器有酒精灯、烧杯、玻璃棒、漏斗,故答案为: 使Na2Cr2O7转化为溶解度较小的K2Cr2O7;玻璃棒、漏斗; ⑤测定某次生产制备的K2Cr2O7的含量时,涉及的化学反应有Cr2O72-+6I-+14H+═2Cr3++3I2 +7H2O和I2+2S2O32-═2I-+S4O62-,由方程式可得Cr2O72-~3I2~6S2O32-,mg产品最终消耗 n(S2O32-)=0.0250mol/L×30.00×20×10—3L=0.0150mol,则n(Cr2O72-)=0.0150mol×1/6=0.00250mol,则样品中K2Cr2O7含量为0.00250mol×294g/mol/m×100%= %,故答案为: 。 7.(福建省龙海市第二中学2019届高三年下学期期初考试)氨法溶浸氧化锌烟灰制取高纯锌的工艺流程如图所示。 溶浸后氧化锌烟灰中锌、铜、镉、砷元素分别以Zn(NH3)42+、Cu(NH3)42+、Cd(NH3)42+、AsCl52-的形式存在。 回答下列问题: (1)Zn(NH3)42+中Zn的化合价为________,“溶浸”中ZnO发生反应的离子方程式为________。 (2)锌浸出率与温度的关系如图所示,分析30℃时锌浸出率最高的原因为________。 (3)“氧化除杂”中,AsCl52-转化为As2O5胶体吸附聚沉除去,溶液始终接近中性。 该反应的离子方程式为________。 (4)“滤渣3”的主要成分为________。 (5)“电解”时Zn(NH3)42+在阴极放电的电极反应式为_______。 阳极区放出一种无色无味的气体,将其通入滴有KSCN的FeCl2溶液中,无明显现象,该气体是________(写化学式)。 电解后的电解液经补充________(写一种物质的化学式)后可返回“溶浸”工序继续使用。 【答案】 (1)+2ZnO+2NH3·H2O+2NH4+=Zn(NH3)42++3H2O (2)低于30℃时,溶浸反应速率随温度升高而增大;超过30℃,氨气逸出导致溶浸反应速率下降 (3)2AsCl52-+2H2O2+6NH3·H2O=As2O5+10Cl-+6NH4++5H2O(4)Cu、Cd(5)Zn(NH3)42++2e-=Zn+4NH3↑N2NH3(或NH3·H2O) (2)由锌浸出率与温度的关系图可知,在温度低于30℃时,温度升高,反应速率随温度升高而增大;当温度超过30℃,NH3·H2O分解产生氨气,氨气逸出导致溶浸反应速率下降,故30℃时锌浸出率最高; (3)在“氧化除杂”中,H2O2将AsCl52-氧化后转化为As2O5胶体,被吸附聚沉除去,H2O2被还原变为H2O,反应后溶液始终接近中性。 则该反应的离子方程式为2AsCl52-+2H2O2+6NH3·H2O=As2O5+10Cl-+6NH4++5H2O; (4)“氧化除杂”后的溶液中含Zn(NH3)42+、Cu(NH3)42+、Cd(NH3)42+,向该溶液中加入Zn粉,Zn将Cu2+、Cd2+还原为金属单质,所以“滤渣3”的主要成分为Cu、Cd; 8.(四川省高中2019届毕业班第二次诊断性考试理综)钒是一种重要的金属材料,其用途之一是制备催化剂,如接触法生产硫酸中使用的催化剂(主要成分V2O5、V2O4)。 利用废催化剂回收制备V2O5的工艺流程如下: 已知: 20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2 回答下列问题: (1)步骤①为提高浸取效率采取的方法有___________(任写两条) (2)步骤②中反应的氧化剂是___________。 (3)步骤③中ClO3-被还原为Cl-,该反应的离子方程式为__________。 (4)步骤④中,离子交换效率与pH的关系如右图,为提高交换效率应控制的pH范围是___________。 (5)步骤⑤所发生反应的离子方程式为___________。 若母液中NH4+的浓度为1.0mol/L,则c(VO3-)=___________。 (6)全钒电池是以溶解在一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、VO2+)为电极反应的活性物质。 一种全钒电池原理如下图,放电时H+从右向左移动。 写出充电时阳极的电极反应式___________,当转移0.1mol电子时,转移H+的物质的量为___________mol。 【答案】 (1)粉碎废催化剂、升高浸取温度或搅拌等 (2)Na2SO4(3)6VO2++ClO3-+180H-=6VO3-+Cl-+9H2O(4)6 8(5)NH4++VO3-=NH4VO3↓1.68 10-2mol/L (6)VO2++H2O-e-=VO2++2H+0.1 (3)分析参与氧化还原反应的离子,根据电子转移守恒配平,考虑反应条件为碱性环境,反应前加OH-,反应后生成水。 即为: 6VO2+十ClO3-十180H-=6VO3-+Cl-+9H20。 (4)从图中可知pH为6 8时交换效率最高。 答案: 6 8。 (5)由框图知,由NaVO3经沉钒得生成物NH4VO3知,此反应的离子反应方程式: NH4++VO3-=NH4VO3↓,已知: 20℃时,NH4VO3的Ksp=1.68×10-2,NH4+的浓度为1.0mol/L,代入溶度积常数的表达式 c(NH4+) c(VO3-)=1.68×10-2,所以c(VO3-)=1.68×10-2mol/L。 答案: 1.68×10-2mol/L。 9.(北京市朝阳区2019届高三第一学期期末考试)溴主要以Br-形式存在于海水(呈弱碱性)中,利用空气吹出法从海水中提溴,工艺流程示意如下。 资料: 常温下溴呈液态,深红棕色,易挥发。 (1)酸化: 将海水酸化的主要目的是避免_______(写离子反应方程式)。 (2)脱氯: 除去含溴蒸气中残留的Cl2 ①具有脱氯作用的离子是_______。 ②溶液失去脱氯作用后,补加FeBr2或加入_______,脱氯作用恢复。 (3)富集、制取Br2: 用Na2CO3溶液吸收溴,Br2歧化为BrO3-和Br-。 再用H2SO4酸化歧化后的溶液得到Br2,其离子反应方程式为_______。 (4)探究(3)中所用H2SO4浓度对Br2生成的影响,实验如下: 序号 A B C 试剂组成 1mol/LNaBr 20%H2SO4 1mol/LNaBr 98%H2SO4 将B中反应后溶液用水稀释 实验现象 无明显现象 溶液呈棕红色,放热 溶液颜色变得很浅 ①B中溶液呈棕红色说明产生了_______。 ②分析C中溶液颜色变浅的原因,甲同学认为是发生了化学反应所致;乙同学认为是用水稀释所致。 若认为甲同学的分析合理,请用具体的反应说明理由;若认为乙同学的分析合理,进一步设计实验方案说明。 理由或方案: _______。 ③酸化歧化后的溶液宜选用的酸是______(填“稀硫酸”或“浓硫酸”)。 【答案】 (1)Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O (2)①Fe2+、Br-②铁粉(3)BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O①Br2②理由: SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4方案: 用CCl4萃取颜色很浅的溶液,观察溶液下层是否呈棕红色③稀硫酸 【解析】 (1)海水中溴元素以Br-存在,从海水中提取溴单质,要用Cl2氧化溴离子得到,但海水呈碱性,若不酸化,就会发生反应: Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O,影响溴的提取; (2)①将溴蒸气的残留的Cl2脱去,可利用氯气有强的氧化性,要加入能与Cl2反应,但不能与Br2反应的物质,如Fe2+、Br-;②溶液失去脱氯作用后,补加FeBr2或加入还原铁粉,物质具有还原性,脱氯作用就恢复; 10.(山西省晋中市2019届高三1月高考适应性考试理科综合)碲被誉为“现代工业、国防与尖端技术的维生素”,工业上常用铜阳极泥(主要成分是Cu2Te,含Ag、Au等杂质)为原料提取碲并回收金属其工艺流程如下: 已知: TeO2是两性氧化物,微溶于水,易溶于较浓的强酸和强碱。 回答下列问题: (1)“加压酸浸1”过程中将碲元素转化成TeO2,应控制溶液的pH为4.5~5.0,酸度不能过高,原因是__________________________,其中“加压”的目的是______________________。 写出“加压酸浸1”过程中Cu2Te发生反应的化学方程式_________________________________。 (2)“酸浸2”时温度过高会使碲的浸出率降低,原因为______________________。 要从Ag和Au中分离出Au,可以向回收的Ag和Au中加入的试剂是______________________。 (3)写出“还原”反应中发生的离子方程式_________________________________。 (4)工业上另一种提取碲的方法是将铜阳极泥在空气中焙烧,使碲转化成TeO2,再加NaOH碱浸,以石墨为电极电解溶液获得Te。 电解过程中阴极的电极反应式为_________________________________。 (5)25℃时,向1mol/L的Na2TeO3溶液中滴加盐酸,当溶液pH值约为6时
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