2019-2020年高考化學一輪復習 課時40 化學工藝流程考點過關.docx

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2019-2020年高考化學一輪復習 課時40 化學工藝流程考點過關 常見的化工術語 【基礎梳理】 關鍵詞 釋義 研磨、霧化 將塊狀或顆粒狀的物質磨成粉末或將液體霧化，增大反應物接觸面積，以加快反應速率或使反應更充分 灼燒(煅燒) 使固體在高溫下分解或改變結構、使雜質高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦 浸取 向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等 浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的過程 水浸 與水接觸反應或溶解 過濾 固體與液體的分離 滴定 定量測定，可用于某種未知濃度物質的物質的量濃度的測定 蒸發(fā)結晶 蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質就會呈晶體析出 蒸發(fā)濃縮 蒸發(fā)除去部分溶劑，提高溶液的濃度 水洗 用水洗去可溶性雜質，類似的還有酸洗、醇洗等 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質離子等 堿作用 去油污，去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅，調節(jié)pH、促進水解(沉淀) 常見的操作與答題 常見的操作 答題要考慮的角度 加過量試劑 使反應完全進行(或增大轉化率、產率)等 加氧化劑 氧化某物質，生成目標產物或除去某些離子 判斷能否加 其他物質 要考慮是否引入雜質(或影響產物的純度)等 分離、提純 過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾等常規(guī)操作 提高原子利用率 綠色化學(經(jīng)濟性或環(huán)保性) 在空氣中或在 其他氣體中進 行的反應或操作 要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應或能否達到隔絕空氣，防氧化、水解、潮解等目的 判斷沉淀是 否洗滌干凈 取最后一次洗滌液少量，檢驗其中是否還有某種離子存在等 控制溶液的pH ①調節(jié)溶液的酸堿性，抑制水解(或使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀);②“酸作用”還可除去氧化物(膜);③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等;④特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件) 控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴) ①防止副反應的發(fā)生;②使化學平衡移動，控制化學反應的方向;③控制固體的溶解與結晶(如趁熱過濾能防止某物質降溫時析出);④控制反應速率;使催化劑達到最大活性;⑤升溫:促進溶液中的氣體逸出，使某物質達到沸點揮發(fā);⑥加熱煮沸:促進水解，聚沉后利于過濾分離;⑦趁熱過濾:減少因降溫而析出的溶質的量;⑧降溫:防止物質高溫分解或揮發(fā)，降溫(或減壓)可以減少能源成本，降低對設備的要求 洗滌晶體 ①水洗:通常是為了除去晶體表面水溶性的雜質;②“冰水洗滌”:能洗去晶體表面的雜質離子，且防止晶體在洗滌過程中的溶解損耗;③用特定有機試劑清洗晶體:洗去晶體表面的雜質，降低晶體的溶解度、有利于析出，減少損耗等 表面處理 用水洗除去表面可溶性雜質，金屬晶體可用機械法(打磨)或化學法除去表面氧化物、提高光潔度等 微課1　物質制備的化學工藝流程的解題過程 (1)審題:①閱讀題目的背景材料;②提供的原料、生產目標;③操作流程和條件;④提供的圖表或介質;⑤化工流程圖的類型;⑥重要操作和專業(yè)術語。 (2)析題:①弄清原理，設問;②弄清各步驟的目的;③如何運用條件;④問題的突破口與隱含條件;⑤解題思路與方法。 (3)答題:①從目的和反應原理切入;②從原料和產品切入;③從生產要求和條件切入;④從產品分離提純切入;⑤從綠色化工思想切入;⑥規(guī)范答題。 無機化工流程題在背景材料上呈現(xiàn)新(或陌生)內容。但本質上還是落在雙基上，內在要求或者核心知識考查不變。如運用化學反應原理、化學平衡和水解理論、物質制備和分離的知識、晶體知識、綠色化學的觀點分析實際生產中的各種問題，我們千萬不能被新包裝所迷惑、所嚇倒。從題干中獲取有用信息，明確生產的目的。牢牢抓住一點:一切反應或操作的目的都是圍繞獲得高質量、高產量的目標產品;平時要重視基本的實驗操作、陌生的氧化還原反應方程式、離子方程式的書寫訓練。 【典型例題】 鹵塊的主要成分是MgCl2，此外還含F(xiàn)e3+、Fe2+和Mn2+等離子。以鹵塊為原料可制得輕質氧化鎂，工藝流程圖如下: 已知:Fe2+的氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化為Fe3+，生成Fe(OH)3沉淀除去。若要求產品盡量不含雜質，請根據(jù)表1和表2提供的資料，填寫空白: 表1　生成氫氧化物沉淀的pH 物質 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 Mg(OH)2 9.6 11.1 　　　　　　　　　 表2　化學試劑價格表 試劑 價格(元/噸) 漂液(含NaClO，25.2%) 450 雙氧水(含H2O2，30%) 2 400 燒堿(含98%NaOH) 2 100 純堿(含99.5%Na2CO3) 600 　　(1)在步驟②中加入漂液而不是雙氧水的原因是　　　　　　　　　　　　　。寫出加入NaClO發(fā)生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)在步驟③中控制pH=9.8，其目的是　。 (3)沉淀物A的成分為　　　　　　　　　　，試劑Z應該是　　　　。 (4)在步驟⑤中發(fā)生反應的化學方程式是　　　　　　　　　　。 (5)若在實驗室中完成步驟⑥，則沉淀物C必須在　　　　(填儀器名稱)中灼燒。 [答案]　(1)漂液比H2O2的價格低得多　2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O (2)使除Mg2+以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便過濾除去 (3)Fe(OH)3、Mn(OH)2、Mg(OH)2　純堿 (4)MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑ (5)坩堝 [解析]:　(1)漂液與H2O2都具有強氧化性，都能把亞鐵離子氧化成鐵離子。加入漂液不會引入新的雜質，且漂液比H2O2的價格低得多。2Fe2++ClO-+2H+2Fe3++Cl-+H2O。 (2)通過調節(jié)溶液的pH，使除Mg2+以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便過濾除去。 (3)Fe3+和Mn2+完全以氫氧化物的形式存在于沉淀物A中，當pH=9.6時，Mg(OH)2也開始出現(xiàn)，所以沉淀物A中還含有少量的Mg(OH)2。③中濾液中主要含有鎂離子，把其轉化為Mg(OH)2沉淀，可以加入NaOH，也可以加入純堿，純堿的價格比較低，生產成本較低，所以在這里選用純堿。 (4)在步驟⑤中，產物為Mg(OH)2，發(fā)生的反應為MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2↑。 (5)灼燒固體物質須在坩堝中進行。 碲(Te)為ⅥA族元素，是當今高新技術新材料的主要成分之一。工業(yè)上可從電解精煉銅的陽極泥中提取碲。 (1)粗銅中含有Cu和少量Zn、Ag、Au、TeO2及其他化合物，電解精煉后，陽極泥中主要含有TeO2、少量金屬單質及其他化合物。電解精煉粗銅時，陽極電極反應式為　　　　　　　　　　　　。 (2)TeO2是兩性氧化物，微溶于水，可溶于強酸或強堿。從上述陽極泥中提取碲的一種工藝流程如下: ①“堿浸”時TeO2發(fā)生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②“沉碲”時控制溶液的pH為4.55.0，生成TeO2沉淀。如果H2SO4過量，溶液酸度過大，將導致碲的沉淀不完全，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;防止局部酸度過大的操作方法是　　　　　　　　　　　　。 ③“酸溶”后，將SO2通入TeCl4溶液中進行“還原”得到碲，該反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)Zn-2e-Zn2+、Cu-2e-Cu2+ (2)①TeO2+2NaOHNa2TeO3+H2O ②TeO2是兩性氧化物，H2SO4過量會導致TeO2繼續(xù)與H2SO4反應導致?lián)p失　緩慢加入H2SO4，并不斷攪拌 ③TeCl4+2SO2+4H2OTe+4HCl+2H2SO4 [解析]:　(1)電解精煉粗銅時，粗銅作陽極材料，銅和金屬性比銅強的金屬鋅都會失去電子，生成對應的離子，電極反應式為Zn-2e-Zn2+、Cu-2e-Cu2+。 (2)①根據(jù)“TeO2是兩性氧化物”，仿照氧化鋁的性質，可知“堿浸”時TeO2發(fā)生反應的化學方程式為TeO2+2NaOHNa2TeO3+H2O。②根據(jù)“TeO2是微溶于水，可溶于強酸或強堿”可知，TeO2是兩性氧化物，H2SO4過量會導致TeO2繼續(xù)與H2SO4反應導致?lián)p失。防止局部酸度過大的操作方法是緩慢加入H2SO4，并不斷攪拌。③反應物有SO2、TeCl4，產物有Te，酸性條件下發(fā)生氧化還原反應，TeCl4溶液中進行“還原”得到碲，化合價降低，SO2被氧化為SO，該反應的化學方程式為TeCl4+2SO2+4H2OTe+4HCl+2H2SO4。 將磷肥生產中形成的副產物石膏(CaSO42H2O)轉化為硫酸鉀肥料和氯化鈣水合物儲熱材料，無論從經(jīng)濟效益、資源綜合利用還是從環(huán)境保護角度看都具有重要意義。以下是石膏轉化為硫酸鉀和氯化鈣的工藝流程示意圖: (1)本工藝中所用的原料除CaSO42H2O、CaCO3、H2O外，還需要　　　　　　　　等原料。 (2)寫出石膏懸濁液中加入碳酸銨溶液后發(fā)生反應的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)過濾Ⅰ操作所得濾液是(NH4)2SO4溶液。檢驗濾液中含有C的操作方法是 　　　　　　　　　　。 (4)若過濾Ⅰ的濾液中的Ca2+濃度低于1.010-5 molL-1時可認為被沉淀完全。若要使Ca2+沉淀完全，則濾液中C的物質的量濃度不得低于　　　　　　　　。[已知:Ksp(CaCO3)=5.010-9] (5)寫出蒸氨過程中的化學方程式: 　　　　　　。 (6)氯化鈣結晶水合物(CaCl26H2O)是目前常用的無機儲熱材料，選擇的依據(jù)是　　　　(填字母)。 a. 熔點較低(29 ℃熔化)　　　　b. 能導電 c. 能制冷 d. 無毒 [答案]　(1)KCl、NH3 (2)CaSO4+CCaCO3+S (3)用滴管取少量濾液于試管中，滴加鹽酸，若產生氣泡，證明濾液中含有C (4)5.010-4 molL-1 (5)CaO+2NH4Cl+5H2OCaCl26H2O+2NH3↑ (6)ad [解析]:　(1)從流程圖中可以看出還需要的原料是KCl、NH3。 (2)CaSO4電離出來的Ca2+和碳酸銨電離出來的C結合生成CaCO3沉淀，促使平衡右移，CaSO4+CCaCO3+S。 (3)檢驗濾液中含有C用鹽酸，滴加鹽酸，若產生氣泡，證明濾液中含有C。 (4)Ksp(CaCO3)=c(C)c(Ca2+)=5.010-9，c(C)>5.010-4 molL-1。 (5)蒸氨中反應物是CaO、NH4Cl、H2O，生成物是CaCl26H2O、NH3，根據(jù)質量守恒定律寫出:CaO+2NH4Cl+5H2OCaCl26H2O+2NH3↑。 (6)無機儲熱材料，選擇的依據(jù)是熔點低、無毒。 我國目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法。由于三氯氫硅氫還原法具有一定優(yōu)點，被廣泛應用。其簡化的工藝流程如下圖所示: (1)制備三氯氫硅的反應為Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-210 kJmol-1。 伴隨的副反應有:Si(s)+4HCl(g)SiCl4(g)+2H2(g) ΔH=-241 kJmol-1。 SiCl4在一定條件下與H2反應可轉化為SiHCl3，反應的熱化學方程式為SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH=　　　　。 (2)由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。該生產工藝中可以循環(huán)使用的物質是　　　　(至少寫出兩種)。 (3)由于SiH4具有易提純的特點，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。工業(yè)上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　;整個制備過程必須嚴格控制無水，否則反應將不能生成硅烷，而是生成硅酸和氫氣等，其化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　;整個系統(tǒng)還必須與氧隔絕，其原因是　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)+31 kJmol-1 (2)SiHCl3+H2Si+3HCl　HCl、H2、SiHCl3、SiCl4等 (3)Mg2Si+4NH4ClSiH4↑+2MgCl2+4NH3↑ Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑　由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發(fā)生爆炸 [解析]:　(1)根據(jù)蓋斯定律第一個熱化學方程式減去第二個熱化學方程式得出ΔH=+31 kJmol-1。 (2)由題給信息可知，用氫氣還原SiHCl3，SiHCl3+H2Si+3HCl;該生產工藝中可以循環(huán)使用的物質是HCl、H2、SiHCl3、SiCl4等。 (3)由題給信息，根據(jù)質量守恒定律寫出:Mg2Si+4NH4ClSiH4↑+2MgCl2+4NH3↑，Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑;由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發(fā)生爆炸。 回收的廢舊鋅錳干電池經(jīng)過處理后得到錳粉[含MnO2、Mn(OH)2、Fe、乙炔和黑炭等]，由錳粉制取MnO2的步驟如下圖所示: 根據(jù)上圖所示步驟并參考表格數(shù)據(jù)，回答下列問題。 物質 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 (1)在加熱條件下用濃鹽酸浸取錳粉，所得溶液中含有Mn2+、Fe2+等。MnO2與濃鹽酸反應的離子方程方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)酸浸時，浸出時間對錳浸出率的影響如下圖所示，工業(yè)采用的是浸取60 min，其可能原因是　　　　　　　　　　　。 (3)錳粉經(jīng)濃鹽酸浸取，過濾Ⅰ除去不溶雜質后，向濾液中加入足量H2O2溶液，其作用是　　　　　　　　　　。 (4)過濾Ⅰ所得濾液經(jīng)氧化后，需加入NaOH溶液調節(jié)pH約為5.1，其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)過濾Ⅱ所得濾液加入足量H2O2溶液并加入NaOH溶液調節(jié)pH約為9，使Mn2+氧化得到MnO2，反應的離于方程式為　　　　　　　　　　　　　　。 (6)工業(yè)上利用KOH和MnO2為原料制取KMnO4。主要生產過程分兩步進行: 第一步將MnO2和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K2MnO4;第二步為電解K2MnO4的濃溶液制取KMnO4。 ①第一步反應的化學方程式為 　　　　　　。 ②電解K2MnO4的濃溶液時，電解池中陰極的實驗現(xiàn)象為　　　　　　　　。 [答案]　(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O (2)60 min后，再延長浸出時間，增加生產成本，而浸出率增加不明顯 (3)將Fe2+轉化為Fe3+ (4)使Fe3+完全轉化為Fe(OH)3沉淀，并防止Mn2+變成Mn(OH)2 (5)Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O (6)①2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O ②產生無色氣泡 [解析]:　(1)MnO2具有強氧化性，與濃鹽酸反應生成氯氣，反應的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。 (2)依據(jù)圖像分析，60 min時浸出率達到88%以上，延長時間，浸出率增加不大，但時間增長會增加成本，產生經(jīng)濟效益減少。 (3)過氧化氫具有強氧化性，可將具有還原性的Fe2+氧化為Fe3+，易于轉化為Fe(OH)3而除去。 (4)由表中數(shù)據(jù)可知，調節(jié)溶液pH為5.1，在3.78.3 之間，可使Fe3+完全沉淀，并防止Mn2+轉化為Mn(OH)2沉淀。 (5)過濾Ⅱ所得濾液中含有Mn2+，加入足量H2O2溶液并加入NaOH溶液調節(jié)pH約為9，使Mn2+氧化得到MnO2，反應的離子方程式為Mn2++H2O2+2OH-MnO2↓+2H2O。 (6)①利用KOH和MnO2為原料制取KMnO4，第一步將MnO2和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K2MnO4，反應的化學方程式為2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。 ②第二步為電解K2MnO4的濃溶液制取KMnO4，溶液中錳酸根離子失電子被氧化為高錳酸根離子，是電解池中的陽極反應，陰極是在溶液中氫離子得到電子生成氫氣，所以陰極產生的現(xiàn)象是產生無色氣泡。 用含有Al2O3、SiO2和少量FeOxFe2O3的鋁灰制備Al2(SO4)318H2O。工藝流程如下: (一定條件下，Mn可與Mn2+反應生成MnO2) 已知: 生成氫氧化物沉淀的pH Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3 開始沉淀時 3.4 6.3 2.7 完全沉淀時 5.2 9.7 3.2 (1)H2SO4溶解Al2O3的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　。 (2)檢驗濾液中還存在Fe2+的方法是 　(注明試劑、現(xiàn)象)。 (3)“除雜”環(huán)節(jié)有如下幾個步驟，(Ⅰ)向濾液中加入過量KMnO4溶液，調節(jié)溶液的pH為3.2;(Ⅱ)加熱，產生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色;(Ⅲ)加入MnSO4至紫紅色消失，過濾。 ①步驟Ⅰ中加入過量KMnO4溶液的目的:　　　　　　　　　　　　　　　　;調節(jié)溶液的pH為3.2的目的是　　　　　　　　　　。 ②向Ⅱ的沉淀中加入濃鹽酸并加熱，能說明沉淀中存在MnO2的現(xiàn)象是　　　　　　　　　　，寫出其反應的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③Ⅲ中加入MnSO4的目的是　　　　　　　　　　。 (4)從多次循環(huán)使用后母液中可回收的主要物質是　　　　　　　　(填化學式)。 [答案]　(1)Al2O3+6H+2Al3++3H2O (2)取少量濾液，滴加KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色 (3)①將Fe2+氧化為Fe3+　調節(jié)pH使鐵完全沉淀 ②生成黃綠色氣體　MnO2+4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O ③除去過量的Mn (4)K2SO4 [解析]:　(2)可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗濾液中還存在Fe2+，但不能用氯水和KSCN，因為溶液中含有Fe3+。(4)一定條件下，Mn可與Mn2+反應生成MnO2，Ⅲ中加入MnSO4的目的是除去過量的Mn。 　 結晶的方法應用 ①純物質溶液得到晶體: 蒸發(fā)結晶(NaCl型，溶解度受溫度影響不大) 蒸發(fā)濃縮(至有晶膜出現(xiàn)為止)，冷卻結晶(KNO3型和含有結晶水的晶體) ②混合溶液(提純NaCl，KNO3為雜質):蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾;(提純KNO3，NaCl為雜質)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾。 ③混合溶液(分離NaCl和KNO3):蒸發(fā)結晶，趁熱過濾(得NaCl型)，將濾液冷卻結晶，過濾(得KNO3型)