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;
1
(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】(2024·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Fe离子,可选用的化学试剂是________。
3+
(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH+B(OH
+
,Ka=5.81×10,可判断H3BO3是________
-10
酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是 ________ 。
2
(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Fe可选用的化学试剂是KSCN。
3+
(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH+B(OH
+
可知,H3BO3是一元酸,根据其Ka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
2Mg+3C
2+
+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HC或2Mg+2C
2+
+H2OMg(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、Al2O3 KSCN (3)一元弱 转化为H3BO3,促进析出
(4)2Mg+3C
2+
+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+2HC
(或2Mg+2C溶浸 高温焙烧
2+
+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑)
3
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;
20.0 mL双氧水 实验 溶液浓度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 5% 5% 10% w MnO2 2.0 g 1.0 g 1.0 g 2.0 g 20℃ 20℃ 20℃ 30℃ 粉状 温度 数据 待测 -1
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Mn-2e+2H2O
2+
-
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×0.1 mol·L=0.02 mol。由电子守恒知,0.02 mol×(5-x)=0.100 mol,x=0,
-1
氯酸钾被还原后产物为氯气,离子方程式为2Cl+5Mn+4H2O
2+
5MnO2+Cl2↑+8H。(3)实验
+
4
室制氯气的残余物质含Mn,吸收氯气获得Mn2O3,该化学反应的离子方程式为2Mn+Cl2+3H2O
+
-2+
2+
Mn2O3
+6H+2Cl。(4) ①实验Ⅱ和Ⅲ中双氧水溶液浓度不同,反应物浓度越大,反应速率越快。②实验Ⅰ和Ⅳ探究温度对化学反应速率的影响,则w=5%,对于产生气体实验,测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。 答案:(1)D (2)Mn-2e+2H2O
2+
-
MnO2↓+4H
+
2Cl+5Mn+4H2O
2+
2+
5MnO2+Cl2↑+8H Mn2O3+6H+2Cl
+
-
+
(3)2Mn+Cl2+3H2O
(4)①其他条件相同,反应物浓度越大,反应速率越快 ②5% 收集等体积氧气所需要的时间
2.(提纯型化工流程)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下,请回答下列问题:
(1)步骤①所得废渣的成分是________(写化学式),操作Ⅰ的名称________。 (2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO,HA表示有机萃取剂): R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)
2RAn(有机层)+nH2SO4(水层),②中萃取时必须加入适量碱,
2+
其原因是____________________ 。 ③中X试剂为________。
(3)⑤的离子方程式为 ________________ 。
(4)25 ℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表:
pH 钒沉淀率% 1.6 98.0 1.7 98.8 1.8 98.8 1.9 96.4 2.0 93.1 结合上表,在实际生产中,⑤中加入氨水,调节溶液的最佳pH为________;若钒沉淀率为
5
2024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
