新高考化学二轮复习讲与练专题一0一 化学工艺流程（解析版）

这是一份新高考化学二轮复习讲与练专题一0一 化学工艺流程（解析版），文件包含新高考化学二轮复习讲与练专题十一化学工艺流程原卷版docx、新高考化学二轮复习讲与练专题十一化学工艺流程解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共88页， 欢迎下载使用。

一、工业流程题的结构
二、流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
2．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。
(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
3．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；
②不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
4．常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。
(2)酸溶法：除去碱性杂质。
(3)碱溶法：除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
5．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)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，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。
三、化学工艺流程题的分析方法
主线分析“原料→中间转化物质→目标产物”
(1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪些物质(离子)发生了变化？产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？
(2)循环物质的确定
(3)副产品的判断
探究一 离子反应与氧化还原反应的综合应用
草酸钴可用于指示剂和催化剂。其中草酸钴的制备可用水钴矿(主要成分为，含少量等)制取工艺流程如图所示：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有等；
②酸性条件下，不会氧化，转化为；
③部分阳离子的氢氧化物形式沉淀时溶液的见下表。
(1)回答下列问题：浸出过程中加入的主要目的_______，发生反应的离子方程式为_______。
(2)向浸出液中加入发生反应的离子方程式为_______。
(3)向滤液Ⅰ中加入溶液得到的沉淀的主要成分是_______(写化学式)。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与的关系如图1所示，萃取剂的作用是除锰离子，其使用的适宜范围是_______(填字母代号)。
A．2.0～2.5 B．3.0～3.5 C．4.0～4.5
(5)①实验室里灼烧晶体，所需要的硅酸盐质仪器除了酒精灯和玻璃棒外，还有_______ (填仪器名称)
②热分解质量变化过程如图2所示。其中以前是隔绝空气加热，以后是在空气中加热。A、B、C均为纯净物，C点所示产物的化学式是_______。
【答案】(1) 将Fe3+和C3+还原
(2)
(3)CaF2、MgF2
(4)B
(5) (瓷)坩埚和泥三角 C2O3
【详解】（1）①具有还原性，能还原氧化性离子铁离子和钴离子，所以浸出过程中加入的主要目的是将Fe3+和C3+还原；
故答案为：将Fe3+和C3+还原；
②发生反应的离子方程式为；
故答案为： ；
（2）NaClO3加入浸出液中，是为了将Fe2+氧化为Fe3+，其反应离子方程式为；
故答案为：；
（3）向滤液Ⅰ中加入溶液是为了除镁钙，则得到的沉淀的主要成分是CaF2、MgF2；
故答案为：CaF2、MgF2；
（4）由图可知，调节pH在3.0～3.5之间，可使Mn2+萃取较完全，并尽可能减少C2+损失，故选B；
故答案为：B；
（5）①实验室里灼烧晶体，所需要的硅酸盐质仪器除了酒精灯和玻璃棒外，还有瓷坩埚和泥三角；
故答案为：瓷坩埚和泥三角；
②18.30g的物质的量为 ，以后是在空气中加热，则C点对应的产物为钴的氧化物，质量为8.30g，而0.1ml钴的质量为5.90g，则该氧化物中氧元素质量为8.30g-5.90g=2.40g，C原子与O原子的物质的量之比为 ，故C点所示产物的化学式是C2O3；
故答案为：C2O3。
【变式练习】
1．（2022·山东潍坊·高三期中）常温下是一种无色气体、溶于浓硫酸、易水解，常用作火箭高能燃料。工业用液氨法制取的流程如下：
已知：①硼酐是一种难溶物；
②石灰石中含有微量氧化铁、二氧化硅、硫单质等
回答下列问题：
(1)氨化釜中主要产物为，则滤渣Ⅰ的成分是_______，操作Ⅱ的名称_______。
(2)反应釜Ⅰ中产生两种气体，发生反应的离子方程式为_______。
(3)经过必要的处理可循环利用的物质是_______。
(4)反应釜Ⅱ中发生反应的化学方程式_______。
(5)利用离子色谱法可以检测三氟化硼中硫元素的含量，将样品通过检测液，进行色谱分析，得到如图所示结果。出现曲线1的原因可能是_______。
(6)利用电解氟硅酸钠的方法可以制取高纯度，装置如图所示。甲室中加入的电解质为_______，a膜选用_______(“阴离子”“阳离子”“质子”)交换膜。
【答案】(1) SiO2 蒸馏
(2)CaCO3+2+2F-=CaF2+CO2↑+2NH3↑+H2O
(3)氨气
(4)3CaF2+B2O3+3H2SO4(浓)=3CaSO4+2BF3+3H2O
(5)浓硫酸与S反应生成了SO2，SO2溶于水生成了亚硫酸根离子
(6) Na2SiF6溶液 阳离子
【详解】（1）根据分析可知，滤渣Ⅰ成分为SiO2，操作Ⅱ为蒸馏。
（2）反应釜I中NH4F和CaCO3反应生成氨气、二氧化碳和氟化钙，离子方程式为CaCO3+2+2F-=CaF2+CO2↑+2NH3↑+H2O。
（3）反应釜Ⅰ中生成了氨气，经必要处理后可生成液氨重复利用。
（4）根据分析可知，反应釜Ⅱ中反应的化学方程式为3CaF2+B2O3+3H2SO4(浓)=3CaSO4+2BF3+3H2O。
（5）浓硫酸与S反应生成了SO2，SO2溶于水生成了亚硫酸根离子。
（6）阳极上水失电子生成氧气和氢离子，氢离子与Na2SiF6反应生成H2SiF6，则甲室加入的电解质为Na2SiF6溶液，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，为防止丙室产生的氢氧根离子进入甲室与H2SiF6反应，同时为得到高纯度的H2SiF6，甲室的Na+需能通过a膜向丙室移动，则a膜选用阳离子交换膜。
2．（2022·辽宁沈阳·高三期中）碳酸锰在工业上常用作脱硫的催化剂、瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是，还含有等杂质)制取碳酸锰的流程如图所示。
已知：还原焙烧的主反应为。可能用到的数据如表所示：
根据要求回答下列问题：
(1)在实验室进行步骤A操作时，需要用到的主要仪器的名称：_______。
(2)步骤B中为提高浸取的速率采取的方法有_______(写两种方法)。
(3)步骤D发生反应的离子方程式为_______。
(4)步骤E中调节的范围为_______。
(5)步骤G发生反应的化学方程式为_______。
(6)已知溶液能将氧化为。证明步骤G中已完全反应的方法为___。
【答案】(1)铁坩埚
(2)搅拌、适当升高反应混合物的温度(合理即可)
(3)
(4)
(5)
(6)取少量上层清液于试管中，向其中滴入溶液，溶液不变为紫红色，可证明已经沉淀完全
【详解】（1）焙烧时碳酸钙会和瓷坩埚中的二氧化硅反应，所以应选用铁坩埚。
（2）步骤B中为提高浸取的速率采取的方法可以是搅拌、适当升高反应混合物的温度等。
（3）步骤D中加入可以将氧化为，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，结合物质的拆分原则，可得该反应的离子方程式为：。
（4）沉淀完全时的和开始沉淀时的，所以为完全除去，又不减小的含量的范围为。
（5）在步骤G中与反应生成沉淀、和，反应的化学方程式为：。
（6）若步骤G中已完全反应，则取少量上层清液于试管中，向其中滴入溶液，溶液不变为紫红色，可证明已经沉淀完全。
3．某工厂从废含镍有机催化剂中回收镍的工艺流程如图所示(已知废催化剂中含有及一定量的和有机物，镍及其化合物的化学性质与铁的类似，但的性质较稳定)。回答下列问题：
已知：部分阳离子以氢氧化物的形式完全沉淀时的如下表所示。
(1)为28号元素，写出原子基态电子排布式_______，用乙醇洗涤废催化剂的目的是_______，从废液中回收乙醇的方法是_______。
(2)为提高酸浸速率，可采取的措施有_______(答一条即可)
(3)硫酸酸浸后所得滤液A中含有的金属离子是_______，向其中加入反应的离子方程式为_______。
(4)滤液C进行如下所示处理可以制得。滤液溶液
①操作X是_______，过滤，洗涤，干燥。
②在强碱溶液中用氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料，该反应的离子方程式是_______。
【答案】(1) 1s22s22p63s23p63d84s2 溶解、除去催化剂表面的有机物 蒸馏
(2)将废催化剂粉碎或适当地提高硫酸的浓度或升高浸泡时的温度；
(3) 、、
(4) 冷却结晶
【详解】（1）①为28号元素,基态电子排布式为：1s22s22p63s23p63d84s2
②用乙醇可以溶解废催化剂表面的有机物，达到除去目的，答案为：溶解、除去催化剂表面的有机物
③可以利用乙醇与废液中有机物的沸点不同采用蒸馏的方法，答案为：蒸馏
（2）将废催化剂粉碎，增大反应物的接触面积，或适当地提高硫酸的浓度，或升高浸泡时的温度等措施均可以提高酸浸速率，故答案为：将废催化剂粉碎或适当地提高硫酸的浓度或升高浸泡时的温度；
（3）①由分析可知，硫酸酸浸后所得滤液A中含有硫酸镍、硫酸铝、硫酸铁，则溶液中含有的金属阳离子为、、；
②向滤液A中加入过氧化氢溶液的目的是保温条件下将亚铁离子氧化为铁离子，便于调节溶液pH时，将铁离子转化为沉淀除去，反应的离子方程式为
（4）①①硫酸镍的溶解度随温度的升高变化较大，故酸化后的硫酸镍溶液经冷却结晶得到七水硫酸镍晶体，故答案为：冷却结晶；
②由题意可知，生成碱式氧化镍的反应为碱性条件下，硫酸镍溶液与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应生成碱式氧化镍沉淀、硫酸钠、氯化钠和水，反应的离子方程式为，故答案为：。
探究二 常见无机物的制备、分离与提纯
用含钴废料(主要成分为，含有少量杂质)制备的流程如图所示。
已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的范围如下：
②在为4~6时，水解生成含胶粒的胶体。
请回答下列问题：
(1)“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有_______________(写出一种方法即可)。
(2)“酸浸”时与发生反应的离子方程式为______________________________。
(3)“除铁”中，溶液对除铁率和钴回收率影响如图所示。该步骤应控制范围是3.0~4.0图中钴回收率骤降的可能原因是______________________________。
(4)“除镍”步骤的实验操作名称是______________________________。
(5)“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是______________________________。
(6)“沉钴”步骤的化学反应方程式是_____________________________________________。
【答案】(1)粉碎、搅拌等
(2)
(3)水解生成含胶粒的胶体；胶体吸附大量的导致回收率下降
(4)萃取分液
(5)碳酸氢铵不稳定，温度太高会分解，温度过低会导致反应速率很慢
(6)
【详解】（1）“酸浸”步骤中可以有效提高废料利用率的方法有粉碎、搅拌等；
（2）“酸浸”时与发生反应生成二价钴和氧气、水，离子方程式为；
（3）已知，在为4~6时，水解生成含胶粒的胶体；胶体吸附大量的导致回收率下降；
（4）“除镍”步骤中为分离水层和有机层的操作，实验操作名称是萃取分液；
（5）“沉钴”时温度不能太低也不能太高，原因是碳酸氢铵不稳定，温度太高会分解，温度过低会导致反应速率很慢，降低效率；
（6）“沉钴”步骤中碳酸氢铵和反应生成硫酸铵和二氧化碳、水、，化学反应方程式是。
【变式练习】
1．（2022·宁夏·平罗中学高三期中）金属钛是一种性能优越的结构材料和功能材料，被誉为“太空金属”。以云南富民钛铁精矿(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，含SiO2、Al2O3等杂质)为原料，制备海绵状金属钛的流程设计如图：
已知：TiCl4及所含杂质氯化物的性质
回答下列问题：
(1)“氯化”过程需在沸腾炉中进行，且需维持在1050℃，若TiO2氯化时生成的CO与CO2的物质的量之比为1：1，则该反应的化学方程式为_______；氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_______(填化学式)。
(2)“精制"过程中，粗TiC4经两步蒸馏得纯TiCl4。第一步蒸馏分离出的杂质是_______(填化学式)；再将温度控制在一定的范围内蒸馏分离出纯TiCl4，所控制温度范围是_______。
(3)“氧化”过程的产物中可循环利用的是_______(填化学式)。
【答案】(1) FeCl3、AlCl3
(2) SiCl4 高于136℃而低于181℃
(3)Cl2
【详解】（1）维持在1050℃，若TiO2氯化时生成的CO与CO2的物质的量之比为1：1，反应同时生成四氯化碳，该反应的化学方程式为 ；根据图表中物质的沸点可知，氯化产物中氯化铁、氯化铝也会被气化导出，则冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有FeCl3、AlCl3；
（2）根据图表中物质的沸点可知，“精制"过程中，粗TiC4经两步蒸馏得纯TiCl4，SiCl4沸点较低，故第一步蒸馏分离出的杂质是SiCl4；再将温度控制在一定的范围内蒸馏分离出纯TiCl4，所控制温度范围是高于136℃而低于181℃；
（3）“氧化”过程四氯化钛和氧气反应生成二氧化钛和氯气，氯气在氯化过程中可循环利用。
2．（2022·福建·泉州七中高三期中）某化工厂从含NiO的废料(杂质为Fe2O3、CaO、CuO中回收、制备具有良好的电化学活性和高堆积密度的羟基氧化镍(NiOOH)的工艺流程如下图：
(1)如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是_______℃，若酸浸时将温度控制在80℃左右，则料渣1中会含有一定量的，其可能的原因_______。
(2)合适温度下，料渣1的主要成分是_______。
(3)生成S的化学方程式为_______。
(4)试剂X是一种绿色氧化剂，其化学式为_______，X参与反应时氧化剂与还原剂物质的量之比为_______，试剂Y用于调节溶液的pH，则pH的调控范围是_______(与沉淀相关的数据如表所示)。
(5)写出氧化过程中反应的离子方程式：_______
(6)工业上也可用电解碱性悬浊液的方法制备NiOOH，加入一定量的KCl有助于提高生产效率，原因_______。
【答案】(1) 70℃ Ni2+能水解，生成Ni(OH)2，升温能促进水解
(2)硫酸钙（CaSO4）
(3)
(4) H2O2 1:2 3.2≤pH