2020高考化学二轮复习专题七化工工艺流程专题强化训练

专题七 化工工艺流程

(建议用时：40分钟)

1．(2020·湖北华师一附中等八校联考)下图是某工业生产过程，请回答下列问题。

溶解度表(单位：g/100 g水)：

(1)该工业生产过程的目标产品是__________________(填化学式)。

(2)过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3 外还有一种物质，该物质的用途有_____________________________________________________________________(试举一例)。

(3)根据溶解度表，转化Ⅱ中适宜的温度是________。

A．0～10 ℃　　　　　 B．20～30 ℃

C．40～60 ℃  D．90～100 ℃

过滤Ⅱ操作所得滤渣是________。

(4)我国著名的化学家也利用了转化Ⅱ的反应原理制备了一种重要的碱，该制备过程的化学方程式为____________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)氯化钙结晶水合物(CaCl2·6H2O)进行脱水处理可制得常用的干燥剂，根据如图选择的最佳脱水方法是________。

A．氯化氢气流中加热到174 ℃

B．直接加热至174 ℃

C．直接加热至260 ℃

D．氯化氢气流中加热到260 ℃

(6)上述工业流程实现了绿色化学的理念，其中________________(填化学式)实现了循环利用，副产品________(填化学式)可转化为原料，整个流程基本实现了污染物零排放。

解析： (1)根据流程图可知，本工业生产过程的目标产品是CaCl2·6H2O。

(2)CaSO4 是一种微溶于水的物质，故另一种固体物质应为CaSO4，其用途有做石膏模型、加入水泥中调节水泥的硬化速率、做建筑材料等。

(3)转化Ⅱ发生反应：(NH4)2SO4＋2KCl===K2SO4↓＋2NH4Cl，根据表中数据可知，90～100 ℃时，硫酸铵、氯化钾、氯化铵的溶解度相对而言比硫酸钾大得多，溶液中容易析出硫酸钾晶体，故D正确；过滤Ⅱ操作所得滤渣是K2SO4(或K2SO4 和KCl)。

(4)我国著名化学家侯德榜利用了转化Ⅱ的反应原理制备了NaHCO3，该制备过程是在饱和食盐水中先通入足量的氨，再通入足量的二氧化碳产生碳酸氢钠沉淀，化学方程式为NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓。　

(5)无水氯化钙可用作干燥剂，2.19 g CaCl2·6H2O的物质的量为0.01 mol，而0.01 mol无水氯化钙的质量为1.11 g，故最佳脱水的方法是直接加热至260 ℃。

(6)蒸氨过程中NH3 可循环利用，副产品CaCO3 可转化为原料氧化钙和二氧化碳。

答案：(1)CaCl2·6H2O

(2)做石膏模型(或加入水泥中调节水泥的硬化速率或做建筑材料)　

(3)D　K2SO4(或K2SO4 和KCl)

(4)NH3＋H2O＋NaCl＋CO2===NH4Cl＋NaHCO3↓

(5)C　(6)NH3　CaCO3

2．铅的单质、氧化物、盐在现代工业中有着重要用途。

(1)铅能形成多种氧化物，如碱性氧化物PbO、酸性氧化物PbO2、类似Fe3O4 的Pb3O4，向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4 及炭黑等)和H2SO4 为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：

过程1中分离提纯的方法是________，滤液2中的溶质主要是________(填物质的名称)。过程1中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 反应生成PbSO4 的化学方程式是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4 的电解液，电解Na2PbCl4 溶液生成Pb的装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________

________________________________________________________________________。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__________。

③电解过程中，Na2PbCl4 电解液浓度不断减小，为了恢复其浓度，应该向________极室(填“阴”或“阳”)加入__________(填化学式)。

解析：(1)向盛有PbO2 的圆底烧瓶中滴加浓盐酸，产生黄绿色气体，则该气体为氯气，根据氧化还原反应的规律及元素守恒可知，产物还有PbCl2 和水，其化学方程式为PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。

(2)过程1中得到了滤液和不溶物PbSO4，则过程1的操作方法为过滤；PbSO4 与氢氧化钠反应生成物除了PbO以外，还应有硫酸钠，则滤液2中的溶质主要是硫酸钠，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2 在稀硫酸作用下发生归中反应生成PbSO4 的化学方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。

(3)①电解时阴极上PbCl得电子生成Pb，其电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－。

②电解过程中，惰性电极a(阳极)上水失电子发生氧化反应，其电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，为平衡电荷，生成的H＋会通过阳离子交换膜移向阴极。

③电解过程中，阴极的电极反应为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，则可在阴极补充PbO生成PbCl，使Na2PbCl4 电解液浓度恢复。

答案：(1)PbO2＋4HCl(浓)===PbCl2＋Cl2↑＋2H2O

(2)过滤　硫酸钠　Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O

(3)①PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－　②H＋　③阴　PbO

3．最新研究表明As2O3在医药领域有重要应用。某小组从工业废料中提取As2O3，设计流程如下：

已知：H3AsO3为弱酸，热稳定性差。

(1)写出一条“碱浸”时提高浸取率的方法：________________________；“碱浸”中H3AsO3转化成Na3AsO3的离子方程式为__________________________________________。

(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，目的是____________________________________________________________________________。

(3)“沉砷”过程中有如下反应：

①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH＜0

②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)

Ca5(OH)(AsO4)3(s)　ΔH＞0

沉砷率与温度关系如图。沉砷最佳温度为____________，高于85 ℃时，沉砷率下降的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)“还原”过程中获得H3AsO3的化学方程式为______________________________

________________________________________________________________________；

“操作A”为______________、过滤；滤液Ⅱ的主要溶质是________。

(5)若每步均完全反应，“氧化”和“还原”时消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝________(写出含x、y的计算式)。

解析：工业废料(含H3AsO3、H3AsO4)加入氢氧化钠溶液“碱浸”，与氢氧化钠反应生成Na3AsO3、Na3AsO4溶液，通入氧气，将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，向溶液中加入石灰乳，得到Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，将 Ca5(OH)(AsO4)3用硫酸酸化得到H3AsO4，通入二氧化硫与H3AsO4溶液混合：H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4，还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，据此分析解答。

(1)反应物接触时间越长，反应越充分，所以“碱浸”时可采用搅拌或多次浸取使其充分反应，提高原料浸取率；H3AsO3与氢氧化钠溶液发生酸碱中和反应，离子方程式为H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O。

(2)“氧化”时向混合液中通入O2时对体系加压，可以增大O2的溶解度，加快反应速率。

(3)“沉砷”是将砷元素转化为Ca5(OH)(AsO4)3沉淀，发生的主要反应有①Ca(OH)2(s)Ca2＋(aq)＋2OH－(aq)　ΔH<0、②5Ca2＋(aq)＋OH－(aq)＋3AsO(aq)Ca5(OH)(AsO4)3(s)　ΔH>0，高于85 ℃，随着温度升高，反应①中 c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降。

(4)“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，自身被氧化生成硫酸，化学方程式为H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4；还原后加热溶液，H3AsO3分解为As2O3，所以“操作A”为加热、过滤；由化学方程式可知，滤液 Ⅱ 的主要溶质是H2SO4。

(5)“氧化”过程中将Na3AsO3氧化为Na3AsO4，关系式为2H3AsO3～2Na3AsO3～O2；“还原”过程中二氧化硫将H3AsO4还原为H3AsO3，关系式为H3AsO4～SO2；已知消耗相同条件下O2和SO2的体积分别为x L、y L，体积比等于物质的量之比，即n(O2)∶n(SO2)＝x∶y，由关系式可知，n(H3AsO3)＝2n(O2)＝2x，则废水中原有的 n(H3AsO4)＝y－2x，则废水中n(H3AsO3)∶n(H3AsO4)＝2x∶(y－2x)。

答案：(1)搅拌(或多次浸取或其他合理答案)　H3AsO3＋3OH－===AsO＋3H2O　(2)增大O2的溶解度，加快反应速率　(3)85 ℃　随着温度升高，反应①中c(Ca2＋)、c(OH－)减小，温度对平衡移动的影响反应①大于反应②，使反应②中平衡逆向移动，沉砷率下降

(4)H3AsO4＋H2O＋SO2===H3AsO3＋H2SO4　加热　H2SO4　(5)2x∶(y－2x)

4．(2019·高考名校联考信息优化卷)硼氢化钠(NaBH4)广泛用于化工生产，常温下能与水反应，易溶于异丙胺(沸点为33 ℃)。工业上可用硼镁矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O，含少量杂质Fe3O4)制取NaBH4，其工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)NaBH4的电子式为________。

(2)“碱溶”时Mg2B2O5发生反应的化学方程式是______________________________

________________________________________________________________________。

(3)滤渣的成分是________。

(4)高温合成中，加料之前需将反应器加热至100 ℃以上并通入氩气，该操作的目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

原料中的金属钠通常保存在________中，实验室取用少量金属钠用到的实验用品有________、________、玻璃片和小刀。

(5)操作2的名称为________。流程中可循环利用的物质是________。

(6)在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4，装置如图所示，电解总反应的离子方程式为______________________________________________________。

(7)NaBH4常用作还原剂，H2也是常见的还原剂。与相同氧化剂反应时，1 g NaBH4的还原能力相当于________g H2的还原能力(B元素化合价不变，氧化产物中氢元素化合价相同，计算结果保留两位小数)。

解析：(1)NaBH4的电子式为。(2)由流程图可知，“碱溶”时Mg2B2O5与NaOH反应转化为NaBO2，发生反应的化学方程式是Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2。(3)硼镁矿中Fe3O4不溶于浓NaOH溶液，以滤渣的形式析出，另外，“碱溶”时生成的Mg(OH)2也以滤渣的形式析出，所以滤渣的成分为Mg(OH)2和Fe3O4。(4)Na的性质活泼，能与水和空气中的氧气反应，结合题干中硼氢化钠在常温下能与水反应，所以加料之前须先排除水蒸气和空气(或氧气)的干扰。(5)NaBH4易溶于异丙胺且异丙胺的沸点较低，结合流程图可知，操作2是蒸馏NaBH4的异丙胺溶液，回收异丙胺，异丙胺可循环利用。(6)由“在碱性条件下，用惰性电极电解NaBO2溶液也可制得NaBH4”可知，电解总反应的离子方程式为BO＋2H2OBH＋2O2↑。(7)NaBH4和氢气做还原剂时氧化产物中氢元素都为＋1价，则1 g NaBH4的还原能力相当于0.21 g H2的还原能力。

答案：(1)

(2)Mg2B2O5＋2NaOH＋H2O===2NaBO2＋2Mg(OH)2

(3)Fe3O4和Mg(OH)2

(4)除去反应器中的水蒸气和空气　煤油　镊子　滤纸

(5)蒸馏　异丙胺

(6)BO＋2H2OBH＋2O2↑

(7)0.21

5．锌是一种常用金属，工业上利用锌焙砂(主要含ZnO、ZnFe2O4，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等)湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题。

已知：Fe的活泼性强于Ni。

(1)ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3，则ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)“净化Ⅰ”操作分为两步：

①将溶液中少量的Fe2＋氧化，下列试剂中可选用的是____________(填字母)。

A．新制氯水　　　　 B．30%H2O2溶液

C．FeCl3溶液  D．KMnO4溶液

②加入ZnO，调节溶液pH为3.3～6.7，加热到60 ℃左右并不断搅拌，加热搅拌的主要目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是____________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是_______________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)根据ZnFe2O4可写成ZnO·Fe2O3可知，ZnFe2O4与硫酸反应的化学方程式为ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O。(2)①将溶液中少量的Fe2＋氧化，应选用氧化性较强且不会引入新杂质的物质，新制氯水的还原产物为氯离子，会引入新的杂质，氯化铁无法将Fe2＋氧化，且会引入新的杂质，KMnO4的还原产物为二价锰离子，会引入新的杂质，因此应选用过氧化氢。②加热搅拌的目的是促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去。(3)因为Fe(OH)3胶体具有吸附性，故“净化Ⅰ”生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质。(4)结合流程图可知，“净化Ⅱ”中加入过量Zn的目的是使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去。

答案：(1)ZnFe2O4＋4H2SO4===ZnSO4＋Fe2(SO4)3＋4H2O　(2)①B　②促进Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀，并使过量的过氧化氢分解除去

(3)氢氧化铁胶体具有吸附性

(4)使Cu2＋、Ni2＋转化为Cu、Ni而除去