高三化学工艺流程题

2015年高三化学工艺流程题

一、解题思路

呈现形式：流程图、表格、图像

设问方式：措施、成分、物质、原因

能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力

知识落点：基本理论、元素化合物、实验

无机工业流程图题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。

【例题】某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下

沉淀物Fe(OH)3 Al(OH)3 Mg(OH)2

pH 3．4 5．2 12．4 部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：

（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有（要求写出两条）（2）滤渣I的主要成分有。（3）从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质有。

（4）Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：

MgCl2+2NaClO3===Mg(ClO3)2+2NaCl

已知四种化合物的溶解度（S）随温度（T）变化曲线如下图所示：

①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备

Mg(ClO3)2，简述可制备Mg(ClO3)2的原因：。

②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过

程中，常伴有NaCl析出，原因是：。除去产品中

该杂质的方法是：。

Ⅱ分离提纯

Ⅰ预处理Ⅱ分离提纯

Ⅲ还原

原 料：矿石（固体） 预处理：酸溶解（表述：“浸出”）

除 杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀

核心化学反应是：控制条件，调节PH ，使Mg 2+

全部沉淀 1. 解题思路

明确整个流程及每一部分的目的 → 仔细分析每步发生的反应及得到的产物 → 结合基础理论与实际问题思考 → 注意答题的模式与要点

在解这类题目时：

首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性

在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 分析流程图需要掌握的技巧是：

① 浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物；

② 了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随

时进行联系和调用； ③ 解析流程图并思考：

从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？

无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理

2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH 调节、溶剂选择）

3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与

提纯）

4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用） 5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律

主线主产品 分支副产品 回头为循环

核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯

3.

4.熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理(列举如下)

原料预处理 除杂、净化

产品分离提纯

反应条件控制

原料循环利用

排放物的无害化处理

业

????????

???????

合成氨工业??????? 主要原料：空气、化石燃料、水反应原理????

?

C ＋H 2

O g =====高温

CO ＋H 2

H 2O g ＋CO=====催化剂

CO 2＋H

2

N 2＋3H 2高温、高压催化剂

2NH 3

主要设备：合成塔

主要生产过程：原料气制备→净化→压缩 →合成→分离硫酸工业??????? 主要原料：空气、黄铁矿硫铁矿或硫磺、水

反应原理与设备????? 4FeS 2＋11O 2=====高温

2Fe 2O 3

＋8SO 2

——沸腾炉2SO 2＋O

2催化剂△

2SO 3

——接触室SO 3＋H 2O===H 2

SO 4

——吸收塔

生产过程：SO 2的制取→净化→SO 2

的氧化

→SO 3

的吸收

?

????

??

????

氯碱工业???????

主要原料：饱和食盐水反应原理??

? 电极反应?

???? 阴极：2H ＋

＋2e －

===H 2

↑

阳极：2Cl －

－2e －

===Cl 2

↑总反应：2NaCl ＋2H 2

O=====电解

2NaOH

＋H 2↑＋Cl 2

↑

主要设备：离子交换膜电解槽生产过程：粗盐水→精制→电解

玻璃工业?????

主要原料：石灰石、石英、纯碱反应原理???

??

CaCO 3＋SiO 2=====高温

CaSiO 3＋CO 2

↑Na 2CO 3＋SiO 2=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2

↑主要成分：Na 2O·CaO·6SiO

2

5. 熟悉工业流程常见的操作与名词 原料的预处理

①溶 解 通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等 ②灼 烧 如从海带中提取碘

③煅烧如煅烧高岭土改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质高温下氧化、分解

④研磨适用于有机物的提取如苹果中维生素C的测定等。

控制反应条件的方法

①控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 ---- pH值的控制。

物质开始沉淀沉淀完全

Fe(OH)3 2.7 3.7

Fe(OH)27.6 9.6

Mn(OH)28.3 9.8

问题：若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？

调节pH所需的物质一般应满足两点：

○i、能与H＋反应，使溶液pH值增大；○ii、不引入新杂质。

例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH 值

②蒸发、反应时的气体氛围

③加热的目的加快反应速率或促进平衡向某个方向移动

④降温反应的目的防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动

⑤趁热过滤防止某物质降温时会析出

⑥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

物质的分离和提纯的方法

①结晶——固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）

②过滤——固、液分离③蒸馏——液、液分离

④分液——互不相溶的液体间的分离

⑤萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。

⑥升华——将可直接气化的固体分离出来。⑦盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出

常见名词

浸出：固体加水（酸）溶解得到离子

浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少

酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程

水洗：通常为除去水溶性杂质

水浸：与水接触反应或溶解?原味还原高考

【还原高考1】（2012·全国新课标卷）36. 【选修2化学与技术】(15分)

由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别

是、，反射炉内生成炉渣的主要成分是；

（2）冰铜（Cu 2S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%--50%。转炉中，将冰铜加熔

剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，

生成Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化

学方程式分别是、；

（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极_ _（填图中的字母）；

在电极d上发生的电极反应式为；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为。

【还原高考2】（2011山东理综）实验室以含有Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO2－4、Br－等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的试剂是________，所用主要仪器的名称是________________。

（2）加入溶液W的目的是________。用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2＋。由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是______________。酸化溶液Z时，使用的试剂为__________。

开始沉淀时的pH 沉淀完全时的pH

Mg2＋9.6 11.0

Ca2＋12.2 c(OH－)＝1.8 mol·L－1

（2。

（4）常温下，H2SO3的电离常数K a1＝1.2×10－2，K a2＝6.3×10－8；H2CO3的电离常数K a1＝4.5×10－7，K a2＝4.7×10－11。某同学设计实验验证H2SO3酸性强于H2CO3：将SO2和CO2气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H2SO3酸性强于H2CO3。该实验设计不正确，错误在于______________。

设计合理实验验证H2SO3酸性强于H2CO3(简要说明实验步骤、现象和结论)：__________________。

仪器自选。

供选择的试剂：CO2、SO2、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3、NaHSO3、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO4溶液、品红溶液、pH试纸。

?细品经典例题

【经典例题1】（2013石景山期末）18．（12分）钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率，减少环境污染。

请回答下列问题：

（1）Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_______周期，第______族。

（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式。

（3）制备TiO

2的方法之一是利用TiCl

4

水解生成TiO

2

·x H

2

O，再经焙烧制得。水解时

需加入大量的水并加热，请结合化学方程式和必要的文字说明原因：

（4）由TiCl

4

→Ti 需要在Ar气中进行的理由是_________________________________。反应

后得到Mg、MgCl

2

、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于℃即可。

TiCl

4Mg MgCl

2

Ti

熔点/℃

－

25.0

648.8 714 1667

沸点

/℃

136.4 1090 1412 3287

（5）用氧化还原滴定法测定TiO

2的质量分数：一定条件下，将TiO

2

溶解并还原为Ti3+，再

以KSCN溶液作指示剂，用NH

4Fe(SO

4

)

2

标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。滴定分析时，

称取TiO

2

（摩尔质量为M g/mol）试样w g，消耗c mol/L NH4Fe(SO4)2标准溶液V mL，

则TiO

2

质量分数为___________________。（用代数式表示）

（6）由CO和H

2合成甲醇的方程式是：CO(g)＋2H

2

(g)CH

3

OH(g)。若不考虑生产过程中物

质的任何损失，上述产业链中每合成6mol甲醇，至少需额外补充H

2

mol。

【经典例题2】硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的

主要成分是ZnCO

3，并含少量的Fe

2

O

3

、FeCO

3

、MgO、CaO等，生产工艺流程示意图如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是

_______________________________________________________。（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：

Fe(OH)

2＋__________＋__________===Fe(OH)

3

＋Cl－

（3）针铁矿(Coethite)是以德国诗人歌德(Coethe)名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是__________。

（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为

________________。

Mg(OH)

2Zn(OH)

2

MgCO

3

CaCO

3

开始沉淀的

pH

10.4 6.4 －－

沉淀完全的

pH

12.4 8.0 －－

开始溶解的

pH

－10.5 －－

K

sp

5.6×10－12－

6.8×10－6 2.8×10－9

（

a．大理石粉b．石灰乳

c．纯碱溶液d．烧碱溶液

（6）“滤液4”之后的操作依次为__________、__________、过滤、洗涤、干燥。

（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO

3

的质量分数不低于

____________________________。

【经典例题3】（2013中山期末）17．（13分）将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO4·2H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。

（1）本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、CaCO3、H2O外，还需要

等原料。

（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：

（3）过滤Ⅰ操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32－的操作方法是：

_________________________________________________________________。

（4）若过滤I的滤液中的Ca2+浓度低于1.0×10－5mol·L－1时可认为被沉淀完全。若要使Ca2+沉淀完全，则滤液中CO32－离子的物质的量浓度不得低于。

（已知：K sp(CaCO3)=5.0×10－9）

（5）写出蒸氨过程中的化学方程式。

（6）氯化钙结晶水合物（CaCl2·6H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是

a．熔点较低（29℃熔化） b．能导电 c．能制冷 d．无毒

?精选名题巧练

【名题巧练1】（2013宜宾一诊）11．(16分）由软锰矿（主要成分为MnO2)制备KMnO4的实验流程可表示如下：

（1）操作Ⅱ的名称是____________。

（2）可循环利用的物质____________(填化学式）。

（3）反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是______。

（4）反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的______(填字母序号）

A．稀盐酸 B．稀硫酸 C．稀醋酸

（5）电解猛酸钾溶液也可以得到高锰酸钾，其阴极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，如下图，b作____________极，电解池的阳极反应式是____________；若电解过程中收集到2.24L H2 (标准

状况），则得到高锰酸钾____________克。

(提示：阴离子放电顺序MnO2-

>OH-）

4

【名题巧练2】（2013广州期末）32．（16分）以地下卤水（主要含NaCl ，还有少量Ca 2+、Mg 2+

）为主要

原料生产亚硫酸钠的新工艺如下，同时能得到用作化肥的副产品氯化铵。

已知以下四种物质的溶解度曲线图：

（1）“除杂”时，先加入适量石灰乳过滤除去Mg 2+

，再通入CO 2并用少量氨水调节pH 过滤除去Ca 2+

，

“废渣”的主要成分为 、 。 （2）“滤渣1”的化学式为 。

（3）在“滤液1”中加入盐酸的目的是 。

“滤渣2”的化学式为 。

（4）已知H 2CO 3和H 2SO 3的电离常数如下表，“通入SO 2”反应的化学方程式为 。

【名题巧练3】（2013武威六中二诊）36. 【化学----七水硫酸镁（MgSO 4·7H 2O ）在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。可利用化工厂生产硼砂的废渣M （主要成分是MgCO 3，还含有MgO 、SiO 2、Fe 2O 3、FeO 、CaO 、Al 2O 3等杂质）来制取七水硫酸镁。已知：

表1 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH

沉淀 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mg(OH)2 pH

5.2

3.2

9.7

11.2

温度 10℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ CaSO 4 0.19 0.21 0.21 0.20 0.19 MgSO 4·7H 2O

30.9

35.5

40.8

45.6

——

由废渣M

物质 电离常数（25℃）

H 2CO 3 K 1=4.4X10－7 K 2=4.7X10－11 H 2SO 3

K 1=1.23X10－2 K 2=5.6X10－8

回答下列问题：

（1）过滤I的滤液中加入NaClO溶液的目的是，写出反应的离子方程式，需要加热煮沸的目的是。

（2）操作Ⅱ所用的玻璃仪器是。

（3）检验过滤Ⅱ后的滤液中是否含有Fe3+，其实验方法是。(用离子方程式表示).

（4）沉淀C的化学式是，过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是。

【名题巧练4】

（2013东莞期末）32．（16分）实验室用硫酸厂烧渣（主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2等）制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）和绿矾(FeSO4?7H2O)，有关的工艺流程如下：

（1）将过程②中产生的气体通入下列溶液中，溶液不会褪色的是___________（填编号）；

A．品红溶液 B．紫色石蕊溶液C．酸性KMnO4溶液 D．溴水

（2）在①中已知FeS中铁元素生成Fe3+，S元素生成单质硫，FeS、O2、H2SO4反应的方程式是；

（3）在③中，需加入的物质是___________________________；

（4）在④中，蒸发浓缩需要的硅酸盐仪器除酒精灯外，还有_______________________；

（5）在⑥中，将溶液Z控制到70～80℃的目的是________________________________；

（6）为测量聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验（假设杂质中不含铁元素和硫元素）：称取2.700g样品，将样品溶于足量的盐酸后，滴加过量的BaCl2；过滤、洗涤、干燥，称量固体

的质量为3.495g。若该聚铁主要成分为[Fe(OH)(SO4)]n，求该聚铁样品中铁元素的质量分数【M r (BaSO4) =233、M r (Fe) =56】。（写出计算过程，结果保留4位有效数字）。

【名题巧练5】（2013肇庆期末）32．（16分）锌钡白是一种白色颜料。工业上是由ZnSO4与BaS溶液混合而成：BaS+ZnSO4==ZnS↓+BaSO4↓。请根据以下工业生产流程回答有关问题。

I．ZnSO4溶液的制备与提纯：

有关资料：a．菱锌矿的主要成分是ZnCO3，含少量SiO2、FeCO3、Cu2(OH)2CO3等；b．Zn(OH)2与Al(OH)3相似，能溶于过量的NaOH溶液生成Na2ZnO2；

（1）滤渣1的化学式为；②中使用的氧化剂最好是下列的（填序号）。

A．Cl2 B．H2O2 C．KMnO4 D．浓HNO3

（2）滤渣2中主要成分的化学式为；为了达到综合利用、节能减排的目的，上述流程步骤④中的CO2可以来自于步骤（选填①、②、③、⑤）。

（3）步骤④发生的离子反应方程式为。

II．BaS溶液的制备

有关数据：Ba（s）＋S（s）＋2O2（g）＝BaSO4（s）△H1 = －1473.2 kJ?mol－1

C（s）＋1/2O2（g）＝CO（g）△H2 = －110.5 kJ?mol－1

Ba（s）＋ S（s）＝BaS（s）△H3 = －460 kJ?mol－1

（4）若煅烧还原的产物仅为BaS和CO，则其反应的热化学方程式：。

Ⅲ.制取锌钡白

（5）如果Ⅰ中步骤⑤使用硫酸过量，产生的后果是。

过滤

水浸取

煅烧还原

BaS溶液

重晶石（BaSO4）

矿粉、煤粉

BaS

CO

【名题巧练6】

聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝[Al2(OH)n Cl6－n]。

本实验采用铝盐溶液水解絮凝法制备碱式氯化铝。其制备原料为分布广、价格廉的高岭土，化学组成为：Al2O3（25%～34%）、SiO2（40%～50%）、Fe2O3（0.5%～3.0%）以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。制备碱式氯化铝的实验流程如下：

煅烧溶解

搅拌、过滤 调节溶液pH在4.2～4.5蒸发浓缩90℃～100℃

高岭土15%盐酸少量铝粉适量CaCO

3

Al

2(OH)

n

Cl

6－n

根据流程图回答下列问题：

⑴“煅烧”的目的是_________________________________________________________。

⑵配制质量分数15％的盐酸需要200 mL 30％的浓盐酸（密度约为1.15 g·cm－3）和_______ g蒸馏水，配制用到的仪器有烧杯、玻璃棒、______________。

⑶“溶解”过程中发生反应的离子方程式为__________________________________________。

⑷加少量铝粉的主要作用是_____________________________________。

⑸“调节溶液pH在4.2～4.5”的过程中，除添加必要的试剂，还需借助的实验用品是_________________；“蒸发浓缩”需保持温度在90～100℃，控制温度的实验方法是_________________。

【名题巧练7】

在已知提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用下面的工艺流程生产单质碘：

试回答：

（1）乙、丁中溶质的分子式：乙，丁。

（2）第④步操作中用稀H2SO4浸洗的目的是（填写字母编号）

a.除去未反应的NO3－

b.除去未反应的I－

c.除去未反应的Fe

d.除去碱性物质

（3）第⑦步操作可供提纯的两种方法是和（不要求写具体步骤）。（4）实验室检验I2的方法是。

（5）甲物质见光易变黑，其原因是（用化学方程式表示）。

（6）①中溶解银的硝酸应该用硝酸（填浓或稀）。

原因是。

【名题巧练8】

工业上用铝土矿（成分为氧化铝、氧化铁）制取铝的过程如下：

请回答下列问题：

（1）水蒸气的作用。