高中化学压轴题

压轴题二 化学工艺流程题

题型模型

化学工艺流程题结构一般包括题头、题干和题尾三部分。题头一般简单介绍以何种物质(主要成分是什么、含什么杂质等，要注意一些关键信息)为原料制备哪种物质，以及物质的性质和用途。题干部分则是工业制备的简化工艺流程图。题尾部分则是根据工业生产流程中涉及到的化学知识命题者精心设计的系列问题。对于学生解题需要的未学过的信息在三个部分都有可能出现，审题时须全盘考虑。

考点模型

(1)原料处理的方法和作用

①研磨：增大接触面积，加快溶解或加快反应速率。

②水浸：与水接触溶解或反应，可通过延长时间、搅拌或适当升温来加速，以提高浸出率。

③酸浸：与酸接触反应而溶解，使可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。可通过适当增大酸的浓度、升温和强力搅拌等加快反应速率。

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，使一些物质在后续过程中易溶解，并可使一些杂质(如有机物)在高温下氧化、分解。

(2)实验条件的控制和目的

①调节溶液的pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。

②控制体系的温度

a．控制低温：防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收；

b．采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质；

c．控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。

(3)物质分离或提纯常用的化学方法

①溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。

②沉淀法：a.加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去)；b.调节溶液的酸碱性。

③洗涤法：a.水洗；b.冰水洗；c.有机溶剂洗。其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干

燥。

(4)可循环物质的判断

①流程图中回头箭头的物质

②生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。

1．钒有金属“维生素”之称，研究发现钒的某些化合物对治疗糖尿病有很好的疗效。工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2、CuO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②、③的变化过程可表示为(HM为有机萃取剂)：

VOSO4(水层)＋2HM(有机层)VOM2(有机层)＋H2SO4(水层)

步骤②中萃取时必须加入适量碱，其原因是__________________________________。

步骤③中X试剂为________________________________________________________。

(2)步骤④的离子方程式为__________________________________________________。

(3)该工艺流程中，可以循环利用的物质有____________和____________。

(4)操作Ⅰ得到的废渣，用____________溶解，充分反应后，____________________(填写系列操作名称)，称量得到m g氧化铜。

(5)为了制得氨水，甲、乙两小组选择了不同方法制取氨气，请将实验装置的字母编号和制备原理填写在下表空格中。

实验装置 实验药品 制备原理

甲小组 A 氢氧化钙、氯化铵 反应的化学方程式为①______________________________________________________________________

__

乙小组 ②____ 浓氨水、氢氧化钠固体 分析产生氨气的原因③___________________________________________________

答案 (1)加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动，提高钒的萃取率 H2SO4

(2)ClO－3＋6VO2＋＋9H2O===Cl－＋6VO－3＋18H＋

(3)氨气(或氨水) 有机萃取剂

(4)氢氧化钠溶液 过滤、洗涤、干燥

(5)①2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△CaCl2＋2H2O＋2NH3↑

②B

③氢氧化钠溶于水放出大量热，温度升高，使氨的溶解度减小而放出；固体氧氧化钠吸水，促使氨放出；氢氧化钠电离出的OH－增大了氨水中OH－浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出

解析 (1)根据平衡移动原理，加碱中和H2SO4，使平衡正向移动，提高钒的萃取率。根据箭头的指向及名称(反萃取)，得到有机萃取剂，X应为H2SO4。(2)KClO3作氧化剂，VO2＋作还原剂，离子方程式为ClO－3＋6VO2＋＋9H2O===Cl－＋6VO－3＋18H＋。(3)根据箭头的指向，有机萃取剂和NH3可循环利用。(4)操作Ⅰ得到的废渣有SiO2和CuO，用NaOH溶解SiO2，过滤、洗涤、干燥可得到CuO。(5)若用NH4Cl固体和Ca(OH)2固体制NH3，应选用A装置，其化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2=====△2NH3↑＋2H2O＋CaCl2，若用浓氨水和NaOH固体制NH3，应选用B装置，放出NH3的原因可以从以下几个方面回答：①温度升高；②c(OH－)增大；③NaOH固体吸水。

2．以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下：

(1)氧化过程中发生反应的离子方程式是______________________________________，

检验氧化生成的阳离子的试剂是__________________________。

(2)尾气中主要含N2、O2、SO2和少量的CO2、H2O，取标准状况下的尾气V L测定SO2含量：

方案一：让尾气缓慢通过以下装置。

①C仪器的名称是________，该装置的作用是________________________________

________________________。

②实验时先通入尾气，再通入一定量氮气。若通过B装置的增重来测量SO2的体积分数。你认为该方案是否合理____________(填“是”或“否”)，请说明理由_____________________

________________________________________________________(若方案合理该空不必填写)。

方案二：将尾气缓慢通过足量溴水，在所得的溶液中加入过量氯化钡溶液后，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称得其质量为m g。

①加入过量氯化钡溶液的目的是____________________________________________。

②进行沉淀洗涤的方法是__________________________________________________。

③SO2含量的表达式是______________________(用含m、V的代数式表示)。

(3)从FeCl3溶液中得到FeCl3·6H2O晶体的操作包括____________、冷却结晶、过滤，该过程需保持盐酸过量，结合必要的离子方程式说明原因____________________________

________________________________________________________________________。

答案 (1)2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋ KSCN溶液

(2)方案一：①球形干燥管 防止空气中的水蒸气、CO2被B装置吸收

②否 尾气中的CO2也能被B装置吸收使所测质量分数偏大

方案二：①使生成的SO2－4完全转化为沉淀

②在漏斗中加蒸馏水至恰好没过沉淀，待水流下后再重复2～3次此操作

③2 240m233V%

(3)蒸发浓缩 Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，过量盐酸能够抑制Fe3＋水解

解析 工艺流程中的物质转化关系是：

FeS2――→O2 Fe2O3FeO――→HCl FeCl3FeCl2――→Cl2FeCl3溶液―→FeCl3·6H2O

(1)Cl2把Fe2＋氧化成Fe3＋，检验Fe3＋应选用KSCN溶液。

(2)①干燥管的作用是为了防止外界CO2和H2O(g)进入B装置，干扰测定结果；

②因为CO2也能被碱石灰所吸收，所以该方案不合理。方案二的原理是，利用溴水把SO2氧化成H2SO4，再加入BaCl2生成BaSO4沉淀，通过BaSO4沉淀的质量来确定SO2的含量；

③m233×22.4V×100%。

(3)因为FeCl3水解生成具有挥发性的盐酸，所以应保持盐酸过量，抑制Fe3＋的水解。

3．工业上利用电镀污泥(主要含有Fe2O3、CuO、Cr2O3及部分难溶杂质)回收铜和铬等金属，回收流程如下：

已知部分物质沉淀的pH及CaSO4的溶解度曲线如下：

Fe3＋ Cu2＋ Cr3＋

开始沉淀pH 2.1 4.7 4.3

完全沉淀pH 3.2 6.7 a

(1)在浸出过程中除了生成Fe2(SO4)3、Cr2(SO4)3外，主要还有___________________。

(2)在除铁操作中，需要除去Fe3＋和CaSO4，请完成相关操作：①加入石灰乳调节pH到约__________，检验Fe3＋已经除尽的操作是____________________________________；

②将浊液加热到 80 ℃，________________________。

(3)写出还原步骤中加入NaHSO3生成Cu2O固体反应的离子方程式________________________________________________________________________，

此步骤中加入NaHSO3得到Cu2O的产率为95%，若NaHSO3过量，除了浪费试剂外，还会出现的问题是______________。

(4)当离子浓度小于或等于1×10－5 mol·L－1时可认为沉淀完全，若要使Cr3＋完全沉淀则要保持c(OH－)≥______。[已知：Ksp[Cr(OH)3]＝6.3×10－31，363≈4.0]

答案 (1)CuSO4

(2)①3.2 取适量滤液，加KSCN溶液，若不变红，则说明Fe3＋已除尽 ②趁热过滤

(3)2H2O＋HSO－3＋2Cu2＋===Cu2O↓＋SO2－4＋5H＋

产生SO2，污染环境

(4)4.0×10－9 mol·L－1

解析 (1)Fe2O3、CuO、Cr2O3均和H2SO4反应，分别生成Fe2(SO4)3、CuSO4和Cr2(SO4)3。(2)根据表格中的数据，通过调节pH值，使Fe3＋完全沉淀，而Cr3＋、Cu2＋不沉淀，应调节pH达到3.2，检验微量Fe3＋，应选用KSCN溶液。根据CaSO4的溶解度曲线特点，应趁热过滤得到CaSO4沉淀。(3)Cu2＋把HSO－3氧化成SO2－4，本身还原成Cu2O，离子方程式为2H2O＋HSO－3＋2Cu2＋===Cu2O↓＋SO2－4＋5H＋