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高考化学专题突破训练(一) 化学工艺流程试题的解题策略  

2018-04-16 07:02:13|  分类: 试题精选 |  标签: |举报 |字号 订阅

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专题突破训练() 

化学工艺流程试题的解题策略

1(2015·福建高考节选)无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。

【导学号:95812105

(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为______________________________________________________

(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含有Fe2O3SiO2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:

已知:

物质

SiCl4

AlCl3

FeCl3

FeCl2

沸点/

57.6 

180(升华)

300(升华)

1 023 

①步骤Ⅰ中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多,其作用是_________(只要求写出一种)

②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是________

③步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后,气体用足量的NaOH冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化学式分别为___________________________

④结合流程及相关数据分析,步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是___________

[解析] (1)Al3水解生成Al(OH)3胶体和H

(2)水分减少可防止Al3的水解,气孔数目增多,增大了接触面积,可以加快反应速率;焦炭能还原矿石中的铁;尾气中存在Cl2CO2,故与NaOH溶液反应生成NaClNaClONa2CO3根据工艺流程示意图可知液态混合物中含有FeCl3杂质,因此加入铝粉可除去FeCl3,提高AlCl3的纯度。

[答案] (1)Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H

(2)①防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积,加快反应速率 ②铁或Fe ③NaClNaClONa2CO3 ④除去FeCl3,提高AlCl3纯度

2(2015·安徽高考改编)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值,某研究小组采用偏硼酸钠(NaBO2)为主要原料制备NaBH4,其流程如下:

已知:NaBH4常温下能与水反应,可溶于异丙胺(沸点:33 )

(1)在第①步反应加料之前,需要将反应器加热至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需要用到的实验用品有________________、玻璃片和小刀等。

(2)第②步分离采用的方法是________;第③步分出NaBH4并回收溶剂,采用的方法是________

(3)写出第①步反应的化学方程式_______________________________

[解析] (1)通入氩气后排净反应器中的水蒸气和空气,防止NaNaBH4与水和空气中的O2反应;金属钠通常保存在煤油中;在取用钠时,应用镊子将钠从煤油中取出,并用滤纸吸干表面的煤油。

(2)经过第步后得到溶液和固体,故该操作为过滤;由于异丙胺的沸点较低,故第步可以采用蒸馏的方法分离出NaBH4并回收溶剂。

[答案] (1)除去反应器中的水蒸气和空气 煤油 镊子 滤纸 (2)过滤 蒸馏 (3)NaBO22SiO24Na2H2===NaBH42Na2SiO3

3(2014·江苏高考)烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3SiO2)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)62x]溶液,并用于烟气脱硫研究。

(1)酸浸时反应的化学方程式为_________________________________

滤渣Ⅰ的主要成分为________(填化学式)

(2)CaCO3调节溶液的pH3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)62x

滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式);若溶液的pH偏高,将会导致溶液中铝元素的含量降低,其原因是_______________(用离子方程式表示)

(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量,其主要原因是__________________________________

与吸收SO2前的溶液相比,热分解后循环利用的溶液的pH________(填"增大""减小"或"不变")

[解析] (1)酸浸时能与H2SO4反应的是Al2O3H2SO4Al2O3反应生成盐和水,SiO2不和H2SO4反应,成为滤渣。(2)CaCO3和溶液中的H2SO4反应生成CaSO4;如果pH偏高,一部分Al3会转化为Al(OH)3沉淀,离子方程式为3CaCO32Al33SO3H2O===2Al(OH)33CaSO43CO2(3)热分解时,一部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐,不能分解成为SO2SO2溶于水生成H2SO3,会中和溶液中的部分OH,使溶液的pH减小。

[答案] (1)Al2O33H2SO4===Al2(SO4)33H2O SiO2 (2)CaSO4 3CaCO32Al33SO3H2O===2Al(OH)33CaSO43CO2

(3)溶液中的部分SO被氧化成SO 减小

4(2017·黄冈质检)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有CaOAl2O3Fe2O3FeOMnOB2O3SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:

(1)滤渣A能溶于氢氟酸,写出其反应的化学方程式__________________

(2)滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体,则滤渣B含有的成分有____________________,加MgO并煮沸的目的是_______________________

(3)写出加NaClO过程中发生反应的离子方程式_______________________

(4)趁热过滤的目的是_______________________________

(5)B2O3溶于硫酸,所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸(H3BO3),硼酸与NaOH溶液反应可制得硼砂,写出该反应的化学方程式____________

失去结晶水的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的"万能还原剂——NaBH4"和另一种钠盐,写出其反应的化学方程式______

[解析] (1)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7·10H2O)时的废渣,其主要成分是MgO,还含有CaOAl2O3Fe2O3FeOMnOB2O3SiO2等杂质,在硼镁泥中加硫酸,二氧化硅不溶,所以过滤后的滤渣A为二氧化硅,二氧化硅和氢氟酸反应的方程式为SiO24HF===SiF42H2O(2)加次氯酸钠的目的是为了将亚铁离子和Mn2氧化,氧化后加氧化镁是为了调节pH,让铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀除去,滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体是二氧化锰,所以滤渣B的成分为:Al(OH)3Fe(OH)3MnO2(3)NaClO 过程中发生反应的离子方程式为Mn2ClOH2O===MnO2Cl2H2Fe2ClO2H===2Fe3ClH2O(4)蒸发浓缩、趁热过滤是为了除去硫酸钙,温度降低后,即冷却结晶后析出了硫酸镁,所以趁热过滤是为了防止硫酸镁析出。(5)4H3BO32NaOH3H2O===Na2B4O7·10H2O;失去结晶水的硼砂(Na2B4O7)与金属钠、氢气及石英砂(主要成分是SiO2)一起反应可制备有机化学中的"万能还原剂——NaBH4"和另一种钠盐,这种钠盐应该是硅酸钠,反应的方程式为Na2B4O716Na8H27SiO2===4NaBH47Na2SiO3

[答案] (1)SiO24HF===SiF4↑+2H2O

(2)Al(OH)3Fe(OH)3MnO2 调高溶液pH,促进Al3Fe3完全水解成氢氧化物沉淀而除去 (3)Mn2ClOH2O===MnO2↓+Cl2H2Fe2ClO2H===2Fe3ClH2O (4)防止MgSO4在温度降低时结晶析出 (5)4H3BO32NaOH3H2O===Na2B4O7·10H2O Na2B4O716Na8H27SiO2===4NaBH47Na2SiO3

5(2015·山东高考)工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(NONO2)制备NaNO2NaNO3,工艺流程如下:

已知:Na2CO3NONO2===2NaNO2CO2

(1)中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外,还有________(填化学式)

(2)中和液进行蒸发Ⅰ操作时,应控制水的蒸发量,避免浓度过大,目的是________________。蒸发Ⅰ产生的蒸汽中含有少量NaNO2等有毒物质,不能直接排放,将其冷凝后用于流程中的________(填操作名称)最合理。

(3)母液Ⅰ进行转化时加入稀HNO3的目的是______________________

母液Ⅱ需回收利用,下列处理方法合理的是________

a.转入中和液      B.转入结晶Ⅰ操作

c.转入转化液     D.转入结晶Ⅱ操作

(4)若将NaNO2NaNO3两种产品的物质的量之比设为21,则生产1.38NaNO2时,Na2CO3的理论用量为________(假设Na2CO3恰好完全反应)

[解析] (1)NO2与碱液反应可生成NaNO3

(2)蒸发操作的目的是使NaNO2结晶析出,使NaNO3留在母液中,当H2O蒸发量太大时,可能会造成NaNO3的浓度过大,从而形成饱和溶液而结晶析出。NaNO2冷凝后用于流程中的溶碱操作,以达到原料循环利用的目的。

(3)酸性条件下,NaNO2易被氧化,加入HNO3可提供酸性环境。母液中含有NaNO3,将其转入转化液,或转入结晶操作,以达到原料循环利用的目的。

(4)Na2CO3理论用量为x,根据Na元素守恒得2×=+×,解得x1.59 t

[答案] (1)NaNO3

(2)防止NaNO3的析出 溶碱

(3)NaNO2转化为NaNO3 cd

(4)1.59

6(2013·全国卷)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)

回答下列问题:

(1)LiCoO2中,Co元素的化合价为________

(2)写出"正极碱浸"中发生反应的离子方程式______________________

(3)"酸浸"一般在80 ℃下进行,写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式__________________________________

可用盐酸代替H2SO4H2O2的混合液,但缺点是____________________

(4)写出"沉钴"过程中发生反应的化学方程式 ___________________

(5)充放电过程中,发生LiCoO2Li1xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式_________________________

(6)上述工艺中,"放电处理"有利于锂在正极的回收,其原因是______

在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有___________(填化学式)

[解析] 从工艺流程入手,结合元素化合物性质、氧化还原反应原理分析解答问题。

(1)LiCoO2Li为+1价,O为-2价,故Co元素的化合价为+3价。

(2)正极碱浸过程中,导电剂中Al箔与NaOH溶液反应,离子方程式为2Al2OH6H2O===2Al(OH)3H2

(3)由流程知:正极碱浸过滤滤渣中,反应物LiCoO2加入H2SO4H2O2后,产物有Li2SO4CoSO4,分析该反应知Co由+32(CoSO4Co显+2),化合价降低,则只能是H2O2O元素化合价升高生成O2。配平(电子守恒、原子守恒)该化学方程式得:2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O,反应温度在80 H2O2易发生分解反应2H2O22H2OO2;盐酸既具有酸性又具有还原性,盐酸中的Cl被氧化生成氯气,氯气有毒,能污染空气。

(4)由流程知"沉钴"反应物为CoSO4NH4HCO3,产物有CoCO3CoCO3CO来自HCO的电离(HCOHCO),由于Co2结合CO使HCO电离平衡正向移动,溶液中c(H)增大,一部分HCO发生反应:HCOH===H2OCO2。故反应方程式为CoSO42NH4HCO3===CoCO3(NH4)2SO4CO2H2O

(5)根据题干信息,充电时负极发生反应6CxLixe===LixC6,放电时负极发生LixC6xe===6CxLi,结合LiCoO2Li1xCoO2的转化可知放电总反应为Li1xCoO2LixC6===LiCoO26C

(6)由于Li带正电荷,放电时Li向正极移动,进入正极材料,便于回收。从流程图可看出,可回收到的金属化合物有Al(OH)3CoCO3Li2SO4

[答案] (1)3

(2)2Al2OH6H2O===2[Al(OH)4]3H2

(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O2↑+4H2O2H2O22H2OO2↑ 有氯气生成,污染较大 (4)CoSO42NH4HCO3===CoCO3↓+(NH4)2SO4H2OCO2

(5)Li1xCoO2LixC6===LiCoO26C

(6)Li从负极中脱出,经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3CoCO3Li2SO4

7.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示:

(1)写出"浸取"过程中Cu2S溶解时发生反应的离子方程式:_________

(2)"回收S"过程中温度控制在5060 ℃之间,不宜过高或过低的原因是

 

____________________________________________________________

(3)气体NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质,该反应的化学方程式为______________________________________

向"滤液M"中加入(或通入)________(填字母),可得到另一种可循环利用的物质。

a.铁       b.氯气     c.高锰酸钾

(4)"保温除铁"过程中,加入CuO的目的是_____________________

"蒸发浓缩、冷却结晶"过程中,要用HNO3溶液调节溶液的pH,其理由是_____________________________________________

[解析] (1)Fe3作氧化剂,Cu2S被氧化,离子方程式为Cu2S4Fe3===2Cu24Fe2S(2)苯的沸点较低,温度过高苯易挥发,温度过低矿渣的溶解速率小,故应控制温度为5060 (3)NOx作还原剂,根据质量守恒和得失电子守恒可写出反应的化学方程式:4NOx(52x)O22H2O===4HNO3;向滤液M中通入Cl2,将FeCl2氧化成FeCl3FeCl3溶液可循环使用 (4)Fe3可发生水解反应Fe33H2OFe(OH)33H,加入CuO,可使水解平衡向正反应方向移动;Cu2会水解,加入HNO3溶液可抑制Cu2的水解(不引入其他杂质)

[答案] (1)Cu2S4Fe3===2Cu24Fe2S

(2)温度过高苯易挥发,温度过低矿渣的溶解速率小

(3)4NOx(52x)O22H2O===4HNO3 b

(4)加大Fe3+转化为Fe(OH)3的程度 调节溶液的pH,抑制Cu2+的水解

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