1、专题突破训练 (一 ) 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 Fe2O3、 SiO2 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 步骤 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 )。 步骤 中若不通入氯气和氧气，则反应生成
2、相对原子质量比硅大的单质是_。 步骤 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 _。 结合流程及相关数据分析，步骤 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 Cl2和 CO2，故与 NaOH溶液反应生成 NaCl、 NaClO、 Na2CO3； 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)A
3、l3 3H2O Al(OH)3(胶体 ) 3H (2) 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 铁或 Fe NaCl、 NaClO、 Na2CO3 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 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
4、属钠需要用到的实验用品有 _、 _、玻璃片和小刀等。 (2)第 步分离采用的方法是 _；第 步分出 NaBH4并回收溶剂，采用的方法是 _。 (3)写出第 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 Na、 NaBH4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)NaBO2 2S
5、iO2 4Na 2H2=NaBH4 2Na2SiO3 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 Al2O3、 SiO2 等 )制备碱式硫酸铝 Al2(SO4)x(OH)6 2x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 的主要成分为 _(填化学式 )。 (2)加 CaCO3调节溶液的 pH 至 3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使 Al2(SO4)3转化为 Al2(SO4)x(OH)6 2x。 滤渣 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 )。
6、 (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将 _(填 “ 增大 ”“ 减小 ” 或 “ 不变 ” )。 解析 (1)酸浸时能与 H2SO4反应的是 Al2O3， H2SO4与 Al2O3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 3CaCO3 2Al3 3SO24 3H2O=2Al(OH)3 3CaSO4 3CO2 。 (3)热分解时，一
7、部分亚硫酸盐被氧化为硫酸盐，不能分解成为 SO2； SO2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)Al2O3 3H2SO4=Al2(SO4)3 3H2O SiO2 (2)CaSO4 3CaCO32Al3 3SO24 3H2O=2Al(OH)3 3CaSO4 3CO2 (3)溶液中的部分 SO23 被氧化成 SO24 减小 4 (2017黄冈质检 )硼镁泥是硼镁矿生产硼砂 (Na2B4O710H2O)时的废渣，其主要成分是 MgO，还含有 CaO、 Al2O3、 Fe2O3、 FeO、 MnO、 B2O3、 SiO2 等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水
8、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)因 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
9、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 (Na2B4O710H2O)时的废渣，其主要成分是 MgO，还含有 CaO、 Al2O3、 Fe2O3、 FeO、 MnO、 B2O3、 SiO2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 SiO2 4HF=SiF4 2H2O。 (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)3、
10、Fe(OH)3、 MnO2。 (3)加 NaClO 过程中发生反应的离子方程式为 Mn2 ClO H2O=MnO2 Cl 2H 、 2Fe2 ClO 2H =2Fe3 Cl H2O。 (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)4H3BO3 2NaOH 3H2O=Na2B4O710H2O；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 Na2B4O7 16Na 8H2 7S
11、iO2=4NaBH4 7Na2SiO3。 答案 (1)SiO2 4HF=SiF4 2H2O (2)Al(OH)3、 Fe(OH)3、 MnO2 调高溶液 pH， 促进 Al3 、 Fe3 完全水解成氢氧化物沉淀而除 去 (3)Mn2 ClO H2O=MnO2 Cl 2H 、 2Fe2 ClO 2H =2Fe3 Cl H2O (4)防止 MgSO4 在温度降低时结晶析出 (5)4H3BO32NaOH 3H2O=Na2B4O710H2O Na2B4O7 16Na 8H2 7SiO2=4NaBH47Na2SiO3 5 (2015山东高考 )工业上利用氨氧化获得的高浓度 NOx 气体 (含 NO、 N
12、O2)制备 NaNO2、 NaNO3，工艺流程如下： 已知 ： Na2CO3 NO NO2=2NaNO2 CO2 (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 操作时，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_。蒸发 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 进行转化时加入稀 HNO3的目的是 _。 母液 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 操作 c转入转化液 D转入结晶 操作 (4)若将 NaNO2、 NaNO3 两种产品的物
13、质的量之比设为 2 1，则生产 1.38 吨NaNO2时， Na2CO3的理论用量为 _吨 (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)设 Na2CO3理论用量为
14、x，根据 Na元素守恒得 2 x106 1.38 t69 12 1.38 t69 ，解得 x 1.59 t。 答案 (1)NaNO3 (2)防止 NaNO3的析出 溶碱 (3)将 NaNO2转化为 NaNO3 c、 d (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 6C xLi xe =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
15、“ 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 H2SO4和 H2O2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 LiCoO2与 Li1 xCoO2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)LiCoO
16、2中 Li 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 2Al2OH 6H2O=2Al(OH)4 3H2 。 (3)由 流程知：正极碱浸 过滤 滤渣中，反应物 LiCoO2 加入 H2SO4、 H2O2后，产物有 Li2SO4、 CoSO4，分析该反应知 Co由 3 2(CoSO4中 Co显 2价 )，化合价降低，则只能是 H2O2中 O 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： 2LiCoO2 3H2SO4 H2O2=Li2SO4 2CoSO4 O2 4H2O，反应温度在 8
17、0 ， H2O2易发生分解反应 2H2O2=2H2O O2 ；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 CoSO4 和 NH4HCO3，产物有 CoCO3， CoCO3中 CO23 来自 HCO3的电离 (HCO3 H CO23 )，由于 Co2 结合 CO23 使 HCO3电离平衡正向移动，溶液中 c(H )增大，一部分 HCO3发生反应： HCO3 H =H2O CO2 。故反应方程式为 CoSO4 2NH4HCO3=CoCO3 (NH4)2SO4 CO2 H2O。 (5)根据题干信息，充电时负极发生反应 6
18、C xLi xe =LixC6，放电时负极发生 LixC6 xe =6C xLi ，结合 LiCoO2与 Li1 xCoO2的转化可知放电总反应为Li1 xCoO2 LixC6=LiCoO2 6C。 (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)3、 CoCO3和 Li2SO4。 答案 (1) 3 (2)2Al 2OH 6H2O=2Al(OH)4 3H2 (3)2LiCoO2 3H2SO4 H2O2 =Li2SO4 2CoSO4 O2 4H2O 、2H2O2 =2H2O O2 有 氯 气 生 成 ， 污 染
19、较 大 (4)CoSO4 2NH4HCO3=CoCO3 (NH4)2SO4 H2O CO2 (5)Li1 xCoO2 LixC6=LiCoO2 6C (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)3、CoCO3、 Li2SO4 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 50 60 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
20、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 Cu2S 4Fe3 =2Cu2 4Fe2 S。 (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 50 60 。 (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 (5 2x)O2 2H2O=4HNO3；向滤液 M中通入 Cl2，将 FeCl2 氧化成 FeCl3， FeCl3 溶液可循环使用 。 (4)Fe3 可发生水解反应 Fe3 3H2O Fe(OH)3 3H ，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)Cu2S 4Fe3 =2Cu2 4Fe2 S (2)温度过高苯易挥发，温度过低矿渣的溶解速率小 (3)4NOx (5 2x)O2 2H2O=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
