化学工艺流程 题型三 工艺流程中的答题规范(解析版)Word（30页）

题型三 工艺流程中的答题规范 工艺流程题就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生 产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。命题内容广泛，密 切联系生产、生活实际，设问方式灵活，充分体现了“化学是真实的”的命题指导思想，主要特征 是以化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程，主题内容广泛，密切联系生产、生活实际，题 材丰富。主要考查学生对已学知识的掌握、理解、迁移、转换、重组和解决实际问题的能力，这对 获取信息的能力、分析问题的能力、表达能力提出了更高的要求。此类题失分的原因主要是回答问 题词不达意、答非所问。 一、工艺流程中的答题规范 1．沉淀洗涤操作：沿玻璃棒向漏斗(或过滤器)中加入蒸馏水至完全浸没沉淀，待水自然流下后，重复 操作2～3 次。 2．检验离子是否已经沉淀完全的方法： 答题模板：静置，取少量上层清液于试管中，滴加××试剂(沉淀剂)，若不再产生沉淀，则××离子已经沉 淀完全 实例：在测定Na2SO4和NaCl 的混合物中Na2SO4=的质量分数时，可以再混合物中加入过量BaCl2溶液， 沉淀SO4 2-，然后过滤、洗涤、烘干、称量得到BaSO4的质量，判断SO4 2-完全沉淀的方法：静置，取少量 上层清液于试管中，滴加BaCl2试剂，若无白色沉淀产生，则SO4 2-离子已经沉淀完全 3．检验沉淀是否洗涤干净的操作 答题模板：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入××试剂，若未出现××现象(特征反应现象)， 则沉淀洗涤干净。 规范解答：以FeCl3溶液与NaOH 溶液制得Fe(OH)3沉淀后过滤为例：取最后一次的洗涤液少许于试管 中，加入用硝酸酸化的硝酸银溶液，若有白色沉淀生成，则沉淀未洗涤干净，若无白色沉淀生成，则沉淀 已经洗涤干净。 注意：要选择一种溶液中浓度较大的、比较容易检验的离子检验，不能检验沉淀本身具有的离子。 4．洗涤液的选择：冰水洗、热水洗、乙醇洗等洗去晶体表面的可溶性杂质离子，并减少晶体在洗涤过 程中的溶解损耗。 例：FeC2O4用热水洗涤的原因：FeC2O4难溶于水，用热水洗涤有利于除去可溶性杂质 5．冰水洗涤的目的： 洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶 解损耗。 6．乙醇洗涤的目的： 降低被洗涤物质的溶解度， 减少其在洗涤过程中的溶解损耗，；利用有机溶剂 的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥 7．判断滴定终点的答题规范 答题模板：当滴入最后半滴×××溶液后，溶液由××变成××色(或溶液××色褪去)，且半分钟不恢复原色 实例：用标准盐酸溶液滴定未知浓度的氢氧化钠溶液，酚酞作指示剂，滴定终点的判断：当加入最后 半滴盐酸溶液后，溶液由红色变成无色，且半分钟不恢复原色 8．离子检验答题模板 (1)答题规范：取试样→加水溶解，加入×××试剂，若×××(现象)，则×××(结论) (2)例：SO4 2-检验：取少量溶液于试管中，加入稀盐酸，再加氯化钡溶液，若产生白色沉淀，则证明有 SO4 2- 例：检验Fe2+被完全氧化的试剂/操作： 取所得溶液少许于试管中，滴加几滴铁氰化钾溶液，若没有蓝 色沉淀产生，证明Fe2+被完全氧化。 9．加H2O2、NaClO3、HNO3等的作用：多为将Fe2+氧化为Fe3+，(若溶液中有其他还原性的离子，也要 考虑，例将Cr3+氧化为CrO4 2-等) 10．H2O2可用什么替代：一般为O2或空气(氧化剂，不引杂) 11．加入试剂除杂：例：含有Cu2+、Cd2+中的溶液中加入Zn 注意：在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去 XX 杂质”，不能答“除杂” 12．蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发 AlCl3溶液时为获得 AlCl3需在 HCl 气 流中进行。 13．方案的优缺点：考虑原料是否易得，操作是否简单，成本是否低廉，有无环境污染等。 二、“目的或原因”分析 目的或原因 答题方向 沉淀(晶体)洗涤的目的 若滤渣是所需的物质，洗涤的目的是除去晶体表面的可溶性杂质，得到更 纯净的沉淀物 若滤液是所需的物质，洗涤的目的是洗涤过滤所得到的滤渣，把有用的物 质如目标产物尽可能洗出来 沉淀(晶体)冰水洗涤的目的 既能洗去晶体表面的杂质离子，且能防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 沉淀(晶体)用有机溶剂(酒 精、丙酮等)洗涤的目的 既能洗去晶体表面的杂质离子，且能防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗， 此外又利用有机溶剂的挥发性，除去固体表面的水分，产品易干燥 控制溶液pH 的目的 防止××离子水解；防止××离子沉淀；确保××离子沉淀完全；防止××溶解等 温度不高于×× ℃的原因 温度过高××物质分解(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3等)或××物质挥发(如浓 硝酸、浓盐酸)或××物质氧化(如Na2SO3等)或促进××物质水解(如AlCl3等) 蒸发、反应时的气体氛围 抑制××离子的水解(如加热蒸发AlCl3 溶液时需在HCl 气流中进行，加热 MgCl2·6H2O 得MgCl2时需在HCl 气流中进行等) 加热的目的 加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移 动 减压蒸馏(减压蒸发)的原因 减小压强，使液体沸点降低，防止××物质受热分解(如H2O2、浓硝酸、 NH4HCO3等) 减压过滤的目的 加快过滤速度 减压烘干的目的 降低产品的烘干温度，防止产品分解 减压蒸发的原因 减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解(如H2O2、浓硝酸、 NH4HCO3)或失去结晶水(如题目要求制备结晶水合物产品) 趁热过滤的目的 防止过滤一种晶体或杂质的过程中，因降温而析出另一种晶体 ①要滤渣(产品)：防止降温时析出杂质而影响产品纯度或减少产品溶解损 耗 如：NaCl (KNO3) ②要滤液(产品)：防止降温时析出产品(溶解度随温度增大而增大)而损耗 (除去溶解度小或难溶的杂质) 1．(2023•辽宁省选择性考试，16 节选) (1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_______(答出 一条即可)。 【答案】(1)适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积 (1)用硫酸浸取镍钴矿时，为提高浸取速率可适当增大硫酸浓度、升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面 积。 2．(2023•全国乙卷，27 节选)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿 (MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al 等元素)制备LiMn2O4的流程如下： (1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_______。为提高溶矿速率，可采取的措施_______(举1 例)。 (2)加入少量MnO2的作用是_______。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是_______。 【答案】(1) MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑ 粉碎菱锰矿 (2) 将Fe2+氧化为Fe3+ Fe3+可以催化H2O2分解 【解析】(1)菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式 为：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎；(2)加入MnO2的作用是将 酸溶后溶液中含有的Fe2+氧化为Fe3+，但不宜使用H2O2氧化Fe2+，因为氧化后生成的Fe3+可以催化H2O2分 解，不能使溶液中的Fe2+全部氧化为Fe3+。 3．(2023•全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状 BaTiO3。 回答下列 问题： (1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______。 (2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS 和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程 式为_______。 (3)“酸化”步骤应选用的酸是_______(填标号)。 a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸 (4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是_______。 (5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为_______。 (6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的n(CO2)：n(CO)= _______。 【答案】(1)做还原剂，将BaSO4还原 (2) Ca2++S2-=CaS↓ (3)c (4)不可行 产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S 会污染空气，而且CaS 与盐酸反应生成可 溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去、最终所得产品的纯度降低 (5) BaCl2+TiCl4+H2O+2(NH4)2C2O4=BaTiO(C2O4)2+4NH4Cl+2HCl (6)1：1 【解析】由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、 BaCl2、易溶于水的BaS 和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和 BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体；BaCl2晶体溶于水后，加入TiCl4和TiCl4将钡离子充分沉淀得 到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。(1)“焙烧”步骤中，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯 化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、BaS 和CaS，BaSO4被还原为BaS，因此，碳粉的主要作用是做还原剂， 将BaSO4还原。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS 和微溶于水的CaS。易溶于水的BaS 与过 量的CaCl2可以发生复分解反应生成硫化钙沉淀，因此，“浸取”时主要反应的离子方程式为Ca2++S2- =CaS↓。(3)“酸化”步骤是为了将BaS 转化为易溶液于的钡盐，由于硫酸钡和磷酸钡均不溶于水，而BaCl2 可溶于水，因此，应选用的酸是盐酸，选c。(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是： 产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S 会污染空气，而且CaS 与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2， 导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去、最终所得产品的纯度降低。(5)“沉淀”步骤中生成 BaTiO(C2O4)2的化学方程式为：BaCl2+TiCl4+H2O+2(NH4)2C2O4=BaTiO(C2O4)2+4NH4Cl+2HCl。(6)“热分解”生 成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为，BaTiO(C2O4)2 BaTiO3+2CO2↑+2CO↑，因此，产生的n(CO2)： n(CO)=1：1。 4．(2023•山东卷，17)盐湖卤水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、SO4 2-和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一 种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下： 已知：常温下，Ksp(Li2CO3)=2.2×10－3。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： (1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3+H2O [B(OH)4]- +H+ (常温下，Ka=1.010-9.34)； B(OH)3与NaOH 溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在 硼砂溶液中， [B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]-，该水解反应的离子方程式为_____，该溶液 pH=_____。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是_____(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 的浓度为2.0 mol·L-1，则常温下精制Ⅱ 过程中CO3 2-浓度应控制在_____ mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 外，还将增加__ ___的用量(填化学式)。 (3)精制Ⅱ的目的是_____；进行操作 时应选择的试剂是_____，若不进行该操作而直接浓缩，将导致 _____。 【答案】(1) [B4O5(OH)4]2-+5H2O=2B(OH)3+2[B(OH)4]- 9.34 (2) CaSO4 5.5×10－4 纯碱 (3)加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3 纯度 盐酸 浓缩液中因CO3 2-浓度过大使得Li+过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl 中会混有Li2CO3，最 终所得Li2CO3的产率减小 【解析】由流程可知，卤水中加入盐酸脱镁后过滤，所得滤液经浓缩结晶后得到晶体，该晶体中含有 Na+、Li+、Cl-、SO4 2-等，焙烧后生成HCl 气体；烧渣水浸后过滤，滤液中加生石灰后产生沉淀，在此条件 下溶解度最小的是CaSO4，则滤渣Ⅰ的主要成分为CaSO4；由于CaSO4微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中再加 纯碱又生成沉淀，则滤渣Ⅱ为CaCO3；精制Ⅱ所得滤液经操作X 后，所得溶液经浓缩结晶、过滤得到氯化 钠，浓缩后的滤液中加入饱和碳酸钠溶液沉锂，得到Li2CO3。(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡： B(OH)3+H2O [B(OH)4]- +H+ (常温下，K=10-9.34)；B(OH)3与NaOH 溶液反应可制备硼砂 Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下.在0.1mol·L-1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和 [B(OH)4]-，该水解反应的离子方程式为[B4O5(OH)4]2-+5H2O=2B(OH)3+2[B(OH)4]-，由B 元素守恒可知， B(OH)3和[B(OH)4]-的浓度均为0.5mol·L-1， ，则该溶液pH=9.34。(2)滤渣 I 的主要成分是CaSO4；精制I 后溶液中Li+的浓度为2.0 mol·L-1，由 可知，则常温下 精制Ⅱ过程中CO3 2-浓度应控制在 mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除 无法回收HCl 外，后续在浓缩结晶时将生成更多的氯化钠晶体，因此，还将增加纯碱(Na2CO3)的用量。(3) 精制Ⅰ中，烧渣水浸后的滤液中加生石灰后产生的滤渣Ⅰ的主要成分为CaSO4；由于CaSO4微溶于水，精 制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2+，还需要除去Ca2+，因此，精制Ⅱ的目的是：加入纯碱将精制Ⅰ所 得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3纯度。操作X 是为了除去剩 余的碳酸根离子，为了防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸；加入盐酸的目的是除去剩余的碳酸根离 子，若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩液中因CO3 2-浓度过大使得Li+过早沉淀，即浓缩结晶得到的 NaCl 中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小。 5．(2023•全国新课标卷，27)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主 要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示： 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O7 2-存在，在碱性介质中以CrO4 2-存在。 回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为_______(填化学式)。 (2)水浸渣中主要有SiO2和_______。 (3)“沉淀”步骤调 到弱碱性，主要除去的杂质是_______。 (4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的 以达到最好的除杂效果，若 时，会导致_______； 时，会导致_______。 (5)“分离钒”步骤中，将溶液 调到1.8 左右得到V2O5沉淀，V2O5在 时，溶解为VO2 +或VO3+ 在碱性条件下，溶解为VO3 -或VO4 3-，上述性质说明V2O5具有_______(填标号)。 A．酸性 B．碱性 C．两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_______。 【答案】(1)Na2CrO4 (2)Fe2O3 (3)SiO3 2- (4) 不能形成MgNH4PO4沉淀 不能形成MgSiO3沉淀 (5)C (6)2Cr2O7 2-+3S2O5 2-+10H+=4Cr3++6SO4 2-+5H2O 【解析】由题给流程可知，铬钒渣在氢氧化钠和空气中煅烧，将钒、铬、铝、硅、磷等元素转化为相 应的最高价含氧酸盐，煅烧渣加入水浸取、过滤得到含有二氧化硅、氧化铁的滤渣和滤液；向滤液中加入 稀硫酸调节溶液pH 将硅元素转化为硅酸沉淀，过滤得到硅酸滤渣和滤液；向滤液中加入硫酸镁溶液、硫 酸铵溶液将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，过滤得到含有MgSiO3、MgNH4PO4的滤渣 和滤液；向滤液中加入稀硫酸调节溶液pH 将钒元素转化为五氧化二钒，过滤得到五氧化二钒和滤液；向 滤液中焦亚硫酸钠溶液将铬元素转化为三价铬离子，调节溶液pH 将铬元素转化为氢氧化铬沉淀，过滤得 到氢氧化铬。(1)煅烧过程中，铬元素转化为铬酸钠；(2)由分析可知，水浸渣中主要有二氧化硅、氧化铁； (3)由分析可知，沉淀步骤调pH 到弱碱性的目的是将硅元素转化为硅酸沉淀；(4)由分析可知，加入硫酸镁 溶液、硫酸铵溶液的目的是将硅元素、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀，若溶液pH<9 时，会导致 磷元素不能形成MgNH4PO4沉淀若溶液pH>9 时，会导镁离子生成氢氧化钠沉淀，不能形成MgSiO3沉淀， 导致产品中混有杂质；(5)由题给信息可知，五氧化二钒水能与酸溶液反应生成盐和水，也能与碱溶液发生 生成盐和水的两性氧化物，故选C；(6)由题意可知，还原步骤中加入焦亚硫酸钠溶液的目的是将铬元素转 化为铬离子，反应的离子方程式为2Cr2O7 2-+3S2O5 2-+10H+=4Cr3++6SO4 2-+5H2O。 6． (2023•广东卷，18 节选)Ni、Co 均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、 Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下： 已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2+、Co2+、Co3+与NH3形成可溶 于水的配离子：lgKb(NH3·H2O)=-4.7；Co (OH)2易被空气氧化为Co (OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。 氢氧化 物 Co (OH)2 Co (OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2 Ksp 回答下列问题： (1)活性 可与水反应，化学方程式为 。 (2)常温下，pH=9.9 的氨性溶液中，c(NH3·H2O) c(NH4 +) (填“>”“<”或“=”)。 (4) (NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X 射线衍射图谱中， 出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。 ①NH4A