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2014高三二轮工业流程题专项学案(附答案)


2013-2014 学年离石江阴高中高三化学二轮复习导学案

编制人:邹秋玉

审核人:贾彩燕

专题 11 化学工业流程题的解题突破
班级: 姓名: 2014/3/24 【题型分析】 工业流程题是近几年高考的热点题型,也是学生感觉比较棘手的一类题。它是以真实的工业生 产过程为背景,通过框图的形式将工业生产过程

中的主要流程表示出来。通常有物质制备、从混合 物中分离、提纯某物质、回收处理等类型。 1.题型结构:一般分为题头、流程图和问题设置三部分。 2.呈现形式:流程图、表格、图像 3.基础落实:基本理论、元素化合物、实验、绿色化学 4.能力考查:获取信息能力、分析问题能力、表述能力、计算能力 【课前准备】 阅读“三维设计”P85-86,能说出下列关键词的意思。 研磨;浸出(水浸、酸浸、碱浸) ;洗涤(水洗、冰水洗、乙醇洗) ;过滤(特殊情况:趁热 过滤、抽滤) ;灼烧(煅烧) ;调节溶液的 pH;加入氧化剂;煮沸;控制温度、压强、使用催化剂; 萃取和分液;蒸发结晶;蒸发浓缩、冷却结晶;蒸馏与分馏等。 【典题引领】 【典例 1】 (2010,西城一模)工业上以锂辉石(Li2O·A12O3·4SiO2,含少量 Ca、Mg 元素)为原料 生产碳酸锂。其部分工艺流程如下:
93% ~ 98 % 硫酸
250℃ ~ 300℃

①石灰乳调 pH 至 11 饱和 Na2CO3 溶液 ②Na2CO3 溶液 滤液 1 滤渣 1 滤液 2 滤渣 2

过滤、热水洗涤

锂辉石

研磨

浸出

过滤

过滤

Li2CO3 粗品

已知: ① Li2O· Al2O3· 4SiO2 +H2SO4 (浓) ② 某些物质的溶解度(S)如下表所示。 T/℃ S(Li2CO3)/g S(Li2SO4)/g 20 1.33 34.2 40 1.17 32.8

Li2SO4+Al2O3·4SiO2·H2O↓ 60 1.01 31.9 80 0.85 30.7

(1)从滤渣 1 中分离出 Al2O3 的部分流程如下图所示,括号表示加入的试剂,方框表示所得到的物 质。则步骤Ⅱ中反应的离子方程式是 。
滤渣 1 ( I ) ( II ) 灼烧 III Al2O3

(2)已知滤渣 2 的主要成分有 Mg(OH)2 和 CaCO3。 向滤液 1 中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡原理简述) (3)向滤液 2 中加入饱和 Na2CO3 溶液,过滤后, 用 “热水洗涤” 的原因是 【反思】 :

。 。

【典例 2】菱锰矿的主要成分是碳酸锰,还含有 Fe2O3、FeO、CaO、MgO 等成分。某化工厂用废盐 酸(质量分数约为 20%)与菱锰矿制备 MnCl2·4H2O(106℃时失去一分子结晶水,198℃时失去全部 结晶水),部分工艺流程如下:
人之所以能,是相信能。

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编制人:邹秋玉

审核人:贾彩燕

(1)盐酸与菱锰矿中碳酸锰反应的化学方程式为 (2)酸浸取时,浸出时间对浸出率的影响如右图所示,工业 采用的浸取时间是 60min,其可能的原因 是 。 (3)图中“净化剂 X” 可能是 。 (4)加入 MnSO4 后控制实验条件析出某种杂质离子的盐 Y, 盐 Y 的主要成分是 。 (5)浓缩结晶时,必须一出现晶膜就立刻停止加热,其原 因是 。 【反思】 :



【典例 3】 (2013,全国新课标 I)锂离子电池的应用很广,其正极材料可再生利用。某离子电池正 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) 。
NaOH 溶液 滤液 废旧锂离 子电池 放电 处理 拆解 正极 碱浸 过滤 滤渣 水相 (Li2SO4 溶液) 萃取 有机相 反萃取 有机相 再 生 回 沉钴 过滤 滤液 CoCO3 固体 用 水相(CoSO4 溶液) 酸浸 调 pH 过滤 调 pH 过滤 滤液 Al(OH)3 固体 滤渣 滤液 H2SO4、H2O2

回答下列问题: NH4HCO3 溶液 (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 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) 【反思】 :
人之所以能,是相信能。

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【典例 4】CoCl2· 6H2O 在饲料、医药工业上有广泛的用途。下列是以含钴废料(含少量 Fe、Al 等杂 质)为原料制取 CoCl2· 6H2O 的一种新工艺流程:

盐酸 含钴废料 加热反应

过氧化氢 反应

碳酸钠 调节pH至a 操作Ⅰ 过滤 调节pH至2~3 滤渣 盐酸

CoCl2· 6H2O

减压烘干

已知:①钴与盐酸反应的化学方程式为:Co+2HCl=CoCl2+H2↑ ②CoCl2· 6H2O 熔点 86℃,易溶于水;常温下稳定无毒,加热至 110~120℃时,失去结晶水变成 有毒的无水氯化钴。 ③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的 pH 见下表: Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 沉淀物 2.7 7.5 7.6 3.8 开始沉淀 3.2 9.7 9.2 5.2 完全沉淀 请回答下列问题: (1)加入碳酸钠调节 pH 至 a,a 的范围是 。 (2)操作Ⅰ包含 3 个基本实验操作,它们是 、 和过滤。 (3)制得的 CoCl2· 6H2O 需减压烘干的原因是: 。 (4)为测定产品中 CoCl2· 6H2O 含量,某同学将一定量的样品溶于水,再向其中加入足量的 AgNO3 溶 液,过滤,并将沉淀烘干后称量其质量。通过计算发现产品中 CoCl2· 6H2O 的质量分数大于 100%, 其原因可能是: 。 (5)在实验室中,为了从上述产品中获得更纯净的 CoCl2· 6H2O,方法是: 。 (6)在上述新工艺中,用“盐酸”代替原工艺中“盐酸与硝酸的混酸”直接溶解含钴废料,其主要优点 为: 。原工艺较新工艺也有优点,其主要优点是 。 【典例 5】 (2010,江苏) 以水氯镁石(主要成分为 MgCl2· 6H2O)为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如 下: H2O NH3 NH3、NH4HCO3 滤液 ↓ ↓ ↓ ↑

水氯 溶 预 沉 过 碱式 → → → → 热水解 → → 镁石 解 氨化 淀镁 滤 碳酸镁 (1)预氨化过程中有 Mg(OH)2 沉淀生成,已知常温下 Mg(OH)2 的 Ksp=1.8× 10 11,若溶液中 c(OH ) - - + =3.0× 10 6mol· L 1,则溶液中 c(Mg2 )= 。 (2)上述流程中的滤液浓缩结晶,所得主要固体物质的化学式为 。 (3)高温煅烧碱式碳酸镁得到 MgO。取碱式碳酸镁 4.66 g,高温煅烧至恒重,得到固体 2.00 g 和标准 状况下 CO2 0.896 L,通过计算确定碱式碳酸镁的化学式。
- -

(4)若热水解不完全,所得碱式碳酸镁中将混有 MgCO3,则产品中镁的质量分数________(填“升高”、 “降低”或“不变”)。 【反思】 :

人之所以能,是相信能。

2013-2014 学年离石江阴高中高三化学二轮复习导学案

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【补充习题】 1、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、KCl 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操作所得固体中,除 CaCO3 外还含有 (填化学式)等物质,该固体 可用作生产水泥的原料。 (4)已知不同温度下 K2SO4 在 100g 水中达到饱和时溶解的量如下表: 温度(℃) K2SO4 溶解的量(g) 0 7.4 20 11.1 60 18.2

60℃时 K2SO4 的饱和溶液 591g 冷却到 0℃,可析出 K2SO4 晶体 g (5)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 (6)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是: 。 2、 (2013.江苏)柠檬酸亚铁(FeC6H6O7)是一种易吸收的高效铁制剂,可由绿矾(FeSO4·7H2O)通过下列 反应制备: FeSO4+Na2CO3=FeCO3↓+Na2SO4 FeCO3+C6H8O7=FeC6H6O7+CO2↑+H2O 下表列出了相关金 -1 属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(开始沉淀的 pH 按金属离子浓度为 1.0 mol·L 计算)。 金属离子 Fe Al Fe
3+ 3+ 2+

开始沉淀的 pH 1.1 3.0 5.8

沉淀完全的 pH 3.2 5.0 8.8

(1)制备 FeCO3 时,选用的加料方式是 (填字母),原因是 。 a.将 FeSO4 溶液与 Na2CO3 溶液同时加入到反应容器中 b.将 FeSO4 溶液缓慢加入到盛有 Na2CO3 溶液的反应容器中 c.将 Na2CO3 溶液缓慢加入到盛有 FeSO4 溶液的反应容器中 (2) 生 成 的 FeCO3 沉 淀 需 经 充 分 洗 涤 , 检 验 洗 涤 是 否 完 全 的 方 法 是 。 (3)将制得的 FeCO3 加入到足量柠檬酸溶液中,再加入少量铁粉,80℃下 搅拌反应。①铁粉的作用是 。②反应结束后,无需过滤, 除去过量铁粉的方法是 。 (4)最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥, 获得柠檬酸亚铁晶体。分离过程中加入无水乙醇的目的是 。 (5)某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe2O3、SiO2、Al2O3)出发,先制备绿矾,再合成柠 檬酸亚铁。请结合上图的绿矾溶解度曲线,补充完整由硫铁矿烧渣制备 FeSO4·7H2O 晶体的实验步骤 ( 可 选 用 的 试 剂 : 铁 粉 、 稀 硫 酸 和 NaOH 溶 液 ) : 向 一 定 量 烧 渣 中 加 入 足 量 的 稀 硫 酸 充 分 反 应, ,得到 FeSO4 溶液, ,得到 FeSO4·7H2O 晶体。
人之所以能,是相信能。

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+ 3+

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审核人:贾彩燕

答案:典例 1(1)步骤Ⅰ中反应的离子方程式是 Al2O3+6H =Al +3H2O 请依次写出在括号内加入试剂的化学式 HCl、NH3?H2O.请依次写出方框中所得到物质的化学式 AlCl3、 Al(OH)3 (2)已知滤渣 2 的主要成分有 Mg(OH)2 和 CaCO3.向滤液 1 中加入石灰乳的作用是(运用化学平衡 2+ 原理简述) 增加 Ca 、OH 的浓度,有利于 Mg(OH)2、CaCO3 的析出 (3)向滤液 2 中加入饱和 Na2CO3 溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是 Li2CO3 的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少 Li2CO3 的损失 典例 2(1)MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O (2)60min 后,再延长浸出时,增大生产成本,而浸出的增量不明显。(3)MnCO3 (4)硫酸镁(MgSO4·7H2O) (5)水份很少时,最终得到的可能是失去部分结晶水的氯化锰。 (2) 2Al ? 2OH ? ? 6H 2 O ? 2Al ? OH ?4 ? 3H 2 ?
?

典例 3(1)+3

(3) 有氯气生成,污染较大 (4) (5) (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 典例 4 ( 1)2.0mol.L-1 (2)NH4Cl (3)Mg(OH)24MgCO34H2O (4)升高 1、⑴5.2~7.6 ⑵蒸发浓缩、冷却结晶 ⑶降低烘干温度,防止产品分解 ⑷样品中含有 NaCl 杂质;烘干时失去了部分结晶水 ⑹减少有毒气体的排放,防止大气污染;防止产品中混有硝酸盐 硝酸替代新工艺中的盐酸和过氧化氢,比新工艺流程少,节约成本 2、(1)c 避免生成 Fe(OH)2 沉淀 (2)取最后一次的洗涤滤液 1~2 mL 于试管中,向其中滴加用盐酸酸化的 BaCl2 溶液,若无白色沉淀 产生,则表明已洗涤干净。 (3)①防止+2 价的铁元素被氧化 ②加入适量柠檬酸让铁粉反应完全 (4)降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量,有利于晶体析出 (5)过滤,向反应液中加入足量的铁粉,充分搅拌后,滴加 NaOH 溶液调节反应液的 pH 约为 5,过滤。 或过滤,向滤液中滴加过量的 NaOH 溶液,过滤,充分洗涤固体,向固体中加入足量稀硫酸至固体完 全溶解,再加入足量的铁粉,充分搅拌后,过滤。 (滴加稀硫酸酸化)加热浓缩得到 60℃饱和溶液 冷却至 0℃结晶,过滤,少量冰水洗涤,低温干燥 2- 2- 3、 (1)CaCO3 NH3 H2O (2)CaSO4+CO3 →CaCO3↓+SO4 (3)CaSO4 (4)滤液中滴加盐酸产生气泡 (5)54g (6)a d (7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原 子利用率高,没有有害物质排放到环境中)
人之所以能,是相信能。


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