12 化学工艺流程

【难点突破】

一、分析近几年全国卷可知，该题型考查的主要命题点如下：

1.物质转化中“核心反应”方程式的书写

2.转化操作的目的及原因分析

3.物质转化中的产物判断

4.转化过程中的原理分析与应用

5.副产物的循环利用

6.产品分离提纯的实验操作及原因分析

二．流程题的结构图解

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◆物质转化中“核心反应”方程式的书写技巧：

首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型：

(1) 元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式(要遵循电荷守恒规律)；

(2) 元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律。

【典例1】 铬合金具有高硬度、耐腐蚀特性，广泛应用于精密仪器制造，由高碳铬铁合金废料粉末制取铬的简单流程如下：

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已知：Cr＋H2SO4===CrSO4＋H2↑。

请回答下列问题：

(1)稀硫酸酸浸过程中，提高“浸出率”的措施有________________________________(写一条即可)。

(2)用纯碱调节溶液酸度，若纯碱过量，则可能导致的后果是__________________________________，副产物中两种主要物质的化学式为________________。

(3)加入草酸发生反应的离子方程式为________________________________________；利用铝热反应冶炼铬的化学方程式为________________________________________________________________________。

(4)向滤液中通入空气，加入氨水后发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

[流程图解]

流程图中各步主要转换如下：

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【解析】 (1)稀硫酸酸浸过程中，提高“浸出率”的实质是加快化学反应速率，结合影响化学反应速率的因素知，可采取的措施有加热、搅拌或适当提高稀硫酸的浓度等。(2)用纯碱调节溶液酸度，若纯碱过量，由于COf4da629e830c80d83d322a54c09a3434.png水解显碱性，则可能导致Cr2＋、Fe2＋水解或沉淀。根据反应流程图知，副产物中两种主要物质的化学式为Na2SO4、(NH4)2SO4。(3)加入草酸发生反应的离子方程式为Fe2＋＋H2C2O4＋2H2O===FeC2O4 ·2H2O↓＋2H＋；利用铝热反应冶炼铬的化学方程式为Cr2O3＋2Al38caa9ba5e5fd7532590ed014ffafbf1.pngAl2O3＋2Cr。(4)向滤液中通入空气，加入氨水后发生反应的化学方程式为4CrSO4＋O2＋8NH3·H2O＋2H2O===4Cr(OH)3↓＋4(NH4)2SO4。

【答案】(1)加热、搅拌、适当提高稀硫酸的浓度(任写一条，合理即可)

(2)Cr2＋、Fe2＋水解或沉淀　Na2SO4、(NH4)2SO4

(3)Fe2＋＋H2C2O4＋2H2O===FeC2O4·2H2O↓＋2H＋　Cr2O3＋2Al38caa9ba5e5fd7532590ed014ffafbf1.pngAl2O3＋2Cr

(4)4CrSO4＋O2＋8NH3·H2O＋2H2O===4Cr(OH)3↓＋4(NH4)2SO4

三.常见操作的答题角度

◆流程中物质成分的确定

(1)副产品的判断

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(2)循环物质的确定

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(3) 滤液、滤渣成分的确定

要考虑样品中原料和杂质的主要成分在每一实验步骤中与每一种试剂反应的情况：

①反应过程中哪些物质(离子)消失了，以什么形式存在？

②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子？要考虑这些离子间是否会发生反应。

【典例2】 (2019·全国卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

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回答下列问题：

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。

(2)“滤渣1”的主要成分有__________________________________________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋离子，可选用的化学试剂是________。

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2O ⇌ H＋＋B(OH)1d4e87c9822e725dbce881dfa4f9229b.png，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节到3.5，目的是___________________________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为________________，母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。

【解析】　(1)硫酸铵溶液中存在平衡：NH19700f178d5fb04040eb82b3da7d08f0.png＋H2O ⇌ NH3·H2O＋H＋，硼酸镁能与水解出的H＋反应，促进平衡向右移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡NH3·H2O ⇌ NH3＋H2O，一水合氨浓度增大，促进NH3·H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3＋的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前，调节pH≈3.5的目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。(4)“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生水解相互促进反应生成碱式碳酸镁：2Mg2＋＋2COc3600572de52359dbcc60a05624a4e26.png＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法，化学方程式为Mg(OH)2·MgCO38d4ac5d5deca32c84efe1804ebf09047.png2MgO＋H2O＋CO2↑。

【答案】　(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

(3)一元弱　转化为H3BO3，促进析出

(4)2Mg2＋＋3CO6ffdd6a45efc7e060200b609def29ff2.png＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCOa37dd22bf6b48bac3ee9f24eaaf06e90.png[或2Mg2＋＋2CO6ffdd6a45efc7e060200b609def29ff2.png＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]　溶浸　高温焙烧

【典例3】（2018·全国卷Ⅰ·节选）焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

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①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。

②工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是

________________________________________________________________________。

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.010 00 mol·L－1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L－1(以SO2计)。

【解析】(1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。

(2)①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。

(4)根据电子、电荷及质量守恒，可写出反应的离子方程式为S2O73fb074c1a04a13e630ddbe9af749c30.png＋2I2＋3H2O===2SOd747e9e704bc0db6713a4dc63d678a92.png＋4I－＋6H＋，n(S2O69b2ceb4b7124bc860e375082faa17d4.png)＝df4344a8d214cca83c5817f341d32b3d.png×n(I2)＝bcf6b4e95b2f8c428a3901c3e032376f.png×0.010 00 mol·L－1×10.00×10－3 L＝5×10－5 mol，该样品中S2O69b2ceb4b7124bc860e375082faa17d4.png的残留量(以SO2计)为af11ae7a4efa11eebc245ca3cb7e450b.png＝0.128 g·L－1。

【答案】　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O

(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液

(4)S2O73fb074c1a04a13e630ddbe9af749c30.png＋2I2＋3H2O===2SOd747e9e704bc0db6713a4dc63d678a92.png＋4I－＋6H＋　0．128

【典例4】 (2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：

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相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

回答下列问题：

(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为______________________。

(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是_____________

__________________，若不通入氧气，其后果是__________________________________。

(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________

____________________________________________________________。

(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为__________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。

【解析】　(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O2e149cb70c35cbc5a5e2020f95b260689.png2ZnO＋2SO2。

(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。

(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。

(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋和H＋。因为溶液中的Zn2＋浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。

【答案】　(1)2ZnS＋3O2e149cb70c35cbc5a5e2020f95b260689.png2ZnO＋2SO2

(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋

(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋　

(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸

2020年高考化学三轮冲刺要点突破 专题12 化学工艺流程