高考化学---工艺流程（真题溯源+经典模拟题）解析版

专题 16 工艺流程 【母题来源】2019 年高考新课标Ⅰ卷 【母题题文】硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。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： 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 Fe 3+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)−4，Ka=5.81×10−10，可判断 H3BO3 是______ 酸；在“过滤 2”前，将溶液 pH 调节至 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_________。 【参考答案】（1）NH4HCO3+NH3 (NH4)2CO3 （2）SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN （3）一元弱 转化为H3BO3，促进析出 （4）2Mg2++3 +2H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+2 （或2Mg2++2 +H2O Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑） 溶浸 高温焙烧 【试题解析】（1）根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气，用碳酸氢铵溶液吸收，反  2 3CO − 3HCO− 2 3CO − 应方程式为：NH3+NH4HCO3 (NH4)2CO3。 （2）滤渣 I 为不与硫酸铵溶液反应的 Fe2O3、Al2O3、SiO2；检验 Fe3+,可选用的化学试剂为 KSCN， （3）由硼酸的离解方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子，而三价硼原子最多 只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以硼酸为一元弱酸；在“过滤 2”前，将溶液 pH 调节至 3.5，目的是将 B(OH)−4 转化为 H3BO3，并促进 H3BO3 析出， （ 4 ） 沉 镁 过 程 中 用 碳 酸 铵 溶 液 与 Mg2+ 反 应 生 成 Mg(OH)2∙MgCO3 ， 沉 镁 过 程 的 离 子 反 应 为 ： 2Mg2++2H2O+3CO32- Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3-；母液加热分解后生成硫酸铵溶液，可以返回“溶浸”工 序循环使用；碱式碳酸镁不稳定，高温下可以分解，故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。 【命题意图】本题主要是考查物质制备的工艺流程分析，涉及方程式书写、滤渣成分判断、试剂作用分析、 溶液的酸碱性等知识。 【命题方向】化工工艺流程题常见类型有三种： （1）金属冶炼类，如冶炼铁、铜、锰和钨等金属，针对产品纯度测定、冶炼条件控制以及混合物的分离和 提纯等设问。 （2）中学重要化工产品的制备类，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铁、硝酸铜等物质的制备。 （3）模拟化工原理，设计实验类。如海水资源综合应用、石化工业、接触法制硫酸、合成氨、氨催化氧化 法制硝酸和硅的精炼等原理。 预计 2020 年高考将继续以生产、生活或以陌生元素为背景，基于化工工艺流程考查其他物质的制备，涉及 物质的分离、提纯以及物质检验的思路和方法，综合考查考生运用化学知识解决实际生产、生活中问题的 能力。 【得分要点】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。 常见操作的答题考虑角度 常见的操作 答题要考虑的角度 分离、提纯 过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作 从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥) 提高原子利用 率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用) 在空气中或在 其他气体中进 行的反应或操 作 要考虑 O2、H2O、CO2 或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、 水解、潮解等目的 判断沉淀是否 洗涤干净 取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等 控 制 溶 液 的 pH ①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 控 制 温 度(常 用水浴、冰浴 或油浴) ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率：使催化剂达到最大活性 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对 设备的要求 洗涤晶体 ①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解 损耗 ③用特定的有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有 利于析出，减少损耗等 ④洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以 上操作 2～3 次 表面处理 用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧 化物、提高光洁度等 1．【湖南省衡阳县三中2019 届高三高考模拟（5 月)】锑(Sb)及其化合物在工业上有许多用途。以辉锑矿(主 要成分为 Sb2S3，还含有 PbS、As2S3、CuO、SiO2 等)为原料制备金属锑的工艺流程如图所示： 已知：①浸出液中除含过量盐酸和 SbCl5 之外，还含有 SbCl3、PbCl2、AsCl3、CuCl2 等； ②常温下：Ksp(CuS)＝1.27×10－36，Ksp(PbS)＝9.04×10－29； ③溶液中离子浓度≤1.0×10－5mol·L－1 时，认为该离子沉淀完全。 （1）滤渣 1 中除了 S 之外，还有________ (填化学式)。 （2）“浸出”时，Sb2S3 发生反应的化学方程式为___________________________________。 （3）“还原”时，被 Sb 还原的物质为________(填化学式)。 （4）常温下，“除铜、铅”时，Cu2＋和 Pb2＋均沉淀完全，此时溶液中的 c(S2－)不低于_____；所加 Na2S 也不宜过多，其原因为_________________________________。 （5）“除砷”时有 H3PO3 生成，该反应的化学方程式为________________________________。 （6）“电解”时，被氧化的 Sb 元素与被还原的 Sb 元素的质量之比为________________。 【答案】（1）SiO2 （2）Sb2S3＋3SbCl5===5SbCl3＋3S （3）SbCl5 （4）9.04×10－24 mol·L－1 产生 H2S 等污染性气体(或生成 Sb2S3) （5）2AsCl3＋3Na3PO2＋3HCl＋3H2O===2As↓＋3H3PO3＋9NaCl （6）3∶2 【解析】 【分析】（1） SiO2 不溶于盐酸； （2）根据滤渣 1 有 S，说明“浸出”时 Sb2S3 中的 S 元素被 SbCl5 氧化为 S，根据流程图可知，SbCl5 被还 原为 SbCl3； （3）“还原”时，加入适量的 Sb 还原“浸出”时加入的过量 SbCl5； （4） 根据 Ksp(PbS)＝9.04×10－29 计算 Cu2＋和 Pb2＋均沉淀完全时溶液中的 c(S2－)的最小值； （5）“除砷”时 Na3PO2 与 AsCl3 发生氧化反应反应生成 As 和 H3PO3； （6）“电解”时 SbCl3 在阳极被氧化为 SbCl5、SbCl3 在阴极被还原为 Sb。 【详解】（1） SiO2 不溶于盐酸，所以滤渣 1 中除了 S 之外，还有 SiO2； （2） “浸出”时 Sb2S3 中的 S 元素被 SbCl5 氧化为 S，SbCl5 被还原为 SbCl3，反应化学方程式是 Sb2S3＋ 3SbCl5=5SbCl3＋3S； （3）“还原”时，加入适量的 Sb 还原“浸出”时加入的过量 SbCl5，所以被 Sb 还原的物质为 SbCl5； （4）Pb2＋完全沉淀时，c(Pb2＋)≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp(PbS)＝9.04×10－29，所以溶液中的 c(S2－) 9.04×10－24 mol·L－1；所加 Na2S 过多，会生成 H2S 等污染性气体。 （5）“除砷”时 Na3PO2 与 AsCl3 发生氧化反应反应生成 As 和 H3PO3，反应化学方程式为 2AsCl3＋ 3Na3PO2＋3HCl＋3H2O=2As↓＋3H3PO3＋9NaCl； （6）“电解”时 SbCl3 在阳极被氧化为 SbCl5、SbCl3 在阴极被还原为 Sb，根据得失电子守恒，被氧化的 Sb 元素与被还原的 Sb 元素的质量之比为 3:2。 2．【2019 届高三 6 月适应性考试（最后一卷)】氯化亚铜是一种重要的化工产品，常用作有 机合成催化剂，还可用于颜料、防腐等工业，它不溶于 H2SO4、HNO3 和醇，微溶于水，可溶于浓盐酸和 氨水，在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2（OH）3Cl]。以海绵铜（主要成分是 Cu 和少量 CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产 CuCl 的工艺过程如下： （1）写出溶解过程中发生的氧化还原反应的离子方程式：_________。 （2）还原过程中发生的主要反应的离子方程式：_________。 （3）析出的 CuCl 晶体水洗后要立即用无水乙醇洗涤，在真空干燥机内于 70℃干燥 2h，冷却密封包装。 70℃真空干燥、密封包装的原因是__________。 （4）写出氯化亚铜在空气中被氧化的化学方程式__________________________。 （5）如图是各反应物在最佳配比条件下，反应温度对 CuCl 产率影响．由图可知，溶液温度控制在 60℃ 时，CuCl 产率能达到 94%，当温度高于 65℃时，CuCl 产率会下降，其原因可能是_______________。 ≥ ( ) 29 sp 2 5 PbS 9.04 10 Pb 1.0 1= =( ) 0 K c × × － ＋ － （6）以碳棒为电极电解 CuCl2 溶液也可得到 CuCl，写出电解时阴极上发生的电极反应式：____。 【答案】（1）3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O （2）2Cu2++SO32-+2Cl-+ H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+ （3）加快乙醇和水的挥发，防止 CuCl 在潮湿的空气中水解氧化 （4）4 CuCl+O2+ 4H2O=2Cu2(OH)3Cl+2HCl （5）温度过高，一是促进了 CuCl 的水解，二是促进了 CuCl 与空气中氧气发生反应 （6）Cu2++e-+Cl-=CuCl↓ 【解析】 【分析】（1）Cu 与 NO3-在酸性条件下发生氧化还原反应生成 Cu2+、NO 气体和水； （2）SO32-和 Cu2+之间可以发生氧化还原反应生成氯化亚铜沉淀； （3）乙醇和水易挥发，CuCl 具有还原性，可以被空气氧化； （4）由题给信息可知，CuCl 在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2（OH）3Cl]； （5）因在 60℃时 CuCl 产率最大，根据信息可知，随温度升高，促进了 CuCl 的水解，CuCl 被氧化的速 度加快； （6）电解时，阴极上 Cu2+得电子发生还原反应。 【详解】（1）溶解过程中，Cu 与 NO3-在酸性条件下发生氧化还原反应，离子方程式为： 3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O， 故答案为：3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O； （2）还原过程中，溶液中的 Cu2+被还原为 CuCl，离子方程式为：2Cu2++SO32-+2Cl-+ H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+， 故答案为：2Cu2++SO32-+2Cl-+ H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+； （3）真空干燥可以加快乙醇和水的挥发，密封包装可以防止 CuCl 在潮湿空气中水解、氧化， 故答案为：加快乙醇和水的挥发，防止 CuCl 在潮湿的空气中水解氧化； （4）由题给信息可知，CuCl 在潮湿空气中易水解氧化成绿色的碱式氯化铜[Cu2（OH）3Cl]，根据得失 电子守恒及原子守恒写出生成物并配平，化学方程式为：4CuCl+O2+ 4H2O=2Cu2(OH)3Cl+2HCl， 故答案为：4CuCl+O2+ 4H2O=2Cu2(OH)3Cl+2HCl； （5）因在 60℃时 CuCl 产率最大，根据信息可知，随温度升高，促进了 CuCl 的水解，CuCl 被氧化的速 度加快， 故答案为：温度过高，一是促进了 CuCl 的水解，二是促进了 CuCl 与空气中氧气发生反应； （6）电解时，阴极上 Cu2+得电子，电极反应式为：Cu2++e-+Cl-=CuCl↓， 故答案为：Cu2++e-+Cl-=CuCl↓。 【点睛】本题以实验形式考查金属铜以及化合物的性质，要求学生具有分析和解决问题的能力，注意知 识的迁移和应用是解题的关键，注意得失电子守恒方法的熟练使用。 3．【山西省太原市2019 届高三 5 月模拟考试（二模)】采用湿法冶金工艺回收废旧光盘中的金属Ag(其他金 属因微量忽略不计)，其流程如下： 回答下列问题： （1）①“操作 I”为______________，在实验室进行此操作需要用到的玻璃仪器有______________。 ②在实验室利用“操作 I”的装置洗涤难溶物的操作方法是___________________。 （2）若 NaClO 溶液与 Ag 反应的产物有 AgCl 和 O2，则该反应的化学方程式为________________，若以 稀 HNO3 代替 NaClO 溶液，其缺点是____________（写出一条即可）。 （3）已知 Ag2O 在酸性条件下能将有毒气体甲醛(HCHO)氧化成 CO2，科学家据此原理将上 述过程设 计为一种电化学装置，以回收电极材料中的金属 Ag。则此电池的正极反应式为____________________。 （4）已知室温时，Ksp(Ag2SO4)=1.4×10-5，Ksp(AgCl)=1.8×10-10。计算反应 Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+SO42- (aq)的平衡常数 K=______________。（保留两位有效数字） 【答案】（1）过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 向过滤器内加蒸馏水浸没沉淀，使水自然流下，重复 2～ 3 次 （2）4Ag+ 4NaClO + 2H2O = 4AgCl + 4NaOH + O2↑ 没有 Cl-不能生成 AgCl(或生成氮氧化物，污染 空气) （3）Ag2O + 2e－ + 2H+ = 2Ag + H2O （4）4.3×1014 【解析】（1）①“操作 I”得到溶液和固体，故为过滤；在实验室进行此操作需要用到的玻璃仪器有烧杯、 漏斗、玻璃棒； ②在实验室利用“操作 I”的装置洗涤难溶物的操作方法是向过滤器内加蒸馏水浸没沉淀，使水自然流下， 重复 2～3 次； （2）若 NaClO 溶液与 Ag 反应的产物有 AgCl 和 O2，银元素和氧元素化合价升高，则氯元素化合价降低， 根据氧化还原反应进行配平得反应的化学方程式为 4Ag+ 4NaClO + 2H2O = 4AgCl + 4NaOH + O2↑； 若以稀 HNO3 代替 NaClO 溶液，其缺点是没有 Cl-不能生成 AgCl、生成氮氧化物，污染空气； （3）已知 Ag2O 在酸性条件下能将有毒气体甲醛(HCHO)氧化成 CO2，科学家据此原理将上 述过程设计 为一种电化学装置，以回收电极材料中的金属 Ag。则此电池的正极氧化银得电子产生银，电极反应式为 Ag2O + 2e－ + 2H+ = 2Ag + H2O； （4）已知室温时，Ksp(Ag2SO4)=1.4×10-5，Ksp(AgCl)=1.8×10-10。计算反应 Ag2SO4(s)+2Cl-(aq) 2AgCl(s)+ SO42- (aq)的平衡常数 K= = = = =4.3×1014。 【点睛】本题以光盘中的金属 Ag 为载体考查金属元素的回收，明确流程中元素的转化关系是解答的关 键，题目难度不大，注意溶度积的计算及氧化还原反应的配平。 4．【陕西省咸阳市2019 届高三模拟检测（三)】氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下： 已知：①菱锰矿石主要成分是 ，还含有少量 Fe、Al、Ca、Mg 等元素； ②相关金属离子 形成氯氧化物沉淀时的 pH 如下： 金属离子 Al3+ Fe3+ Fe2+ Ca2+ Mn2+ Mg2+ 开始沉淀的 pH 3.8 1.5 6.3 10.6 8.8 9.6 沉淀完全的 pH 5.2 2.8 8.3 12.6 10.8 11.6 ③常温下， 的溶度积分别为 ( ) ( ) 2 4 2c c SO Cl − − ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 4 2 2c c SO c Ag Cl c Ag − + − + ( ) ( ) 2 4 2 sp sp K Ag SO K AgCl ( ) 5 210 1.4 10 1.8 10 − − × × 3MnCO ( )n 1c M 0.1mo1 L+ − = ⋅  2 2CaF MgF、 10 111.46 10 7.42 10− −× ×、 回答下列问题： （1）“焙烧”时发生的主要化学反应方程式为_____________________。 （2）分析下列图 1、图 2、图 3，氯化铵焙烧菱镁矿的最佳条件是： 焙烧温度_________，氯化铵与菱镁矿粉的质量之比为__________，焙烧时间为___________. （3）浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入 氧化为 ，反应的离子方程式为________； 然后调节溶液 pH 使 沉淀完全，此时溶液的 pH 范围为____。再加入 沉淀 ， 当 时， =______ （4）碳化结晶时，发生反应的离子方程式为___________。 （5）流程中能循环利用的固态物质是____________。 【答案】（1）MnCO3+2NH4Cl MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O （2）500℃ 1.10 60min （3）MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2≤pH