制备类化工流程题押题专练
化学工艺流程题作为高考大题每年必考，且不断探索创新点，试题源于生产实际，问题情境真实，阅读量、思维含量较大，考查考生的信息获取、处理能力；试题内容丰富，涉及化学基础知识的方方面面，能综合考查考生对化学知识的掌握和应用情况及运用所学知识解决实际问题的能力。
一．制备类化工流程题的考查特点
1.围绕核心反应推断陌生物质。
2.围绕核心反应或副反应考查物质变化及定量关系
3.陌生方程式书写与计算。
4.围绕经济原则考查循环利用。
二．常考化工术语
三．预处理的方法及目的
1.粉碎或研磨：增大固液（或固气或固固）接触面积，加快反应（溶解）速率，增大原料的转化率（或浸取率）。
2.煅烧或灼烧：不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质
3.酸浸：溶解、去氧化物（膜）、调节pH促进水解（沉淀）
4.碱溶：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解（沉淀）
5.控制温度：
四．化工流程中有关计算
1.常用化学计算方法
①守恒法：a.电子守恒法：适用于氧化还原反应；
b.电荷守恒法：适用于离子反应计算离子浓度；
c.原子守恒法：适用于多反应，某原子只生产一种物质。
②关系式法：多步反应的计算；滴定实验中的计算。
2.化工流程中Ksp的计算及应用
①Ksp的表达式：AmBn(s)=mAn＋(aq)＋nBm－(aq)Ksp＝cm(An＋)·cn(Bm－)
②Ksp与Qc的关系应用：
a．当QcKsp时，溶液过饱和，有沉淀析出，直至溶液饱和，达到新的平衡。
b．当Qc＝Ksp时，溶液饱和，沉淀与溶解处于平衡状态。
c．当QcKsp时，溶液未饱和，无沉淀析出，若加入过量难溶电解质，难溶电解质溶解直至溶液饱和。
1．[年山东新高考]用软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3）和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下
已知：MnO2是一种两性氧化物；25℃时相关物质的Ksp见下表。
回答下列问题：
（1）软锰矿预先粉碎的目的是，MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为。
（2）保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是。
（3）滤液I可循环使用，应当将其导入到操作中（填操作单元的名称）。
（4）净化时需先加入的试剂X为（填化学式）。再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为_______(当溶液中某离子浓度时，可认为该离子沉淀完全）。
（5）碳化过程中发生反应的离子方程式为。
2．[江苏卷]实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成份为铁的氧化物）制备软磁性材料αFe2O3。
其主要实验流程如下：
（1）酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有▲（填序号）。
A．适当升高酸浸温度B．适当加快搅拌速度C．适当缩短酸浸时间
（2）还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe2+外，还会生成▲（填化学式）；检验Fe3+是否还原完全的实验操作是▲。
（3）除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致CaF2沉淀不完全，其原因是▲[
]。
（4）沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为▲。
②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：▲。
[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]。
3．[新课标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)4，Ka=5.81×，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_________。
1．多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。
(1)已知多晶硅第三代工业制取流程如图所示。
①物质Z的名称是_______。
②用石英砂和焦在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_______
③在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_______。
(2)利用晶体硅的粉末与干燥的氮气在~℃下反应，可制取结构陶瓷材料氮化硅(Si3N4)。现用如图所示装置(部分仪器已省略)制取少量氮化硅。
①装置II中所盛试剂为_______。
②装置I和装置皿均需要加热，实验中应先_______(填“皿”或“I”)的热源。
(3)由晶体硅制成的n型半导体、p型半导体可用于太阳能电池。一种太阳能储能电池的工作原理如图所示，已知锂离子电池的总反应为：Li1-xNiO2+xLi==C6LiNiO2+xC6。完成下列问题。
①该锂离子电池充电时，n型半导体作为电源_______.(填“正”或“负”)极。
②该锂离子电池放电时，b极上的电极反应式为_______。
2．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）为白色或黄色结晶粉末，遇强酸放出.在医药、橡胶、印染、食品、含铬污水处理等方面应用广泛。
(1)利用烟道气中的生产Na2S2O5的工艺流程如图：
资料：当NHSO3溶液过饱和后静置，会结晶析出焦亚硫酸钠晶体。
①焦亚硫酸钠中硫元素的化合价为_______，常温下焦亚硫酸钠溶于水形成的溶液显_______性(填“酸”、“中”或“碱”)。
②控制Ⅰ中反应结束的方法是测定溶液的pH，当pH=4.1时停止通入SO2，此时溶液的溶质主要是_______(填物质名称)。
③Ⅲ中发生反应的化学方程式有_______。
(2)研究表明，焦亚硫酸钠处理含铬(VI)废水较其他方法效果好，处理费用低。其工艺流程如图：
①加硫酸调废水pH至2.5，可增强Cr2O72-的氧化性，但实际工业中若pH过低，则消耗焦亚硫酸钠的量比理论值高出许多，结合化学用语解释可能的原因_______。
②石灰乳的作用为_______。
3．铝和铝合金是一类重要的金属材料。回答下列问题：
(1)除去镁粉中混有的少量铝粉，加入某试剂后反应的离子方程式为___________
(2)某同学在实验室用铝土矿(含有Al2O3和SiO2，不考虑其他杂质)取金属铝的流程如下：
①操作Ⅰ所加物质a为___________(选填H2SO4或NaOH)，Al2O3与a反应的离子方程式为___________。
②滤液Ⅱ中溶质的用途之一是___________。
③工业上在电解熔融的Al2O3时，还加入了冰晶石(Na3AlF3)作熔剂，其作用是降低Al2O3的熔点。冰晶石在物质的分类中属于___________(填字母)。
a．酸b．碱c．盐d．氧化物
(3)铝与NO3-在酸性或碱性条件下均可反应，为了降低饮用水中NO3-的浓度，可以在碱性条件下用铝粉将NO3-还原为N2，完善并配平该反应：
，___________。每消耗1molNO3-，转移的电子数目为___________。
(4)已知：CCl4与水不相溶且密度比水大，Cl2的CCl4溶液呈黄绿色，Br2的CCl4溶液呈橙红色，且Br2易从水溶液中溶入CCl4中。Cl2既能氧化Br-，也能氧化Fe2+。
①取10mL0.1mol/LFeBr2溶液，向其中滴加几滴新制的氯水，振荡后溶液呈黄色。取少量反应后的溶液加入KSCN溶液，溶液变为红色。另取少量反应后的溶液加入CCl4，振荡后，下层为无色液体。以上实验结论表明还原性：Fe2+___________Br-(填“＞”或“＜”)。
②若在mL0.1mol/LFeBr2溶液中通入标准状况下mL的Cl2，取少量反应后的溶液加入CCl4，振荡后下层液体呈___________色，写出该反应的离子方程式___________。
②请选择合适的编号，按正确的操作顺序完成萃取实验(假设只放气一次)倒入溶液和萃取剂→___________→___________→___________→___________→f→___________→___________→使下层液体慢慢流出→c→上层液体从上口倒出(有的操作可重复使用)。
a.打开上口玻璃塞；b.塞上上口玻璃塞；c.关闭旋塞；d.打开旋塞；e.倒转分液漏斗振摇；f.放在铁圈上静置；g.手持静置。
(4)“沉钴”时，溶液滴加过快会导致产品不纯，请解释可能原因___________。
“调pH1”时，主要除去的离子是____，溶液pH范围____。
(3)在空气中加热Ni(OH)2可得NiOOH，请写出此反应的化学方程式______。
(1)流程中“多步操作”包括的顺序为()→()→()。__
a.蒸发浓缩形成饱和溶液
b.用低于38℃的水洗涤
c.趁热过滤
d.低于60℃干燥
e.高温干燥除水
f.冷却结晶后过滤
g.用38~60℃的温水洗涤
(2)反应1在图甲中进行，装置A的作用是___；通入空气，其作用是排出ClO2，通空气不能过快，空气流速过快时ClO2不能被充分吸收；通空气也不能过慢，其原因是__。
(3)反应2在装置乙中进行，其中反应的化学方程式为___，冰水浴冷却的目的是__(写一条)。
(4)测定某亚氯酸钠样品的纯度：准确称取所得亚氯酸钠样品mg于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(NaClO2被还原为Cl-，杂质不参加反应)，将所得混合液配成mL待测溶液；取25.00mL待测溶液于锥形瓶中，加几滴淀粉溶液，用cmolL-1Na2S2O3标准液滴定至滴定终点。重复2次，测得平均值为VmL(已知：I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。
①此过程中要用到滴定管，选出其正确操作并按序列出字母：检查滴定管是否漏水→蒸馏水洗涤→()→()→()→()→()→滴定管准备完成。__
a.从滴定管上口加入高于“0”刻度3mL所要盛装的溶液
b.从滴定管上口加入3mL所要盛装的溶液，倾斜着转动滴定管
c.将洗涤液从滴定管上口倒入预置的烧杯中
d.将洗涤液从滴定管下部放入预置的烧杯中
e.调整液面至“0”刻度或“0”刻度以下记录数据
f.轻轻转动活塞使滴定管的尖嘴部分充满溶液，无气泡
g.轻轻挤压玻璃球使滴定管的尖嘴部分充满溶液，无气泡
②达到滴定终点时的现象为___。
③该样品中NaClO2的质量分数为__(用含m、c、V的代数式表示)。
7．钒的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。某工厂为了从含有杂质的VOSO4样品中回收得到催化剂V2O5，设计流程如下：
请回答下列问题：
(1)步骤①所得废渣的成分是________(写化学式)。NH4VO3在焙烧前要洗涤2～3次，该步操作方法为______________________________________________________。
(2)步骤②、③的变化过程可简化为(下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂)：
R2(SO4)n(水层)＋2nHA(有机层)2RAn(有机层)＋nH2SO4(水层)
步骤②中萃取时必须加入适量碱，其原因是________________________。
步骤③中X试剂为__________________________________________________。
(3)⑤的离子方程式为_______________________________________________。
(4)该工艺流程中，可以循环利用的物质有________和________。
(5)若取VOSO4样品wg，测得消耗amol·L－1氯酸钾溶液VmL(氯酸钾还原产物为氯化钾)，则1kg样品理论上可制得的V2O5质量是________g(用含w、V的代数式表示)。
参考答案
真题演练
1.（1）增大接触面积，充分反应，提高反应速率；
软锰矿粉(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)加入硫化钡溶液进行反应，主要发生MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S，过滤得到Ba(OH)2溶液，经蒸发结晶、过滤、干燥得到氢氧化钡；滤渣用硫酸溶解，得到的滤液中主要金属阳离子有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，得到的滤渣为不溶于稀硫酸的硫磺；之后向滤液中加入合适的氧化剂将Fe2+转化为Fe3+，然后加入氨水调节pH，使Fe3+、Al3+转化为沉淀除去，压滤得到的废渣为Fe(OH)3和Al(OH)3，此时滤液中的金属阳离子只有Mn2+，向滤液中加入碳酸氢铵、氨水，Mn2+和碳酸氢根电离出的碳酸根结合生成碳酸锰沉淀，过滤、洗涤、干燥得到高纯碳酸锰。
（1）软锰矿预先粉碎可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，提高反应速率；MnO2与BaS反应转化为MnO，Mn元素的化合价由+4价降低为+2价，根据元素价态规律可知-2价的S元素应被氧化得到S单质，则MnO2与BaS的系数比应为1:1，根据后续流程可知产物还有Ba(OH)2，结合元素守恒可得化学方程式为：MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S；
（2）根据题目信息可知MnO2为两性氧化物，所以当MnO2过量时，会消耗反应产生的Ba(OH)2，从而使Ba(OH)2的量达到最大值或会减小；
（3）滤液I为结晶后剩余的Ba(OH)2饱和溶液，所以可以导入到蒸发操作中循环使用；
（4）净化时更好的除去Fe元素需要将Fe2+氧化为Fe3+，为了不引入新的杂质，且不将Mn元素氧化，加入的试剂X可以是H2O2；根据表格数据可知，Fe(OH)3和Al(OH)3为同种沉淀，而Al(OH)3的Ksp稍大，所以当Al3+完全沉淀时，Fe3+也一定完全沉淀，当c(Al3+)=1.0×10-5mol/L时，
②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀
铁泥的主要成份为铁的氧化物，铁泥用H2SO4溶液“酸浸”得到相应硫酸盐溶液，向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+；向“还原”后的滤液中加入NH4F使Ca2+转化为CaF2沉淀而除去；然后进行“沉铁”生成FeCO3，将FeCO3沉淀经过系列操作制得α—Fe2O3；据此分析作答。
（1）A．适当升高酸浸温度，加快酸浸速率，能提高铁元素的浸出率，A选；
B．适当加快搅拌速率，增大铁泥与硫酸溶液的接触，加快酸浸速率，能提高铁元素的浸出率，B选；
C．适当缩短酸浸时间，铁元素的浸出率会降低，C不选；
答案选AB。
（2）为了提高铁元素的浸出率，“酸浸”过程中硫酸溶液要适当过量，故向“酸浸”后的滤液中加入过量的铁粉发生的反应有：Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑，“还原”过程中除生成Fe2+外，还有H2生成；通常用KSCN溶液检验Fe3+，故检验Fe3+是否还原完全的实验操作是：取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色，若不呈血红色，则Fe3+还原完全，若溶液呈血红色，则Fe3+没有还原完全，故答案为：H2，取少量清液，向其中滴加几滴KSCN溶液，观察溶液颜色是否呈血红色。
（3）向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀，Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)，当Ca2+完全沉淀（某离子浓度小于1×10-5mol/L表明该离子沉淀完全）时，溶液中c(F-)至少
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)2MgCO3，沉镁过程的离子反应为：
由题给流程可知，向某废镍原料加入氢氧化钠溶液碱浸，铝和二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和硅酸钠，过滤得到滤渣1；向滤渣1中加入稀硫酸酸溶，镍、铬和硫化亚铁与硫酸反应得到硫酸盐溶液，向反应后的溶液中加入次氯酸钠溶液将亚铁离子氧化为铁离子后，加入氢氧化镍调节溶液pH在5.6～6.2范围内，将铁离子和铬离子转化为氢氧化铁和氢氧化铬沉淀，过滤得到含有氢氧化铁和氢氧化铬的滤渣2和硫酸镍溶液；向硫酸镍溶液加入碱溶液调节溶液pH，过滤得到氢氧化镍沉淀；在空气中加热氢氧化镍制得碱式氧化镍。
(1)由分析可知，碱浸时发生的反应为铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子反应方程式为