2025届高三高考化学二轮复习
提分点九 微型化工流程
【真题再现】
1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是 ( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
2.(2024·湖南卷)中和法生产Na2HPO4·12H2O的工艺流程如下:
已知:①H3PO4的电离常数:K1=6.9×10-3,K2=6.2×10-8,K3=4.8×10-13 ②Na2HPO4·12H2O易风化。
下列说法错误的是 ( )
A.“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液
B.“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4
C.“结晶”工序中溶液显酸性
D.“干燥”工序需在低温下进行
3.(2024·北京卷)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是 ( )
A.Ⅰ 的化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2
B. Ⅱ 中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
4.(2021·山东卷)工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如图,下列说法错误的是 ( )
A.吸收过程中有气体生成
B.结晶后母液中含有NaHCO3
C.气流干燥湿料时温度不宜过高
D.中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3
5.(双选)(2023·山东卷)一种制备Cu2O的工艺路线如图所示,反应 Ⅱ 所得溶液pH在3~4之间,反应Ⅲ需及时补加NaOH以保持反应在pH=5条件下进行。常温下,H2SO3的电离平衡常数=1.3×10-2,=6.3×10-8。下列说法正确的是 ( )
A.反应 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应
B.低温真空蒸发主要目的是防止NaHSO3被氧化
C.溶液Y可循环用于反应 Ⅱ 所在操作单元吸收气体 Ⅰ
D.若Cu2O产量不变,参与反应Ⅲ的X与CuSO4物质的量之比增大时,需补加NaOH的量减少
【能力养成】
1.微型化工流程题的思维模型
2.抓住“六个关键”,突破微型化工流程
(1)看原料:明确化工生产或化学实验所需的材料。
(2)看目的:把握题干中的“制备”或“提纯”等关键词,确定化工生产或化学实验的目的。
(3)看箭头:进入的是投料(即反应物);出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
(4)看三线:主线主产品;分支副产品;回头为循环。
(5)找信息:明确反应条件的控制和分离提纯方法。
(6)关注所加物质的可能作用:参与反应、提供反应氛围、满足定量要求等。
【模拟演练】
1.(2024·大庆模拟)一种以钛铁矿(FeTiO3,含Fe2O3、CaO、SiO2等杂质)为主要原料制备钛白粉(TiO2)的工艺流程如图所示。
已知:“酸浸”后钛元素主要以TiO2+形式存在,TiO2+在80 ℃左右水解生成TiO2·xH2O。
下列说法不正确的是 ( )
A.“酸浸”时不宜用硝酸替换硫酸
B.滤渣①的主要成分为Fe、SiO2和CaSO4
C.常温下溶解度:TiOSO4小于FeSO4·7H2O
D.制备过程中硫酸可以循环使用
2.(2024·朝阳二模)钛铁矿( FeTiO3)制取金属钛的流程如图所示(已知TiCl4为无色液体,极易水解;Ti3+的还原性强于Fe2+)
下列说法正确的是 ( )
A.钛铁矿( FeTiO3)中Ti的化合价是+3
B.氯化过程中反应2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+ 2TiCl4
C.镁与TiCl4置换时可以用氮气做保护气
D.制取金属钛时可以用Na与TiCl4溶液反应
3.(2024·长春三模)辉铜矿(Cu2S,含杂质Fe3O4和SiO2)合成[Cu(NH3)4]SO4·H2O流程如图所示。下列说法中错误的是 ( )
A.气体X的主要成分为SO2
B.步骤 Ⅱ 中滤渣主要成分为SiO2
C.溶液D为深蓝色
D.步骤 Ⅳ 的操作为蒸发结晶
4.(2024·湖南三模)金属锰用于生产多种重要的合金。工业上由碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有Fe3O4、MgO、SiO2等杂质)制备金属锰的工艺流程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.“浸渣”的主要成分可用于制造陶瓷和耐火材料
B.“氧化”时消耗的过氧化氢与Fe2+的物质的量之比为1∶2
C.“沉铁”时发生反应的离子方程式为3MnCO3+2Fe3++3H2O===3Mn2++2Fe(OH)3+3CO2↑
D.“电解”过程中提高电解质溶液的酸度,电解效率会降低
5.(2023·枣庄二模)高铁酸钾(K2FeO4)具有杀菌消毒及净水作用,某实验小组在碱性条件下制备K2FeO4流程如图所示:
下列说法错误的是 ( )
A.1 mol K2FeO4消毒能力相当于1.5 mol HClO
B.氧化反应:3NaClO+2Fe(NO3)3+10NaOH===2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O
C.同温度时高铁酸钠溶解度大于高铁酸钾
D.提纯时,应用到的玻璃仪器有蒸发皿、玻璃棒、烧杯、酒精灯
答案精析
提分点九 微型化工流程
真题再现
1.C [结合“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变并产生CuCl固体,可推断“脱氯”时Cu和Cu2+发生归中反应并结合Cl-生成CuCl沉淀,离子方程式为Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl,则“浸铜”时铜屑不能完全溶解,A错误,C正确;“浸铜”时Cu与H2O2在酸性条件下反应生成Cu2+和H2O,离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,B错误;脱氯液中含大量的Zn2+,净化后电解,Zn2+在阴极上得电子生成单质Zn,D错误。]
2.C [H3PO4和Na2CO3先发生反应,通过加入X调节pH,使产物完全转化为Na2HPO4,通过结晶、过滤、干燥,最终得到Na2HPO4·12H2O成品。铁是较活泼金属,可与H3PO4反应生成氢气,故“中和”工序若在铁质容器中进行,应先加入Na2CO3溶液,A项正确;若“中和”工序加入Na2CO3过量,则需要加入酸性物质来调节pH,为了不引入新杂质,可加入H3PO4;若“中和”工序加入H3PO4过量,则需要加入碱性物质来调节pH,为了不引入新杂质,可加入NaOH,所以“调pH”工序中X为NaOH或H3PO4,B项正确;“结晶”工序中的溶液为饱和Na2HPO4溶液,由已知可知H3PO4的K2=6.2×10-8,K3=4.8×10-13,则HP≈1.6×10-7,由于Kh>K3,则Na2HPO4的水解程度大于电离程度,溶液显碱性,C项错误;由于Na2HPO4·12H2O易风化失去结晶水,故“干燥”工序需要在低温下进行,D项正确。]
3.B [黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,SO2和空气中的O2在400~500 ℃、常压、催化剂的作用下发生反应得到SO3,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,得到H2SO4。反应 Ⅰ 是黄铁矿和空气中的O2在加热条件下发生反应,生成SO2和Fe3O4,化学方程式:3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2,故A正确;反应Ⅱ条件要兼顾平衡转化率和反应速率,还要考虑生产成本,如Ⅱ中“常压、催化剂”不是为了提高SO2平衡转化率,故B错误;将黄铁矿换成硫黄,则不再产生Fe3O4,即可以减少废渣产生,故C正确;硫酸工业产生的尾气为SO2、SO3,可以用碱液吸收,故D正确。]
4.B [根据工艺流程逆向分析可知,以二氧化硫和纯碱为原料,得到结晶成分为NaHSO3,则母液为饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸,溶液呈酸性,所以加入纯碱进行中和,涉及的反应为:H2SO3+2Na2CO3===Na2SO3+2NaHCO3,NaHSO3+Na2CO3===Na2SO3+NaHCO3,所以调节pH为8进行中和后得到Na2SO3和NaHCO3,通入二氧化硫气体进行混合吸收,此时吸收过程中发生反应为:Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3↓,SO2+NaHCO3===CO2+NaHSO3↓,此时会析出大量NaHSO3晶体,经过离心分离,将得到的湿料再进行气流干燥,最终得到NaHSO3产品,据此分析解答。A.根据上述分析可知,吸收过程中有二氧化碳生成,A正确;B.结晶后母液中含饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸,没有NaHCO3,假设产物中存在NaHCO3,则其会与生成的NaHSO3发生反应,且NaHCO3溶解度较低,若其残留于母液中,会使晶体不纯,假设不成立,B错误;C.NaHSO3高温时易分解变质,所以气流干燥过程中温度不宜过高,C正确;D.结合上述分析可知,中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3,D正确;故选B。]
5.CD [铜和浓硫酸反应(反应Ⅰ)生成二氧化硫气体(气体Ⅰ)和硫酸铜,生成的二氧化硫气体与碳酸钠反应(反应Ⅱ),所得溶液pH在3~4之间,溶液显酸性,根据H2SO3的电离平衡常数=1.3×10-2,=6.3×10-8,可知NaHSO3溶液显酸性(电离大于水解),则反应Ⅱ所得溶液成分是NaHSO3,调节溶液pH值至11,使NaHSO3转化为Na2SO3,低温真空蒸发(防止Na2SO3被氧化),故固液分离得到Na2SO3晶体和Na2SO3溶液,Na2SO3和CuSO4反应的离子方程式是S+Cu2O↓+4H+,反应过程中酸性越来越强,可能使Na2SO3转化成SO2气体,需及时补加NaOH以保持反应在pH=5条件下进行,据此分析解答。A.反应Ⅰ是铜和浓硫酸反应,生成二氧化硫,是氧化还原反应,反应Ⅱ是SO2和碳酸钠溶液反应,生成NaHSO3、水和二氧化碳,是非氧化还原反应,反应Ⅲ是Na2SO3和CuSO4反应生成Cu2O,是氧化还原反应,A错误;B.低温真空蒸发主要目的是防止Na2SO3被氧化,而不是NaHSO3,B错误;C.经分析溶液Y的成分是Na2SO3溶液,可循环用于反应Ⅱ的操作单元吸收SO2气体(气体Ⅰ),C正确;D.制取Cu2O,当Na2SO3过量时反应方程式是2CuSO4+3Na2SO3===Cu2O+2SO2↑+3Na2SO4,化合物X是指Na2SO3,若Cu2O产量不变,增大,多的Na2SO3会消耗氢离子,用于控制pH值,可减少NaOH的量,D正确。]
模拟演练
1.C [钛铁矿的主要成分是FeTiO3,还含Fe2O3、CaO、SiO2等杂质,钛铁矿中加入稀硫酸酸浸,FeTiO3、Fe2O3、CaO分别和稀硫酸反应生成FeSO4、钛的硫酸盐、Fe2(SO4)3、CaSO4,SiO2不溶于稀硫酸,然后加入铁粉,Fe3+被还原为Fe2+,过滤得到的滤渣①中含有CaSO4、SiO2和过量Fe粉;滤液①中含有FeSO4、钛的硫酸盐,将滤液①冷却结晶得到滤渣②为硫酸亚铁晶体,过滤后滤液②中加热水解得到TiO2·xH2O和硫酸。由分析可知,酸浸后需将CaO转化为CaSO4除去,故“酸浸”时不宜用硝酸替换硫酸,A正确;由分析可知,滤渣①的主要成分为Fe、SiO2和CaSO4,B正确;由分析可知,将滤液①冷却结晶得到滤渣②为硫酸亚铁晶体,则常温下溶解度:TiOSO4大于FeSO4·7H2O,C错误;由分析可知,滤液②热水解可得到硫酸,硫酸在制备过程中可以循环使用,D正确。]
2.B [FeTiO3中加入焦炭,再通入Cl2,焦炭被氧化为CO,FeTiO3转化为FeCl3、TiCl4;再加入Mg粉,在Ar存在的环境中加热至800 ℃,可制得Ti。Ti3+的还原性强于Fe2+,则Fe3+能将Ti3+氧化为Ti4+,所以钛铁矿( FeTiO3)中Ti的化合价是+4价,A不正确;氯化过程中,Cl2将C氧化为CO,Fe2+氧化为Fe3+,则发生反应2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+ 2TiCl4,B正确;镁是活泼的金属元素,能与氮气反应生成氮化镁,则镁与TiCl4置换时不能用氮气做保护气,C不正确;Na能与水反应,则制取金属钛时可以用Na与TiCl4的熔融液反应,不能使用TiCl4的水溶液,D不正确。]
3.D [由题给流程可知,辉铜矿在氧气中煅烧时,硫化亚铜与氧气高温条件下反应生成氧化铜和二氧化硫,向煅烧渣中加入稀硫酸酸浸,金属氧化物转化为可溶的硫酸盐,二氧化硅与稀硫酸不反应,过滤得到含有二氧化硅的滤渣和滤液;向滤液中加入过量氨水,将溶液中的铁离子转化为氢氧化铁沉淀,铜离子转化为四氨合铜离子,过滤得到氢氧化铁和深蓝色的硫酸四氨合铜溶液;硫酸四氨合铜溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到一水硫酸四氨合铜晶体。由分析可知,气体X的主要成分为二氧化硫,故A正确;B.由分析可知,滤渣主要成分为二氧化硅,故B正确;C.由分析可知,溶液D为深蓝色的硫酸四氨合铜溶液,故C正确;由分析可知,步骤Ⅳ的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,故D错误。]
4.B [本题为从碳酸锰矿粉中制备单质锰的过程,首先用硫酸溶解矿粉,过滤后得到的滤液中含有锰离子,二价铁,三价铁,镁离子,加入过氧化氢将二价铁氧化为三价铁,用碳酸锰沉铁,随后用氟化锰沉镁后,再通过电解得到单质锰。碳酸锰矿中仅有SiO2不溶于硫酸,“浸渣”的主要成分为SiO2,SiO2可用于制造玻璃、光导纤维、陶瓷和耐火材料等,A项正确;Fe3+可做过氧化氢分解的催化剂,故“氧化”时消耗的过氧化氢与Fe2+的物质的量之比应大于1∶2,B项错误;“沉铁”时发生反应的离子方程式为3MnCO3+2Fe3++3H2O===3Mn2++2Fe(OH)3+3CO2↑,C项正确;若“电解”过程中过度提高电解质溶液的酸度,大量H+会在阴极上放电,导致电解效率降低,D项正确。]
5.D [A.1 mol次氯酸得2 mol电子生成氯离子,1 mol K2FeO4得3 mol电子转化为三价铁,故1 mol K2FeO4消毒能力相当于1.5 mol HClO,A正确;B.根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式:3NaClO+2Fe(NO3)3+10NaOH===2Na2FeO4+3NaCl+6NaNO3+5H2O,B正确;C.流程图中高铁酸钠加入饱和氢氧化钾溶液利用同温度时高铁酸钠溶解度大于高铁酸钾可生成高铁酸钾,C正确;D.提纯时需过滤,应用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯,D错误。]
