拉分题9　化学工艺流程 （含解析）高一化学苏教版（2019）必修1 复习教案

eq \o(\s\up7(拉分点1　陌生情境方程式书写),\s\do5())
得分策略
陌生方程式书写三步骤
步骤1：瞻前顾后定反应物和产物。根据图像、酸碱性、流程等信息确定反应物和产物，氧化还原反应中先根据价态规律判断产物的价态，再根据环境判断产物的存在形态，如硫单质被氧化，应生成＋4价，存在形式有SO2、SO、HSO等，若溶液为酸性介质则生成SO2，碱性介质则为SO。
步骤2：守恒思想配平化学计量数。根据得失电子守恒配平氧化还原反应，再根据元素守恒和电荷守恒配平非氧化还原反应。
步骤3：看环境，补物质，查守恒。补物质时若溶液为酸性，则可以补H＋、H2O等，碱性时可以补OH－、H2O等。
单质硫与热的NaOH溶液反应，产物中硫元素最高价态为＋4，写出该反应的离子方程式：3S＋6OH－2S2-＋SO＋3H2O。
【深度剖析】硫的价态升高，发生氧化还原反应，必然有元素化合价降低，对照氯气与碱反应，考虑硫元素价态降低，生成－2价化合物；再根据碱性环境，得出两种价态的物质分别为Na2SO3和Na2S。
已知：As(Ⅴ)在不同pH条件下的物种分布分数如图所示。
向中性废水中加入适量石灰水，使As(Ⅴ)完全转化为Ca3(AsO4)2沉淀。
写出该反应的离子方程式：H2AsO＋HAsO＋3Ca2+＋3OH－===Ca3(AsO4)2↓＋3H2O。
【深度剖析】离子方程式体现化学反应的实质，用实际参加反应的微粒(主要微粒)书写反应。本题中中性条件下H2AsO和HAsO的量相同，故书写方程式时，应按1∶1比例书写。加入石灰水，故应有OH－参与反应。
eq \o(\s\up7(拉分点2　温度对转化率的影响),\s\do5())
得分策略
1. 温度对反应速率的影响
正向影响：温度升高反应速率加快；温度升高催化剂的活性增强，反应速率加快。
逆向影响：①导致催化剂活性降低(催化剂失活)；
②反应物浓度降低(使溶液中的气体逸出，使易挥发的物质挥发，使易分解的物质分解)；
③发生副反应。
2. 温度与浸取率(转化率)
(1) 温度——物质的稳定性影响浸取率
(2) 温度——气体的溶解度影响浸取率
(3) 温度——催化剂影响转化率
(NH4)2S溶液浸取滤渣时的反应为(n－1)S＋S2-===S，单质硫浸取率随温度变化曲线如图所示。温度高于30 ℃，单质硫浸取率下降的可能原因是硫化铵受热分解，导致S2-浓度减小，硫单质浸取率下降。
其他条件相同时，用SO2还原浸出Cu(AsO2)2 1 h，不同温度下砷的浸出率如图。随着温度升高，砷的浸出率先增大后减小的原因是升温能加快反应速率，同时温度升高SO2的溶解度减小，反应速率减小，T＜60_℃，升温对反应速率影响大，T＞60_℃，浓度减小对反应速率影响大
V2O5-WO3/TiO2催化剂可以催化NH3脱除烟气中的NO。将模拟烟气以一定流速通过装有V2O5-WO3/TiO2催化剂的反应管，反应相同时间，测得NO的转化率随温度的变化如图所示。
①反应温度高于350 ℃，NO转化率下降的原因可能是催化剂活性下降，反应速率减慢；NH3与O2发生反应生成NO。
②若烟气中含有SO2，则会导致催化剂失活，原因可能是SO2与NH3作用生成NH4HSO3或(NH4)2SO3，最终被氧化为NH4HSO4或(NH4)2SO4，覆盖(沉积)在催化剂的表面，大大降低了催化剂和反应物的接触面积。
【深度剖析】①反应温度高于350 ℃时反应未达到平衡状态，故NO转化率下降可能是反应速率降低或发生副反应产生了NO。②催化剂失活一般有被覆盖、被反应等因素。加入SO2可以由煤炭固硫等角度思考，产生硫酸盐覆盖在表面导致催化剂失活。
1 [2024泰州期末]高锰酸钾在工业中广泛用作氧化剂。以软锰矿(主要成分是MnO2，含有Fe2O3和SiO2等杂质)为原料制备高锰酸钾的工艺流程如图所示：
　
已知：①“焙烧”中有K2MnO4生成。
②20 ℃时各物质的溶解度如下表所示：
物质 KMnO4 K2CO3 K2SO4
溶解度/g 6.38 111 11.1
下列说法错误的是(　　)
A. “焙烧”时，主要反应的化学方程式为3MnO2＋6KOH＋KClO3
3K2MnO4＋KCl＋3H2O
B. 通入CO2时，理论上生成的MnO2和KMnO4的物质的量之比为2∶1
C. 若“焙烧”时加入的KOH过量，则制得的MnO2中混有含Si元素的杂质
D. 操作Ⅱ为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，滤渣2的主要成分为KMnO4
2 亚氯酸钠(NaClO2)是一种高效漂白剂和氧化剂，一种制备亚氯酸钠的流程如下：
下列说法正确的是(　　)
A. 化合物NaClO2、ClO2、NaClO3中氯元素的化合价相同
B. 反应①的离子方程式为ClO＋SO2＋2H＋===ClO2＋SO＋H2O
C. 反应②中参加反应的ClO2和H2O2的物质的量之比为2∶1
D. 反应②中的H2O2用O2代替也可以达到同样的目的
3 废旧铅酸蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
已知： Fe(OH)3、Al(OH)3完全沉淀的pH分别是3.2和4.6；Pb(OH)2开始及完全沉淀的pH分别是7.2和9.1。下列说法正确的是(　　)
A. “脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式：Pb2+＋CO===PbCO3↓
B. “酸浸”中H2O2可以氧化Pb、Fe2+和PbO2
C. “酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3
D. “沉铅”后滤液中主要存在的阳离子有Na＋、Fe3+、Al3+、Pb2+
4 [2024镇江期末]用黄铁矿(主要成分为FeS2)与软锰矿(主要成分为MnO2)制备MnO并回收单质硫的流程如下：
已知：①酸浸反应时有Fe2(SO4)3和S生成，滤液1主要含有Mn2+、Fe2+、Fe3+等金属阳离子；
②形成Fe(OH)3沉淀较Fe(OH)2沉淀更利于去除完全；
③氧化性顺序：MnO2>Fe3+>S；
④(NH4)2S等铵盐受热易分解。
Ⅰ. 制备MnO：MnO是一种重要的化工原料，可由Mn(OH)2在隔绝空气的条件下加热制得：Mn(OH)2MnO＋H2O。
(1) ①酸浸：保持酸浸时的温度和稀硫酸的浓度不变，请再写出一条提高浸取率的措施：________________________。
②除杂步骤中，在加碱溶液前要先加适量软锰矿粉，其原因是______________
__________。
③请补充完整由滤液2(主要含有MnSO4)制取MnO的实验方案：边搅拌边向滤液2中加入1 mol/L NaOH溶液，静置后向上层清液中继续滴加1 mol/L NaOH溶液至不再产生沉淀，过滤，______________________________________________
______________________________________________，得高纯的MnO固体。(实验中必须使用的试剂：蒸馏水、0.1 mol/L的盐酸、0.1 mol/L BaCl2)
Ⅱ. 回收硫单质
(2) ①回收单质硫的流程中可循环利用的物质是______________。
　 ②(NH4)2S溶液浸取滤渣1时的反应为(n－1)S＋S2-===S，硫单质浸取率随温度变化曲线如图1所示。温度高于30 ℃，硫单质浸取率下降的可能原因是__________________________________。
图1
(3) 热分解过程中也可能产生SO2气体，用FeS2/Al2O3负载型催化剂(以Al2O3为催化剂载体、FeS2为催化剂)来催化H2还原烟气中SO2制S，处理SO2的同时回收硫，反应部分机理如图2所示。
图2
①图2中X的电子式为________。
②其他条件一定，改变起始时值，反应相同时间，测得S的产率与温度和的关系如图3所示。500 ℃时，的值从2变化到3，S的产率减小的原因是____________________________________________。
图3
5 [2023江苏卷节选]实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO4·H2O，其实验过程可表示为
(1) 在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入SO2气体，生成MgSO3，反应为Mg(OH)2＋H2SO3===MgSO3＋2H2O，下列实验操作一定能提高氧化镁浆料吸收SO2效率的有________(填字母)。
A. 水浴加热氧化镁浆料
B. 加快搅拌速率
C. 降低通入SO2气体的速率
D. 通过多孔球泡向氧化镁浆料中通SO2
(2) 在催化剂作用下MgSO3被O2氧化为MgSO4。已知MgSO3的溶解度为0.57 g(20 ℃)，O2氧化溶液中SO的离子方程式为____________________________；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中MgSO3被O2氧化的速率随pH的变化如图所示。在pH＝6～8内，pH增大，浆料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是__________________________________________________。
6 [2024无锡期中]鞣革废水中含大量的Cr(Ⅵ)对环境有污染，工业上可以用还原法处理。
(1) 某研究小组经查阅资料，发现纳米磁性Fe3O4颗粒粒径小，比表面积大，但极易发生团聚。在纳米磁性Fe3O4颗粒表面修饰SiO2(记作Fe3O4@ SiO2)，可优化纳米磁性Fe3O4降解废水中Cr2O的性能，其原因是________________________
______________________________________________________________________。
(2) Fe3O4@SiO2GO还原吸附。
氧化石墨烯(记作GO)表面含有—COOH等含氧官能团，将氧化石墨烯嫁接在Fe3O4@SiO2的表面得到Fe3O4@SiO2GO，其去除废水中Cr(Ⅵ)的过程如下：
“吸附”过程中，氧化石墨烯表面带电微粒与Cr3+之间的静电作用是实现“吸附”的重要因素，溶液中Cr3+去除率随pH变化如图所示。
①pH较小时，Cr3+去除率较低的原因是________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②实际除Cr3+时，控制pH约为6，而不选择更高pH的原因是______________
______________________________________________________________________。
7 废弃的锂离子电池中含有多种金属元素，需回收处理。柠檬酸因具有酸性和较好的络合性，可用于浸出金属离子并得到柠檬酸浸出液。下图是某小组研究从柠檬酸浸出液中分离出铜并制备碱式碳酸铜[xCuCO3·yCu(OH)2·zH2O]的制备流程。
(1) 在“调pH分离铜”的步骤中，理论上铜离子完全沉淀时pH为6.67，本实验中测得pH＝8时铜的沉淀率仅为7.2%，远小于理论分析结果，可能的原因为____________________________________________________________。
(2) 在“还原法沉铜”的步骤中，利用抗坏血酸(C6H8O6)能有效地将Cu(Ⅱ)还原成金属Cu。抗坏血酸(C6H8O6)易被氧化为脱氢抗坏血酸(C6H6O6)，且受热易分解。某实验小组研究了相同条件下温度对Cu沉淀率的影响。如图可以看出，随着温度的升高，相同时间内Cu的沉淀率先逐渐增大，在80 ℃时达到最高点，后略有下降，可能的原因是_______________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3) 将所得铜粉制备为CuSO4溶液后再制备碱式碳酸铜。实验时发现，若反应时溶液pH过大，所得碱式碳酸铜的产率偏低，但产品中Cu元素含量偏大，原因是______________________________________________________。
【巩固强化】
1 B　“焙烧”中反应物为MnO2、KOH、KClO3，有K2MnO4生成，含氯的产物应为KCl，A正确；通入CO2后，在酸性条件下，锰酸钾发生歧化反应得到二氧化锰固体和高锰酸钾、碳酸钾，化学方程式为3K2MnO4＋2CO2===2KMnO4＋MnO2＋2K2CO3，理论上生成的MnO2和KMnO4的物质的量之比为1∶2，B错误；若“焙烧”时加入的KOH过量，SiO2也能和KOH反应生成K2SiO3，导致制得的MnO2中混有含Si元素的杂质，C正确；20 ℃时，KMnO4的溶解度远小于K2CO3，可用重结晶的方法将它们分离，操作的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，D正确。
2 C　化合物NaClO2、ClO2、NaClO3中氯元素的化合价分别为＋3、＋4、＋5，A错误；反应①中NaClO3转化为ClO2，Cl元素化合价降低1价，SO2转化为NaHSO4，S元素化合价升高2价，根据得失电子守恒可知，反应为2ClO＋SO2===2ClO2＋SO，B错误；反应②中，ClO2中氯元素化合价降低1价，过氧化氢中氧元素化合价升高1×2＝2价，结合电子守恒，参加反应的ClO2和H2O2的物质的量之比为2∶1，C正确；反应②中的H2O2作还原剂，而氧气具有氧化性，故不可以用O2代替，D错误。
3 C　PbSO4难溶于水，书写离子方程式时，不拆分为离子形式，A错误；“酸浸”后只有＋2价铅，PbO2发生还原反应，B错误；“酸浸”后溶液的pH约为4.9，Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀，C正确；加入NaOH溶液，Pb2+转化为沉淀，故沉铅后滤液中主要存在的阳离子有Na＋，D错误。
4 (1) ①加速搅拌(或延长酸浸时间、粉碎等)　②将Fe2+氧化为Fe3+，便于生成Fe(OH)3除去(或将Fe2+氧化为Fe3+，有利于除铁等合理答案)　③用蒸馏水洗涤滤渣，至向最后一次洗涤后滤液中滴加0.1 mol/L盐酸和0.1 mol/L BaCl2溶液不出现沉淀，干燥，将所得固体在隔绝空气的条件下加热到400 ℃　(2) ①(NH4)2S　②当温度高于30 ℃时，(NH4)2S受热分解，导致S2-浓度减少，单质硫的浸取率下降　(3) ①　②的值从2到3，H2过量，H2进一步将S还原成H2S，导致硫的产率减小
5 (1) BD　(2) 2SO＋O22SO　pH增大，抑制SO的水解，c(SO)增大，氧化速率加快
【解析】(1) 加热可能加快反应速率，吸收SO2效率增大；但也可能温度升高，SO2在水中溶解度降低或H2SO3受热分解，导致反应速率降低，吸收SO2效率降低，A错误；加快搅拌速率可使Mg(OH)2与H2SO3(或SO2)充分接触，吸收SO2效率增大，B正确；降低通入SO2气体的速率可使H2SO3(或SO2)与Mg(OH)2充分接触，SO2的吸收率增大，但会因为反应速率降低导致吸收SO2效率降低，C错误；多孔球泡可增加H2SO3(或SO2)与Mg(OH)2的接触面积，化学反应速率加快，吸收SO2效率增大，D正确。(2) 根据题意先写出SO＋O2SO，然后配平(注意书写反应条件)；pH增大，c(SO)增大，上述氧化反应速率增大，MgSO3的氧化速率也增大。
6 (1) 将Fe3O4颗粒分散到SiO2中，阻止其团聚，同时还增大了Fe3O4与废水中Cr2O的接触面积
(2) ①pH较小时，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3+难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3+存在于溶液中，且溶液中H＋浓度较大，导致氧化石墨烯表面带电微粒吸附大量的H＋，不利于吸附Cr3+，导致去除率较低　②pH过大，溶液中OH－浓度过大，将与Fe3O4@SiO2GO中的SiO2反应以及和GO中的—COOH反应，从而破坏催化剂，使其失效，且可能发生副反应Cr(OH)3＋OH－===[Cr(OH)4]－导致Cr3+的去除率降低
【解析】(1) 由题干信息可知，纳米磁性Fe3O4颗粒粒径小，比表面积大，但极易发生团聚，在纳米磁性Fe3O4颗粒表面修饰SiO2(记作Fe3O4@ SiO2)，可以将Fe3O4颗粒分散到SiO2中，阻止其团聚，同时还增大了Fe3O4与废水中Cr2O的接触面积，故可优化纳米磁性Fe3O4降解废水中Cr2O的性能。
7 (1) 柠檬酸具有较好的络合性，结合铜离子的能力强于氢氧根离子　(2) 反应开始阶段，随温度升高，反应速率较快，有利于铜的沉淀，但抗坏血酸不稳定，受热易分解，温度过高使其分解导致还原性降低，还原铜的能力降低　(3) 溶液pH过大，反应生成了氢氧化铜沉淀，氢氧化铜中铜的含量大于碱式碳酸铜中铜的含量