微专题十二 工艺流程综合题型研究 - 图文

微专题十二 工艺流程综合题型研究

【知识网络】

(本专题对应学生用书第6472页)

【能力展示】

能力展示

1．(2013·新课标Ⅰ卷)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的

某些金属资源(部分条件未给出)。

回答下列问题：

(1) LiCoO2中，Co元素的化合价为 。 (2)

写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程

式： 。

(3) “酸浸”一般在80 ℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式： ；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点

是 。 (4) 写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程

式： 。 (5) 充放电过程中发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式： 。 (6) 上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。

在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有 (填化学式)。 〖答案〗(1) +3 (2) 2Al+2OH+2H2O

--O2Al2+3H2↑

(3) 2LiCoO2+3H2SO4+H2O2氯气生成，污染较大 (4) CoSO4+2NH4HCO3(5) Li1-xCoO2+LixC6

Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O22H2O+O2↑ 有

CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O LiCoO2+6C

(6) Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4

〖解析〗(1) 根据化合物化合价代数和为0，LiCoO2中Co元素的化合价为+3价。(2) 电池正极材料，有钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等，“正极碱浸”即是铝和氢氧化钠溶液反应：2Al+2OH+2H2O

--O2Al2+3H2↑。(3) 锂离子电池正极材料中

的钴酸锂(LiCoO2)，导电剂乙炔黑和铝箔经过碱浸后剩余LiCoO2，结合流程图中后面生成的是Li2SO4、CoSO4，“酸浸”发生的氧化还原反应的化学方程式为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2

Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O2

2H2O+O2↑；若用

盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，氯离子被氧化会有氯气生成，污染较大。(4) 用NH4HCO3沉淀CoSO4生成CoCO3，结合质量守恒写出反应的化学方程式：CoSO4+2NH4HCO3

CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。(5) 由LiCoO2转化成Li1-6C+xLi+，正极是Li1-xCoO2得电子转化成

LiCoO2+6C。(6) 放电时Li+从

-xCoO2得到电子，电极反应式为LixC6-xe

LiCoO2，总的电池反应方程式为Li1-xCoO2+LixC6

负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。

2．(2015·新课标Ⅰ卷)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1) 写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程

式： 。 为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有 (写出两条)。

(2) 利用 的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 (填化学式)。

(3) “净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是 ；然后再调节溶液的pH约为5，目的

是 。 (4) “粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。

(5) 以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为 。

(6) 单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过

程： 。 〖答案〗(1) Mg2B2O5·H2O+2H2SO4适当升高温度等(任写两条) (2) Fe3O4 SiO2和CaSO4

(3) 氧化溶液中的Fe2+ 使溶液中的Al3+和Fe3+变成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，然后除去

(4) (七水)硫酸镁

-2MgSO4+2H3BO3 粉碎铁硼矿、充分搅拌、

???H∶B∶H?H??????+

(5) Na(6) 2H3BO3

H‥

B2O3+3H2O、B2O3+3Mg3MgO+2B

〖解析〗(1) 根据题干信息可知硼酸难溶于水，Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式为Mg2B2O5·H2O+2H2SO4

2MgSO4+2H3BO3；提高浸出速率常用的方法有：

适当提高酸的浓度、粉碎铁硼矿、充分搅拌、适当升高温度等。

(2) 常见的有磁性的物质有Fe、Fe3O4；“浸渣”中还剩余的是不溶于硫酸的SiO2和微溶于水的硫酸钙。

(3) 结合流程图，酸浸后溶液中的离子主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Fe3+，能够和H2O2溶液反应的是Fe2+，加入H2O2溶液的作用是氧化溶液中的Fe2+；再调节溶液的pH约为5，目的是除去溶液中的Al3+和Fe3+。

(4) “粗硼酸”中的主要杂质是未除去的镁形成的(七水)硫酸镁。

H?‥??H∶B∶H?H??????(5) 硼氢化钠(NaBH4)是离子化合物，电子式为Na+。

-(6) H3BO3不稳定，分解生成B2O3和H2O，B2O3和Mg反应生成MgO和B。

【考题分析】

年份 2013 试题 第27题 知识点 电极反应式、化学方程式、电池总反应式的书写，物质的回收，环境保护 化学方程式的书写，加快浸出速率的2015 第27题 措施，物质的分离提纯，电子式的书写 15分 分值 15分

【备考策略】

在全国近几年的高考中，主要考查物质的制备和提纯的工艺流程，其中涉及元素及其化合物的性质、离子反应、氧化还原反应、电池反应等。在2016年的备考中，应关注元素化合物知识与生产、生活的联系，善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素化合物知识。解答这类试题要注意循环经济、原子经济、节能环保等要求。

1．(2015·江西模拟)氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等，制备少量Mg(ClO3)2·6H2O的流程如下：

已知：

①卤块的主要成分为MgCl2·6H2O，含有较多的MgSO4、MgCO3、FeCl2等杂质。 ②四种化合物的溶解度(S)随温度(T)的变化曲线如右图所示。 (1) 过滤的主要玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还需要 。 (2) 加H2O2调节pH后过滤所得滤渣的主要成分为 。 (3) 试剂X的滴加顺序为 (填字母)。

a. BaCl2溶液，Na2CO3溶液，过滤后加适量盐酸 b. Na2CO3溶液，BaCl2溶液，过滤后加适量盐酸 c. 以上两种顺序都可

(4) 加入NaClO3饱和溶液后发生反应的化学方程式为 ，

再进一步制取Mg(ClO3)2·6H2O的实验步骤依次为：①蒸发浓缩；②趁热过滤；③ ；④过滤、洗涤。

(5) 产品中Mg(ClO3)2·6H2O含量的测定。

步骤1：准确称量4.20 g产品配成100 mL溶液。

步骤2：取10.00 mL溶液于锥形瓶中，加入30.00 mL 0.200 mol·L-1 Na2S2O3溶液。

步骤3：用0.100 mol·L-1碘液滴定剩余的Na2S2O3，此过程中反应的离子方程式为2S2O3+I2

2-

S4O6+2I-。

2-

步骤4：将步骤2、3重复两次，平均消耗标准碘液20.00 mL。 1 步骤2中，硫元素被氧化至最高价态，试写出该反应的离子方程式： 。 2 产品中Mg(ClO3)2·6H2O的质量分数为 。 〖答案〗(1) 玻璃棒 (2) Fe(OH)3 (3) a (4) MgCl2+2NaClO3

-Mg(ClO3)2+2NaCl↓ 冷却结晶

2-O6S4+4Cl-+6H+ ②95%

2-(5) ①3S2O3+4ClO3+3H2O

〖解析〗(1) 过滤实验用到的仪器：漏斗、玻璃棒、烧杯、滤纸、铁架台等，其中玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯。

(2) 加H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，由于Fe3+→Fe(OH)3沉淀的pH≈3，所以调节pH=4的目的是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。

2-O(3) 先加入BaCl2溶液可以除去溶液中的S4，再加入Na2CO3溶液可以除去过量的2-O3Ba，过滤后加入适量盐酸，使C转化为CO2挥发；如果先加入Na2CO3溶液再

2+

加入BaCl2溶液，则新引入的Ba2+无法除去，达不到提纯的效果。 (4) 加入NaClO3饱和溶液发生反应的化学方程式为MgCl2+2NaClO3

Mg(ClO3)2+2NaCl↓。根据题给图像可知：Mg(ClO3)2溶解度随温度变化较大，可以通过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶、过滤洗涤的方法获得晶体。

2-O3(5) 根据3S2+4ClO3+3H2O

-2-2-O-+O436S+4Cl+6H、2S2+I2

2-O6S4+2I-可以得出：

-2-2-OOO34Cl~3S23、2S23~I2，所以用 0.100 mol·L-1碘液滴定至终点的过程可以得出2-剩余S2O3的物质的量=2×0.100 mol·L-1×20.00×10-3 L=0.004 mol，和ClO3反应的S22-O3

物质的量=0.200 mol·L-1×30.00×10-3 L-0.004 mol=0.002 mol，所以ClO3物质的量

--

=

43×0.002 mol，产品中Mg(Cl

O3)2·6H2O的质量分数=

1410?(??0.002mol)?299g?mol-1234.20g×100%=95%。

2．(2015·河北唐山模拟)工业上常用含少量Al2O3的钒铁矿(FeO·V2O5)碱熔法提取V2O5。简要流程如下：

已知：

①焙烧时Al2O3和V2O5都能与纯碱反应，生成相对应的钠盐，同时放出CO2气体。 ②常温下物质的溶解度：NaVO3~21.2 g/100 g水；HVO3~0.008 g/100 g水。 (1) 请写出钒铁矿焙烧时，V2O5与纯碱反应的化学方程式： 。

“浸出渣B”的主要成分可能是① ；② ；③ ；④ (填化学式，可不填满)。

(2) 生产中，不直接用H2SO4浸泡“烧渣A”获取HVO3的原因是 。 (3) “操作①”包括 、洗涤、干燥。如果不洗涤，则产品中可能含有的金属阳离子是 、 。下列装置(部分夹持仪器省去)可用在实验室进行“操作②”的是 (填字母)。

(4) NaVO3用于原油的脱硫技术，可将V2O5溶于热NaOH溶液制取，反应的离子方程式为 。

〖答案〗(1) V2O5+Na2CO3

2NaVO3+CO2↑ ①Fe2O3 ②Fe3O4 ③Fe2O3和Fe3O4

(2) H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3，HVO3包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO3产率，且使产生的HVO3不纯；另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源 (3) 过滤 Na+ Al3+ B (4) V2O5+2OH

--O32V+H2O

〖解析〗(1) 已知Al2O3与纯碱反应生成NaAlO2，根据已知①可推出，V2O5与纯碱反应的化学方程式：V2O5+Na2CO3

2NaVO3+CO2↑；FeO焙烧，Fe化合价升高，

可生成Fe2O3或Fe3O4或Fe2O3和Fe3O4。加入水，烧渣A中两种钠盐都溶于水，铁的氧化物不溶，可知“浸出渣B”的主要成分可能是Fe2O3或Fe3O4或Fe2O3和Fe3O4。 (2) 若直接用H2SO4浸泡“烧渣A”，H2SO4与NaVO3反应生成难溶的HVO3，HVO3包裹在一些烧渣的表面，阻碍了反应的进行，从而降低了HVO3产率，且使产生的HVO3不纯；另外，铁的氧化物会和硫酸反应生成铁离子，增加干扰离子，消耗硫酸，浪费资源。

(3) 由于HVO3难溶，“操作①”应是先过滤，得到HVO3，再洗涤、干燥。在浸出液中有NaVO3和NaAlO2，加入稀硫酸，分别与之反应生成Na2SO4、Al2(SO4)3，如果不洗涤，则产品中含有的金属阳离子为Na+、Al3+。HVO3灼烧后可得到V2O5，B装置符合题意。

(4) 将V2O5溶于热NaOH溶液中可制取NaVO3，反应的离子方程式为V2O5+2OH--O2V3+H2O。

1. CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径如下图。

相对于途径①、③，途径②为什么能更好地体现绿色化学思想?

2. CuCl2溶液中含有少量的FeCl2 、FeCl3，如何除去杂质得到纯净的CuCl2?

生成氢氧化物沉淀的pH

开始沉淀 沉淀完全 Cu(OH)2 4.2 Fe(OH)Fe(OH)2 3 6.3 1.5 6.3 8.3 2.8 注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L-1。

【能力提升】

能力提升

化学工艺流程题的解题要领

解题时首先要粗读试题，尽量弄懂流程图。要明确流程图中箭头方向和代表的含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)，返回的箭头一般是“循环利用”的物质。图中一般会出现超纲知识，要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随

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