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微专题8　真实情境下的物质性质与转化——工艺流程选择题突破
1.工艺流程题的结构
2.工艺流程框图的分析角度
(1)原料的成分:主要确定目标成分和存在的杂质。
(2)试剂的作用:主要考虑目标成分的转化,杂质的除去。这里要结合元素及其化合物的转化规律。
试剂种类 常用试剂 作用或目的
氧化剂 KMnO4、K2CrO4、Cl2、HNO3、空气(O2)、H2O2 改变目标元素或杂质元素的价态,达到易于分离的目的
还原剂 S、金属单质、H2O2
酸 H2SO4、HCl、HNO3、草酸等 把目标元素或杂质转化为离子状态
续　表
试剂种类 常用试剂 作用或目的
碱 NaOH、KOH、氨水 沉淀某些离子(溶解含Al化合物、SiO2)
其他 氧化物(CuO、MgO、NaF) 消耗氢离子或沉淀某些离子
(3)杂质的除去。
常见杂质 去除方式
Fe、Al 通过调节pH使其转化为沉淀
SiO2 直接过滤除去(酸溶)或转化为H2SiO3(碱溶)
Mg、Ca 利用NaF溶液使其转化为氟化物沉淀
Mn 转化为氟化物沉淀或转化为MnO2
(4)分离操作。
加入一种试剂后,需要思考是否需要过滤、结晶、蒸馏、萃取分液等分离提纯操作。
白硼钙石的主要成分是Ca4B10O19·7H2O(含有少量Fe2O3、FeO、CaCO3和SiO2等杂质),利用白硼钙石制取强还原剂NaBH4的工艺流程如图:
已知:H3BO3微溶于水,易溶于乙醇;偏硼酸钠(NaBO2)易溶于水,溶解度随温度升高而增大,难溶于乙醇,碱性条件下稳定。下列说法错误的是(　　)
[A] “滤渣”的主要成分是SiO2
[B] “气体”的主要成分是NO2
[C] “操作X”涉及蒸发浓缩、降温结晶
[D] “反应Y”的化学方程式是NaBO2+2MgH22MgO+NaBH4
[思路点拨]
1.原料成分:Ca4B10O19·7H2O;杂质:Fe2O3、FeO、CaCO3和SiO2。
2.试剂的作用
试剂 浓硝酸 乙醇 NaOH 溶液 MgH2
作 用 将Ca转化为Ca(NO3)2、Fe转化为Fe(NO3)3、B转化为H3BO3 溶解 H3BO3 将H3BO3转化为偏硼酸钠(NaBO2) NaBO2 被还原为 NaBH4
3.杂质的除去
Fe、Ca转化为可溶盐,通过过滤进入滤液除去。
4.分离操作
操作 酸浸 过滤 醇浸 过滤 水浴 加热 蒸发浓缩、 降温结晶
目的 除去 Fe、Ca 除去 SiO2 增大 NaBO2 溶解度 得到 NaBO2 晶体
1.实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、MgSiO3和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备重要化工原料MgCO3·3H2O的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)
[A] 滤渣中除不溶性杂质外还有硅酸
[B] 氧化过程中主要发生反应的离子方程式为H2O2+2Fe2++2H+2Fe3++2H2O
[C] 萃取分液后分液漏斗的液体全部由下口放出到两个不同烧杯中以便分离
[D] 萃取后得到的水溶液可以边搅拌边加入MgO以调节pH
2.(2024·湖南大学附属中学二模)利用某钒废渣(主要成分为V2O4以及铁、铝、硅的氧化物)制备V2O5的工艺流程如图。
已知:Ⅰ.V2O4溶于酸后以VO2+的形式存在;过量H2O2溶液可氧化VO2+;
Ⅱ.VO2++2HR(有机层)VOR2(有机层)+2H+;
Ⅲ.溶液中V与V可相互转化:V+H2OV+2H+。
下列说法错误的是(　　)
[A] “氧化1”中,不宜用升温的方式增大转化速率
[B] “滤渣2”的成分为Fe(OH)3
[C] 有机萃取剂可循环使用
[D] “沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性
3.海洋资源丰富,从海水中获取镁和溴的流程示意图如图所示:
下列有关说法正确的是(　　)
[A] 从经济效益角度考虑,工业上使用的试剂X是氢氧化钠
[B] 可用Na2SO3代替SO2吸收含溴的空气
[C] 直接将MgCl2溶液加热蒸干得无水MgCl2
[D] 虚线框内流程的主要目的是减少环境污染
4.(2025·内蒙古高考适应性考试)随着锂离子电池在众多领域的广泛应用,其废旧电池的回收工作愈发显得意义重大。现行的回收工艺通常采用酸浸碱浸的方法,从锂离子电池正极材料LiCoO2(含少量金属Cu)中提取Li和Co,得到的Co(OH)2和Li2CO3在空气中煅烧,可实现LiCoO2的再生。与此同时,为达成绿色回收Li和Co的目标,科研人员正在研究一种新型电解回收工艺。已知:Ksp[Co(OH)2]=6×10-15,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20。一种现行回收工艺的流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] “浸取”反应中,正极材料成分为还原剂
[B] “浸取”时LiCoO2转化为Li2SO4和CoSO4
[C] 滤液2中=3×105
[D] LiCoO2再生:4Co(OH)2+2Li2CO34LiCoO2+2CO↑+4H2O
5.(2024·黑龙江二模)实验室初步分离苯甲酸乙酯、苯甲酸和环己烷的流程如图:
已知:苯甲酸乙酯的沸点为212.6 ℃,“乙醚环己烷水共沸物”的沸点为62.1 ℃。
下列说法错误的是(　　)
[A] 操作a为分液
[B] 操作b中需用到直形冷凝管
[C] 无水MgSO4的作用是干燥有机相2
[D] “洗涤”苯甲酸,用乙醇的效果比用蒸馏水好
6.(2025·四川高考适应性考试)TiO2是重要的无机材料,一种含有铁的氧化物和氧化钙的TiO2废渣可以通过如下流程纯化。
已知:“铝热还原”时,Al转化为难溶于酸和碱的αAl2O3,TiO2转化为TiOx(1≤x≤1.5);“浸取”时,TiOx溶于盐酸生成易被空气氧化的Ti3+。
下列说法错误的是(　　)
[A] TiO2具有弱氧化性
[B] “浸取”需要惰性气体保护
[C] “滤液”中存在Fe3+和Ca2+
[D] H2来自Fe和盐酸的反应
7.绿原酸是多种抗菌消炎中成药的主要成分,具有广泛的生物活性和抗氧化性,易溶于低级醇、微溶于乙酸乙酯。实验室从金银花中提取绿原酸的主要流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
[A] “醇浸”是利用甲醇和乙醇的混合液萃取金银花中的绿原酸
[B] “超滤”所需仪器和用品有烧杯、漏斗、玻璃棒和滤纸
[C] 可通过质谱法测定绿原酸的相对分子质量
[D] “减压蒸馏”可增大蒸馏速率,防止绿原酸被氧化
微专题8　真实情境下的物质性质与转化——工艺流程选择题突破
[典型例题]
B　“滤渣”的主要成分是SiO2,A正确;浓硝酸与白硼钙石的主要成分、杂质中氧化物反应生成大量的水,使硝酸浓度减小,故“气体”的主要成分是NO而不是NO2,B错误;偏硼酸钠(NaBO2)易溶于水,溶解度随温度升高而增大,难溶于乙醇,碱性条件下稳定,故“操作X”涉及蒸发浓缩、降温结晶,C正确;耐火材料为MgO,故“反应Y”的化学方程式是NaBO2+
2MgH22MgO+NaBH4,D正确。
[针对训练]
1.C　MgSiO3和H2SO4反应会生成硅酸,A正确;酸溶时Fe、Al的氧化物转化成Fe3+、Fe2+、Al3+,氧化过程中主要反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O,B正确;分液操作为上层液体从上口倒出,下层液体从下口放出,C错误;调节萃取后得到的水溶液pH时,可以使用氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁等,D正确。
2.B　“氧化1”中,可通过搅拌增大转化速率,加热会使H2O2分解,A正确;加入Na2CO3溶液调节pH的目的是使Fe3+和Al3+沉淀,因此“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3和 Al(OH)3,B错误;反萃取分离出有机萃取剂,因此有机萃取剂可循环使用,C正确;溶液中存在平衡V+H2OV+2H+,通入氨结合H+,使该平衡正移,尽可能多地生成V,因此“沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性,D正确。
3.B　氢氧化钠价格较贵,从经济角度考虑,试剂X最适合的选择是生石灰或氢氧化钙,A错误;Na2SO3具有还原性,可以吸收含溴的空气,B正确;MgCl2水解生成的氯化氢易挥发,直接将MgCl2溶液加热蒸干得到Mg(OH)2,应在氯化氢氛围中加热蒸干,C错误;虚线框内流程的主要目的是富集溴元素,D错误。
4.B　锂离子电池正极材料LiCoO2(含少量金属Cu),加稀硫酸及过氧化氢反应,生成铜离子、钴离子、锂离子,再加氢氧化钠进行沉铜,向所得滤液中加氢氧化钠进行沉钴,再进行一系列操作得到碳酸锂,将得到的Co(OH)2和Li2CO3在空气中煅烧,实现LiCoO2的再生。“浸取”反应中,正极材料成分LiCoO2中钴元素由+3价降低为+2价,所以正极材料成分为氧化剂,故A错误;“浸取”时LiCoO2和稀硫酸及过氧化氢反应,由流程图可知,沉钴时加NaOH溶液生成Co(OH)2,则钴元素在“浸取”时转化为Co2+,锂元素化合价不变,所以“浸取”时LiCoO2转化为Li2SO4和CoSO4,故B正确;滤液2中Cu(OH)2、Co(OH)2达到饱和,则滤液2中===×10-5,故C错误;LiCoO2再生的过程中,在空气中煅烧,氧气为氧化剂,所以化学方程式为4Co(OH)2+2Li2CO3+O24LiCoO2+2CO2+4H2O,故D错误。
5.D　向苯甲酸乙酯、苯甲酸和环己烷混合物中加入饱和碳酸钠溶液,苯甲酸与碳酸钠反应生成苯甲酸钠、水和二氧化碳,分液后得到有机相1和水相1,A正确;操作b后得到有机相2和共沸物,则操作b为蒸馏,需用到蒸馏烧瓶、直形冷凝管、温度计、尾接管、锥形瓶等,B正确;无水MgSO4的作用是干燥有机相2,C正确;苯甲酸在乙醇中溶解度大于其在水中溶解度,“洗涤”苯甲酸,用蒸馏水的效果比用乙醇好,D错误。
6.B　二氧化钛废渣与铝粉进行“铝热还原”生成TiOx(1≤x≤1.5)和难溶于酸和碱的αAl2O3,同时铁的氧化物转化为铁单质,加入盐酸后TiOx、Fe与盐酸反应生成Ti3+、Fe2+和氢气,难溶的αAl2O3转化为浸渣,向浸取后的溶液中加入H2O2溶液,Fe2+、Ti3+被H2O2氧化生成Fe3+和Ti4+,Ti4+水解生成TiO2·xH2O沉淀,过滤分离,滤液含有Fe3+、Ca2+。TiO2中Ti为高价态,具有氧化性,A正确;“浸取”过程中,不需要惰性气体保护,产生的Ti3+在下一步需要氧化生成Ti4+,B错误;Ti4+转化为TiO2·xH2O沉淀,过滤分离,滤液含有Fe3+、Ca2+,C正确;“铝热还原”中只有铁的氧化物转化为铁单质,故氢气是铁与盐酸反应产生的,D正确。
7.B　“醇浸”是利用甲醇和乙醇的混合液萃取金银花中的绿原酸,为固液萃取,故A正确;“超滤”是以压力为推动力的膜分离技术,实现大分子与小分子的分离,不需要滤纸,需要分离膜,故B错误;由质谱法中的最大质荷比可知绿原酸的相对分子质量,故C正确;“减压蒸馏”可使液体在较低温度下汽化,增大蒸馏速率,防止绿原酸被氧化,故D正确。
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真实情境下的物质性质与转化
——工艺流程选择题突破
微专题8
1.工艺流程题的结构
2.工艺流程框图的分析角度
(1)原料的成分:主要确定目标成分和存在的杂质。
(2)试剂的作用:主要考虑目标成分的转化,杂质的除去。这里要结合元素及其化合物的转化规律。
酸 H2SO4、HCl、HNO3、草酸等 把目标元素或杂质转化为离子状态
碱 NaOH、KOH、氨水 沉淀某些离子(溶解含Al化合物、SiO2)
其他 氧化物(CuO、MgO、NaF) 消耗氢离子或沉淀某些离子
(3)杂质的除去。
常见杂质 去除方式
Fe、Al 通过调节pH使其转化为沉淀
SiO2 直接过滤除去(酸溶)或转化为H2SiO3(碱溶)
Mg、Ca 利用NaF溶液使其转化为氟化物沉淀
Mn 转化为氟化物沉淀或转化为MnO2
(4)分离操作。
加入一种试剂后,需要思考是否需要过滤、结晶、蒸馏、萃取分液等分离提纯操作。
典型例题
白硼钙石的主要成分是Ca4B10O19·7H2O(含有少量Fe2O3、FeO、CaCO3和SiO2等杂质),利用白硼钙石制取强还原剂NaBH4的工艺流程如图:
已知:H3BO3微溶于水,易溶于乙醇;偏硼酸钠(NaBO2)易溶于水,溶解度随温度升高而增大,难溶于乙醇,碱性条件下稳定。下列说法错误的是(　　)
[A] “滤渣”的主要成分是SiO2
[B] “气体”的主要成分是NO2
[C] “操作X”涉及蒸发浓缩、降温结晶
B
[思路点拨]
1.原料成分:Ca4B10O19·7H2O;杂质:Fe2O3、FeO、CaCO3和SiO2。
2.试剂的作用
试剂 浓硝酸 乙醇 NaOH 溶液 MgH2
作 用 将Ca转化为Ca(NO3)2、Fe转化为Fe(NO3)3、B转化为H3BO3 溶解 H3BO3 将H3BO3转化为偏硼酸钠(NaBO2) NaBO2
被还
原为
NaBH4
3.杂质的除去
Fe、Ca转化为可溶盐,通过过滤进入滤液除去。
4.分离操作
操作 酸浸 过滤 醇浸 过滤 水浴 加热 蒸发浓缩、
降温结晶
目的 除去 Fe、Ca 除去 SiO2 增大 NaBO2 溶解度 得到
NaBO2
晶体
针对训练
1.实验室以一种工业废渣(主要成分为MgCO3、MgSiO3和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备重要化工原料MgCO3·3H2O的工艺流程如下。下列说法错误的是(　　)
C
[A] 滤渣中除不溶性杂质外还有硅酸
[C] 萃取分液后分液漏斗的液体全部由下口放出到两个不同烧杯中以便分离
[D] 萃取后得到的水溶液可以边搅拌边加入MgO以调节pH
2.(2024·湖南大学附属中学二模)利用某钒废渣(主要成分为V2O4以及铁、铝、硅的氧化物)制备V2O5的工艺流程如图。
下列说法错误的是(　　)
[A] “氧化1”中,不宜用升温的方式增大转化速率
[B] “滤渣2”的成分为Fe(OH)3
[C] 有机萃取剂可循环使用
[D] “沉钒”时还需通NH3调节溶液的酸碱性
B
3.海洋资源丰富,从海水中获取镁和溴的流程示意图如图所示:
下列有关说法正确的是(　　)
[A] 从经济效益角度考虑,工业上使用的试剂X是氢氧化钠
[B] 可用Na2SO3代替SO2吸收含溴的空气
[C] 直接将MgCl2溶液加热蒸干得无水MgCl2
[D] 虚线框内流程的主要目的是减少环境污染
B
【解析】 氢氧化钠价格较贵,从经济角度考虑,试剂X最适合的选择是生石灰或氢氧化钙,A错误;Na2SO3具有还原性,可以吸收含溴的空气,B正确;MgCl2水解生成的氯化氢易挥发,直接将MgCl2溶液加热蒸干得到Mg(OH)2,应在氯化氢氛围中加热蒸干,C错误;虚线框内流程的主要目的是富集溴元素,D错误。
4.(2025·内蒙古高考适应性考试)随着锂离子电池在众多领域的广泛应用,其废旧电池的回收工作愈发显得意义重大。现行的回收工艺通常采用酸浸碱浸的方法,从锂离子电池正极材料LiCoO2(含少量金属Cu)中提取Li和Co,得到的Co(OH)2和Li2CO3在空气中煅烧,可实现LiCoO2的再生。与此同时,为达成绿色回收Li和Co的目标,科研人员正在研究一种新型电解回收工艺。已知:Ksp[Co(OH)2]=6×10-15,Ksp[Cu(OH)2]=2×10-20。一种现行回收工艺的流程如图所示。下列说法正确的是(　　)
B
5.(2024·黑龙江二模)实验室初步分离苯甲酸乙酯、苯甲酸和环己烷的流程如图:
已知:苯甲酸乙酯的沸点为212.6 ℃,“乙醚-环己烷-水共沸物”的沸点为62.1 ℃。
下列说法错误的是(　　)
[A] 操作a为分液
[B] 操作b中需用到直形冷凝管
[C] 无水MgSO4的作用是干燥有机相2
[D] “洗涤”苯甲酸,用乙醇的效果比用蒸馏水好
D
【解析】 向苯甲酸乙酯、苯甲酸和环己烷混合物中加入饱和碳酸钠溶液,苯甲酸与碳酸钠反应生成苯甲酸钠、水和二氧化碳,分液后得到有机相1和水相1,A正确;操作b后得到有机相2和共沸物,则操作b为蒸馏,需用到蒸馏烧瓶、直形冷凝管、温度计、尾接管、锥形瓶等,B正确;无水MgSO4的作用是干燥有机相2,C正确;苯甲酸在乙醇中溶解度大于其在水中溶解度,“洗涤”苯甲酸,用蒸馏水的效果比用乙醇好,D错误。
6.(2025·四川高考适应性考试)TiO2是重要的无机材料,一种含有铁的氧化物和氧化钙的TiO2废渣可以通过如下流程纯化。
已知:“铝热还原”时,Al转化为难溶于酸和碱的α-Al2O3,TiO2转化为TiOx(1≤x≤1.5);“浸取”时,TiOx溶于盐酸生成易被空气氧化的Ti3+。
下列说法错误的是(　　)
[A] TiO2具有弱氧化性
[B] “浸取”需要惰性气体保护
[C] “滤液”中存在Fe3+和Ca2+
[D] H2来自Fe和盐酸的反应
B
【解析】 二氧化钛废渣与铝粉进行“铝热还原”生成TiOx(1≤x≤1.5)和难溶于酸和碱的α-Al2O3,同时铁的氧化物转化为铁单质,加入盐酸后TiOx、Fe与盐酸反应生成Ti3+、Fe2+和氢气,难溶的α-Al2O3转化为浸渣,向浸取后的溶液中加入H2O2溶液,Fe2+、Ti3+被H2O2氧化生成Fe3+和Ti4+,Ti4+水解生成TiO2·xH2O沉淀,过滤分离,滤液含有Fe3+、Ca2+。TiO2中Ti为高价态,具有氧化性,A正确;“浸取”过程中,不需要惰性气体保护,产生的Ti3+在下一步需要氧化生成Ti4+,B错误;Ti4+转化为TiO2·xH2O沉淀,过滤分离,滤液含有Fe3+、Ca2+,C正确;“铝热还原”中只有铁的氧化物转化为铁单质,故氢气是铁与盐酸反应产生的,D正确。
7.绿原酸是多种抗菌消炎中成药的主要成分,具有广泛的生物活性和抗氧化性,易溶于低级醇、微溶于乙酸乙酯。实验室从金银花中提取绿原酸的主要流程如图所示。下列说法错误的是(　　)
B
[A] “醇浸”是利用甲醇和乙醇的混合液萃取金银花中的绿原酸
[B] “超滤”所需仪器和用品有烧杯、漏斗、玻璃棒和滤纸
[C] 可通过质谱法测定绿原酸的相对分子质量
[D] “减压蒸馏”可增大蒸馏速率,防止绿原酸被氧化
【解析】 “醇浸”是利用甲醇和乙醇的混合液萃取金银花中的绿原酸,为固液萃取,故A正确;“超滤”是以压力为推动力的膜分离技术,实现大分子与小分子的分离,不需要滤纸,需要分离膜,故B错误;由质谱法中的最大质荷比可知绿原酸的相对分子质量,故C正确;“减压蒸馏”可使液体在较低温度下汽化,增大蒸馏速率,防止绿原酸被氧化,故D正确。

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