化学工艺流程题类型及其解题策略

-1-化学工艺流程题类型及其解题策略【方法总述】1．无机化工流程题的特点无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像等。这类题常围绕以下几个知识点进行设问：（1）化学反应速率与平衡理论的运用反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等。温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等。（2）化学式的判断。（3）氧化还原反应化学方程式或离子方程式的书写。（4）通过调节溶液的pH达到分离除杂的目的。（5）化学反应的能量变化。（6）化学实验室的常用仪器的用途和使用方法。（7）化学实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等。（8）元素守恒、得失电子守恒等化学观念。（9）根据物质之间的反应关系进行的简单计算。（10）“流程”中的物质成分的判断，物质的转化和循环，资源的回收和利用。（11）环境保护与绿色化学评价（是否污染环境、原子经济性、节约资源、安全性、资源再生）。2．工业生产流程主线规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。-2-【解题策略】1．解答无机化工流程试题的程序基本步骤：（1）首先要通过阅读文字说明，清楚试题背景是工业生产还是实验室研究，准确抓住工艺（实验）的目的是什么？还提供了哪些信息（原料成分，含量，产品成分，从用途能看出什么性质）？（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。（4）从设问中获取信息，使下一步的深入分析重点更明确。解题思路：明确整个流程及每一部分的目的——→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质——→结合基础理论与实际问题思考——→注意答题的模式与要点。2．熟悉工业流程常见的操作与名词工业流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理——→分离提纯——→获得产品（1）原材料的预处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率：研磨——将固体粉碎，增大表面积，加快反应速率；②溶解浸出：通常用酸或碱溶。如用硫酸、盐酸或氢氧化钠溶液等。浸出——固体加水（酸或碱）溶解得到离子。【浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少（更多转化）】水浸——与水接触反应或溶解。水洗——除去水溶性杂质。酸浸（或酸洗）——在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。碱浸（或碱洗）——除去油污或氧化膜；溶解铝和二氧化硅③灼烧（焙烧或煅烧）——使一些物质在高温下氧化、分解。（2）反应条件的控制的常见考点①加热——加快反应速率；加速固体溶解；平衡向吸热方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯-3-德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。②降温（冰水中）——防止某物质在高温时会溶解（或分解）；使化学反应速率下降；为使化学平衡向放热的方向移动。③控温——温度过高，物质会分解或杂质会挥发；温度过低，物质无法挥发或者反应。④趁热过滤——防止某物质降温时会析出晶体。⑤洗涤（冰水、热水）——洗去晶体表面附着或包夹的可溶性离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。⑥蒸发时的酸性氛围——抑制金属阳离子的水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。、⑦pH值的控制a．控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。（3）产品的分离提纯阶段的常见考点①过滤——基本操作：一贴二低三靠；②结晶：Ⅰ、当溶液为单一溶质时：所得晶体不带结晶水，如NaCl、KNO3等：蒸发结晶；所得晶体带结晶水，如胆矾等：将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。Ⅱ、当溶液为两种以上溶质时：要得到溶解度受温度影响小的溶质：蒸发浓缩结晶，趁热过滤。如除去NaCl中少量的KNO3。要得到溶解度受温度影响大的溶质：蒸发浓缩、冷却结晶，过滤。如除去KNO3中少量的NaCl。③重结晶——蒸发浓缩、冷却结晶，过滤（重复操作）。④沉淀的洗涤——向过滤器中的滤渣加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以-4-上操作2～3次。⑤灼烧（焙烧或煅烧）——固体在坩埚中进行加热：⑥干燥——在干燥器隔绝空气的条件下低温烘干。⑦萃取、分液——在分液漏斗中进行操作。下层液体从下口放出；上层液体从上口倒出。⑧重复操作2～3次——保证实验的准确性。（4）其他常见考点①化学方程式的书写：离子型氧化还原反应。②实验仪器。③计算：守恒法、关系式法等。3．注重答案的文字叙述规范（1）洗涤沉淀：向过滤器中的滤渣加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。检验沉淀是否洗涤干净：取最后一次洗涤滤出液，滴加AgNO3溶液和稀硝酸（检验氯离子）或者BaCl2溶液（检验硫酸根离子），若无沉淀产生，则证明已洗涤干净；反之，则未洗涤干净。（2）从溶液中得到晶体：蒸发浓缩——→冷却结晶——→过滤——→洗涤——→干燥。（3）在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去某某杂质”，只写“除杂”等笼统的回答是不给分的。（4）化学用语的书写要规范（分子式书写；化学方程式的书写；完成符号或可逆符号；沉淀、气体、固态、水溶液等符号）；评价或比较要全面（反应物、产物种类，目标产物的分离和提纯；反应条件、仪器、设备、步骤）。例题【2012·山东卷】工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的吸收。a．浓H2SO4b．稀HNO3c．NaOH溶液d．氨水（2）用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在（填离子符号），检验溶液中还存在Fe2＋的方法是（注明试剂、现象）。（3）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为。-5-（4）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是。a．电能全部转化为化学能b．粗铜接电源正极，发生氧化反应c．溶液中Cu2＋向阳极移动d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属（5）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为。变式题【2011·福建卷】四氯化钛（TiCl4）是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿（主要成为是FeTiO3）制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：回答下列问题：（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋===2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2OTi3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋加入铁屑的作用是。（2）在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在范围。（3）若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可以制得钛白粉。已知25℃时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝。（4）已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g)ΔH＝＋140kJ·mol－12C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－221kJ·mol－1写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成TiCl4和CO气体的热化学方程式：。（5）上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是（只要求写出一项）。-6-【2009·安徽卷·27·12分】某工厂废水中含5.00×10－3mol·L－1的Cr2O72－，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为＋3，＋2），设计了如下实验流程：（1）第①步反应的离子方程式是。（2）第②步中用pH试纸测定溶液pH的操作是。（3）第②步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr(OH)3外，还有。（4）欲使1L该废水中的Cr2O72－完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需要加入gFeSO4·7H2O。【2010·安徽卷·27·14分】锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。某研究性小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为。（2）第③步反应的离子方程式是。（3）第④步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：、。（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g，第③步反应中加入20.0mL3.0mol·L－1的H2SO4溶液，假定正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3，则至少有gNa2CO3参加了反应。-7-【2011·安徽卷·27·14分】MnO2是一种重要的无机功能材料，粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）样品转化为纯MnO2的实验，其流程如下：（1）第①步加稀H2SO4时，粗MnO2样品中的（写出化学式）转化为可溶性物质。（2）第②步反应的离子方程式是□＋□ClO3－＋□——→□MnO2↓＋□Cl2↑＋□。（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、、、，已知蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH，则一定还含有（写化学式）。（4）若粗MnO2样品的质量12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7gMnO2，并收集到0.224LCO2（标准状况下），则在第②步反应中，至少需要molNaClO3。【2012·安徽卷·27·15分】亚硫酸盐是一种常见食品添加剂。为检测某食品中亚硫酸盐含量（通常以1kg样品中含SO2的质量计），某研究小组设计了如下两种实验流程：（1）气体A的主要成分是。为防止煮沸时发生暴沸，必须先向烧瓶中加入；通入N2的目的是。（2）写出甲方案第①步反应的离子方程式：。（3）甲方案第②步滴定前，滴定管需用NaOH标准溶液润洗，其操作方法是。（4）若用盐酸代替稀硫酸处理样品，则按乙方案实验测定的结果（填-8-“偏高”﹑“偏低”或“无影响”）。（5）若取样品wg，按乙方案测得消耗0.01000mol·L－1I2溶液VmL，则1kg样品中含SO2的质量g（用含w﹑V的代数式表示）。【2013·安徽卷·27·13分】二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO2·Fe2O3·CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质）。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：（1）洗涤滤渣A的目的是为了除去（填离子符号），检验该离子是否洗涤的方法是。（2）第②步反应的离子方程式是，滤渣B的主要成分是。（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将