化工流程题的解题指导(解析)

第1页化工流程题的解题指导从试题提供的新信息中，准确提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。常见命题角度有：(1)陌生物质化合价的判断及电子式的书写；(2)核心反应化学方程式或离子方程式的书写；(3)流程中试剂的选取及目的或目的分析；(4)流程中间环节的物质种类及离子判断；(5)操作中试剂选取量或产物的相关量的计算；(6)提高某一操作作用效果的措施；(7)操作的规范化语言表述等。一、解题指导类型一物质制备类化工流程题1．熟悉常用的操作方法及其作用(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用：①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。②水浸——与水接触反应或溶解。③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。⑤煅烧——改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。(2)常用的控制反应条件的方法：①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：a．能与H＋反应，使溶液pH增大；b．不引入新杂质。[例如：若要除去Cu2＋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，不可加入NaOH溶液、氨水等]第2页②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。④冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。2．识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。类型二提纯类化工流程题1．明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。2．明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)蒸发浓缩、冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸发浓缩、趁热过滤：趁热过滤是为了得到产品或除去杂质，在除杂时，有些产品在温度较低时会结晶析出，从而混在杂质中，造成损失，故“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶析出，因此趁热过滤的目的可从两方面回答：一是提高纯度，二是减少结晶损失。(6)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(7)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。二、答题模板(1)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。(2)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。(3)温度不高于××℃的原因，适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。(4)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。(5)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤，如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来、洗涤、干燥。第3页(6)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。(7)减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。(8)检验溶液中离子中是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。(9)洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。(10)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。(11)洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。(12)冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。(13)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。(14)依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是除去晶体表面水分。(15)蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。(16)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的气体(如加热煮沸除去溶液氧气防止某物质被氧化)。1．绿矾(FeSO4·7H2O)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生产纯净绿矾的一种方法：已知：室温下饱和H2S溶液的pH约为3.9，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为5.5。(1)操作Ⅱ中，通入硫化氢至饱和的目的是除去溶液中的Sn2＋离子，将Fe3＋还原为Fe2＋，防止Fe2＋被氧化；在溶液中用硫酸酸化至pH＝2的目的是防止Fe2＋离子生成沉淀。(2)检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe3＋的实验操作是取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若溶液变红，说明含有Fe3＋，若溶液不变红，说明不含Fe3＋。第4页2．过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。(一)碳酸钙的制备(1)步骤①加入氨水的目的是调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀。(2)小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于过滤分离。(二)过氧化钙的制备(1)步骤①的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈酸性(填“酸”、“碱”或“中”)。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是除去溶液中的CO2。(2)步骤③中反应的化学方程式为CaCl2＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH4Cl，该反应需要在冰浴下进行，原因是温度过高时双氧水易分解。(3)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是去除结晶表面水分。(4)制备过氧化钙的另一种方法是：将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是工艺简单、操作方便，产品的缺点是纯度较低。3．氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下：提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题：(1)反应②中除掉的杂质离子是Fe2＋和Mn2＋，发生反应的离子方程式为MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋，2MnO4－＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质。(2)反应③的反应类型为置换反应，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有镍。(3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于1。解析：(4)根据关系式ZnCO3·xZn(OH)2～(x+1)ZnO125+99x81(x+1)11.2g8.1g解得x＝1第5页4．高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快。实验室可用软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备高锰酸钾。其部分流程如下：已知：①流程中所加软锰矿中含50gMnO2；②生成墨绿色浸出液的反应：KClO3＋3MnO2＋6KOH===3K2MnO4＋3H2O＋KCl。回答下列问题：(1)实验中采用铁坩埚而不是瓷坩埚的原因是在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生化学反应(或SiO2＋2KOH=====高温K2SiO3＋H2O)。(2)通入CO2，可使MnO2－4发生反应，生成MnO－4及MnO2，写出该反应的离子方程式：3MnO42－＋2CO2===2MnO4－＋MnO2↓＋2CO32－；若通入CO2太多，则在加热浓缩时，会有KHCO3晶体和KMnO4晶体一起析出。(3)在加热浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，其原因是高温会导致高锰酸钾分解；趁热过滤的目的是防止高锰酸钾结晶析出；加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是受热均匀利于蒸发溶剂；洗涤KMnO4晶体用冷水洗涤较好的原因是减少高锰酸钾的溶解。(4)计算12.25gKClO3固体经过上述转化，最多可制得KMnO4的质量为31.6g(结果保留一位小数)。解析：(4)根据关系式KClO3～3K2MnO4，3MnO2－4～2MnO－4，可得：KClO3～2KMnO4，则最多可制得KMnO4的质量为12.25g122.5g·mol－1×2×158g·mol－1＝31.6g。5．已知草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)难溶于水，工业上从废镍催化剂(主要成分为Ni，含有一定量的Al2O3、FeO、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如图所示：已知：①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据：金属离子Fe3＋Fe2＋Al3＋Ni2＋开始沉淀的pH1.15.83.06.8完全沉淀的pH3.28.85.09.5②Ksp(CaF2)＝1.46×10－10；③当某物质浓度小于1.0×10－5mol·L－1时，视为完全沉淀。请回答下列问题：第6页(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施把废镍催化剂粉碎(或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率等)。(2)试剂a是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O。(3)“调pH”时pH的调控范围为5.0≤pH＜6.8，试用化学反应原理的相关知识解释滤渣Ⅱ的生成：加入Ni(OH)2消耗溶液中的H＋，促使铁离子、铝离子的水解平衡右移，使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀。(4)写出“沉镍”时发生反应的离子方程式Ni2＋＋C2O42－＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓，证明Ni2＋已经沉淀完全的实验步骤及现象是取适量上层清液于试管中，继续滴加(NH4)2C2O4溶液，无沉淀生成，当Ca2＋沉淀完全时，溶液中c(F－)＞mol·L－1(写出计算