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专题三工艺流程题的深度整合一、题型特点1．呈现形式：流程图、表格、图像。2．设问方式：措施、成分、物质、原因。3．能力考查：获取信息的能力、分析问题的能力、表达能力。4．知识落点：基本理论、元素化合物、实验。无机工业流程图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。二、解题思路和方法分析1．解题思路明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。2．工业生产流程主线与核心的分析3．规律(1)主线主产品；(2)分支副产品；(3)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。4．熟悉工业流程常见的操作与名词(1)原料的预处理①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。②灼烧：如从海带中提取碘。③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)控制反应条件的方法①pH的控制：控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。②蒸发、反应时的气体氛围。③加热的目的：加快反应速率或促使平衡向某个方向移动。④降温反应的目的：防止某物质在高温时分解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动。⑤趁热过滤：防止某物质降温时析出。⑥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。⑦有机物(乙醇、乙醚等)洗涤：洗去表面的杂质离子，降低晶体的溶解度。(3)常见名词浸出：固体加水(酸)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；酸浸：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；水洗：通常为除去水溶性杂质；水浸：与水接触反应或溶解。金属矿物的开发和利用【典例1】铝用途广泛，用铝土矿(主要成分为Al2O3·nH2O、少量SiO2和Fe2O3)制取Al有如下途径：(1)滤液A可用于净水，其净水原理用离子方程式表示为：_____________。(2)灼烧时盛放药品的仪器名称是________。(3)步骤Ⅴ中发生反应的化学方程式是____________________。(4)步骤Ⅲ中生成固体C反应的离子方程式为_________________________；滤液C中c(Na＋)＝________________________(用电荷守恒式表达)。(5)取滤液B100mL，加入1mol·L－1盐酸200mL，沉淀量达到最大且质量为11.7g。则滤液B中c(AlO－2)＝________，c(Na＋)____2mol·L－1(填“”“＝”或“”)。点拨首先明确铝土矿的组成，根据组成物质的性质了解流程中所加药品和操作的目的，比较每一步骤反应前后物质组成的变化和相关化学方程式，最后形成整体思维。(1)铝土矿溶解在过量稀硫酸溶液中，过滤后得到的滤渣是SiO2，滤液A为Al2(SO4)3、H2SO4、Fe2(SO4)3的混合液。因Al3＋、Fe3＋能水解产生具有吸附作用的Al(OH)3、Fe(OH)3胶体，具有净水作用。向Al2(SO4)3、H2SO4、Fe2(SO4)3的混合液中加入过量NaOH时，Al2(SO4)3转化为NaAlO2，Fe2(SO4)3转化为Fe(OH)3，经过滤后得到滤渣Fe(OH)3。滤液B是含有NaAlO2、NaOH和Na2SO4的混合溶液，向滤液B中通入过量CO2时，生成Al(OH)3和NaHCO3，经过滤后得到固体C[Al(OH)3]和含有NaHCO3、Na2SO4的滤液C。(2)在坩埚中灼烧Al(OH)3得到Al2O3。(3)电解熔融的Al2O3得到Al和O2。(4)NaHCO3、Na2SO4的混合溶液中，根据电荷守恒有：c(Na＋)＝2c(SO2－4)＋2c(CO2－3)＋c(HCO－3)＋c(OH－)－c(H＋)。(5)滤液B为含有NaOH、NaAlO2、Na2SO4的混合溶液，加入盐酸生成Al(OH)311.7g，即n(NaAlO2)＝0.15mol，c(AlO－2)＝1.5mol·L－1。NaOH、NaAlO2都转化为NaCl，因溶液中还有Na2SO4，故c(Na＋)2mol·L－1。答案(1)Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋、Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋(2)坩埚(3)2Al2O3(熔融)=====电解4Al＋3O2↑(4)AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－32c(SO2－4)＋2c(CO2－3)＋c(HCO－3)＋c(OH－)－c(H＋)(5)1.5mol·L－1化学工艺流程题主要从以下两点设置：(1)环境与化学：主要涉及“废水、废气、废渣”的来源、对环境的影响和处理原理。(2)重要化工生产及资源利用：旨在用所学的基本理论(氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学、热化学、有机物结构与性质等)指导化工生产。从命题趋势来看，一般有三种题型，一是从实验设计和评价的角度对化工生产进行模拟；二是根据一些化工生产的流程来考查考生的综合应用能力；三是关于化工生产的相关计算。【训练1】金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀等性质被广泛用在高新科技材料和航天领域中。“硫酸法”生产钛的原料是钛铁矿(主要成分是：FeTiO3，还含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素及脉石等杂质)。主要生产流程如下：已知反应：①将钛铁矿与浓H2SO4煮解：FeTiO3＋2H2SO4(浓)=====△TiOSO4(硫酸氧钛)＋FeSO4＋2H2O。②加水分解硫酸氧钛：TiOSO4＋(n＋1)H2O===TiO2·nH2O＋H2SO4。请回答下列问题：(1)副产品甲是________，可循环利用的物质是________。(2)上述生产流程中加入铁屑的目的是_____________________。(3)写出中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应的化学方程式：___________________________。(4)最近，用熔融法直接电解中间产品乙制取金属钛获得成功。写出电解乙制取金属钛的化学方程式：________________________。(5)“硫酸法”生产钛排放的废液对水体有哪些污染，请指出主要的两点：①_______________________________________；②______________________________________。③根据废液的主要成分，针对其中一项污染，提出处理的方法：_________。解析(1)副产品甲为反应①产生的，根据反应①可判断副产品甲为FeSO4·7H2O。根据流程图可知硫酸可循环利用。(2)因Fe2＋具有较强的还原性，加入铁屑能防止Fe2＋被氧化。(3)TiO2、Cl2、焦炭在高温下发生反应的生成物为：TiCl4、CO，反应条件是高温，据此再根据原子守恒可写出其反应的化学方程式。(4)中间产品乙为TiO2，电解熔融TiO2得到Ti、O2：TiO2(熔融)=====电解Ti＋O2↑。(5)根据主要生产流程可知，生产过程的废液中含有H2SO4，可污染水体。废液中含有Fe2＋，Fe2＋具有较强的还原性，能消耗水中的O2：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，从而降低水体中O2的含量，使水生生物因缺氧而死亡。根据题述信息可知，钛铁矿中含有少量Mn、Zn、Cr、Cu等重金属元素，这些元素形成的重金属离子也会污染水体。用廉价的Ca(OH)2与Cu2＋、Mn2＋、Zn2＋、Cr3＋等反应转化为对应的沉淀而除去。答案(1)FeSO4·7H2O硫酸(2)防止Fe2＋被氧化(3)TiO2＋2Cl2＋2C=====高温TiCl4＋2CO(4)TiO2(熔融)=====电解Ti＋O2↑(5)①废液呈强酸性，污染水体②因废液中含有的Mn2＋、Cu2＋、Cr3＋等重金属离子排入水体中会造成水体污染，使水体生物绝迹(其他合理答案也可以)③加入熟石灰化工生产中非金属元素的循环及环境保护【典例2】“低碳”既是时尚，也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂今后联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺：请回答下列问题：(1)工艺操作①、②分别为________、________。(2)工业合成氨的化学方程式为_________________________________。(3)写出生成“产品”的离子方程式：____________________________。(4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是________________________________________________________________________。(5)副产品的化学式为________。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是________。点拨(1)合成氨的原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气。(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。(3)“产品”是硫酸铵，反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙沉淀。(4)氨气溶于水显碱性，实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与氯化氢化合为氯化铵的反应进行检验等。(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙，能够循环使用的物质是二氧化碳。答案(1)将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气过滤(2)N2＋3H2高温、高压催化剂2NH3(3)CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋2NH＋4＋SO2－4(4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有NH3(或其他可行的方法)(5)CaOCO21．交叉分析法：有些化工生产选用多组原料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图分画成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原材料；中间产品；多种产品)和两条或多条生产流水线的化工生产工艺。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。2．截段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。用截段分析法解工艺流程题是一种主流解题方法。因为当前化工生产为了降低成本、减少污染、增加效益，大都设计成综合利用原料、生产多种产品的工艺生产线。为此这种工艺流程题很多。用截段分析法解工艺流程题关键在于选对题型和如何截段，截几段更合理。一般截段以生产的产品为基准点。【训练2】下图所示是以海水为原料，获得某产物的工艺流程图。已知在吸收塔中，溶液的pH显著减小。试回答下列问题：(1)图中两次氯化的作用是否相同？________(选填“是”或“否”)。(2)吸收塔中反应的化学方程式为________________________，第二次氯化的离子方程式为_________________________。(3)资料证实，在酸性介质中，第一次氯化过程中可用O2或空气替代。但在实际工业生产中为什么不用更廉价的空气替代Cl2？______________。(4)本工艺的处理方法可简单概括为“空气吹出、X气体吸收、氯化”。某同学认为在工业生产过程中对第1次氯化液直接蒸馏也可得到产物，不必进行上述过程。请对该同学的说法作出正确的评价：________________________________________________________________________。解析本工艺流程是海水中Br－被Cl2氧化，然后用热空气