无机化工流程题的解题策略

1无机化工流程题的解题策略化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型,全国一卷近4年必考题型。题型一物质制备类化工流程题【考题感悟】(2013·江苏，16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：(1)酸溶前一般先把菱镁矿研磨成矿粉，目的是______________________；MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为____________________________________。(2)加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为___________________________。(3)滤渣2的成分是________(填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应：利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。①D中收集的气体是________(填化学式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。稀硫酸↓H2O2↓NH3·H2O↓菱镁矿→酸溶→过滤→氧化→调pH≈4→过滤→↓滤渣1↓滤渣2木炭↓…→煅烧→MgO↓气体2MgSO4＋C======800℃2MgO＋2SO2↑＋CO2↑MgSO4＋C======800℃MgO＋SO2↑＋CO↑MgSO4＋3C======800℃MgO＋S↑＋3CO↑2a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液③A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应，产物中元素的最高价态为＋4，写出该反应的离子方程式：_________________________。科学审题明确物质转化过程：【解析】(1)MgCO3微溶于水写离子方程式时不能拆成离子形式，硫酸是强酸能拆成离子形式。(2)由于菱镁矿中含有FeCO3，所以溶液中存在FeSO4，要除去杂质Fe2＋可先将其氧化成Fe3＋，再调节pH除去，因此H2O2是氧化剂，发生反应：2FeSO4＋H2O2＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋2H2O。(3)用氨水调节pH＝4除去Fe3＋，滤渣2为Fe(OH)3。(4)题目中要求利用图中装置进行气体的分步吸收或收集。煅烧后存在四种气体：S、SO2、CO2和CO。由③可知A中得淡黄色固体，即S，B吸收SO2，C吸收CO2，D中收集CO。B吸收SO2但不吸收CO2，可选用KMnO4溶液，注意不能用NaOH溶液或Na2CO3溶液，因为它们吸收SO2【答案】(1)增大反应物接触面积或增大反应速率或使反应更充分MgCO3＋2H＋===Mg2＋＋CO2↑＋H2O(2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋2H2O(3)Fe(OH)3（4）①CO②d③3S+6OH-====2S2-+SO32-+3H2O题型二以混合物的分离、提纯为目的工艺流程题【考题感悟】(2013·全国新课标Ⅱ，27)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：①在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化，②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__________，发生反应的离子方程式为__________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是________________。(2)反应③的反应类型为____________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。(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________________。(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__________。科学审题明确物质转化过程：菱镁矿――――→稀H2SO4MgSO4FeSO4――→H2O2MgSO4Fe2（SO4）3工业ZnO――→稀硫酸①浸出液――――――――――→调pH约为5适量高锰酸钾溶液――→过滤②滤液――→Zn③――→过滤滤液―――→Na2CO3④――→过滤滤饼――→煅烧⑤ZnO工业ZnO――――→稀H2SO4浸出液ZnSO4、FeSO4MnSO4、NiSO4――――――――――――――→调pH≈5，适量KMnO4溶液结合提示②――→过滤滤渣：Fe（OH）3和MnO2滤液：ZnSO4NiSO4――――→Zn过滤结合滤渣：Zn、Ni滤液：ZnSO4提示①――――――→Na2CO3过滤ZnCO3·xZn(OH)2――→煅烧ZnO3【解析】本题实际是利用化学方法对ZnO提纯，就是要除去Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)。综合流程信息、提示信息，显然除去Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)是在②步进行的，Fe2＋被KMnO4氧化为Fe3＋，在pH＝5的条件下，Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀，Mn2＋被KMnO4氧化生成MnO2沉淀。除Ni(Ⅱ)是在③步进行，发生了Ni(Ⅱ)与Zn的置换反应。④、⑤是将Zn2＋(aq)转化为沉淀，重新生成ZnO。(3)中检验沉淀是否洗涤干净，就是检验洗液中是否还含有滤液中的某种离子，显然检验SO42－比较合理。(4)中写出分解化学方程式，列比例式计算即可，125＋99x81(x＋1)11．28.1解得x＝1。【答案】(1)Fe2＋和Mn2＋MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO4－＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋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)置换反应镍(3)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)1【解题策略】1.一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：2.各过程涉及的考点：（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，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。近年来，在高考题出现了“浸出”操作。在化工生产题中，矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂，使矿物原料中的有用组分或有害杂质选择性地溶解，使其转入溶液中，达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。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，将有机碘转化为碘盐。⑤煅烧：改变结构和组成，使一些物质能溶解；并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土和石灰石。（2）核心化学反应要掌握：①元素及其化合物知识：化工生产将原料转变成产品的过程，也是物质经历相互转化的过程。理解物质之间的转化关系，就要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题，需要掌握这些元素及其化合物的知识②还要掌握有关化工生产的知识，熟悉的有纯碱工业、氨工业、硅单质的制备、氯碱工业、海水中提取镁、海水中提取溴等；③化学反应原理：化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程，从化学反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等，是化工生产的基本思路。化学反应原理的相关知识包括质原料对原料的预处理核心化学反应产品的提纯和分离目标产物ZnCO3·xZn(OH)2=====△(x＋1)ZnO＋CO2↑＋xH2O4量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等，做到能综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。（3）化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括过滤、洗涤、蒸发、结晶、蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。（4）对整个工艺流程能进行评价:①体现绿色化学思想（使用无毒无害原料，采用原子利用率高的制备路线，原料的循环利用，副产物综合利用，节能，等）；②高效节能方面（原料廉价，工艺简单，产品的纯度高，能耗低等）（5）化学计算：纯度，转化率、产率计算，有效数字的取舍2.解答基本步骤（1）读题头，得目的，划原料，明产品，解决“干什么”一般采用“首尾分析法”：通过阅读题头，了解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，通过对比分析工业流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，弄清从原料出发，要得到最终产品，必须除去什么元素、引进什么元素。(2)读题问，逐空填答，用语要规范，解决“怎么写”从化学原理的角度、用化学语言作答；要抓住主要问题，针对具体问题作具体分析。具体答题要点如下：①答题所问：要看清题目要求，按要求答题。如：写离子方程式还是化学方程式；写物质的名称还是化学式等；方程式中反应物、产物的分子式书写要正确；尤其是化学方程式要配平，电极反应式和化学方程式一定要书写正确；正确使用等号或可逆符号；沉淀、气体、水溶液等符号要标明。②准确、规范：回答问题的要准确全面，注意语言表达的规范性，例如评价或比较实验方案时要全面考虑：反应物种类多少、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类多少，对目标产物的分离和提纯是否有影响；反应条件是否苛刻；仪器、设备是否要求高；工艺流程、实验步骤的多少。③注意答题的完整性：要答到对产品生产的影响这一步！除杂：除去……中的……(只写“除杂”一类是不给分的)3.注意归纳答题的套路(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(如浓硝酸)挥发、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等，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晶体)的方法：蒸发浓缩(至有晶膜出现)、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5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。(6)溶液配制、灼烧、蒸发、过滤用到的仪器。(7)控制某反应的pH值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、范围过小的后果(导致某离子沉淀不完全)或过大的后果(导致主要离子开始沉淀)。(8)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。(9)检验溶液中离子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。(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……，则沉淀洗涤干净。(11)洗涤的目的：①除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。②提高可溶性物质的产率(12)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。(13)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。(14)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。(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(如氧气)防止