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专题讲座(二)高考化工流程题的解题方法指导一、工业流程题的题型特点工业流程题以真实的工业生产为背景，将化工生产过程中的主要生产阶段即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，形成与化工生产紧密联系的试题。高考中“工业流程题”命题内容广泛，近年来已成为高考化学主观题中的常考题型。二、工业流程题的题型结构化工流程示意图箭头：箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。涉及问题原料的预处理。反应条件的控制，如温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等。基本概念，如氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写等。反应原理，如化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应焓变、电化学等。实验基本操作，如除杂、分离、检验、洗涤、干燥等。环境保护与绿色化学评价，如流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用，废物的处理，原子利用率，能量充分利用等。化工安全，如防爆、防污染、防中毒等。三、工业流程题的常见题型题型一以物质制备为目的的工业流程题题型方法制备类工业流程题在流程上一般可大致分为4个阶段：原料处理―→分离提纯―→核心反应―→产品处理1．原料处理阶段(1)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，使可溶性金属阳离子进入溶液，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。⑥碱洗——去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。⑦水洗——通常是为了除去水溶性杂质。(2)常见的考查方式①化学反应速率的影响因素。②实验基本操作和仪器。③元素及其化合物的知识(化学方程式或离子方程式的书写等)。2．分离提纯阶段(1)常见的考查方式①试剂的选择：调节pH，沉淀剂的选择，氧化剂的选择等。②操作方法的选择：过滤、蒸馏等。③除杂时发生的化学方程式或离子方程式的书写。④滤渣或滤液的成分。⑤加入某试剂的原因。(2)审题技巧①试剂的选择原则：不引入新杂质；尽量将杂质除去；减少主要物质损耗。②操作方法的选择：根据物质的状态及分离需要选择。③滤渣或滤液成分的确定：瞻前顾后，分析什么物质发生什么反应，产物是什么，是否有反应物残留等。④加入某试剂的原因一般有：除去某杂质或将某物质转化为另一种物质。3．核心反应阶段(1)常见考查方式①主要反应化学方程式或离子方程式的书写。②反应条件的选择原因。(2)审题技巧反应条件的选择要抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。从选择的条件来分析对反应物、生成物等造成何种影响。具体见下表。反应条件的选择反应速率平衡提纯温度控制不能太高反应物或生成物可能不稳定或容易分解，可能发生副反应可能导致反应太剧烈不能太低温度低不利于反应发生反应速率慢可能引起反应向不利于目标产物的方向移动控制溶解度不能太浓可能容易分解、挥发引发危险不能太稀反应不能顺利发生速率太慢可能不利于目标产物的生成浓度控制过量保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率对后续操作产生影响pH的控制控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性促进水解或抑制水解4.产品处理阶段(1)常见考查方式①实验的基本操作以及所需的实验仪器等。例如，从溶液中得到晶体。②物质的检验。③盐的水解应用等。(2)审题技巧①从溶液中得到晶体的操作：蒸发浓缩、冷却结晶(趁热过滤)、过滤、洗涤、干燥。蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同理，可除去KNO3中的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同理，可除去NaCl中的少量KNO3。洗涤：冰水或热水，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；乙醇或乙醇水溶液，既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。②物质检验：一般需要有操作、现象、结论三部分。③解答与平衡移动有关的问题，需遵循体系中存在的核心平衡，阐明所采取的措施、改变的条件，导致平衡如何移动，产生什么结果。1．CeO2是一种重要的稀土氧化物，可利用氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)来制备。其工艺流程如下：已知：Ⅰ.Ce4＋能与SO2－4结合成[CeSO4]2＋，与F－结合成[CeFx](4－x)＋(0x4)。Ⅱ.在硫酸体系中，Ce4＋能被萃取剂萃取而Ce3＋不能。回答下列问题：(1)“氧化焙烧”中“氧化”的目的是________________________________________________。(2)CeO2不溶于水和碱，微溶于酸，但“浸出”时却能溶解完全，原因是溶液中的________(填原子符号，下同)、________、________促进了CeO2的溶解。(3)“反萃取”时发生反应的离子方程式为________________________________________________。(4)若缺少“洗氟”这一环节，则所得产品的质量将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。解析：(1)根据已知信息硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂萃取，而Ce3＋不能，可推测第一步“氧化焙烧”的目的是将＋3价铈氧化成＋4价。第二步加入硫酸浸取，Ce4＋与SO2－4结合成[CeSO4]2＋，Ce4＋与F－结合成[CeFx](4－x)＋；第三步加萃取剂，硫酸体系中Ce4＋能被萃取剂萃取，Ce元素进入有机层；第四步，加入氟洗液，除去氟；第四步，加入硫酸和双氧水，根据后面的流程可知，此处双氧水为还原剂，将Ce4＋还原为Ce3＋，反萃取，Ce3＋进入水层；加入碱后Ce3＋转化为沉淀，通入氧气将Ce从＋3价氧化为＋4价，得到产品。(2)CeO2微溶于酸，CeO2＋4H＋===Ce4＋＋2H2O，根据信息Ce4＋能与SO2－4结合成[CeSO4]2＋，与F－结合成[CeFx](4－x)＋，故F－、SO2－4促进了CeO2的溶解。(3)反萃取时，H2O2为还原剂，将Ce4＋还原为Ce3＋，H2O2自身被氧化为O2。(4)若缺少“洗氟”，部分Ce元素存在于[CeFx](4－x)＋，难以被反萃取，进入有机层，则进入水层的Ce元素减少，所得产品的质量将偏小。答案：(1)将＋3价铈氧化为＋4价铈(2)H＋F－SO2－4(3)2[CeSO4]2＋＋H2O2===2Ce3＋＋O2↑＋2H＋＋2SO2－4(4)偏小2．溴化钙医药上用作中枢神经抑制药，具有抑制、镇静作用，用以治疗神经衰弱、癫痫等症，在水中极易溶解，溶于乙醇和丙酮。制备溴化钙晶体(CaBr2·2H2O)的主要流程如下：(1)检验FeBr2中是否含有Fe3＋，应选择________(填字母编号)。a．NaOH溶液b．K3[Fe(CN)6]溶液c．KSCN溶液d．KMnO4溶液(2)操作②要求控制温度在40℃，不能过高和过低的原因是________________________________________________。(3)要实现Fe粉至FeBr2的转化，在原料配比时应注意________，试剂X的化学式为________。(4)加入熟石灰至出渣的过程中，固体的颜色发生变化，原因是__________________________(用化学反应方程式表示。)(5)操作④的步骤为蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、干燥。蒸发浓缩时除酒精灯、三脚架外还需用到仪器有__________________________________________________________________________________________________。(6)将氨气通入石灰乳，加入溴，于65℃进行反应也可制得溴化钙，此反应中还会生成一种无色无味气体，写出反应的化学方程式________________________________________________。解析：(1)检验FeBr2中是否含Fe3＋，应选用KSCN溶液，加入KSCN溶液，溶液呈血红色，则含Fe3＋，反之不含Fe3＋。(2)操作②要求控制温度在40℃，温度过高溴挥发，温度过低反应速率慢。(3)要实现Fe粉至FeBr2的转化，在原料配比时应注意Fe粉过量，防止生成FeBr3。加入的试剂X的化学式为HBr，用于中和过量的Ca(OH)2。(4)加入熟石灰至出渣过程中，生成的固体为Fe(OH)2，固体颜色会由白色迅速变成灰绿色，最终变为红褐色，Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3，反应的化学方程式为：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(6)将氨气通入石灰乳，加入溴，于65℃进行反应也可制得溴化钙，此反应中还会生成一种无色无味气体，Br2被还原为CaBr2，则NH3被氧化成的无色无味的气体为N2，写出反应：Ca(OH)2＋Br2＋NH3――→65℃CaBr2＋N2↑＋H2O，根据得失电子守恒、原子守恒配平，故反应的化学方程式为3Ca(OH)2＋3Br2＋2NH3=====65℃3CaBr2＋N2↑＋6H2O。答案：(1)c(2)温度低反应慢，温度过高溴挥发(3)Fe粉过量HBr(4)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(5)冷却结晶蒸发皿、玻璃棒(6)3Ca(OH)2＋3Br2＋2NH3=====65℃3CaBr2＋N2↑＋6H2O3．钠、钾的碘化物在生产和科学实验中有十分重要的应用。工业上利用碘、烧碱和铁屑为原料可生产碘化钠，其生产流程如图所示：(1)NaOH溶液和碘反应时需要严格控制温度，如果温度过低，会生成碘的低价副产品NaIO。若NaOH溶液和碘反应时所得溶液中IO－3与IO－的物质的量之比为1∶1，则该反应的离子方程式为________________________________________________。(2)生产流程中加入过量铁屑的目的是________________________________________________，过滤所得固体中除剩余铁屑外，还有红褐色固体，则加入铁屑时发生反应的化学方程式为________________________________________________。(3)溶液2中除含有H＋外，一定含有的阳离子是________；试设计实验证实该金属阳离子的存在：________________________________________________。(4)溶液2经一系列转化可以得到草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)，称取3.60g草酸亚铁晶体用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示：①分析图中数据，写出过程Ⅰ发生反应的化学方程式：________________________________________________；②300℃时剩余固体是铁的一种氧化物，通过计算确定该氧化物的化学式：________________________________________________。解析：(1)若NaOH溶液和碘反应时所得溶液中碘酸根离子与IO－的物质的量之比为1∶1，碘失去6个电子，根据得失电子守恒，生成6个I－，有4个I2参加反应，则上述过程中，反应的离子方程式为4I2＋8OH－===IO－3＋6I－＋4H2O＋IO－。(4)①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为FeC2O4·2H2O=====△FeC2O4＋2H2O。②草酸亚铁晶体中铁的元素质量为3.60g×56/180×100%＝1.12g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中