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高考经典必考题创新突破(三)无机化学工艺流程题的解题策略高考总复习·化学题型特点考情分析命题趋势2018，全国卷Ⅰ，7T2018，全国卷Ⅱ，26T2018，全国卷Ⅲ，27T2017，全国卷Ⅰ，27T2016，全国卷乙、丙，28T工艺流程题就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，是无机框图题的创新。题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合。考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。分值：14～16分2020年高考命题主要会从铝土矿中冶炼铝、从海水中提取镁和碘、从黄铜矿冶炼铜、从废铁屑制绿矾、从其他矿物质冶炼金属或非金属及化合物等设计考题。[解题思维]1．化工流程线路示意图及涉及问题2．获取解题信息的方法途径(1)从题干中获取有用信息，了解生产的终产品。(2)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，并获取以下信息：①知道“四个什么”——反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。②抓住“一个关键”——一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，明确问题与哪些化学知识相关。3．分析方法(1)首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。(2)分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。4．规范解答文字叙述类的题目要严格按题目要求规范解答。[真题剖析]题型一以制备某一物质为目的的工艺流程题1．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(主要成分为ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1mol·L–1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Fe3＋Fe2＋Zn2＋Cd2＋开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________。(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是________________________。(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为__________________________。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为__________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。解析(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO2－4不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。答案(1)ZnS＋32O2焙烧,ZnO＋SO2(2)PbSO4调节溶液的pH以除去Fe3＋无法除去杂质Fe2＋(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋(4)Zn2＋＋2e－===Zn溶浸解题策略制备类工艺流程题在流程上一般分为3个过程原料处理―→分离提纯―→获得产品(1)原料预处理的目的与作用(2)必考的反应条件与控制措施反应条件条件内容调节溶液的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：能与H＋反应，使溶液的pH增大；不引入新的杂质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；减少副反应的发生控制压强改变速率，使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率，缩短达到平衡的时间趁热过滤防止某物质降温时会大量析出冰水或有机溶剂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(3)获得产品阶段的常见操作措施及原因①洗涤(冰水、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：乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。②蒸发时的气体氛围抑制水解：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。③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浓缩后再降温，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；同样原理可除去KNO3溶液中的少量NaCl。④蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将K2Cr2O7蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl溶液中的少量KNO3。题型二以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题2．(2018·江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃硫去除率＝1－焙烧后矿粉中硫元素总质量焙烧前矿粉中硫元素总质量×100%①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________。②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是________________。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。解析(1)二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3，过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO3。(2)①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐，而多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，如果不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧，则去除的硫元素主要来源于FeS2，具体的反应原理为4FeS2＋11O2===2Fe2O3＋8SO2。②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3，CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃”，可知700℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中，从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低；(3)高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O；向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳，生成氢氧化铝：CO2(过量)＋2H2O＋NaAlO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3。(4)假定FeS2与Fe2O3的化学计量数分别是1、x，由元素守恒可知Fe3O4、SO2的化学计量数分别是(1＋2x)/3、2，最后根据氧元素守恒得关系式：3x＝4＋8x3＋4，解得x＝16，从而快速得解。答案(1)OH－＋SO2===HSO－3(2)①FeS2②硫元素转化为CaSO4因难以分解而留在矿粉中(3)NaAlO2Al(OH)3(4)1∶16解题策略这类题其实就是混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时，一定要在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，主要物质和杂质的性质差别是什么。认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去，要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品。经过这样的思考后将工艺流程转化为物质转化流程，更能明白每一步所加试剂或操作的目的。(1)提纯方法方法目的水溶法除去可溶性或不溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂法或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节pH法除去酸性溶液中的Fe3＋等金属离子(2)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、FeSO4·7H2O等。⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。⑥冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。[模拟预测]1．(2019·西北师大附中月考)工业上利用粗ZnO(含FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略)：已知：几种离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：待沉淀的离子Fe2＋Fe3＋Zn2＋Cu2＋开始沉淀时pH6.31.56.25.2沉淀完全时pH9.73.28.06.4请回答下列问题：(1)酸浸粗氧化锌的过程中，为了加快酸浸速率，可采取的措施有__________________________________________(写出一点即可)。(2)步骤A的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，并全部形成Fe(OH)3沉淀，为了暂不形成Cu(OH)2、Zn(OH)2，该步骤需控制溶液pH的范围是________，该步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式为___________________________________________________。(3)步骤D的操作名称为______________。(4)由粗ZnO制取单质锌的另一种方法是将粗ZnO(含FeO、CuO)溶于NaOH溶液，ZnO全部转化为Na2[Zn(OH)4]溶液，该反应的化学方程式为_______________________________；然后将FeO、CuO过滤除去；再用惰性电极电解该滤液，阳极上逸出无色无味气体，阴极上析出锌，则阴极电极反应式为_________________________________________________。解析(1)增大反应物的接触面积、增大浓度、升高温度，都能加快反应速率，故可采取的措施有：将粗氧化锌粉碎成细颗粒、适当增加硫酸的浓度、适当升高温度等。(2)根据已知条件中几种物质沉淀的pH以及该步骤的目的，该步骤需控制溶液pH的范围是3.2≤pH≤5.2；由于形成Fe(OH)2沉淀的pH范围与形成Zn(OH)2沉淀的pH范围重叠，所以H2O2的作用是将Fe2＋氧化成Fe3＋，完全形成Fe(OH)3沉淀，故反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。(3)操作D是将不溶性固体与液体分离开来，故操作名称是过滤。(4)惰性电极电解Na2[Zn(OH