2022届高考三轮复习专题《化学工艺流程综合》

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,2022/5/9 Monday,#,2022,届高考三轮复习专题冲刺,化学工艺流程综合,一、,“,四线法,”,“,四线法,”,顾名思义,通过分析四条主线,突破工艺流程题的整体把握,四条主线分别为,试剂线、杂质线、操作线、产品线。,根据工艺流程题的类型的不同,四条主线呈现的具体内容不同。,利用,“,试剂,-,杂质,-,操作,-,产品,”,四线法解工艺流程题认知模型,如图所示。,要点整合,2020,年全国,卷、,卷、山东卷中工艺流程题的四线呈现情况和信息呈现形式如表所示,2020,年高考卷,流程主题,四线呈现情况,信息呈现形式,全国,卷,26,题,钒矿粉制备,NH,4,VO,3,产品线、试剂线、杂质线、操作线,文字信息、框图信息、表格信息、流程信息,全国,卷,27,题,废镍催化剂制备硫酸镍,产品线、试剂线、杂质线、操作线,文字信息、框图信息、表格信息、流程信息,山东卷,(,新高考,),软锰矿制备高纯碳酸锰,产品线、试剂线、杂质线、操作线,文字信息、框图信息、表格信息、流程信息,解题时,要粗看工艺流程框图,迅速把握,“,四线,”,整体把握化工流程的框架。,复习中要熟悉教材中的工艺流程,如高中教材中涉及的化学工业,:,侯氏制碱法,;,氯碱工业,;,硅酸盐工业,;,工业制硫酸,;,合成氨工业,;,工业制硝酸,;Na,、,Mg,、,Al,、,Fe,、,Cu,等金属的冶炼,;,海水中提取物质。还要关注有关化工流程的专业知识。,1.,试剂线,需要掌握常见试剂的类型、作用和相关反应,也可称为反应线。常见试剂及其作用如表所示。,类别,常见试剂,作用,备注,氧化剂,KMnO,4,、,K,2,Cr,2,O,7,、,Cl,2,、,HNO,3,、,Fe,3+,、空气,(O,2,),、,H,2,O,2,氧化某物质以除去杂质或获得产品,试剂的作用主要是除杂和获取产品,同一种试剂的作用并非唯一,需要根据具体情况而定,比如,H,2,O,2,的作用常具有多样性,还原剂,还原某物质以除去杂质或获得产品,酸,H,2,SO,4,、,HCl,、,HNO,3,利用酸溶解或除去某物质或获得产品,碱,NaOH,、,NH,3,H,2,O,利用碱溶解或除去某物质或获得产品,其他,氧化物,(CuO,、,MgO),、,NaF,等,除去某物质或得到产品,2.,杂质线,对于矿物质而言,测定元素组成后,即可确定杂质。常见杂质及其除杂方式如表所示。,杂质的核心元素,去除方式,备注,Fe,、,Al,等金属元素,调,pH,积累常见元素的去除方式,构建杂质的去除模型。不常见物质的去除,高考设问会以考查考生获取信息的能力为出发点而给予已知信息,SiO,2,直接过滤除去或转化为,H,2,SiO,3,Mg,、,Ca,等金属元素,利用,NaF,溶液,转化为氟化物沉淀,Mn,可以转化为氟化物沉淀,也可以转化为,MnO,2,3.,操作线,主要指的是分离提纯操作,每加一次试剂,便需要思考是否需要过滤、蒸发、冷却结晶、蒸馏、萃取等分离提纯操作,如表所示。,常见操作,具体目的,预处理,(,酸浸、水浸、碱浸,),将矿物质溶解或除杂,:,碱性溶液会增大,pH,促进金属离子水解成氢氧化物沉淀,所加试剂常为金属,(M),的氧化物、氢氧化物或碳酸盐,避免引入杂质,且过量的固体对溶液无影响。,加入酸,常用于溶解金属氧化物,可与不溶物分离。,加入碳酸钠、硫化钠、硫酸钠、氟化钠等盐,一般涉及,K,sp,或溶解度的考查,灼烧,焙烧,煅烧,改变结构,通过处理后使一些物质能溶解,并使一些杂质,(,如有机物,),在高温下氧化、分解,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,提高浸取率,过滤,一般加入试剂,通过反应,思考是否需要过滤。其中趁热过滤的目的是防止某物质因冷却而结晶析出或防止产品因冷却而溶解,造成损失,(,产品溶解度随温度升高而降低,),蒸发结晶,溶液纯净,无难溶性杂质,不保留母液,可采取蒸发结晶获取产品,常见操作,具体目的,重结晶,物质溶解度随温度升高变化程度大,保留母液,防止可溶性杂质进入产品,采取蒸发浓缩、冷却结晶获取产品,洗涤,用乙醇、冰水、热水等洗涤剂洗涤,核心方向为洗去杂质、减小损失,萃取,利用物质在有机物和水中的溶解度差异,蒸馏,沸点相差较大的两种,(,或多种,),液体的分离,常见操作,具体目的,备注：,积累常见操作的作用等相关知识,构建分离提纯操作的模型认知。不常见的操作,高考设问主要以考查考生能力为出发点而给予已知信息,4.,产品线,试剂线、杂质线、操作线的展开是为了获取产品,产品的获取主要通过除去杂质,发生核心反应。通过总结近四年全国,卷高考化学工艺流程题产品的获取方式,(,见下表,),不难发现产品的获取具有以下特点,:,(1),主要围绕金属元素的相关工艺产品展开考查,;,(2),工艺产品可能具有多样性,体现了经济需要实效性,;,(3),产品的获取可能在流程的前半部分,更多是后期才得到产品,;,(4),产品的获取需要试剂参与反应转化,可能发生的是氧化还原反应,;,(5),产品的获取所涉及的分离提纯操作及方法,离不开产品自身的性质。,由于大部分产品是固体,故基本上离不开结晶的相关操作。,(6),工艺产品的获取,年份,+,工艺目的,是否要,除杂,产品核心反应所处流程环节,得到最终产品的分离提纯操作及其原理,2019,生产硼酸和轻质氧化镁,是,硼酸在流程中期得到,轻质氧化镁在流程末端得到,调,pH,生成硼酸沉淀,;,加热碱式盐生成氧化镁,2018,制取焦亚硫酸钠,否,通过,NaHSO,3,直接过渡到产品,过滤,结晶化合物脱水得到产品,年份,+,工艺目的,是否要,除杂,产品核心反应所处流程环节,得到最终产品的分离提纯操作及其原理,2017,综合利用钛铁矿,是,流程后期发生核心反应得到产品,高温煅烧发生反应得到产品,未涉及分离提纯,2016,制取,NaClO,2,否,流程后期,中间产物,ClO,2,在阴极放电得到产品,浓缩、结晶、过滤,二、案例分析,基于四线法,能够全面了解工艺流程框图的过程,理解如何除杂、试剂何种用途、产品如何获取、如何操作等。,例题,:,利用钒钛磁铁矿冶炼后产生的钒渣,(,主要含,FeOV,2,O,3,、,Al,2,O,3,、,SiO,2,及少量可溶性磷酸盐,),生产,V,2,O,5,的工艺流程如下。,回答下列问题,:,(1),焙烧,包括氧化和钠化成盐两个过程,氧化的目的是获得,V,2,O,5,写出氧化过程中,FeOV,2,O,3,发生反应的化学方程式,:,;,废渣,的主要成分是,;,精制,中加盐酸调,pH,的主要作用是,加入,NH,3,H,2,O,后发生反应的离子方程式为,。,(2),精制,中加入,CaCl,2,溶液除去磷酸盐,pH,过小时影响除磷效果的原因是,;pH,过大时,沉淀量增大的原因是,。,(3),沉钒所得,NH,4,VO,3,沉淀需进行洗涤,洗涤时除去的阴离子主要是,。,NH,4,VO,3,在,500 ,时焙烧脱氨制得产品,V,2,O,5,化学方程式为,2NH,4,VO,3,V,2,O,5,+H,2,O+2NH,3,。但脱氨过程中,部分,V,2,O,5,会转化成,V,2,O,4,反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为,32,该反应的化学方程式为,。,Fe,2,O,3,形成溶解度较大的酸式盐,(,或磷酸二氢钙,),4FeOV,2,O,3,+5O,2,2Fe,2,O,3,+4V,2,O,5,产生了,Ca(OH),2,沉淀,Cl,-,3V,2,O,5,+2NH,3,3V,2,O,4,+N,2,+3H,2,O,避免产生,CO,等有毒气体,(4),制备,BaS,时,按物质的量之比计算,BaSO,4,和炭粉的投料比要大于,12,目的,是,;,生产过程中会有少量氧气进入反应器,反应器,中,产生的尾气需用碱液吸收,原因是,。,(5),普通立德粉中,ZnS,含量为,29.4%,高品质银印级立德粉中,ZnS,含量为,62.5%,。,在,ZnSO,4,、,BaS,、,Na,2,SO,4,、,Na,2,S,中选取三种试剂制备银印级立德粉,所选试剂,为,反应的化学方程式,为,(,已知,BaSO,4,的相对,分子质量为,233,ZnS,的相对分子质量为,97),。,尾气中含有,SO,2,等有毒气体,ZnSO,4,、,BaS,、,Na,2,S,4ZnSO,4,+BaS+3Na,2,S BaSO,4,4ZnS+3Na,2,SO,4,考,点,1,【例,1,】四水合磷酸锌,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,摩尔质量为,457 g mol,-1,难溶于水,是一种性能优良的绿色环保防锈颜料。实验室以锌灰,(,含,ZnO,、,PbO,、,CuO,、,FeO,、,Fe,2,O,3,、,SiO,2,等,),为原料制备,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,的流程如下,回答下列问题,:,以金属元素为主角的流程,已知,:6NH,4,HCO,3,+3ZnSO,4,ZnCO,3,2Zn(OH),2,H,2,O+3(NH,4,),2,SO,4,+5CO,2,;,ZnCO,3,2Zn(OH),2,H,2,O+2H,3,PO,4,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O+2H,2,O+CO,2,。,典例呈现,(1),滤渣,的主要成分为,;,步骤,中,需先将溶液的,pH,调至,5.1,此时应选择的最佳试剂是,(,填字母,),。,a.,氨水,b.,氢氧化钠,c.,氧化锌,d.,氢氧化钡,滴加,KMnO,4,溶液后有,MnO,2,生成,该反应的离子方程式为,;,试剂,a,为,;,步骤,反应结束后,得到,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,的操作包括,和干燥。,(2),称取,45.7 mg Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,进行热重分析,化合物质量随温度的变化关系如图所示,为获得,Zn,3,(PO,4,),2,2H,2,O,和,Zn,3,(PO,4,),2,H,2,O,的混合产品,烘干时的温度范围为,(,填字母,),。,SiO,2,、,PbSO,4,a.90145 b.145195 ,c.195273 d.273 ,以上,c,Zn,过滤、洗涤,b,(3),为测定产品中,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,的含量,进行如下实验,已知滴定过程中,Zn,2+,与,H,2,Y,2-,按,11,反应。,步骤,:,准确称取,0.4570 g,产品于烧杯中,加入适量盐酸使其溶解,将溶液转移至,100 mL,容量瓶,定容。,步骤,:,移取,20.00 mL,上述溶液于锥形瓶中,加入指示剂,在,pH=56,的缓冲溶液中用,0.02000 molL,-1,Na,2,H,2,Y,标准溶液滴定至终点,测得,Na,2,H,2,Y,标准溶液的用量为,27.60 mL,。,步骤,中移取溶液时所使用的玻璃仪器为,;,产品中,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,的质量分数为,。下列操作中,导致产品中,Zn,3,(PO,4,),2,4H,2,O,含量测定值偏小的,是,(,填字母,),。,a.,步骤,中定容时俯视刻度线,b.,步骤,中转移溶液时未洗涤烧杯,c.,步骤,中滴定管未用,Na,2,H,2,Y,标准溶液润洗,d.,步骤,中滴定前滴定管内无气泡,滴定结束后有气泡,移液管,(,或酸式滴定管,),92%,bd,考,点,2,【例,2,】,KIO,3,是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题,:,(1)KIO,3,的化学名称是,。,(2),利用,“KClO,3,氧化法,”,制备,KIO,3,的工艺流程如图所示,:,碘酸钾,以非金属元素为主角的流程,“,酸化反应,”,所得产物有,KH(IO,3,),2,、,Cl,2,和,KCl,。,“,逐,Cl,2,”,采用的方法是,。,“,滤液,”,中的溶质主要是,。,“,调,pH”,中发生反应的化学方程式为,。,加热,KCl,KH(IO,3,),2,+KOH 2KIO,3,+H,2,O,(,或,HIO,3,+KOH KIO,3,+H,2,O),2H,2,O+2e,-,2OH,-,+H,2,(3)KIO,3,也可采用,“,电解法,”,制备,装置如图所示。,写出电解时阴极的电极反应式,:,。,电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向,是,。,与,“,电解法,”,相比,“KClO,3,氧化法,”,的主要不足之处,有,(,写出一点,),。,K,+,由,a,到,b,产生,Cl,2,易污染环境等,解析,(2),将溶解在溶液中的气体排出的方法一般是将溶液加热,原因是气体的溶解度随温度升高而减小。第一步反应得到的产品中氯气在,“,逐,Cl,2,”,时除去,根据图示,碘酸钾在最后得到,所以过滤时,KH(IO,3,),2,应该在滤渣中,所以滤液中的溶质主要为,KCl,。,“,调,pH”,的主要目的是将,KH(IO,3,),2,转化为,KIO,3,所以化学方程式为,KH(IO,3,),2,+KOH 2KIO,3,+H,2,O,。,(3),由图示可知,阴极为氢氧化钾溶液,所以反应为水电离出的氢离子得电子,反应为,2H,2,O+2e,-,2OH,-,+H,2,。,隔膜是阳离子交换膜,其主要交换的离子是,K,+,电解时,阳离子向阴极迁移,所以,K,+,的迁移方向为由,a,到,b,。,KClO,3,氧化法的主要不足之处在于生产中会产生污染环境的氯气。,归纳总结,近几年高考工艺流程题易错的热点提问,1.,分析循环利用的物质和可回收的物质,循环利用和回收利用是工业生产提高经济效益、降低污染、提高物质的利用率等的必要手段。,(1),理解物质循环利用的目的,:,节能减排、,“,绿色化学,”,、降低成本等。提炼出,:,一定不会用于循环的物质可能是目标产物、杂质,;,可以用于循环的物质可能是辅助试剂、母液。,(2),可回收的物质,:,副产品,(,非目标产品,),。,应对策略,:,弄清楚每一步的反应物和产物,对比,“,投入,”,和,“,输出,”,既消耗又生成的物质即为循环利用物质。,归纳总结,近几年高考工艺流程题易错的热点提问,2.,分析调节溶液的,pH,(1),目的,:,使溶液中的某金属阳离子形成氢氧化物完全沉淀下来而除去。,(2),需要的物质,:,含主要阳离子的难溶性氧化物或氢氧化物或碳酸盐,即能与,H,+,反应,是使,pH,增大的物质,如,MgO,、,Mg(OH),2,等。,(3),原理,:,加入的物质能与溶液中的,H,+,反应,降低了,H,+,的浓度,增大,pH,。,pH,控制的范围,:,大于除去离子的完全沉淀的,pH,小于所需离子的开始沉淀的,pH,。,归纳总结,归纳总结,4.,分析控制温度,温度的控制,实际生产过程中主要基于反应速率、物质的溶解度,(,溶解度曲线,),、物质的热分解与挥发,(,物质的性质分析,),、弱离子的水解,(,平衡,),、能源的利用,(,耗能,),、副反应的发生、催化剂的活性、生产安全性等方面的思考。一般需要考虑温度过高、过低会有怎样的效果。具体如下,:,(1),加热,:,加快反应速率或溶解速率,;,促进平衡向吸热方向移动,;,除杂,除去热稳定性弱的杂质,如,NaHCO,3,、,Ca(HCO,3,),2,、,KMnO,4,、,NH,4,Cl,等,;,使沸点相对较低的原料气化。,归纳总结,(2),降温,:,防止某物质在高温时溶解,(,或分解,);,使化学平衡向着题目要求的方向移动,(,放热方向,);,使某个沸点较高的产物液化,使其与其他物质分离,;,降低晶体的溶解度,减少损失,尤其是减压蒸发、减压烘干,通过降低温度需求,防止目标物质的分解。,(3),控温,(,用水浴或油浴控温,):,防止某种物质温度过高时会分解或挥发,为了使某物质达到沸点挥发出来,;,使催化剂的活性达到最好,;,防止副反应的发生,;,降温或减压可以减少能源成本、降低对设备的要求,达到绿色化学的要求。,归纳总结,5.,分析化工流程的评价,实际工业生产过程中,评价化工流程需要考虑速率、产率、产品纯度、成本、污染、循环利用等方面,其中污染主要指的是废渣、废液,(,酸、碱、重金属盐,),、废气,(Cl,2,、,Br,2,、硫和氮的氧化物,),。,1.,培养从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并与已有知识块,整合，重组为新知识块的能力。,2.,培养将实际问题分解，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。,3.,培养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。,考纲研读,一、工业流程题的结构,二、工业流程题分类突破,1.,核心反应,陌生方程式的书写,关注箭头的指向：箭头指入,反应物，箭头指出,生成物。,(1),氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，,判断产物，,根据化合价升降相等配平。,(2),非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。,能力提升,NH,4,HCO,3,+NH,3,(NH,4,),2,CO,3,SiO,2,、,Fe,2,O,3,、,Al,2,O,3,KSCN,一元弱,转化为,H,3,BO,3,促进析出,(4),在,“,沉镁,”,中生成,Mg(OH),2,MgCO,3,沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回,工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是,。,溶浸,高温焙烧,a,KClO,3,会分解,(4),还可采用电解,K,2,MnO,4,溶液,(,绿色,),的方法制备,KMnO,4,(,装置如图所示,),。,电解过程中右侧石墨电极的电极反应式,为,。,随着电解的进行,溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解,时间过长,溶液颜色又会转变成绿色,可能的原因,是,。,为避免产生,中的现象,请提出改进装置的措施,:,。,在两电极之间增加阳离子交换膜,阴极室用氢氧化钾溶液,阳极室用锰酸钾溶液,反应中产生氢气,达到一定浓度后易爆炸,出现危险,需要通风,Zn+Cu,2+,Zn,2+,+Cu,b,MnO,2,和,Fe(OH),3,避免产生,CO,等有毒气体,(4),制备,BaS,时,按物质的量之比计算,BaSO,4,和炭粉的投料比要大于,12,目的,是,;,生产过程中会有少量氧气进入反应器,反应器,中,产生的尾气需用碱液吸收,原因是,。,(5),普通立德粉中,ZnS,含量为,29.4%,高品质银印级立德粉中,ZnS,含量为,62.5%,。,在,ZnSO,4,、,BaS,、,Na,2,SO,4,、,Na,2,S,中选取三种试剂制备银印级立德粉,所选试剂,为,反应的化学方程式,为,(,已知,BaSO,4,的相对,分子质量为,233,ZnS,的相对分子质量为,97),。,尾气中含有,SO,2,等有毒气体,ZnSO,4,、,BaS,、,Na,2,S,4ZnSO,4,+BaS+3Na,2,S BaSO,4,4ZnS+3Na,2,SO,4,解析,(1),分析流程中的相关反应,:,反应器,中粗氧化锌中所含,Zn,、,CuO,、,FeO,与硫酸反应,不溶性杂质以滤渣,的形式过滤分离,;,反应器,中用,Zn,置换溶液中,Cu,2+,;,反应器,中用,KMnO,4,氧化,Fe,2+,同时控制,pH,在弱酸性、弱碱性环境中,产生,MnO,2,和,Fe(OH),3,沉淀,得到净化的,ZnSO,4,溶液,;,反应器,中发生反应,BaSO,4,+2C BaS+2CO,2,制备,BaS;,反应器,用,ZnSO,4,和,BaS,共沉淀制备立德粉。,(3),反应器,除,Fe,2+,同时在弱酸性、弱碱性环境中,KMnO,4,被还原为,MnO,2,以滤渣形式分离。,(4),反应器,中发生反应,BaSO,4,+2C BaS+2CO,2,、,BaSO,4,+4C BaS+4CO,投料比要大于,12,避免产生,CO,等有毒气体,;,生产过程中会有少量氧气进入反应器,将,BaS,氧化产生,SO,2,等有毒气体,需用碱液吸收尾气。,(5)BaSO,4,的相对分子质量为,233,ZnS,的相对分子质量为,97,普通立德粉,(BaSO,4,ZnS),中,ZnS,含量为,29.4%,高品质银印级立德粉中,ZnS,含量为,62.5%,则银印级立德粉的化学式为,BaSO,4, 4ZnS,。故反应的化学方程式为,4ZnSO,4,+BaS+3Na,2,S BaSO,4,4ZnS +3Na,2,SO,4,。,4.,软锰矿的主要成分为,MnO,2,，还含有,Fe,2,O,3,、,MgO,、,Al,2,O,3,、,CaO,、,SiO,2,等杂质，工业上用软锰矿制取,MnSO,4,H,2,O,的流程如下：,已知：,部分金属阳离子完全沉淀时的,pH,如下表,金属阳离子,Fe,3,Al,3,Mn,2,Mg,2,完全沉淀时的,pH,3.2,5.2,10.4,12.4,温度高于,27,时，,MnSO,4,晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。,(1),“,浸出,”,过程中,MnO,2,转化为,Mn,2,的离子方程式为,_,。,(2),第,1,步除杂中加入,H,2,O,2,的目的是,_,。,将,Fe,2,氧化为,Fe,3,解析,第,1,步除杂中加入,H,2,O,2,的目的是将溶液中的,Fe,2,氧化为,Fe,3,，以便于形成,Fe(OH),3,沉淀，过滤将沉淀除去。,(3),第,1,步除杂中形成滤渣,1,的主要成分为,_(,填化学式,),，调,pH,至,5,6,所加的试剂，可选择,_(,填字母,),。,a.CaO b.MgO c.Al,2,O,3,d.,氨水,Al(OH),3,、,Fe(OH),3,ab,(4),第,2,步除杂，主要是将,Ca,2,、,Mg,2,转化为相应氟化物沉淀除去，写出,MnF,2,除去,Mg,2,的离子方程式：,_,，该反应的平衡常数数值为,_,。,(,已知：,MnF,2,的,K,sp,5.3,10,3,；,CaF,2,的,K,sp,1.5,10,1,0,；,MgF,2,的,K,sp,7.4,10,11,),7.2,10,7,(5),采用,“,趁热过滤,”,操作的原因是,_,_,。,减少,MnSO,4,H,2,O,在水中的溶解，得到更多,产品,解析,由已知,温度高于,27,时，,MnSO,4,晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用,“,趁热过滤,”,操作可以减少,MnSO,4,H,2,O,在水中的溶解，得到更多产品。,(6),取少量,MnSO,4,H,2,O,溶于水，配成溶液，测其,pH,发现该溶液显酸性，原因是,_(,用离子方程式表示,),。,解析,MnSO,4,是强酸弱碱盐，,Mn,2,发生水解反应。,