资源描述
专题11工艺流程题【考情探究】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、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学试题的常考题型。化工流程型实验题通常以元素化合物知识为依托，以反应原理、实验操作为考查重点。重视实验技术在工业生产中的应用，意在引导考生关注化学的真实性和应用性，体现了能力立意和化学知识的应用，是今后高考命题的方向和热点，综合性强，但难度不大，能够很好地考查学生分析、解决问题的能力，培养实验技能。【高频考点】高频考点一 陌生方程式的书写首先根据题给材料中的信息写出部分反应物和生成物的化学式，再根据反应前后元素化合价有无变化判断反应类型： 元素化合价无变化则为非氧化还原反应，遵循质量守恒定律。 元素化合价有变化则为氧化还原反应，除遵循质量守恒外，还要遵循得失电子守恒规律。最后根据题目要求写出化学方程式或离子方程式（需要遵循电荷守恒规律）即可。高频考点二操作及原因常见的操作思考角度表面处理用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）加快反应速率，使反应更充分或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等加氧化剂氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馅等常规操作从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩一冷却结晶一过滤一洗涤、干燥2. PH的控制术语功能控制溶液的PH(1)目的：调节pH值实质上是利用沉淀溶解平衡把某些离子转化成沉淀。(2)原则：不管是调高还是调低，原则都是加过量的除杂剂而不引进新的杂质，这里分两种情况如果要得到滤液，可加固体沉淀剂消耗H+或0H一,如除去含Ci?+溶液中混有的Fe3+,可通过加入CuO、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3等；要得到滤渣，则需加入碱性溶液，如氨水或氢氧化钠溶液。调低PH值的原则与调高PH的原则相同。题目呈现方式：题中通常会以表格数据形式，或“已知信息”给出需求的“适宜PH范围”的信息;解题步骤：判断溶液呈酸(或碱)性;判断调高还是调低；选择合适的调节剂。3.体系环境氛围及其它条件的控制术语功能酸性、碱性或某种环境氛围蒸发或结晶时，加入相应的酸或碱，以抑制某些盐的水解；需要在酸性气流中干燥FeCh、AICI3、MgC12等含水晶体，以防止水解。如从海水中提取镁，从MgCh的溶液里结晶析出的是氯化镁结晶水合物，电解熔化氯化镁才能制得金属镁，要去除氯化镁晶体中的结晶水需要在氯化氢气流中加热，否则燃烧所得的最后固体不是MgCh,而是熔点更高的MgO,具有相似情况的还有FeCL、AlCb等；营造还原性氛围：加热煮沸酸液后再冷却，其目的是排除酸溶液中的氧气，如用废铁制备绿矶晶体，需要把硫酸加热煮沸后再加入，同时还不能加入过量，防止Fe2+被氧化；营造氧化性氛围：加入氧化剂进行氧化，如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2+氧化转化为Fe3+。例2、(2020.新课标III)某油脂厂废弃的油脂加氢镣催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的竦制备硫酸镣晶体(NiSO4-7H2O)：疏酸镣晶体废镣催化剂滤渣滤渣滤液NaOH溶液稀H2SO4H2O2溶液NaOH溶液溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金属离子Ni2+A13+Fe3+Fe2+开始沉淀时(c=0.01 mol L-1)的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c=1.0x1(T5 mol LT)的pH8.74.73.29.0回答下列问题:O为回收金属，用稀硫酸(1) “碱浸”中NaOH的两个作用分别是将“滤液”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式O(2) “滤液”中含有的金属离子是o(3) “转化”中可替代H2O2的物质是o若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即NaOH溶液HJ)2溶液滤液滤渣“滤液”中可能含有的杂质离子为O(4) 利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp=(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mobL-1,贝此调pH”应控制的pH范围是o(5) 硫酸竦在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镣镉电池正极材料的NiOOHo写出该反应的离子方程式O(6) 将分离出硫酸镣晶体后的母液收集、循环使用，其意义是o【方法技巧】近几年高考化学工艺流程题属于热点体系。工艺流程题，顾名思议，就是将化工生产过程中的主要生产阶段与生产流程中有关的化学知识紧密联系起来。该类试题的答题关键是要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并且能加以灵活运用，在高考中就一定会大获全胜。化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：沉淀溶解平衡的相关应用：沉淀的最小浓度控制；沉淀转化的条件。反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：反应速率控制；化学平衡移动；化学平衡常数的应用；反应条件的控制。氧化还原反应的具体应用：强弱规律；守恒规律；选择规律。盐类水解的具体应用：水解规律；水解反应的控制(抑制或促进)。【变式探究】.2019-新课标II立德粉ZnSBaSO4 (也称锌根白)，是一种常用白色颜料。回答下列问(1) 利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钥的焰色为 (填标号)。A. 黄色 B.红色 C.紫色 D.绿色(2) 以重晶石(BaSCU)为原料，可按如下工艺生产立德粉:IK还原料f匡即It*器*气普1200C硫酸锌在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钥，该过程的化学方程式为O回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为C02和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为O 在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的（填化学式）。 沉淀器中反应的离子方程式为O（3）成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL0.1000molLT的I2-KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min,有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的【2用0.1000 molL-】Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+2S2Oj-=2r+S4O；-o测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmLo终点颜色变化为，样品中S2-的含量为 （写出表达式）。题型三化学工艺流程与物质提纯物质提纯类化工流程题以物质的分离、提纯为基础，涉及蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶、蒸偏、莘取、分液、重结晶、洗涤、干燥等基本操作，突出考查化学实验基本方法在物质分离、提纯中的作用。1.物质分离的常用方法看目的选方法分离难溶物质和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法过滤（热滤或抽滤）利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提纯分离物质，如用CC14或苯萃取漠水中的漠萃取和分液提纯溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl蒸发结晶提纯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。如冷却结晶KNO3、FeCb、C11CI2、CuSO4-5H2O FeSO4-7H20 等分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油蒸馅与分馅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、氢气冷却法2.获得产品阶段的主要操作洗涤（冰水、热水、有机溶剂）水洗：洗去晶体表面的杂质离子（适用于溶解度小的物质）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（适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质）醇洗（常用于溶解度较大的物质）：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（若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使其尽快干燥）蒸发时的气体氛围抑制水解如从溶液中析出FeCb、AICI3、MgCh等溶质时，应在HC1的气流中加热，以防其水解蒸发浓缩、冷却结晶如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，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;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl蒸发结晶、趁热过滤如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，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；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3例3、（2020.江苏卷）实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成份为铁的氧化物）制备软磁性材料a-Fe2O3o其主要实验流程如下:铁泥,酸浸,沉铁（1）酸浸：用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有(填序号)。A. 适当升高酸浸温度B. 适当加快搅拌速度C. 适当缩短酸浸时间(2) 还原：向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe?+外，还会生成(填化学式)；检验Fe3+是否还原完全的实验操作是o(3) 除杂：向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低、将会导致 CaF2沉淀不完全，其原因是 Kp(C迎)=5.3x10-9, /a(HF)=6.3xl0o(4) 沉铁：将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCCh沉淀。 生成FeCCh沉淀的离子方程式为o 设计以FeSCU溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5】。【举一反三】(2020山东卷)用软镒矿(主要成分为MnCh,含少量Fe3O4 AI2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：高纯碳酸钮己知：MnO2是一种两性氧化物；25C时相关物质的Kp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3A1(OH)3Mn(OH)2KSp1X10*31x10-386lxl(f32 31x10*回答下列问题(1) 软镐矿预先粉碎的目的是, MnCh与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为o(2) 保持BaS投料量不变，随MnCh与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是o(3) 滤液I可循环使用，应当将其导入到操作中(填操作单元的名称)。(4) 净化时需先加入的试剂X为(填化学式)。再使用氨水调溶液的pH,则pH的理论最小值为(当溶液中某离子浓度g, 1.。x 10京mol.L1时，可认为该离子沉淀完全)。(5) 碳化过程中发生反应的离子方程式为o【方法技巧】在解化工流程题无机物质的制备，常与物质分离与提纯联系在一起，制备的目标物质要容易分离出来，物质分离与提纯有多种方法，总的说有物理方法和化学方法两大类：物理方法有过滤、蒸发、蒸馅、分液、萃取、结晶、重结晶、渗析等；化学方法有沉淀法、热分解法、电解法、氧化还原法等；要根据目标物质的性质和特点来选择适宜的制备、分离方法。【变式探究】2019新课标III高纯硫酸镒作为合成镣钻镐三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化镒粉与硫化镐矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题:MnS矿.MnO?粉H7SO4 MnO2 级水 Na2S MnF2 NH4HCO3滤渣1滤渣2滤渣3滤渣4MnCO3H2SO4M11SO4相关金属离子co(M+)=O.l mobL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9(1) “滤渣1”含有S和；写出“溶浸”中二氧化镒与硫化镐反应的化学方程式(2) “氧化冲添加适量的MnO2的作用是o(3) “调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为6之间。(4) 邛余杂1”的目的是除去Zn2+和M+, “滤渣3”的主要成分是o(5) “除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是(6) 写出“沉镐”的离子方程式o(7) 层状镣钻镐三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNLCoMnQ2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当尸y=l/3时，z=。提高原子利用率绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）在空气中或在其他气体中进行的反应或操作要考虑02、H2O、C02或其他气体是否参与反应；或能否达到隔绝空气、防氧化、防水解、防潮解等目的控制溶液的pH 调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解） “酸作用”还可除去氧化物（膜） “碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）控制温度（常用水浴、冰浴或油浴） 防止副反应的发生 使化学平衡移动；控制化学反应的方向 控制固体的溶解与结晶 控制反应速率；使催化剂达到最大活性 升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 降温：防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求洗涤晶体 水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 冰水洗涤：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等 洗涤沉淀的方法：往漏斗中加入蒸馅水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操高频考点三物质成分的确定 滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：(i) 反应过程中哪些物质(离子)消失了？(ii) 所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子？要考虑这些离子间是否会发生反应? 循环物质的确定在流程图上标注后面反应步骤的生成物前面反应步骤的反应物从流程图上看:箭头回头，循环物质确定每一步物质在流程中加入的物质,在后续步骤中会产生容易分离可以循环利用的物质(滤渣、滤液)可逆反应中有可以循环利用的物质 副产品的判断首先是生成物,不是反应物根据制备的目的判断不是主产品副产品判断从流程图上看:是支线产品常是对人类生产生活有用的、无毒的、不污染环境的产品高频考点四分离与提纯操作物质分离、提纯的六种物理方法把不溶性的固体与液体进行分离的操作方些一法，如除去粗盐水中的不溶固体把可溶性固体混合物通过溶解度的不同而结晶|一将物质进行分离提纯的方法，如KN03和NaCl的分离蒸馄用于分离沸点相差较大的液体混合物，如分馄一酒精和水的分离利用溶质在互不相溶的溶剂中溶解度不豪丽同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂笠刃一组成的溶液中提取出来，如用CC14从碘水中萃取碘分离两种互不相溶的液体，分液时先把下分液|一层液体从下口流出,再把上层液体从上口倒出升华|一|用于分离固体混合物中某一易升华的组分分离提纯语言描述规范答题(i )溶液结晶答题规范从溶液中得到带结晶水的晶体的规范是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(ii)除杂答题规范在书写某一步骤是为了除杂时，应该规范回答，“是为了除去XX杂质。“除杂”等一类万能式的回答是不能得分的。高频考点五化学计算计算公式(i)物质的质量分数(或纯度)膘Xi。产品实际产量 1nnn/(11)片口口产率=产品理论产量x100 R任心mu方 参加反应的原料量 ,(in)物质的旺化率加入原料的总量I。人计算方法关系式法在多步反应中，若第一步反应的产物是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系，也可通过守恒关系直接确定原料与所给数据物质之间的关系。【题型突破】题型一化学工艺流程与物质制备物质制备类化工流程题常以某种物质(目标产物)的制备为基础，涉及原料的预处理、物质的制备原理、产品的分离及提纯等具体步骤，兼顾考查元素及其化合物、化学基本概念和基本理论、化学实验等知识。(1) 海水提漠(2)海水提碘：海带中碘的提取(3)海水提镁(4)海水提盐与氯碱工业、钠的制备(5)从铝土矿中获得铝流程I ：铝土矿过量盐酸(Fe2()3、SiO2)过滤AlSiO2Fe(OH)3流程II :AICI3、Fed,、HC1溶液过量NaOH溶液NaHCO：,、NaCl溶液电解A1(OH)3NaAlO2NaClNaOH溶液停通入过量CO?过滤铝土矿a.过量NaOH溶液。2。3b.过量盐酸H2SiO3过滤NaAQ、Na2SiO.AlChSiO2)NaOH?容液过滤NaClHC1溶液NHQ、NaCl溶液，电解eqdAlAI2O3A1(OH)3(6)工业上制高纯硅石英砂a.焦枣高温)b.Cl2(7)硫酸的工业生产Sr()9c.过量氨水过滤四氯化硅接触室(SO3生成)c.H2纯硅吸收塔(HiSOi的生成)N2、H 热空气I空气水I. . I ,lI基合成塔I f I氛皱化炉I f例1. (2020新课标I )钮具有广泛用途。黏土钥矿中，钥以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4o采用以下工艺流程可由黏土铜矿制备NH4VO3o30%H2SO4岛一 |酸浸氧花MnO2滤渣渔业中和沉淀NaOHjpH = 3.0 3. 1滤饼J沉淀转溶滤液NaOHpH 13滤渣滤液NH4C1HC1|pH = 8.5调pH滤液沉钮-nh4vo3滤渣滤液该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示:金属离子Fe3+Fe2+Al3+Mn2+开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题：(1广酸浸氧化需要加热，其原因是o(2广酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成VO；,同时还有离子被氧化。写出VO+转化为VO；反应的离子方程式o(3) “中和沉淀”中，钥水解并沉淀为V2O5 - xH2O ,随滤液可除去金属离子K+、Mg2 Na+、，以及部分的o(4) “沉淀转溶”中，V2O5 xH2O转化为机酸盐溶解。滤渣的主要成分是。(5) “调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是o(6) “沉钥”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4C1,其原因是o【方法技巧】无机工业流程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为指导思想，为近年来高考的必考题型。该类试题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的一仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质一结合基础理论与实际问题思考-注意答题的模式与要点。基本方法和步骤为：(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程，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，从以下几个方面了解流程：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。【变式探究】2019-新课标I硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5 H2O SiO2及少量Fe2O3 AI2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：(NH4)2SO4溶液 滤渣1I_i_ 调pH=3.5 硼镁矿粉H词浸过滤-I过滤2|_ H3BO3IJ 调pH=6.5气体 |吸收 Mg(OH). . MgCO? 轻质氧化镁 NH4HCO3溶液母液回答下列问题：(1) 在95 C“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为o(2) “滤渣1”的主要成分有o为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子,可选用的化学试剂是O(3) 根据 H3BO3 的解离反应：H3BO3+H2O=H+B(OH)-4, Ka=5.81xl0T。，可判断 H3BO3 是酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5,目的是。(4) 在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3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。题型二化学工艺流程与反应原理化工生产过程中的主要生产阶段涉及多种化学反应原理，试题中根据生产流程中的有关化学知识步步设问,只要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并能加以灵活运用。1.温度、浓度、压强的控制术语功能温度的控制升温加快反应速率或溶解速率；促进平衡向吸热方向移动；除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCCh、Ca（HCO3）2 KMnCU、以、NH4CI等物质。使沸点相对较低的原料气化降温防止某物质在周温时会溶解（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.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；如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们的溶解度随温度升高面改变的情况，寻找合适的结晶分离方法（蒸发结晶或浓缩结晶）。浓度、压强的控制增大反应物浓度、加压 可加快反应速率。对气体分子数减少的反应，加压使平衡向生成物方向移动。但压强太大，动力消耗更多，设备要求更高，成本增加，故必须综合考虑； 加压一般是提高气体反应物浓度措施，在气体和固体、液体反应的体系中并不适宜；生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。减压.蒸馅减小压强，降低液体的沸点，防止（如浓HNO3、NH3.H2。、H2O2 NH4HCO3等）物质分解；
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