（新課標(biāo)）高考化學(xué)總復(fù)習(xí)大題突破（二）化學(xué)工藝流程講義.docx

化學(xué)工藝流程(對應(yīng)復(fù)習(xí)講義第172頁)題型解讀 1呈現(xiàn)形式化學(xué)工藝流程題由題引、題干和題設(shè)三部分構(gòu)成。(1)制備型題型特點(diǎn)(2)提純型題型特點(diǎn)2設(shè)問方式題引一般簡單介紹該工藝生產(chǎn)流程的原材料和生產(chǎn)目的、產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)；題干以工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為主要背景，以文字、工藝流程圖、表格相結(jié)合的形式呈現(xiàn)；題設(shè)主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學(xué)知識步步設(shè)問，形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的化工工藝試題，主要涉及原料的選擇、循環(huán)利用、綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、分離提純、反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)操作、產(chǎn)率計(jì)算等。3考查風(fēng)格試題陌生度高，以陌生的新物質(zhì)為背景，貼近工業(yè)生產(chǎn)(如會(huì)出現(xiàn)更多的工業(yè)術(shù)語和設(shè)備名稱等)，試題文字信息量大，綜合性強(qiáng)，對能力要求高。解題指導(dǎo) 1解題思路 (1)粗讀題干，挖掘圖示關(guān)注關(guān)鍵字，弄懂流程圖，但不必將每一種物質(zhì)都推出，只需問什么推什么。如制備類無機(jī)化工題，可粗讀試題，知道題目制取什么、大致流程和有什么提示等。(2)結(jié)合問題，精讀信息抓三方面：一是主干，二是流程圖示，三是設(shè)置問題。讀主干抓住關(guān)鍵字、詞；讀流程圖，重點(diǎn)抓住物質(zhì)流向(“進(jìn)入”與“流出”)、實(shí)驗(yàn)操作方法等。(3)跳躍思維，規(guī)范答題答題時(shí)應(yīng)注意前后問題往往沒有“相關(guān)性”，即前一問未答出，不會(huì)影響后面答題。2析題關(guān)鍵(1)看原料：明確化工生產(chǎn)或化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的材料。(2)看目的：把握題干中的“制備”或“提純”等關(guān)鍵詞，確定化工生產(chǎn)或化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的。(3)看箭頭：進(jìn)入的是投料(即反應(yīng)物)；出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。 (4)看三線：主線主產(chǎn)品；分支副產(chǎn)品；回頭為循環(huán)。(5)找信息：明確反應(yīng)條件控制和分離提純方法。(6)關(guān)注所加物質(zhì)的可能作用：參與反應(yīng)、提供反應(yīng)氛圍、滿足定量要求。3解題方法 (1)首尾分析法：對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析流程圖中第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離、提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。(2)分段分析法：對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工業(yè)流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點(diǎn)。(3)交叉分析法：有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品，這種題適合用交叉分析法。就是將提供的工業(yè)流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線，然后上下交叉分析。類型1制備型工藝流程題1物質(zhì)制備過程的條件控制(1)控制體系的環(huán)境氛圍需要在酸性氣流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶體，抑制水解并帶走因分解產(chǎn)生的水汽。營造還原性氛圍，防止還原性物質(zhì)被氧化。如加入鐵粉防止Fe2被氧化。加入氧化劑進(jìn)行氧化。如加入綠色氧化劑H2O2將Fe2氧化轉(zhuǎn)化為Fe3，綠色氧化劑H2O2的優(yōu)點(diǎn)：不引入新雜質(zhì)，對環(huán)境無污染。(2)控制反應(yīng)溫度加熱：加速溶解、加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng)(如促進(jìn)水解生成沉淀)。降溫：防止某物質(zhì)在某溫度時(shí)會(huì)溶解或分解，或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng)?？刂茰囟仍谝欢ǚ秶鷥?nèi)：綜合多方面因素考慮。如使反應(yīng)速率不至于太慢、抑制或促進(jìn)平衡移動(dòng)、防止反應(yīng)物分解、防止副反應(yīng)發(fā)生、使催化劑的催化活性最高等。如題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息，則要根據(jù)它們?nèi)芙舛入S溫度升高而改變的情況，尋找合適的結(jié)晶分離方法。2在流程題中，常會(huì)看到壓強(qiáng)、溫度等外界條件的出現(xiàn)，不同的工藝對化學(xué)反應(yīng)的溫度或壓強(qiáng)有不同的要求，其所起的作用也不一樣，但都是能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡年P(guān)鍵所在，也是命題專家們經(jīng)?？疾榈牡胤?。對外界條件的分析主要從對反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的影響這兩個(gè)方面著手。如 使催化劑的活性達(dá)到最高：如工業(yè)合成氨或SO2的催化氧化反應(yīng)，選擇的溫度是500 左右，原因之一就是這樣可使催化劑的活性達(dá)到最高。對于一些工藝來說，降溫或減壓都可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求，達(dá)到綠色化學(xué)的目的。典例示范 (2017全國卷，27) Li4Ti5O12和LiFePO都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備。工藝流程如下：回答下列問題：(1)“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為_。(2)“酸浸”后，鈦主要以TiOCl2形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40 min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：溫度/3035404550TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40 時(shí)TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因_。(4)Li2 Ti5O15中Ti的化合價(jià)為4，其中過氧鍵的數(shù)目為_。(5)若“濾液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此時(shí)是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式計(jì)算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.31022、1.01024。(6)寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式_。明確生產(chǎn)目的：利用鈦鐵礦為原料制備Li4Ti5O12和LiFePO4。明確原料：明確原料的主要成分是FeTiO3和雜質(zhì)成分是MgO、SiO2；MgO可以與酸反應(yīng)而SiO2不溶于酸。關(guān)注核心反應(yīng)：鹽酸酸浸(哪些物質(zhì)與酸反應(yīng)，哪些物質(zhì)不溶于酸等)、雙氧水氧化(氨水存在時(shí)哪些離子被氧化、磷酸存在時(shí)哪些離子被氧化)、高溫煅燒(反應(yīng)物、反應(yīng)條件和生成物)等。識圖像：坐標(biāo)含義(橫坐標(biāo)是時(shí)間、縱坐標(biāo)是鐵的浸出率、等溫線等)，關(guān)鍵點(diǎn)(平衡點(diǎn))；從關(guān)鍵點(diǎn)縱坐標(biāo)為70時(shí)，分析條件為“100 、2 h”或“90 、5 h”兩個(gè)點(diǎn)。信息理解與應(yīng)用：從生成物分析鈦的化合價(jià)變化情況，進(jìn)而確定反應(yīng)情況。讀懂表格信息：溫度適宜時(shí)轉(zhuǎn)化率最高，結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)分析，溫度過高H2O2及NH3H2O分解。關(guān)注細(xì)節(jié)信息：溶液體積加倍，離子濃度變?yōu)樵瓉淼囊话?；要求列式?jì)算，不能直接寫出計(jì)算結(jié)果。(1)由“酸浸”實(shí)驗(yàn)中鐵的浸出率結(jié)果圖像可知，當(dāng)鐵的浸出率為70%時(shí)，所采取的實(shí)驗(yàn)條件是100 、2 h和90 、5 h。(2)鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3，加入鹽酸“酸浸”后，鈦主要以TiOCl形式存在，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出離子方程式。(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)在40 時(shí)TiO2xH2O的轉(zhuǎn)化率最高，當(dāng)溫度低于40 時(shí)，TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加；當(dāng)溫度超過40 時(shí)，因?yàn)镠2O2不穩(wěn)定受熱發(fā)生分解并且氨氣逸出，導(dǎo)致TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率下降。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價(jià)為4，Li的化合價(jià)為1，而過氧鍵(OO)中O元素的化合價(jià)為1，設(shè)過氧鍵的個(gè)數(shù)為x個(gè)，其余O原子為y個(gè)，則有2xy15，根據(jù)化合物中各元素化合價(jià)的代數(shù)和為0可得：(1)2(4)5(1)2x(2)y0，解得x4，y7，故過氧鍵數(shù)目為4個(gè)。(5)FePO4的Ksp1.31022，當(dāng)Fe3恰好沉淀完全時(shí)，溶液中c(PO)Ksp(FePO4)/c(Fe3) molL11.31017 molL1，“濾液”中c(Mg2)0.02 molL11/20.01 molL1，此時(shí)，濃度熵為Qcc3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)21.01024，故不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀。(6)由工藝流程圖可知，“高溫煅燒”中FePO4、Li2CO3、H2C2O4在高溫下反應(yīng)生成LiFePO4，結(jié)合原子守恒推知，產(chǎn)物還有CO2和H2O，根據(jù)質(zhì)量守恒定律寫出化學(xué)方程式。答案(1)100 、2 h，90 、5 h(2)FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2xH2O轉(zhuǎn)化下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全時(shí)，c(PO) molL11.31017 molL1，c3(Mg2)c2(PO)值為0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，因此不會(huì)生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O類型2提純型工藝流程題1物質(zhì)分離提純的原則(1)不增：不引入新的雜質(zhì)。(2)不減：不減少被提純的物質(zhì)。(3)易分離：被提純物與雜質(zhì)易于分離。(4)易復(fù)原：被提純的物質(zhì)易恢復(fù)原來的組成、狀態(tài)。2常用的提純方法水溶法除去可溶性雜質(zhì)酸溶法除去堿性雜質(zhì)堿溶法除去酸性雜質(zhì)氧化劑或還原劑法除去還原性或氧化性雜質(zhì)加熱灼燒法除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH法如除去酸性Cu2溶液中的Fe3等3.常用的分離方法過濾分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法萃取和分液利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl冷卻結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等蒸餾或分餾分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油冷卻法利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣深度歸納1增大原料浸出率(離子在溶液中被浸出的百分率)的措施：攪拌、升高溫度、延長浸出時(shí)間、增大氣體的流速(濃度、壓強(qiáng))、增大氣液或固液接觸面積。根據(jù)物質(zhì)的具體性質(zhì)，原料浸泡可分為水浸、酸浸、堿浸、醇浸等。2過濾問題(1)3個(gè)基本操作檢驗(yàn)溶液中離子是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時(shí)間后，用膠頭滴管取上層清液少許放入小試管中，向其中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則說明離子沉淀完全。洗滌沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作23次。檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若沒有特征現(xiàn)象出現(xiàn)，則證明沉淀已洗滌干凈。(2)特定洗滌目的冰水洗滌的目的：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子并降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗。乙醇洗滌的目的：降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗，得到較干燥的產(chǎn)物。3結(jié)晶方式(1)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)分離提純，如除去KNO3中的少量NaCl或受熱易分解的物質(zhì)，如晶體水合物、銨鹽等。(2)蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大物質(zhì)的分離提純，可減少雜質(zhì)晶體的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。趁熱過濾的方法：漏斗預(yù)熱，用少量熱蒸餾水通過過濾器，帶加熱裝置的漏斗、抽濾。提醒：晶體的干燥：要得到干燥的晶體，常見的干燥方法有自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(適用于熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì))。4調(diào)節(jié)溶液pH分離提純(1)控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示：物質(zhì)開始沉淀沉淀完全Fe(OH)31.53.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，可先用氧化劑把Fe2氧化為Fe3，再調(diào)節(jié)溶液的pH在3.7pH8.3。(2)調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)應(yīng)滿足兩點(diǎn)：能與H反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。例如：要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。典例示范 (2018全國卷，T26)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子c0(Mn)0.1 molL1形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3Fe2Zn2Cd2開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列問題：(1)焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有_；氧化除雜工序中ZnO的作用是_，若不通入氧氣，其后果是_。(3)溶液中的Cd2可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為_。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式為_；沉積鋅后的電解液可返回_工序繼續(xù)使用。三步審讀(1)在焙燒過程中ZnS和O2反應(yīng)生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2與SO不能共存，生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即濾渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除雜過程中O2能將溶液中Fe2氧化生成Fe3，加入ZnO能調(diào)節(jié)溶液的pH，促進(jìn)Fe3完全水解。由題表知Fe2、Zn2開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH非常接近，若不通入O2使Fe2氧化為Fe3，加入ZnO后無法除去Fe2，會(huì)影響Zn的純度。(3)根據(jù)題中信息可知還原除雜工序中涉及的離子反應(yīng)式為Cd2Zn=CdZn2。(4)結(jié)合圖示可知電解ZnSO4溶液時(shí)生成Zn，即電解時(shí)Zn2在陰極被還原，電極反應(yīng)式為Zn22e=Zn。沉積Zn后的電解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中繼續(xù)使用。答案(1)2ZnS3O22ZnO2SO2(2分)(2)PbSO4(2分)調(diào)節(jié)溶液的pH(2分)無法除去雜質(zhì)Fe2(2分)(3)Cd2Zn=CdZn2(2分)(4)Zn22e=Zn(2分)溶浸(2分)對點(diǎn)練習(xí) 1(2018合肥模擬)三鹽(3PbOPbSO4H2O)可用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑，200 以上開始失去結(jié)晶水，不溶于水及有機(jī)溶劑。以200.0 t鉛泥(主要成分為PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽的工藝流程如圖所示。已知：PbSO4和PbCO3的溶解度和溶度積Ksp如下表?；衔颬bSO4PbCO3溶解度/g1.031041.81107Ksp1.821081.461013(1)步驟轉(zhuǎn)化的目的是_，濾液1中的溶質(zhì)為Na2CO3和_(填化學(xué)式)。(2)步驟酸溶時(shí)，為提高酸溶速率，可采取的措施是_(任寫一條)。其中鉛與硝酸反應(yīng)生成Pb(NO3)2和NO的離子方程式為_。(3)濾液2中可循環(huán)利用的溶質(zhì)的化學(xué)式為_。若步驟沉鉛后的濾液中c(Pb2)1.82105 mol/L，則此時(shí)c(SO)_mol/L。(4)步驟洗滌操作時(shí)，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌完全的方法是_。(5)步驟合成三鹽的化學(xué)方程式為_，若得到純凈干燥的三鹽99.0 t，假設(shè)鉛泥中的鉛元素有80%轉(zhuǎn)化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。 解析(1)步驟用純堿溶液浸取鉛泥，將PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3，提高鉛的利用率，濾液1中的溶質(zhì)為過量的Na2CO3和反應(yīng)生成的Na2SO4。(2)步驟酸溶時(shí)，可通過適當(dāng)升溫、適當(dāng)增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑來提高酸溶速率；鉛與硝酸反應(yīng)的離子方程式為3Pb8H2NO=3Pb22NO4H2O。(3)濾液2中可循環(huán)利用的溶質(zhì)的化學(xué)式為HNO3；根據(jù)Ksp(PbSO4)1.82108c(Pb2)c(SO)，c(Pb2)1.82105 mol/L，則此時(shí)c(SO)1.00103 mol/L。(4)該沉淀吸附的離子是硫酸根離子，用鹽酸酸化的氯化鋇溶液檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法為：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全。(5)步驟合成三鹽的化學(xué)方程式為4PbSO46NaOH3Na2SO43PbOPbSO4H2O2H2O，若得到純凈干燥的三鹽99.0 t，則含有的鉛元素質(zhì)量為99.0 t82.8 t，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%51.75%。答案(1)將PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3，提高鉛的利用率Na2SO4(2)適當(dāng)升溫(或適當(dāng)增大硝酸濃度或減小沉淀粒徑等)3Pb8H2NO=3Pb22NO4H2O(3)HNO31.00103(4)取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全(5)4PbSO46NaOH3Na2SO43PbOPbSO4H2O2H2O51.75%2(2017全國卷，27)重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeOCr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：回答下列問題：(1)步驟的主要反應(yīng)為Fe