（新課標）高考化學總復習大題突破（二）化學工藝流程講義.docx

化學工藝流程(對應復習講義第172頁)題型解讀 1呈現(xiàn)形式化學工藝流程題由題引、題干和題設三部分構成。(1)制備型題型特點(2)提純型題型特點2設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)實際為主要背景，以文字、工藝流程圖、表格相結合的形式呈現(xiàn)；題設主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學知識步步設問，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、環(huán)境保護、分離提純、反應原理、實驗操作、產(chǎn)率計算等。3考查風格試題陌生度高，以陌生的新物質(zhì)為背景，貼近工業(yè)生產(chǎn)(如會出現(xiàn)更多的工業(yè)術語和設備名稱等)，試題文字信息量大，綜合性強，對能力要求高。解題指導 1解題思路 (1)粗讀題干，挖掘圖示關注關鍵字，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)結合問題，精讀信息抓三方面：一是主干，二是流程圖示，三是設置問題。讀主干抓住關鍵字、詞；讀流程圖，重點抓住物質(zhì)流向(“進入”與“流出”)、實驗操作方法等。(3)跳躍思維，規(guī)范答題答題時應注意前后問題往往沒有“相關性”，即前一問未答出，不會影響后面答題。2析題關鍵(1)看原料：明確化工生產(chǎn)或化學實驗所需的材料。(2)看目的：把握題干中的“制備”或“提純”等關鍵詞，確定化工生產(chǎn)或化學實驗的目的。(3)看箭頭：進入的是投料(即反應物)；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：明確反應條件控制和分離提純方法。(6)關注所加物質(zhì)的可能作用：參與反應、提供反應氛圍、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)品之間的關系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離、提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結合題設的問題，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。(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。加入氧化劑進行氧化。如加入綠色氧化劑H2O2將Fe2氧化轉化為Fe3，綠色氧化劑H2O2的優(yōu)點：不引入新雜質(zhì)，對環(huán)境無污染。(2)控制反應溫度加熱：加速溶解、加快反應速率或促進平衡向某個方向移動(如促進水解生成沉淀)。降溫：防止某物質(zhì)在某溫度時會溶解或分解，或促進平衡向某個方向移動?？刂茰囟仍谝欢ǚ秶鷥?nèi)：綜合多方面因素考慮。如使反應速率不至于太慢、抑制或促進平衡移動、防止反應物分解、防止副反應發(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，尋找合適的結晶分離方法。2在流程題中，常會看到壓強、溫度等外界條件的出現(xiàn)，不同的工藝對化學反應的溫度或壓強有不同的要求，其所起的作用也不一樣，但都是能否達到實驗目的的關鍵所在，也是命題專家們經(jīng)常考查的地方。對外界條件的分析主要從對反應速率和平衡轉化率的影響這兩個方面著手。如 使催化劑的活性達到最高：如工業(yè)合成氨或SO2的催化氧化反應，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，降低對設備的要求，達到綠色化學的目的。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”實驗中，鐵的浸出率結果如下圖所示。由圖可知，當鐵的浸出率為70%時，所采用的實驗條件為_。(2)“酸浸”后，鈦主要以TiOCl2形式存在，寫出相應反應的離子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：溫度/3035404550TiO2xH2O轉化率/%9295979388分析40 時TiO2xH2O轉化率最高的原因_。(4)Li2 Ti5O15中Ti的化合價為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，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式計算)。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可以與酸反應而SiO2不溶于酸。關注核心反應：鹽酸酸浸(哪些物質(zhì)與酸反應，哪些物質(zhì)不溶于酸等)、雙氧水氧化(氨水存在時哪些離子被氧化、磷酸存在時哪些離子被氧化)、高溫煅燒(反應物、反應條件和生成物)等。識圖像：坐標含義(橫坐標是時間、縱坐標是鐵的浸出率、等溫線等)，關鍵點(平衡點)；從關鍵點縱坐標為70時，分析條件為“100 、2 h”或“90 、5 h”兩個點。信息理解與應用：從生成物分析鈦的化合價變化情況，進而確定反應情況。讀懂表格信息：溫度適宜時轉化率最高，結合物質(zhì)性質(zhì)分析，溫度過高H2O2及NH3H2O分解。關注細節(jié)信息：溶液體積加倍，離子濃度變?yōu)樵瓉淼囊话耄灰罅惺接嬎?，不能直接寫出計算結果。(1)由“酸浸”實驗中鐵的浸出率結果圖像可知，當鐵的浸出率為70%時，所采取的實驗條件是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、氨水反應在40 時TiO2xH2O的轉化率最高，當溫度低于40 時，TiO2xH2O轉化率隨溫度升高而增加；當溫度超過40 時，因為H2O2不穩(wěn)定受熱發(fā)生分解并且氨氣逸出，導致TiO2xH2O轉化率下降。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為4，Li的化合價為1，而過氧鍵(OO)中O元素的化合價為1，設過氧鍵的個數(shù)為x個，其余O原子為y個，則有2xy15，根據(jù)化合物中各元素化合價的代數(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。(5)FePO4的Ksp1.31022，當Fe3恰好沉淀完全時，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，濃度熵為Qcc3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)21.01024，故不會生成Mg3(PO4)2沉淀。(6)由工藝流程圖可知，“高溫煅燒”中FePO4、Li2CO3、H2C2O4在高溫下反應生成LiFePO4，結合原子守恒推知，產(chǎn)物還有CO2和H2O，根據(jù)質(zhì)量守恒定律寫出化學方程式。答案(1)100 、2 h，90 、5 h(2)FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O轉化率隨溫度升高而增加；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉化下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全時，c(PO) molL11.31017 molL1，c3(Mg2)c2(PO)值為0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，因此不會生成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)易復原：被提純的物質(zhì)易恢復原來的組成、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)結晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl冷卻結晶提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等蒸餾或分餾分離沸點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、延長浸出時間、增大氣體的流速(濃度、壓強)、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個基本操作檢驗溶液中離子是否沉淀完全的方法：將溶液靜置一段時間后，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，重復操作23次。檢驗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結晶方式(1)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶：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)應滿足兩點：能與H反應，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的化學方程式為_。(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的離子方程式為_。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時，陰極的電極反應式為_；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Fe3完全水解。由題表知Fe2、Zn2開始沉淀和沉淀完全時的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式為Cd2Zn=CdZn2。(4)結合圖示可知電解ZnSO4溶液時生成Zn，即電解時Zn2在陰極被還原，電極反應式為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)對點練習 1(2018合肥模擬)三鹽(3PbOPbSO4H2O)可用作聚氯乙烯的熱穩(wěn)定劑，200 以上開始失去結晶水，不溶于水及有機溶劑。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。化合物PbSO4PbCO3溶解度/g1.031041.81107Ksp1.821081.461013(1)步驟轉化的目的是_，濾液1中的溶質(zhì)為Na2CO3和_(填化學式)。(2)步驟酸溶時，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)的化學式為_。若步驟沉鉛后的濾液中c(Pb2)1.82105 mol/L，則此時c(SO)_mol/L。(4)步驟洗滌操作時，檢驗沉淀是否洗滌完全的方法是_。(5)步驟合成三鹽的化學方程式為_，若得到純凈干燥的三鹽99.0 t，假設鉛泥中的鉛元素有80%轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分數(shù)為_。 解析(1)步驟用純堿溶液浸取鉛泥，將PbSO4轉化為PbCO3，提高鉛的利用率，濾液1中的溶質(zhì)為過量的Na2CO3和反應生成的Na2SO4。(2)步驟酸溶時，可通過適當升溫、適當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)的化學式為HNO3；根據(jù)Ksp(PbSO4)1.82108c(Pb2)c(SO)，c(Pb2)1.82105 mol/L，則此時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，其檢驗方法為：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)量分數(shù)為100%51.75%。答案(1)將PbSO4轉化為PbCO3，提高鉛的利用率Na2SO4(2)適當升溫(或適當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)步驟的主要反應為Fe