1、能力提升化学工艺流程题的题型结构从近年江苏高考化学试卷来看,工艺流程常以元素化合物知识作为依托、以反应原理、实验技术作为考查点,意在引导中学化学教学关注化学的真实性和应用性。1. 题型结构:多以流程图的形式出现,从生产原料到产品的整个流程以简单文字加框图和箭线形式呈现。有些题目会有主产物和副产物。一般流程:原料(可能含预处理)分离提纯产品(或含副产品)。如:(1) 题中常标有物质的加料、生产的条件、物质的分离等说明。如:(2) 有时还伴有一些“环状线”设计,意为“可循环利用”的物质等。2. 常涉及的问题:原料的预处理、反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)、反应原理(化学
2、平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)、绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分运用)、化工安全(防爆、防污染、防中毒)等。化学工艺流程题的解题要领解题时首先要粗读试题,尽量弄懂流程图。要明确流程图中箭头方向和代表的含义。流程图中箭头进入的是反应物(投料),箭头出去的是生成物(产物、副产物),返回的箭头一般是“循环利用”的物质。图中一般会出现超纲知识,要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用。所以一定要关注题目的每一个字眼,但不必要将每一个物质都推出,问什么推什么。其次要带着问题去精心研究某一步或某一个
3、物质。在答题时应注意前后问题往往没有联带效应,即前一问不能回答没关系,不影响后面回答问题。遇到做不出来的问题要及时放弃,以免影响其他问题的作答。最后,作答时一定要看清所提问题,不能答非所问,看清楚是写化学方程式还是离子方程式,注意配平,注意语言表达的科学性。1. 常见的化工术语关键词释 义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等浸出率固体溶解后,离子在溶液
4、中的含量的多少酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程水浸与水接触反应或溶解过滤固体与液体的分离滴定定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定蒸发结晶蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出蒸发浓缩蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度水洗用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH、促进水解(沉淀)2. 常见的操作与答题常见的操作答题要考虑的角度加过量试剂使反应完全进行(或增大转化率、产率)等加氧化剂氧化某物质,生成目
5、标产物或除去某些离子判断能否加其他物质要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作从溶液中得到晶体的方法:蒸发浓缩冷却结晶过滤(洗涤、干燥)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O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气,防氧化、水解、潮解等目的判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的pH调节溶液的酸碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)“酸作用”还可除去氧化物(膜)“碱作用”还可除去油污,除去铝
6、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(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)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
7、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方法:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作23次。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)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等化学工艺流程和物质的制备典题演示1(2014苏北四市一模)某化学实验室产生的废液中含有Fe3+、Cu2+、Ba2+、Cl-四种离子,现设计下列方案对废液进行处理,以回收金属并制备氯化钡、氯化铁晶体。(1) 沉淀1中含有的金属单质是 。(2) 氧化时加入H2O2溶液发生反应的离子方程式为 。(3) 下列物质中,可以作为试剂X的是(填字母)。A. BaCl2B. BaCO3
8、C. NaOHD. Ba(OH)2(4) 检验沉淀2是否洗涤完全的方法是 。(5) 制备氯化铁晶体过程中需保持盐酸过量,其目的是。(6) 由过滤2得到的滤液制备BaCl2的实验操作依次为、冷却结晶、洗涤、干燥。答案(1) 铁、铜(2) 2Fe2+2H+H2O2 2Fe3+2H2O(3) BD(4) 取最后一次洗涤液少许,滴入12滴硫酸钠溶液,若不出现白色浑浊,表明已洗涤完全(或取最后一次洗涤液少许,滴入12滴硝酸银溶液,若不出现白色浑浊,表明已洗涤完全)(5) 抑制Fe3+水解(6) 蒸发浓缩过滤解析(1) 加入铁屑能把铜置换出来,同时有铁剩余,沉淀为铁、铜。(2) 流程中需把亚铁离子氧化为铁
9、离子后再沉淀除去,双氧水氧化Fe2+。 (3) 加入X试剂是为了调节pH使铁离子生成氢氧化铁沉淀,为了不引入新杂质可以加入BaCO3、Ba(OH)2等物质。(4) 检验沉淀洗涤是否干净通常取最后一次的滤液检验可能含有的杂质离子,一般检验硫酸根离子、氯离子等。(5) 氯化铁在水溶液中水解,加入过量盐酸能抑制Fe3+水解。(6) 过滤后得到的溶液为稀溶液,从溶液中得到晶体的实验操作依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。变式训练1(2014南通一模)NaClO2的漂白能力是漂白粉的45倍。NaClO2广泛用于造纸工业、污水处理等。工业上生产NaClO2的工艺流程如下:(1) ClO2发生器中的
10、反应为2NaClO3+SO2+H2SO4 2ClO2+2NaHSO4。实际工业生产中可用硫黄、浓硫酸代替反应原料中的SO2,其原因是(用化学方程式表示)。(2) 反应结束后,向ClO2发生器中通入一定量空气的目的是。(3) 吸收器中生成NaClO2反应的离子方程式为,其中反应温度不能高于5可能的原因为 。(4) 某化学兴趣小组用如右图所示装置制备SO2并探究SO2与Na2O2的反应。为除去过量的SO2,C中盛放的试剂为。D中收集到的气体可使带余烬的木条复燃,B中发生的反应可能为、Na2O2+SO2 Na2SO4。答案(1) S+2H2SO4(浓) 3SO2+ 2H2O(2) 驱赶出ClO2,确
11、保其被充分吸收(3) 2ClO2+2OH-+H2O2 2Cl+O2+2H2O提高ClO2的利用率(或防止H2O2分解)(4) NaOH溶液(或KMnO4溶液)2Na2O2+2SO2 2Na2SO3+O2解析(1) 因为浓硫酸和硫黄反应产生SO2,反应的化学方程式为S+2H2SO4(浓) 3SO2+2H2O。(2) 通入一定量的空气后,能将生成的ClO2全部吹出后被吸收。(3) 在吸收器中通入了ClO2气体,加入了双氧水和NaOH溶液,故发生反应的离子方程式为2ClO2+2OH-+H2O2 2Cl+O2+2H2O;温度过高时,参加反应的H2O2易分解,易造成ClO2的利用率降低。(4) SO2是
12、酸性气体,可用浓NaOH溶液吸收,SO2也是一种还原性气体,也能被酸性高锰酸钾溶液吸收;带余烬的木条复燃,说明反应中有O2生成,故发生的反应可类比CO2与Na2O2的反应,化学方程式为2SO2+2Na2O2 2Na2SO3+O2。化学工艺流程与反应原理典题演示2(2014无锡一模)二氧化钛是钛的重要化合物,钛白(纯净的二氧化钛)是一种折射率高、着色力和遮盖力强、化学性质稳定的白色颜料。从钛铁矿(主要成分为FeTiO3,含Fe2O3、SiO2等杂质)制取二氧化钛,常用硫酸法,其流程如下:(1) 钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4,该反应的化学方程式为。(2) 取少量浸
13、取液,滴加KSCN溶液后呈血红色,说明溶液中存在(填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是(写明步骤、试剂和现象)。(3) 浸取液与铁屑反应的离子方程式为;X(晶体)的化学式为。(4) 第步反应的化学方程式为 。答案(1) FeTiO3+2H2SO4 FeSO4+TiOSO4+2H2O(2) Fe3+取少量溶液,滴加少量高锰酸钾溶液,高锰酸钾溶液褪色(3) 2Fe3+Fe 3Fe2+FeSO47H2O(4) TiOSO4+2H2O H2TiO3+H2SO4解析(1) 反应物为FeTiO3和H2SO4,生成物为TiOSO4、FeSO4,根据质量守恒写出化学方程式为FeTiO3+2H2SO4
14、 TiOSO4+FeSO4+2H2O。(2) 加入KSCN后溶液呈血红色,说明溶液中含有Fe3+,检验Fe2+时,可充分利用其较强的还原性,加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液紫红色褪去就能证明Fe2+的存在。(3) 因为原矿石粉中含有Fe2O3,故加入浓硫酸、再用水浸取后,所得浸取液中含有Fe3+,故加入铁粉后能将Fe3+还原为Fe2+,反应的离子方程式为2Fe3+Fe 3Fe2+;加入铁屑后析出TiOSO4后的溶液中阳离子主要含有Fe2+,故X晶体为FeSO47H2O。(4) 由框图中反应可知,TiOSO4水解时生成H2TiO3,根据原子守恒可知同时生成H2SO4,故反应的化学方程式为TiOSO4
15、+2H2O H2TiO3+H2SO4。变式训练2(2014南通、泰州、扬州、宿迁二模)工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO2的工艺流程如下:有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表: 氢氧化物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Pb(OH)2Mn(OH)2开始沉淀的 pH3.31.56.54.28.08.3沉淀完全的 pH5.23.79.76.78.89.8请问答下列问题:(1) 酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是。(2) 酸浸后的溶液中含有Mn2+、 S,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+等,其除杂过程如下:加入MnO2将Fe2+氧化,其反应的离子方程
16、式为 。加入CaO将溶液的pH调到5.26.0,其主要目的是。加入BaS,除去Cu2+、Pb2+后,再加入NaF溶液,除去 。(3) 从溶液A中回收的主要物质是,该物质常用作化肥。(4) MnO2粗品中含有少量Mn3O4,可以用稀硫酸处理,将其转化为MnSO4和MnO2,然后再用氧化剂将Mn2+转化为MnO2,制得优质MnO2。写出Mn3O4与稀硫酸反应的化学方程式:。答案(1) 增大接触面积,加快反应速率(2) 2Fe2+MnO2+4H+ 2Fe3+Mn2+2H2O除去Fe3+ 、Al3+Ca2+(3) (NH4)2SO4 (4) Mn3O4+2H2SO4 2MnSO4+MnO2+2H2O解
17、析(1) 将反应物粉碎的作用是增大接触面积,加快反应速率,使反应更充分。(2) pH调到5.26.0,其主要目的是除去Fe3+、Al3+和部分Cu2+; 溶液中除去了Fe2+、Fe3+、Cu2+、Pb2+,但中加入了Ca2+,再加入NaF溶液,显然是除去Ca2+。(3) 流程得到的是碳酸锰沉淀,溶液中主要剩余N和S,故回收的物质是(NH4)2SO4。化学工艺流程与实验技术典题演示3(2014广东高考改编)石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下:(注:SiCl4的沸点是5
18、7.6 ,金属氯化物的沸点均高于150 )(1) 向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2,主要目的是 。(2) 高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体中的氯化物主要为。由气体中某物质得到水玻璃的化学方程式为 。(3) 步骤为:搅拌、。所得溶液中阴离子有。(4) 由溶液生成沉淀的总反应的离子方程式为 。答案(1) 排除空气,防止高温时石墨氧化(2) SiCl4、AlCl3、FeCl3、MgCl2SiCl4+6NaOH Na2SiO3+4NaCl +3H2O(3) 过滤Cl-、 OH-、Al(4) CH3COOCH2CH3+Al+2H2O Al(OH)3+CH3COO-+CH
19、3CH2OH解析(1) 石墨的化学性质在常温下稳定,而在高温下可与氧气发生反应,所以通入氮气的目的是作保护气,排除空气,防止高温时石墨氧化。(2) 高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物,根据杂质的成分,气体中的氯化物主要为SiCl4 、AlCl3 、FeCl3、MgCl2。SiCl4的沸点是57.6 ,所以气体为SiCl4,与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氯化钠,化学方程式为SiCl4+6NaOH Na2SiO3+4NaCl +3H2O。(3) 金属氯化物的沸点均高于150 ,所以固体中存在氯化铝、氯化铁、氯化镁,其中氯化铁、氯化镁与过量的氢氧化钠溶液反应生成沉淀,而氯化铝与过量氢
20、氧化钠反应生成偏铝酸钠,所以搅拌后过滤,所得溶液中阴离子有Cl-、 OH-、Al。(4) 偏铝酸钠发生水解反应,加入乙酸乙酯的目的是除去过量的氢氧化钠,且加热条件水解平衡一直正向移动,生成氢氧化铝沉淀,总离子方程式为CH3COOCH2CH3+Al+2H2O Al(OH)3 +CH3COO-+CH3CH2OH。变式训练3(2014南京、盐城一模)以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细-氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:(1) 铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为 。(2) 图中“滤渣”的主要成分为
21、(填化学式)。(3) 加30%的H2O2溶液发生反应的离子方程式为 。(4) 煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为4NH4Al(SO4)212H2O 2Al2O3+2NH3+N2+5SO3+3SO2+53H2O,将产生的气体通过下图所示的装置。集气瓶中收集到的气体是(填化学式)。足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有(填化学式)。KMnO4溶液褪色(Mn还原为Mn2+),发生反应的离子方程式为。答案(1) Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O(2) SiO2(3) 2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O(4) N2SO3、NH32Mn+5SO2
22、+2H2O 2Mn2+5S+4H+解析(1) 氧化铝与H2SO4反应生成硫酸铝和水,反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2O。(2) 在铝灰的成分中只有SiO2不能与H2SO4反应,故滤渣的主要成分是SiO2。(3) 加入H2O2的目的是使溶液中的Fe2+氧化成Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe3+2H2O。(4) 根据晶体分解的方程式可知,通入NaHSO3溶液(显酸性)中的气体有NH3、N2、SO3、SO2、H2O,由于NH3极易溶于水且能与NaHSO3反应而被吸收,SO3溶于水后生成的H2SO4与溶液中NaHSO3反应生成SO2,
23、N2不溶于水也不能被吸收,故从饱和NaHSO3溶液中出来的气体主要有N2、SO2和少量的H2O,SO2具有强还原性,能被KMnO4吸收,反应的离子方程式为5SO2+2Mn+2H2O 2Mn2+5S+4H+,故集气瓶中收集到的气体为N2。实验装置与实验操作主要考查:常见物质的制备、分离提纯、尾气的处理和离子检验等。化学平衡题会与化学反应速率放在一起考,综合性较强,难度较大,但只要能灵活运用勒夏特列原理、熟练运用等效平衡的思想就可以顺利的解题。电解质溶液中粒子浓度大小比较也是综合性较强的题目,综合考查了弱电解质的电离、盐类的水解以及弱酸的酸式根的电离程度和水解程度的比较,解题时要抓住几点:弱电解质的电离是微弱的;盐类的水解也是微弱的;若一种微粒既电离又水解,只要考虑程度大的那一个就可以了。再结合电解质溶液中的电荷守恒、物料守恒、质子守恒,一切问题都可以解决。
