1、热点专攻(四)化学工艺流程题解题策略工艺流程题是近几年高考的热点题型,工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)。题干主要用流程图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来。题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题,构成一道完整的化学试题。此类试题集综合性、真实性、开放性于一体,包含必要的操作名称、化工术语或文字说明。题型包括选择题和非选择题,选择题主要考查元素化合物知识和工艺流程中的基本操作。非选择题考查知识面广、综合性强、思维容量大。题干的呈现形式多为流程图、表格和图像;设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反
2、应、条件控制的原因和产率计算等,能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力,涉及的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。(一)审题关注什么1.审题的关键点(1)明确原始物质及目标物质。(2)明确化工生产流程:原料对原料的预处理核心化学反应产品的提纯分离目标产物。(3)掌握主要的化工生产原理等。(4)掌握常见与化工生产有关的操作方法及作用。对原料进行预处理的常用方法及其作用:研磨以增大接触面积而加快反应速率酸(或水)浸是与酸(或水)接触反应或溶解灼烧以除去可燃杂质煅烧以促使物质转化常用的控制反应条件的方法:调节溶液的pH使某些金属离子沉淀控制温度、压强以加快反
3、应速率或使平衡移动趁热过滤以防止某物质降温而析出冰水洗涤以洗去杂质离子而减少晶体的损耗2.防范失分点(1)明确整个流程及每一部分的目的,仔细分析每步反应发生的条件以及得到产物的物理或化学性质,结合基本理论与实际问题进行思考,注意答题的模式与要点。(2)抓住流程图中“每步转化的物质变化”与总过程目的的关系,分析某步转化试剂的选择及流程中加入某试剂的原因,得出转化后生成的所有物质,从问题中获取信息,帮助解题。(二)题目考什么1.化学工艺流程题模型2.化工术语关键词释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质研磨成粉末或将液体分散成微小液滴,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
4、高温下分解或改变结构、使杂质在高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿等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,直到溶质以晶体形式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
5、用去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH,促进水解(形成沉淀)3.常见操作的答题角度常见的操作答题的角度分离、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一次洗涤液少量,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
6、氧化物(膜)。“碱作用”还可除去油污,除去铝片表面的氧化膜,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,使某物质达到沸点而挥发。加热煮沸可促进水解,聚沉后利于过滤分离。趁热过滤能减少因降温而析出的溶质的量。降温可防止物质高温分解或挥发,降温(或减压)还可以减少能源成本,也可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
7、损耗。用特定的有机试剂清洗晶体:洗去晶体表面的杂质,降低晶体的溶解度,减少损耗等。洗涤沉淀的方法: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的可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面的氧化物、提高光洁度等应考训练1.(2020广东六校联盟第二次联考)以铬铁矿主要成分为Fe(CrO2)2,含有Al2O3、Fe2O3、SiO2等杂质为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na2Cr2O72H2O)的主要工艺流程如下,关于该流程说法错误的是()A.煅烧生成Na2CrO4的化学方程式为4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O22Fe2O3+8Na2CrO
8、4+8CO2B.SiO2在“浸出过滤”步骤中和Fe2O3一起除去C.Na2CrO4到Na2Cr2O7转化的原理为:2H+2CrO42-Cr2O72-+H2OD.该工艺中“煅烧”产生的CO2可用于“除杂”步骤以节约生产成本,为完全除去AlO2-,发生反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2OAl(OH)3+HCO3-2.(双选)(2020山东微山二中质检)我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程如图所示,下列说法不正确的是()A.在沉淀池中应先通入二氧化碳气体,再通入氨气B.生产纯碱的反应原理:NH3+CO2+H2OHCO3-+NH4+C.循环中X是二氧化碳D.在过滤后的母液中加入氯
9、化钠粉末、通入氨气,搅拌,经冷却结晶后可得氯化铵晶体3.(2020山东化学)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下:已知:MnO2是一种两性氧化物;25 时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp110-16.3110-38.6110-32.3110-12.7回答下列问题:(1)软锰矿预先粉碎的目的是,MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为。(2)保持BaS投料量不变,随MnO2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
10、的原因是。(3)滤液可循环使用,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c1.010-5 molL-1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。4.(2020全国)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5价的化合物存在,还包括钾、镁的铝硅酸盐,以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。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
11、完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题:(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是。(2)“酸浸氧化”中,VO+和VO2+被氧化成VO2+,同时还有离子被氧化。写出VO+转化为VO2+反应的离子方程式。(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为V2O5xH2O,随滤液可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、,以及部分的。(4)“沉淀转溶”中,V2O5xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是。(5)“调pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式是。(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时,需要加入过量NH4Cl,其原因是。5.(2020山东潍坊三模)钒及其化合物在工业上有许多用途。某钒精矿的主要
12、成分及质量分数如下表:物质V2O5V2O3K2OSiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%0.811.702.1163.915.8612.51一种从该钒精矿中提取五氧化二钒的流程如下:回答下列问题:(1)“酸浸、氧化”时,V2O3转化为VO2+,反应的离子方程式为;若用浓盐酸代替硫酸,V2O5转化为VO2+,同时生成有毒的黄绿色气体,反应的化学方程式为。(2)萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取Fe3+而不萃取Fe2+,所以萃取前可用(填名称,下同)对浸出液进行“还原”处理。为检验“还原”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是。(3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为:VO2+(HR2PO4)2
13、(O)VO(R2PO4)2(O)+2H+。其中(HR2PO4)2(O)为萃取剂,为了提高VO2+的产率,反萃取剂应该呈性(填“酸”“碱”或“中”)。(4)“氧化”中,欲使3 mol VO2+变为VO2+,则需要氧化剂NaClO3至少为 mol。(5)单质钒可用于制造特种合金钢。以五氧化二钒和金属钙为原料在高温条件下可制备单质钒,表示制备过程的化学方程式为。6.(2020山东六地部分学校线上检测)氯化亚铜(CuCl)在化工、印染、电镀等行业应用广泛。CuCl微溶于水,不溶于醇和稀酸,可溶于Cl-浓度较大的溶液,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分
14、解技术生产CuCl的工艺过程如图。回答下列问题:(1)步骤中N元素被还原为最低价,写出此反应的离子方程式。(2)步骤中,亚硫酸铵要略保持过量,原因是,滤液中可循环利用的物质是。(3)步骤中,用“醇洗”可快速去除滤渣表面的水,防止滤渣被空气氧化为Cu2(OH)3Cl。CuCl被氧化为Cu2(OH)3Cl的化学方程式为。(4)用K2Cr2O7溶液测定氯化亚铜样品纯度(假设杂质不参与反应),步骤如下:准确称取所制备的氯化亚铜样品10.00 g,将其置于过量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸配成100 mL溶液,取溶液10.00 mL用0.100 0 molL-1 K2Cr2O7溶液
15、进行滴定,反应中Cr2O72-被还原成Cr3+,相关数据记录如表所示,该样品中CuCl的质量分数为。实验编号123消耗K2Cr2O7溶液的体积/mL14.9816.0315.02(5)制造印刷电路板产生的废液中含大量Cu(NH3)42+等离子,利用膜电解技术对此废液进行电解,电解装置如图所示。电解后的阴极液中加入适量盐酸并用水稀释可得到CuCl,电解时阴极的电极反应式为,生成CuCl的离子方程式为。热点专攻(四)化学工艺流程题解题策略应考训练1.B解析根据流程可知,煅烧过程中反应物有空气中的氧气、纯碱(Na2CO3)和铬铁矿,产物有Fe2O3、Na2CrO4和CO2,铬元素和铁元素被氧化,反应
16、物中的氧化剂为氧气,根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的化学方程式为4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O22Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2,故A项正确;煅烧过程中加入纯碱,高温条件下SiO2能与纯碱发生反应,故B项错误;CrO42-转化为Cr2O72-的离子方程式为2H+2CrO42-Cr2O72-+H2O,加入稀硫酸会使平衡右移生成Cr2O72-,故C项正确;碳酸的酸性强于偏铝酸,CO2可与AlO2-反应生成氢氧化铝沉淀,D项正确。2.AB解析氨气极易溶于水,而二氧化碳微溶于水,先通入氨气使溶液呈碱性,再通入二氧化碳气体可更多地转化为HCO3-,故A错误;生产纯碱的反应原理是N
17、aCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3+NH4Cl、2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O,故B错误;碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、CO2和水,可将CO2通入沉淀中循环利用,故X为CO2,故C正确;在过滤后的母液中加入氯化钠粉末、通入氨气,搅拌,增大了铵根离子的浓度,使氯化铵更多的析出,经冷却结晶后可得氯化铵晶体,故D正确。3.答案(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率MnO2+BaS+H2OBa(OH)2+MnO+S(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O24.9(5)Mn2+HCO3-+NH3H2OMnCO3+NH4+H2O解析该题遵循化工生产的过程,
18、对工艺流程的环节与条件进行简化处理,在科学基础上通过最简洁的呈现方式呈现生产过程,并设置问题,避免信息冗长对考生造成思维上的干扰。(1)软锰矿预先粉碎可以增大接触面积,提高反应速率。根据信息,MnO2与BaS反应转化为MnO,再结合流程图反应后经过过滤、蒸发等一系列物理过程得到Ba(OH)2,过滤后酸解生成硫黄,硫黄不与H2SO4反应,故MnO2与BaS溶液反应的化学方程式为MnO2+BaS+H2OBa(OH)2+MnO+S。(2)已知MnO2是两性氧化物,保持BaS投料量不变,增大MnO2与BaS的投料比,过量的MnO2能与Ba(OH)2反应,故Ba(OH)2的量达到最大值后会减小。(3)将
19、滤液导入蒸发装置可循环利用。(4)根据表中KspFe(OH)313,则溶液中的Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去。(5)在“调pH”过程中有氢氧化铝沉淀生成,反应的化学方程式为NaAlO2+HCl+H2OAl(OH)3+NaCl或NaAl(OH)4+HClAl(OH)3+NaCl+H2O。(6)在“沉钒”过程中析出NH4VO3晶体时,由于NH4VO3在氯化铵溶液中溶解度降低(或回答由于同离子效应),促使NH4VO3尽可能析出完全。5.答案(1)2V2O3+8H+O24VO2+4H2OV2O5+6HCl(浓)2VOCl2+Cl2+3H2O(2)铁粉硫氰酸钾溶液(3)酸(4)0.5(5)V2
20、O5+5Ca2V+5CaO解析钒精矿经硫酸酸浸、氧气氧化后得到滤液和废渣,滤液中主要阳离子有VO2+、VO2+、Fe3+、K+及Al3+,滤渣主要为SiO2;萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取Fe3+而不萃取Fe2+,所以萃取前可用铁粉将铁离子还原成亚铁离子,同时也将VO2+还原成VO2+,再经“溶剂萃取与反萃取”得到含VO2+的溶液,然后利用NaClO3将VO2+氧化成VO2+,加入氨水得到NH4VO3沉淀,煅烧NH4VO3可得到五氧化二钒。(1)“酸浸、氧化”时,V2O3转化为VO2+,该过程中氧气做氧化剂,V2O3为还原剂,结合电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式为2V2O3+8H+O
21、24VO2+4H2O;若用浓盐酸代替硫酸,V2O5转化为VO2+,同时将盐酸氧化成氯气,结合电子守恒和元素守恒可得反应的化学方程式为V2O5+6HCl(浓)2VOCl2+Cl2+3H2O。(2)根据分析可知萃取前可用铁粉对浸出液进行“还原”处理;铁离子与硫氰酸钾溶液反应呈红色,可用硫氰酸钾溶液检验是否含有铁离子。(3)为了提高VO2+的产率需要平衡左移,则需要溶液中有大量氢离子,所以反萃取剂应呈酸性。(4)VO2+变为VO2+,V元素化合价升高1价,则使3molVO2+变为VO2+需要转移3mol电子,氧化剂NaClO3被还原成Cl-,Cl元素化合价降低6价,所以转移3mol电子需要0.5mo
22、lNaClO3。(5)根据题意高温条件下钙还原五氧化二钒可得到单质钒,反应的化学方程式为V2O5+5Ca2V+5CaO。6.答案(1)4Cu+NO3-+10H+4Cu2+NH4+3H2O(2)使Cu2+完全反应,阻止生成的CuCl被氧化硫酸(3)4CuCl+O2+4H2O2Cu2(OH)3Cl+2HCl(4)89.55%(5)Cu(NH3)42+e-+2H2OCu(NH3)2+2NH3H2OCu(NH3)2+2H+Cl-CuCl+2NH4+解析酸性条件下NO3-具有氧化性,可氧化海绵铜(主要成分是Cu和少量的CuO)生成Cu2+,过滤后在滤液中加入亚硫酸铵发生氧化还原反应生成CuCl,该反应的
23、离子方程式为2Cu2+SO32-+2Cl-+H2O2CuCl+SO42-+2H+,得到的CuCl先经水洗,再用乙醇洗涤,用乙醇洗涤可快速除去固体表面的水分,防止水解、氧化,最后烘干得到CuCl。(1)NO3-在酸性条件下具有强氧化性,能与Cu发生反应,反应生成NH4+,其离子方程式为4Cu+NO3-+10H+4Cu2+NH4+3H2O。(2)流程的目的是制备CuCl,根据流程分析可知,反应得到CuCl,发生反应2Cu2+SO32-+2Cl-+H2O2CuCl+SO42-+2H+,CuCl在潮湿空气中易水解氧化,因此亚硫酸铵要保持过量的目的是保证Cu2+完全反应,阻止生成的CuCl被氧化;滤液中
24、可循环利用的物质是硫酸。(3)CuCl容易在潮湿空气中水解氧化,因此该反应的化学方程式为4CuCl+O2+4H2O2Cu2(OH)3Cl+2HCl。(4)氯化亚铜与氯化铁反应的离子方程式为Fe3+CuClFe2+Cu2+Cl-,加入K2Cr2O7溶液发生反应6Fe2+Cr2O72-+14H+6Fe3+2Cr3+7H2O,反应的关系式为6CuCl6Fe2+Cr2O72-,第二次滴定实验误差较大,可舍去,则平均消耗K2Cr2O7溶液的体积为15mL,根据关系式计算如下:6CuCl6Fe2+Cr2O72-61n(CuCl)1510-3L0.1molL-1100mL10mLn(CuCl)=910-2mol,则m(CuCl)=910-2mol99.5gmol-1=8.955g,则CuCl的质量分数=8.955g10.00g100%=89.55%。(5)阴极上发生还原反应,Cu(NH3)42+得电子生成Cu(NH3)2+,则阴极反应式为Cu(NH3)42+e-+2H2OCu(NH3)2+2NH3H2O;生成CuCl的离子方程式为Cu(NH3)2+2H+Cl-CuCl+2NH4+。
