1、解题指导2化学工艺流程题的解题指导化学工艺流程题是高考的必考题型，题目综合性强，难度大，通常以化工生产中流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、实验方案的评价、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题，无所不考。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，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、表格和图象；设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、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
2、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。审题时要弄懂流程图中涉及的反应原理、反应条件的控制以及物质的分离等。明确流程图中箭头方向和含义。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。图中一般会出现陌生知识，要读懂题给文字、表格信息以及设问中的提示性信息，并分析和解题中随时进行联系、调用。一、术语简答术语思考角度研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率搅拌使反应物充分接触，提高反应或溶解速率水浸与水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不
3、溶物通过过滤除去碱浸除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土调节pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去控制温度根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动控制压强改变速率，影响平衡使用催化剂增大反应速率，缩短达到平衡所需要的时间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趁热过滤提高纯度，减少结晶损失有机物洗涤减少晶体损失，降低因溶质的溶解而引起的损耗加热煮沸除去溶液中溶解的气体二、解题策略解题步骤解
4、题策略明确目的找出两料仔细阅读题头，明确工艺流程的目的；对照流程找出原料和辅料细审流程分段剖析以核心辅助原料为准，把流程分为原料预处理、核心化学反应、产品分离提纯三个阶段；依据箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析；某些暂时琢磨不透的环节，可先“淡化处理”，不必过多在此占用时间，如在解题过程需要用到此知识，再回头看看规范答题先易后难结合题目要求，充分利用题给信息，分析每问，规范解答；先易后难：确保易拿的分数先拿，最后难拿的题目，再带着问题回看流程进行有针对的分析一、物质制备类工艺流程硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO(占40%)，还有CaO、
5、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO47H2O的流程如图所示。已知，某些氢氧化物沉淀的pH如表所示。氢氧化物开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHMg(OH)29.310.8Fe(OH)27.69.6Fe(OH)32.73.7Al(OH)33.74.7请回答下列问题：(1)在“酸解”过程中，欲增大“酸解”时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：_。(2)加入的NaClO可与Mn2反应：Mn2ClOH2O=MnO22HCl，还有一种离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为_。(3)“滤渣”
6、的主要成分除Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外，还有_。(4)已知不同温度下MgSO4、CaSO4的溶解度如表所示。温度/40506070MgSO4的溶解度/g30.933.435.636.9CaSO4的溶解度/g0.2100.2070.2010.193“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据表中数据，简要说明操作步骤：蒸发浓缩、_。“操作”是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、_，便可得到MgSO47H2O。(5)实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO47H2O为172.2 g，计算MgSO47H2O的产率：_。(6)金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐
7、，完成防腐示意图，并作相应标注。解析：(1)加快“酸解”过程是增大化学反应速率问题，故可采用增大浓度、升高温度、增大反应物的接触面积等。(2)在酸性条件下，ClO可将Fe2氧化为Fe3，而ClO被还原为Cl；生成的Fe3水解生成Fe(OH)3，其离子方程式可写为2Fe2ClO5H2O = 2Fe(OH)3Cl4H。(3)由于该硼镁泥中有MgO、CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等物质，所以“酸解”后生成的阳离子有Mg2、Ca2、Mn2、Fe3、Fe2、Al3等，不溶物为SiO2，Mn2被氧化为MnO2，Fe2被氧化为Fe3，根据第一个表格中数据可知，Fe(OH)3、Al(
8、OH)3完全沉淀的pH均小于5，所以调节溶液pH为56时，Fe3、Al3分别生成沉淀Fe(OH)3、Al(OH)3，综上所述，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2、SiO2。(4)由温度对MgSO4、CaSO4的溶解度影响可以看出，温度越高，CaSO4的溶解度越小，可以采用蒸发浓缩、趁热过滤的方法除去CaSO4；操作是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶，再经过滤洗涤，得到MgSO47H2O。(5)100 g硼镁泥中MgO的物质的量为100 g40%40 gmol11 mol，根据镁元素守恒，生成的MgSO47H2O的物质的量为1 mol，质量为246 gmol11 mol246 g，产率为
9、172.2 g246 g100%70%。(6)电化学防腐有两种方法，一是牺牲阳极的阴极保护法，也就是用相对活泼的金属作负极，铁作正极；另一种是外接电源的保护法，也就是将铁连接电源的负极，作为电解池的阴极。答案：(1)适当升高温度、把硼镁泥粉碎(或搅拌或适当增大硫酸浓度)(2)2Fe2ClO5H2O=2Fe(OH)3Cl4H(3)SiO2(4)趁热过滤过滤洗涤(或过滤)(5)70%(6)二、物质提纯类工艺流程以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2F
10、e2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：请回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是
11、_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_。解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，是废渣1的主要成分。(2)3 mol VO2变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl得到6 mol电子，所以需要0.5 mol氯酸钾。(3)中和时，Fe3、Al3分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，是废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过
12、“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(6)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为3价，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。答案：(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O52NH3H2O1闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)是冶炼锌单质的原料，有两种常见的冶炼方式：火法炼锌和湿法炼锌。两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，
13、再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。已知：()相关金属单质的熔沸点：金属单质ZnFeCuCd熔点/K6931 8121 356594沸点/K1 1803 0232 8401 040()几种离子生成氢氧化物沉淀的pH：离子Fe3Zn2Cu2Cd2开始沉淀pH1.15.94.76.9完全沉淀pH3.28.96.79.6请回答下列问题：(1)步骤若焦炭与ZnO(s)反应生成1 mol CO时吸收a kJ的热量，请写出该反应的热化学方程示_。(2)步骤中操作的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为_左右。(3)步骤需调节溶液pH为_，目的是_。(4)写出步骤中反应的离子方程式_(任写一个
14、)。(5)步骤以Pt为电极进行电解，阴极的电极反应方程式为_。(6)分别取闪锌矿200 kg，通过火法炼锌得到Zn的质量为65 kg，通过湿法炼锌得到Zn的质量为78 kg，闪锌矿中ZnS的质量分数约为_。解析：闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，其中还含有其他金属的氧化物。焙砂中的金属氧化物被焦炭还原生成金属单质和残渣，要得到金属蒸气，需要控制温度在1 3731 573 K，得到的蒸气中含有锌和镉，通过蒸馏可以分离锌和镉；焙砂中加入硫酸将金属氧化物溶解，再加入双氧水将生成的亚铁盐氧化，调节溶液的酸碱性，使铁离子沉淀，得到的溶液中主要含
15、有Zn2、Cu2、Cd2，再加入锌，将Cu2、Cd2还原，得到的溶液中主要含有Zn2，最后电解得到金属锌。(1)步骤若焦炭与ZnO(s)反应生成1 mol CO时吸收a kJ的热量，反应的热化学方程式为ZnO(s)C(s)Zn(g)CO(g)Ha kJmol1。(2)根据相关金属单质的熔沸点数据可知，步骤中操作的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为1 040 K左右。(3)根据几种离子生成氢氧化物沉淀的pH数据可知，步骤需调节溶液pH除去溶液中的Fe3，因此需要控制pH在3.2pH5.9。(4)根据上述分析，步骤中加入锌，将Cu2、Cd2还原除去，反应的离子方程式有ZnCu2=Zn2Cu
16、、ZnCd2=Zn2Cd。(5)步骤以Pt为电极进行电解，阴极上锌离子发生还原反应生成锌，电极反应方程式为Zn22e=Zn。(6)根据流程图，闪锌矿中ZnS的质量分数只能通过火法炼锌计算，则闪锌矿中ZnS的质量分数为100%48.5%。答案：(1)ZnO(s)C(s)Zn(g)CO(g)Ha kJmol1(2)1 040 K(3)3.2pH5.9除去溶液中的Fe3(4)ZnCu2=Zn2Cu、ZnCd2=Zn2Cd(任写一个)(5)Zn22e=Zn(6)48.5%2三盐基硫酸铅(3PbOPbSO4H2O)简称三盐，白色或微黄色粉末，稍带甜味、有毒。200 以上开始失去结晶水，不溶于水及有机溶剂
17、。可用作聚氯乙烯的热稳定剂。以铅泥(主要成分为PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐的工艺流程如图所示。已知：常温下PbSO4的溶解度比PbCO3的溶解度大。请回答下列问题：(1)步骤转化的目的是_，滤液1中的溶质为Na2CO3和_(填化学式)。(2)步骤酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是_(任写一条)。其中铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO的离子方程式为_。(3)滤液2中可循环利用的溶质为_(填化学式)。(4)步骤合成三盐的化学方程式为_。(已知反应中元素价态不变)。(5)简述步骤洗涤沉淀的方法_。解析：(1)步骤向铅泥中加Na2CO3溶液，PbCO3的溶解度小于PbSO4的溶解
18、度，Na2CO3(aq)PbSO4(s)=Na2SO4(aq)PbCO3(s)，则可将PbSO4转化成PbCO3，所以滤液1的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3。(2)酸溶时，为提高酸溶速率，可采取的措施是适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等)；铅与硝酸反应生成Pb(NO3)2和NO，反应的离子方程式为3Pb8H2NO=3Pb22NO4H2O。(3)Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加稀H2SO4转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用。(4)步骤为PbSO4与NaOH在5060 条件下合成三盐，合成的化学方程式为4PbSO46N
19、aOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O。(5)三盐沉淀表面附着硫酸根离子，洗涤沉淀的方法为用玻璃棒引流，向过滤器中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复上述操作23次。答案：(1)将PbSO4化为PbCO3，提高铅的利用率；Na2SO4(2)适当升温(或适当增大硝酸浓度或减小沉淀粒径等其他合理答案)3Pb8H2NO=3Pb22NO4H2O(3)HNO3(4)4PbSO46NaOH3Na2SO43PbOPbSO4H2O2H2O(5)用玻璃棒引流，向过滤器中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复上述操作23次3(2019扬州模拟)碳酸镁水合物是制备镁产品的中间体，工业上从弱碱性卤水(
20、主要成分为MgCl2)中获取MgCO33H2O的方法如图1所示，请回答下列问题：图1图2(1)写出沉淀过程的离子方程式：_。(2)沉淀过程的pH随时间的变化如图2所示，沉淀过程的操作为_(填字母)。a向卤水中滴加NaOH溶液，同时通入CO2b向NaOH溶液中滴加卤水，同时通入CO2c向卤水中通入CO2至饱和，然后滴加NaOH溶液，同时继续通入CO2d向NaOH溶液中通入CO2至饱和，然后滴加卤水，同时继续通入CO2图3(3)沉淀过程中c(Mg2)随时间的变化如图3所示，不同温度下所得到沉淀产物如图4所示，沉淀过程选择的温度为_，理由是_。图4(4)写出MgCO33H2O在323 K温度时发生转
21、化的化学方程式：_。(5)在洗涤步骤中，表明产物洗涤干净的操作为_。解析：(1)由图1可以看出，在沉淀过程中生成的是MgCO33H2O，反应的离子方程式为Mg2CO22OH2H2O=MgCO33H2O。(2)由图2看出，开始时溶液的pH逐渐减小，后pH逐渐增大，故先通入CO2至饱和，然后加入NaOH溶液，同时继续通入CO2。(3)由图3可知，323 K、313 K时，沉淀结束后溶液中c(Mg2)最低，结合图4可知在313 K时，从溶液中才析出MgCO33H2O。(4)由图4可知，在323 K时所得产物主要是Mg5(OH)2(CO3)44H2O，故反应的化学方程式为5(MgCO33H2O)Mg5
22、(OH)2(CO3)44H2OCO210H2O。(5)在过滤所得的晶体表面含有Cl，检验产物是否洗涤干净，只需检验洗涤滤液中是否含有Cl即可。答案：(1)Mg2CO22OH2H2O=MgCO33H2O(2)c(3)313 K较高的温度能够增大沉淀反应的速率，也使得溶液中残留的c(Mg2)较小，提高Mg2的沉淀率，但温度过高易生成Mg5(OH)2(CO3)44H2O(4)5(MgCO33H2O)Mg5(OH)2(CO3)44H2OCO210H2O(5)取少量最后一次洗涤滤液，向其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀生成，则产物已洗涤干净4工业上以锂辉石为原料生产碳酸锂的部分工业流程如
23、下：已知：锂辉石的主要成分为Li2OAl2O34SiO2，其中含少量Ca、Mg元素。Li2OAl2O34SiO2H2SO4(浓)Li2SO4Al2O34SiO2H2O某些物质的溶解度(S)如下表所示。T/20406080S(Li2CO3)/g1.331.171.010.85S(Li2SO4)/g34.232.831.930.7请回答下列问题：(1)从滤渣中分离出Al2O3的流程如下图所示。请写出生成沉淀的离子方程式：_。Al2O3(2)已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3。向滤液1中加入石灰乳的作用是_(运用化学平衡原理简述)。(3)最后一个步骤中，用“热水洗涤”的目的是_。(4)
24、工业上，将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下：a.将Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，LiOH溶液作阴极液，两者用离子选择透过膜隔开，用惰性电极电解。b.电解后向LiOH溶液中加入少量NH4HCO3溶液并共热，过滤、烘干得高纯Li2CO3。a中，阳极的电极反应式是_。电解后，LiOH溶液浓度增大的原因_，b中生成Li2CO3反应的化学方程式是_。(5)磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li，试写出该电池放电时的正极反应：_。解析：锂辉石(Li2OAl2O34SiO2，含少量Ca，Mg元素)经过研磨、加热、酸化得到可溶性的硫酸锂、
25、硫酸铝和不溶的二氧化硅，经过过滤，得到滤渣1为二氧化硅，滤液1经过调节pH值，向滤液1中加入石灰乳以增加Ca2、OH的浓度，使Mg(OH)2、CaCO3更利于析出，以便形成滤渣2，热水洗涤Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，可减少Li2CO3的损失，得到最终产物碳酸锂。(1)铝离子生成氢氧化铝的反应，氢氧化铝不能溶解于弱碱溶液氨水中，反应离子方程式为Al33NH3H2O=Al(OH)33NH。(2)石灰乳是氢氧化钙，提供氢氧根离子和钙离子，完全的沉淀镁离子和碳酸根离子，向滤液1中加入石灰乳的作用是增加Ca2、OH的浓度，有利于Mg(OH)2、CaCO3的析出。(3)图表中碳酸锂溶解度随温度升
26、高减小，向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”可减少Li2CO3的损失。(4)Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液，阳极液中氯离子失电子，发生氧化反应，所以阳极反应为2Cl2e=Cl2。电解后向LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液，氢氧化锂与碳酸氢铵反应生成碳酸锂的方程式为2LiOHNH4HCO3Li2CO32H2ONH3。(5)磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO4LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导Li，则负极的电极反应式为Lie=Li，总反应减去负极反应可得该电池放电时的正极反应为FePO4Lie=LiFePO4。答案：(1)Al33NH3H2O=Al(OH)33NH(2)增加Ca2、OH的浓度，有利于Mg(OH)2、CaCO3的析出(3)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，可减少Li2CO3的损失(4)2Cl2e=Cl2阴极氢离子放电，锂离子向阴极移动2LiOHNH4HCO3Li2CO32H2ONH3(5)FePO4Lie=LiFePO4