1、热点专题系列(三)无机化工流程题的突破方法工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。这类试题具有较强的实用性和综合性，能很好地考查学生运用元素化合物的知识和化学实验原理分析和解决实际问题的能力。一、题型结构1.化工流程线路示意图（1）箭头：箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。（2）三线物料进出线操作流程线循
2、环操作线2.涉及问题（1）原料的预处理。（2）反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。（3）反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。（4）绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。（5）化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。二、解题思路及方法1.解题思路2.解题方法（1）首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题
3、设的问题，逐一推敲解答。（2）分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。（3）交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。3.答题步骤（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，并获取以下信息：知道“四个什么”。反应物是什么；发生了什么
4、反应；该反应造成了什么后果；对制造产品有什么作用。抓住“一个关键”。一切反应或操作都是为获得产品而服务。（4）从问题中获取信息，帮助解题。4.规范解答（1）文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分，如：洗涤沉淀：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。证明沉淀完全：如向含的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。(2)认真审题，不要因审题不细致而
5、失分，如：填“化学方程式”还是“离子方程式”。填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。填“大于”还是“”，“增大”还是“变大”等。填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及注意“”“=”“”“”“”等符号是否齐全、正确。三、答题的必备知识1.对原料进行预处理的常用方法及其作用（1）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，加快反应速率。（2）水浸与水接触反应或溶解。（3）酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。（4）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
6、就是为了除去可燃性杂质。（5）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。2.常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H+反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)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。(3)控制压强。改变速率，影响平衡。(4)使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。(5)趁热过
7、滤。防止某些物质降温时析出。(6)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。3.明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液pH法：如除去酸性含铜溶液中的Fe3+等。4.明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的
8、溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。5.物质分离、提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯物。(3)易分离：被提纯物与杂质容易分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。6.物质分离、提纯注意事项(1)除杂试剂需过量。(2)过量试剂需除去。(3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺
9、序。(4)选择最佳除杂途径。1.（2010四川高考）四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：请回答下列问题：（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是_。（2）向滤液中加入铁粉，发生反应的离子方程式为_、_。（3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中
10、的钛盐、_、_、_（填化学式），减少废物排放。（4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3），其方法是：将556a kg A（摩尔质量为278 gmol-1）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3 336b kg A和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料_kg。【解析】（1）TiO2是金属氧化物，与酸反应生成盐和水。（2）加入浓硫酸后的产物中含有Fe3+和H+，与铁粉都能反应。（3）通入
11、高温水蒸气的目的是促进钛盐水解，应从影响盐类水解的角度考虑；滤液中有H2O、FeSO4、H2SO4，从流程中可看出，都被循环利用了。（4）开始加入的2a103 mol FeSO4 7H2O 能与4a103 mol氢氧化钠溶液恰好完全反应；后来又加入12b103 mol的FeSO47H2O和2c103 mol的铁。溶液中的硫酸根离子共为（2a+12b）103 mol，据电荷守恒，溶质中硫酸钠消耗硫酸根离子为2a103 mol，则与铁离子结合的硫酸根为12b103 mol，消耗铁离子为8b103 mol。再据铁元素守恒固体中的n（Fe）=（2a+4b+2c）103 mol，n（Fe2O3）=（a+
12、2b+c）103 mol，m（Fe2O3）=（160a+320b+160c）kg。答案：（1）TiO2+2H2SO4=Ti（SO4）2+2H2O（或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O）（2）2Fe3+Fe=3Fe2+Fe+2H+=Fe2+H2（3）加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H+浓度促进钛盐水解H2O FeSO4 H2SO4（4）160a+320b+160c2.（2012广东高考节选）难溶性杂卤石（K2SO4MgSO42CaSO42H2O）属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4MgSO42CaSO42H2O（s）2Ca2+2K+Mg2+2H2O为能充分利用钾资源，用饱
13、和Ca（OH）2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：（1）“除杂”环节中，先加入_溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_溶液调滤液pH至中性。（2）不同温度下，K+的浸出浓度与溶浸时间的关系如图所示。由图可得，随着温度升高，_，_。（3）有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：，已知298 K时，Ksp（CaCO3)=2.8010-9,Ksp(CaSO4)=4.9010-5，求此温度下该反应的平衡常数K=_（计算结果保留三位有效数字）。【解析】（1）中根据流程可知除杂之前的滤液中还含有大量Ca2+,所以需要把Ca2+转化为沉淀而除去，结合最终需要K2SO4产品，因而需要加入K2CO3
14、除去Ca2+，加入H2SO4调节滤液的pH。（2）结合图示可知，随温度升高，在同一时间内K+的浸出浓度大，反应的速率加快，平衡时溶浸时间短。（3）属于计算题，计算如下：由溶度积公式可得Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)c()、Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)c()，又根据反应得出该反应的平衡常数K=c()/c()=Ksp(CaSO4)/Ksp(CaCO3),代入数据得出K=1.75104。答案：（1）K2CO3 H2SO4（2）在同一时间K+的浸出浓度大反应的速率加快，平衡时溶浸时间短（3）1.751041.（2013南京模拟）由软锰矿（主要成分为MnO2）制备KMnO4的实验流程可表示
15、如下：已知：锰酸钾在酸性条件下可发生歧化反应生成高锰酸钾和二氧化锰。（1）反应发生反应的化学方程式是_；反应发生反应的离子方程式是_；（2）操作的实验步骤为_、_；可循环利用的物质的化学式为_；（3）计算用2.5 kg含MnO2 80%的软锰矿制备，理论上可得KMnO4为_（保留两位有效数字）;（4）取制得的产品6.5 g，配成250 mL溶液；准确称取纯Na2C2O4 1.34 g配成适量溶液。用上述KMnO4溶液滴定Na2C2O4溶液，恰好反应（氧化产物为CO2，还原产物为Mn2+）时，消耗KMnO4溶液的体积为25.00 mL。该KMnO4的纯度为_%（保留小数点后一位）。【解析】（1）
16、根据实验流程可知反应中KClO3将MnO2氧化为K2MnO4，反应方程式为3MnO2+KClO3+6KOH 3K2MnO4+KCl+3H2O；反应为K2MnO4在酸性条件下的歧化反应，其离子方程式为。（2）操作过滤后所得滤渣为MnO2，可作为原料循环利用；所得滤液为KMnO4溶液（含KCl），经浓缩、结晶即可得KMnO4。=（3）由反应和反应可得关系式：3MnO22KMnO4261 3162.5 kg80%m m2.4 kg（4）根据题给信息可知KMnO4与Na2C2O4反应的离子方程式为,25.00 mLKMnO4溶液中含KMnO4的量为=0.632 g，则KMnO4的纯度为答案：（1）3M
17、nO2+KClO3+6KOH 3K2MnO4+KCl+3H2O（2）浓缩结晶MnO2 （3）2.4 kg (4)97.2=2.红矾钠（重铬酸钠：Na2Cr2O72H2O）是重要的基本化工原料，在印染工业、电镀工业和皮革工业中作辅助剂，在化学工业和制药工业中也可作氧化剂，应用领域十分广泛。实验室中红矾钠可用一种铬铁矿（主要成分：FeOCr2O3，还含有少量铝的氧化物）通过以下过程来制取。回答下列问题：（1）步骤中反应的化学方程式为：4FeOCr2O3+8Na2CO3+7O2=8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2，在常温下该反应速率极慢，下列措施中能使反应速率增大的是_。（填字母）A.将原料粉
18、碎B.增加纯碱的用量C.升高温度（2）步骤需将溶液的pH调至78，并煮沸，其目的是_。（3）步骤中发生反应的离子方程式为_。（4）利用下面的复分解反应，将红矾钠与KCl固体按12物质的量之比混合溶于水后经适当操作可得到K2Cr2O7晶体：Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl（已知：温度对氯化钠的溶解度影响很小，对重铬酸钾的溶解度影响较大）。基本实验步骤为：溶解；_；_；冷却、结晶，再过滤得K2Cr2O7晶体。其中应在_（填“高温”或“低温”）条件下进行。【解析】（1）将原料粉碎，即增大反应物的接触面积，可加快反应速率，由于纯碱是固体，固体用量的多少不影响化学反应速率，升高温度可加快反应速率。（2）由于题中明确指出铬铁矿中含有少量铝的氧化物，故后续操作必须除去铝，要注意的是本题不能回答除铁，原因是步骤中反应已生成Fe2O3。（3）利用步骤的反应可反推步骤中生成物是Na2Cr2O7，由此可知酸化时发生了的缩合反应。（4）由于进行冷却、结晶，故为趁热过滤。答案：（1）A、C（2）除去（3）（4）蒸发过滤高温
