工藝流程圖解題技巧

無機化工流程題的解題策略化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關的化學知識步步設問，是無機框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為根底，與化工生產(chǎn)本錢、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、別離提純等根本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應用，要求考生依據(jù)流程圖分析原理，緊扣信息，抓住關鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性，是近幾年高考化學命題的?？碱}型,全國一卷近4年必考題型。題型一物質(zhì)制備類化工流程題例1、(2023·江蘇，16)氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應用廣泛。硫酸鎂復原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索。以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量FeCO3)為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下：酸溶前一般先把菱鎂礦研磨成礦粉，目的是______________________；MgCO3與稀硫酸反響的離子方程式為____________________________________。(2)參加H2O2氧化時，發(fā)生反響的化學方程式為___________________________。(3)濾渣2的成分是________(填化學式)。(4)煅燒過程存在以下反響：利用以下圖裝置對煅燒產(chǎn)生的氣體進行分步吸收或收集。①D中收集的氣體是________(填化學式)。②B中盛放的溶液可以是________(填字母)。a．NaOH溶液b．Na2CO3溶液c．稀硝酸d．KMnO4溶液③A中得到的淡黃色固體能與熱的NaOH溶液反響，產(chǎn)物中元素的最高價態(tài)為＋4，寫出該反響的離子方程式：_________________________?？茖W審題明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程：題型二以混合物的別離、提純?yōu)槟康墓に嚵鞒填}例2、(2023·全國新課標Ⅱ，27)氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等雜質(zhì)]的流程如下：提示：①在本實驗條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化，②高錳酸鉀的復原產(chǎn)物是MnO2。答復以下問題：反響②中除掉的雜質(zhì)離子是__________，發(fā)生反響的離子方程式為__________；在加高錳酸鉀溶液前，假設pH較低，對除雜的影響是________________。反響③的反響類型為____________，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有__________。(3)反響④形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是________________。(4)反響④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2，取枯燥后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g，那么x等于__________。科學審題明確物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程：【解題策略】1.一個完整的無機化工生產(chǎn)流程一般具有以下過程：目標產(chǎn)物原料核心化學反響產(chǎn)品的提純和目標產(chǎn)物原料核心化學反響產(chǎn)品的提純和別離對原料的預處理2.各過程涉及的考點：〔1〕對原料進行預處理的常用方法及其作用：①研磨：減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反響速率。②水浸：與水接觸反響或溶解。③酸浸：與酸接觸反響或溶解，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去。近年來，在高考題出現(xiàn)了“浸出〞操作。在化工生產(chǎn)題中，礦物原料“浸出〞的任務是選擇適當?shù)娜軇?，使礦物原料中的有用組分或有害雜質(zhì)選擇性地溶解，使其轉(zhuǎn)入溶液中，到達有用組分與有害雜質(zhì)或與脈石組分相別離的目的。④灼燒：除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)，將有機碘轉(zhuǎn)化為碘鹽。⑤煅燒：改變結(jié)構(gòu)和組成，使一些物質(zhì)能溶解；并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土和石灰石。核心化學反響要掌握：①元素及其化合物知識：化工生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程，也是物質(zhì)經(jīng)歷相互轉(zhuǎn)化的過程。理解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關系，就要用到元素及其化合物的相關知識。一般圍繞鐵、銅、鋁、鎂、氯、硫、磷、硅等元素的單質(zhì)或化合物的工業(yè)制備來進行命題，需要掌握這些元素及其化合物的知識②還要掌握有關化工生產(chǎn)的知識，熟悉的有純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硅單質(zhì)的制備、氯堿工業(yè)、海水中提取鎂、海水中提取溴等；③化學反響原理：化工生產(chǎn)中把原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程就是化學反響的過程，從化學反響原理的角度選擇原料、控制條件和選擇設備等，是化工生產(chǎn)的根本思路。化學反響原理的相關知識包括質(zhì)量守恒定律、化學反響速率、化學平衡、電化學、化學熱力學等，做到能綜合運用這些知識分析化工生產(chǎn)中化學反響的情況。〔3〕化工生產(chǎn)過程中別離提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學根本實驗的原理緊密聯(lián)系，包括過濾、洗滌、蒸發(fā)、結(jié)晶、蒸餾、萃取、分液等根本實驗操作及原理，并要熟悉所用到的相關儀器。〔4〕對整個工藝流程能進行評價:①表達綠色化學思想〔使用無毒無害原料，采用原子利用率高的制備路線，原料的循環(huán)利用，副產(chǎn)物綜合利用，節(jié)能，等〕；②高效節(jié)能方面〔原料廉價，工藝簡單，產(chǎn)品的純度高，能耗低等〕〔5〕化學計算：純度，轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率計算，有效數(shù)字的取舍2.解答根本步驟〔1〕讀題頭，得目的，劃原料，明產(chǎn)品，解決“干什么〞一般采用“首尾分析法〞：通過閱讀題頭，了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設問中的提示性信息，通過比照分析工業(yè)流程示意圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，弄清從原料出發(fā)，要得到最終產(chǎn)品，必須除去什么元素、引進什么元素。(2)讀題問，逐空填答，用語要標準，解決“怎么寫〞從化學原理的角度、用化學語言作答；要抓住主要問題，針對具體問題作具體分析。具體答題要點如下：=1\*GB3①答題所問：要看清題目要求，按要求答題。如：寫離子方程式還是化學方程式；寫物質(zhì)的名稱還是化學式等；方程式中反響物、產(chǎn)物的分子式書寫要正確；尤其是化學方程式要配平，電極反響式和化學方程式一定要書寫正確；正確使用等號或可逆符號；沉淀、氣體、水溶液等符號要標明。②準確、標準：答復以下問題的要準確全面，注意語言表達的標準性，例如評價或比擬實驗方案時要全面考慮：反響物種類多少、是否易得、是否對環(huán)境有污染；反響產(chǎn)物的種類多少，對目標產(chǎn)物的別離和提純是否有影響；反響條件是否苛刻；儀器、設備是否要求高；工藝流程、實驗步驟的多少。③注意答題的完整性：要答到對產(chǎn)品生產(chǎn)的影響這一步！除雜：除去……中的……(只寫“除雜〞一類是不給分的)3.注意歸納答題的套路(1)增大原料浸出率(離子在溶液中的含量多少)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。(2)加熱的目的：加快反響速率或促進平衡向某個方向(一般是有利于生成物生成的方向)移動。(3)溫度不高于××℃的原因：適當加快反響速率，但溫度過高會造成(如濃硝酸)揮發(fā)、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促進(如AlCl3)水解等，影響產(chǎn)品的生成。(4)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大的晶體)的方法：蒸發(fā)濃縮(至有晶膜出現(xiàn))、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗)、枯燥。(5)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法:蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾(如果溫度下降，雜質(zhì)也會以晶體的形式析出來)、洗滌、枯燥。(6)溶液配制、灼燒、蒸發(fā)、過濾用到的儀器。(7)控制某反響的pH值使某些金屬離子以氫氧化物的形式沉淀:調(diào)節(jié)pH所用試劑為主要元素對應的氧化物、碳酸鹽、堿，以防止引入新的雜質(zhì)；pH別離時的范圍確定、范圍過小的后果(導致某離子沉淀不完全)或過大的后果(導致主要離子開始沉淀)。(8)減壓蒸餾(減壓蒸發(fā))的原因：減小壓強，使液體沸點降低，防止(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)受熱分解、揮發(fā)。(9)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，向上層清液中滴入沉淀劑，假設無沉淀生成，那么離子沉淀完全。(10)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，假設……，那么沉淀洗滌干凈。(11)洗滌的目的：=1\*GB3①除掉附著在沉淀外表的可溶性雜質(zhì)。②提高可溶性物質(zhì)的產(chǎn)率(12)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2～3次。(13)冰水洗滌的目的：洗去晶體外表的雜質(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。(14)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，得到較枯燥的產(chǎn)物。(15)蒸發(fā)、反響時的氣體氣氛：抑制某離子的水解，如加熱蒸發(fā)AlCl3溶液時為獲得AlCl3需在HCl氣流中進行。(16)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的氣體(如氧氣)防止某物質(zhì)被氧化。【針對訓練】1、近年來，硫化銅礦的濕法冶煉技術已經(jīng)取得了很大的進展?，F(xiàn)有一種催化氧化酸浸硫化銅礦的冶煉法，其工藝流程如圖1所示：答復以下問題：那么由1molCuFeS2生成1molCu，共消耗________molO2。在反響③中氧化劑為________，當有0.3mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時，生成SO2的體積為________(標準狀況)。(2)寫出反響1的化學方程式：________________________，濕法煉銅與火法煉銅相比，優(yōu)點是____________________。(3)從溶液中得到FeSO4·7H2O晶體的操作是___________________________________；實驗時常用乙醇洗滌晶體，優(yōu)點是________________________________________。2、鋇鹽行業(yè)生產(chǎn)中排出大量的鋇泥[主要含有、、、等]。某主要生產(chǎn)、、的化工廠利用鋇泥制取，其局部工藝流程如下：〔1〕酸溶后溶液中，與的反響化學方程式為。〔2〕酸溶時通?？刂品错憸囟炔怀^70℃，且不使用濃硝酸，原因是、。〔3〕該廠結(jié)合本廠實際，選用的X為〔填化學式〕；中和Ⅰ使溶液中〔填離子符號〕的濃度減少〔中和Ⅰ引起的溶液體積變化可忽略〕。〔4〕上述流程中洗滌的目的是。3、高純六水氯化鍶晶體〔SrCl2?6H2O〕具有很高的經(jīng)濟價值，工業(yè)上用難溶于水的碳酸鍶〔SrCO3〕為原料〔含少量鋇和鐵的化合物等〕，制備高純六水氯化鍶晶體的過程為：：Ⅰ．SrCl2?6H2O晶體在61℃時開始失去結(jié)晶水，100℃時失去全部結(jié)晶水．Ⅱ．有關氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH表：氫氧化物Fe〔OH〕3Fe〔OH〕2開始沉淀的pH1.56.5沉淀完全的pH3.79.7操作①加快反響速率的措施有__________〔寫一種〕．碳酸鍶與鹽酸反響的離子方程式__________．〔2〕酸性條件下，參加30%H2O2溶液，將Fe2+氧化成Fe3+，其離子方程式為__________．〔3〕在步驟②﹣③的過程中，將溶液的pH值由1調(diào)節(jié)至4時，宜用的試劑為__________．A．氨水B．氫氧化鍶粉末C．氫氧化鈉D．碳酸鈉晶體〔4〕操作③中所得濾渣的主要成分是__________〔填化學式〕．〔5〕步驟④的操作是__________、__________．〔6〕工業(yè)上用熱風吹干六水氯化鍶，適宜的溫度是__________A．50～60℃B．70～80℃C．80～100℃D．100℃以上．4、孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，還含少量FeO、SiO2。以孔雀石為原料可制備CuSO4·5H2O步驟如下：(1).寫出孔雀石與稀硫酸反響的化學方程式：________________________________，為了提高原料浸出速率，可采取的措施有______________________〔寫出兩條〕。(2).溶液A的金屬離子有Cu2+、Fe2+。實驗步驟中試劑①最正確選〔填代號〕。a．KMnO4b．Cl2c．H2O2d．HNO3〔3〕溶液B中參加CuO作用是_____________________________。〔4〕常溫下Fe(OH)3的Ksp=1×10-39，假設要將溶液中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，使溶液中c(Fe3+)降低至1×10—3mol／L，必需將溶液pH調(diào)節(jié)至?！?〕由溶液C獲得CuSO4·5H2O晶體，需要經(jīng)_____________、___________和過濾?！?〕可用KMnO4標準溶液測定溶液A中Fe2+的濃度，量取A溶液20.00ml，用0.010mol/L酸性KMnO4標準溶液滴定，消耗KMnO410.00ml,A溶液中Fe2+的物質(zhì)的量濃度___mol/L.〔反響原理：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O〕5、某化學興趣小組利用廢棄鋁礦〔含CuO、Al2O3及SiO2〕，模擬工業(yè)上提取鋁的工藝，設計如以下圖所示的簡單操作流程：：局部陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：答復以下問題：〔1〕濾渣主要成分的化學式為______________________。灼燒Al〔OH〕3時，用到多種硅酸鹽質(zhì)的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有___________〔填儀器名稱〕。〔3〕溶液Y中要參加稍過量原料A，原料A的化學式是_________，=5\*GB3⑤的離子方程式是__________________。〔4〕操作流程中③的離子方程式為_______________________。〔5〕鋁電池性能優(yōu)越，Al—Ag2O電池可用作水下動力電源，其原理如下圖：請寫出該電池正極反響式。6、硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途．以鐵硼礦〔主要成分為Mg2B2O5?H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等〕為原料制備硼酸〔H3BO3〕的工藝流程如下圖：答復以下問題：〔1〕寫出Mg2B2O5?H2O與硫酸反響的化學方程式．為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施有〔寫出兩條〕．〔2〕利用的磁性，可將其從“浸渣〞中別離．“浸渣〞中還剩余的物質(zhì)是〔化學式〕．〔3〕“凈化除雜〞需先加H2O2溶液，作用是．然后在調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是．〔4〕“粗硼酸〞中的主要雜質(zhì)是〔填名稱〕．〔5〕以硼酸為原料可制得硼氫化鈉〔NaBH4〕，它是有機合成中的重要復原劑，其電子式為．單質(zhì)硼可用于生成具有優(yōu)良抗沖擊性能硼鋼．以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學方程式表示制備過程．7、二氧化氯〔ClO2，黃綠色易溶于水的氣體〕是高效、低毒的消毒劑，答復以下問題：〔1〕工業(yè)上可用KClO3與Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，該反響氧化劑與復原劑物質(zhì)的量之比為．〔2〕實驗室用NH4Cl、鹽酸、NaClO2〔亞氯酸鈉〕為原料，通過以下過程制備ClO2：①電解時發(fā)生反響的化學方程式為．②溶液X中大量存在的陰離子有．③除去ClO2中的NH3可選用的試劑是〔填標號〕a．水b．堿石灰c．濃硫酸d．飽和食鹽水〔3〕用如圖裝置可以測定混合氣中ClO2的含量：Ⅰ．在錐形瓶中參加足