高考化学二轮复习工艺流程题解题策略学案全国通用.docx
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高考化学二轮复习工艺流程题解题策略学案全国通用
专题八工艺流程题解题策略
一.化工生产流程的特点
原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的分离提纯→目标产物
一般出题者会针对每个步骤设置1～2个问题来引导考生读懂流程，所以最好带着问题来看流程，并注意体会题目的问法对你的启发。
例1：
锰是冶炼工业中常用的添加剂。
以碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）为原料生产金属锰的工艺流程如下：
电解废水
已知25℃，部分物质的溶度积常数如下：
物质
Mn（OH）2
Co（OH）2
Ni（OH）2
MnS
CoS
NiS
Ksp
2.1×10-13
3.0×10-16
5.0×10-16
1.0×10-11
5.0×10-22
1.0×10-22
（1）步骤Ⅰ中，MnCO3与硫酸反应的化学方程式是。
（2）步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+，反应的离子方程式是，加氨水调节溶液的pH为5.0-6.0，以除去Fe3+。
（3）步骤Ⅲ中，滤渣2的主要成分是。
（4）步骤Ⅳ中，在（填“阴”或“阳”）极析出Mn，电极反应方程式为。
（5）电解后的废水中还含有Mn2+，常用石灰乳进行一级沉降得到Mn（OH）2沉淀，过滤后再向滤液中加入适量Na2S，进行二级沉降。
进行二级沉降的目的是。
答案：
（1）MnCO3+H2SO4＝MnSO4+CO2↑+H2O（3分）
（2）MnO2+2Fe2++4H+＝Mn2++2Fe3++2H2O（3分）
（3）CoS和NiS（3分，错、漏均扣1分）
（4）阴（1分），Mn2++2e-＝Mn（3分）
（5）沉降得到MnS，以进一步去除废水中的Mn2+。
（3分）
二.常见的问题及文字描述答题模板
工艺流程题中的难点之一是文字描述，一般占2～3分，书写时要注意规范的化学术语
1.如何加快浸出速率，如何提高浸出率？
两个问题答法是否相同？
答：
前者：
搅拌、升温、适当增大酸浓度、
后者：
不断搅拌；适当提高反应温度；增加浸出时间
2.为什么要把反应温度控制在某个范围内？
从温度过高和过低两个角度回答，一般温度过低：
反应速率太慢；温度过高：
可能是导致反应物（如盐酸、有机物等）挥发、水解产物中有HCl生成的导致水解程度变大而使溶质改变、胶体发生聚沉、热稳定性差（如铵盐、结晶水合物、H2O2等）的物质发生分解等。
3.如何描述减压蒸发中“减压”的好处？
减压的好处或常压蒸发的缺点
例：
采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”：
常压蒸发温度过高，亚氯酸钠容易分解
4.如何描述pH值的检测
答：
把干燥pH试纸置于表面皿（或玻璃片）上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上，待显色后立即与标准比色卡比对即可读数。
5.为什么要调节pH值？
用什么物质来调节pH值？
调节pH值的原理是什么，用平衡移动原理解释？
5.如何描述焰色反应的操作？
（检验Na+、K+）
6.如何检验沉淀是否完全？
例：
检验溶液中SO42－是否沉淀完全的操作__________________________________
7.如何洗涤沉淀？
沿玻璃棒向漏斗（过滤器）的沉淀加蒸馏水至浸没沉淀，静置使液体自然流出，重复操作数次（3次）至沉淀洗涤干净。
8.如何检验沉淀是否洗涤完全
例：
检验该难溶沉淀中SO42－是否冼涤干净的操作__________________________________
答：
取最后一次洗涤液于试管中，先加入足量的盐酸，再加入少量BaCl2溶液，若无白色沉淀，则沉淀洗净
9.比较Ksp的数据判断沉淀之间的相互转化
例：
相同类型比较：
已知：
SrSO4、BaSO4的溶度积常数分别为3.3×10－7、1.1×10－10；加入硫酸的目的是除去溶液中的Ba2＋杂质，为了提高原料的利用率，滤液中Sr2＋的浓度应不高于______mol/L（注：
此时滤液中Ba2＋浓度为1×10－5mol/L）。
答案：
0.03
例：
用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO等杂质。
其次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的________（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。
经检测发现滤液中仍含有一定量的SO，其原因是___________【已知：
Ksp（BaSO4）=1.1×10-10Ksp（BaCO3）=5.1×10-9】答案：
BaSO4和BaCO3的Ksp相差不大，当溶液中存在大量CO32－时，BaSO4（s）会部分转化为BaCO3（s）
例：
不同类型比较：
已知：
Ksp（Ni（OH）2）:
5.0×10-16；Ksp（NiC2O4）:
4.0×10-10写出在NiC2O4的悬浊液中加入NaOH溶液所发生反应的离子方程式，该反应的平衡常数为。
答案：
NiC2O4+2OH-
Ni（OH）2＋C2O42-8.0×105L.mol-1
9.如何进行重结晶？
例：
（已知产品溶于乙醇，70℃时在乙醇中溶解度为ag）将粗产品溶解在中，按粗产品、溶剂的质量比为1:
混合，用水浴加热到70℃回流溶剂使粗产品充分溶解，冷却结晶，抽滤、干燥答案：
无水乙醇（1分）；100/a（2分）
10.如何稀释浓溶液：
类似浓硫酸的稀释操作
例：
反应后用40mL冰水稀释反应混合物的操作是：
____________________________
答：
待反应液稍冷后，在玻璃棒不断搅拌下将反应液沿烧杯壁慢慢倒入40ml冰水中
11.如何从溶液中获得晶体？
如何从CuCl2溶液中获得CuCl2·2H2O？
蒸发浓缩，冷却结晶，过滤
如何从CuSO4溶液中获得CuSO4·5H2O？
蒸发浓缩，冷却结晶，过滤
如何从CuCl2·2H2O中获得CuCl2粉末？
在HCl干燥气流中加热晶体
如何从CuSO4·5H2O中获得CuSO4粉末？
直接加热晶体
如何从CuCl2溶液中获得CuCl2粉末？
先蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得CuCl2·2H2O，然后在HCl干燥气流中加热晶体
如何从CuSO4溶液中获得CuSO4粉末蒸发结晶
从NaCl溶液中获取NaCl：
蒸发结晶
从KNO3溶液中获取KNO3：
蒸发浓缩，冷却结晶
NaCl混有KNO3：
蒸发浓缩，趁热过滤
KNO3混有NaCl：
蒸发浓缩、冷却结晶
12.沉淀物灼烧的恒重标准：
例：
将沉淀物加热，冷却至室温，用天平称量坩埚与加热后固体的总质量为hlg，再次加热并冷却至室温称量其质量为h2g，若h1-h2=0.3，还应进行的操作是_________________________________________________
答：
继续加热，冷却至室温、称量，直至两次连续称量质量差不超过0.1g
13.如何判断母液的主要成分
14.如何判断可循环利用的产物
15.如何用平衡移动解释一些现象的发生？
关键是找准可逆反应，常见的有电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等
例1：
Na2HPO4溶液呈碱性，加入足量的CaCl2溶液，溶液显酸性，溶液显酸性的原因是（从离子平衡角度分析）。
答：
Na2HPO4溶液中存在电离平衡，HPO42－
H++PO43－，加入CaCl2溶液，Ca2＋与PO43－结合生成Ca3（PO4）2沉淀，促使Na2HPO4电离平衡向右移动，H+浓度增大，溶液显酸性。
例2：
母液“除杂”后，欲得到（NH4）2SO4粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、____________。
浓缩时若温度过高，产品中将混有NH4HSO4，运用化学平衡移动原理解释其原因______________________________________________________________。
答：
（NH4）2SO4溶液中存在平衡：
NH4＋+H2O
NH3·H2O+H＋，温度过高NH3·H2O分解成NH3挥发使平衡向右移动，溶液酸性增强，从而生成NH4HSO4。
（3分）
例3：
……在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向所得AlCl3溶液中不断通入HCl气体，即可析出大量AlCl3·6H2O晶体，结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：
答：
AlCl3饱和溶液中存在溶解平衡：
AlCl3·6H2O
Al3＋（aq）+3Cl―（aq）+6H2O（l），通入HCl气体使溶液中c（Cl―）增大，平衡想析出固体的方向移动，从而析出AlCl3·6H2O晶体
16.根据流程中物质核心元素价态变化书写化学或离子反应方程式、电极方程式等
17.如何对比（评价）传统工艺和新工艺的优缺点？
三.产品的相关计算
1.产品纯度、产率的计算（滴定计算）
例1：
测定样品中Cl-含量的方法是：
a.称取0.7500g样品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用0.05000mol/LAgNO3溶液滴定至终点，消耗AgNO3溶液体积的平均值为20.39mL。
①上述测定过程中需要溶液润洗的仪器有。
②计算上述样品中CaCl2·2H2O的质量分数为。
答案：
酸式滴定管；99.91%
例1：
产品纯度检测：
称取1.000g产品溶解于适量水中，向其中加入含AgNO31.100×10－2mol的AgNO3溶液（溶液中除Cl－外，不含其他与Ag＋反应的离子），待Cl－完全沉淀后，用含Fe3＋的溶液作指示剂，用0.2000mol/L的NH4SCN标准溶液滴定剩余的AgNO3，使剩余的Ag＋以AgSCN白色沉淀的形式析出。
①滴定反应达到终点的现象是________________________________________________________________________。
②若滴定过程用去上述浓度的NH4SCN溶液20.00mL，则产品中SrCl2·6H2O的质量百分含量为____________（保留4位有效数字）。
答案：
溶液由无色变为血红色，且30s不褪色93.45%
例2：
利用K2Cr2O7标准溶液可以定量测定市售硫代硫酸钠试剂的纯度，步骤为:
①溶液配制:
称取1.0gNa2S2O3试样，用新煮沸并冷却的蒸馏水溶解，最终定容至100mL。
②滴定:
取10.00mL0.01mol·L-1K2Cr2O7标准溶液，加硫酸酸化，再加过量KI溶液。
③往步骤②所得溶液加入某指示剂，用Na2S2O3滴定至终点（2S2O32-+I2
S4O62-+2I-），记录Na2S2O3溶液用量，平行滴定3次.
（1）步骤①中必须使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、 和 。
（2）完成并配平步骤②中的离子反应:
Cr2O72-+（）+I-=I2+Cr3++H2O
（3）步骤③中，指示剂最好选用 ，该滴定应在接近中性的溶液中进行而不在强酸性溶液进行的原因是。
（4）若3次滴定Na2S2O3溶液的平均用量为12.00mL，则样品的纯度为。
（Na2S2O3的摩尔质量为158g·mol-1）。
答案：
（1）100mL容量瓶、胶头滴管（2分，各1分，100mL容量瓶未注明100mL不给分）`
（2）114（H+）6327（3分，H+1分，计量数2分）
（3）淀粉（1分），酸性时S2O32-迅速分解为S和SO2，影响样品纯度的测定（2分）
（4）79%（或0.79）（2分）
2.从原料到产品的连续计算（根据元素守恒的计算）
例：
从1000g锂离子电池正极材料（Li元素含量为5％）中可回收Li2CO3的质量为________g。
（已知回收率为84％，Li2CO3化学式量为74）答案：
222
例：
某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3（5.1%）、Fe2O3（3.1%）和MgO（0.5%）等杂质……100kg初级石墨最多可获得Al（OH）3的质量为___________kg。
答案：
7.8
例：
用电解KI溶液的方法制取Ca（IO3）2，每1kg碘化钾理论上可生产纯度为97.8%Ca（IO3）2的质量为____kg（计算结果保留3位有效数字）。
答案：
1.20
例：
若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为molCuAlO2，至少需要1.0mol•L—1的Al2（SO4）3溶液L。
答案：
5025
例：
为测量聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验（假设杂质中不含铁元素和硫元素）：
称取2.700g样品，将样品溶于足量的盐酸后，滴加过量的BaCl2;过滤、洗涤、干燥，称量固体的质量为3.495g。
若该聚铁主要成分为[Fe（OH）（SO4）]n，求该聚铁样品中铁元素的质量分数【Mr（BaSO4）=233Mr（Fe）=56】。
（结果保留4位有效数字）答案：
31.11%
四．综合练习
1.工业利用精炼镁渣（含有MgO、KCl、MgCl2、BaCl2、CaCl2、FeCl3等杂质）回收MgCl2的工业流程如下：
已知：
25℃时有关物质的溶度积如下：
物质
CaCO3
MgCO3
BaCO3
Mg（OH）2
Fe（OH）3
Ksp
4.96×10-9
6.82×10-6
5.1×10-9
5.61×10-12
2.64×10-38
回答下列问题：
（1）写出溶解时的离子方程式
（2）溶解时温度不能太高，也不宜太低，要求控制在35℃左右，其理由是
（3）操作I包含多个操作，分别为过滤，洗涤，烘干。
烘干时需要减压烘干，原因是。
（4）为减少Na2CO3的用量和提高产品质量，在中和工序（中和后溶液接近中性）结束前要检验溶液中是否存在离子，选择检验该离子的原因是
。
（5）母液的主要成分。
1.答案：
（1）MgO+2H+=H2O+Mg2+（2分）
（2）溶解时温度太低，反应速率过慢，温度太高， HCl会挥发（3分）
（3）蒸发浓缩，冷却结晶（2分）；降低烘干时的温度，防止MgCl2·6H2O分解（3分）
（4）Ba2+（2分）；BaCO3溶解度仅小于MgCO3的溶解度，而大于其他物质的溶解度，当Ba2+除尽其它杂质已经除尽（2分）
（5）KCl 、NaCl和MgCl2（2分）
2.软锰矿中含MnO2约70%，SiO2约20%，Al2O3约4%，其余为水分;闪锌矿中含ZnS约80%，FeS、CuS、SiO2共约7%，其余为水分。
科研人员开发了综合利用这两种资源的同槽酸浸工艺，制取Zn、MnO2和Na2SO4。
其工艺流程如下:
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）3
Fe（OH）3
Zn（OH）2
开始沉淀的pH
4.0
2.3
5.4
沉淀完全的pH
5.2
4.1
8.0
（1）Ⅰ的滤液中含有MnSO4、ZnSO4、CuSO4、Fe2（SO4）3、Al2（SO4）3等。
写出MnO2、CuS与硫酸反应的化学方程式:
。
（2）Ⅲ中调节溶液的pH至5.2～5.4，此时生成沉淀M的成分为 、 （填化学式）;Ⅲ中加入MnO2的作用是 。
（3）下图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线（g/100g水），则Ⅳ中得到Na2SO4固体的操作是将分离出MnCO3和ZnCO3后的滤液升温结晶、 、用乙醇洗涤后干燥。
乙醇洗涤而不用水洗的原因是 。
（4）Ⅴ是用惰性电极电解制得Zn和MnO2，则阳极的电极反应式为 。
（5）绿色化学思想在本工艺中得到了充分体现，在本工艺流程中可循环使用的物质有MnO2、ZnCO3、MnCO3、 和 （填化学式）。
2.
（1）MnO2+CuS+2H2SO4=S↓+MnSO4+CuSO4+2H2O
（2）Fe（OH）3 Al（OH）3 将Fe2+氧化成Fe3+
（3）趁热过滤 防止形成Na2SO4·10H2O
（4）Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+
（5）Zn H2SO4
3.下面是利用工业冶炼硫酸铜（含有Fe2+、AsO2-、Ca2+等杂质）提纯制备电镀硫酸铜的生产流程。
已知：
①Fe3+Cu2+开始沉淀pH分别2.7、5.4，完全沉淀pH分别为3.7、6.4;
②KSP[（Cu（OH）2]=2×10-20
（1）溶解操作中需要配制含铜64g/L的硫酸铜溶液100L，需要称量冶炼级硫酸铜的质量至少为Kg。
（2）氧化步骤中发生的离子反应方程式为①
②AsO2—+H2O2+H+=H3AsO4③H3AsO4+Fe3+=FeAsO4↓+3H+
（3）若要检验调节pH后溶液的Fe3+是否除尽，方法是；氧化后需要将溶液进行稀释，稀释后的溶液中铜离子浓度最大不能超过 mol·L-1。
（4）固体I的主要成分除FeAsO4外还有，操作Ｉ为
（5）利用以上电镀级硫酸铜作为电解质溶液，电解粗铜（含铁、银杂质）制备纯铜，写出阳极发生的电极反应方程式
3.答案：
（1）16（2分）
（2）H2O2+2H++2Fe2+=2Fe3++2H2O（2分）
（3）取少量溶液Ⅰ于试管，加入几滴KSCN溶液，若溶液不出现红色，则说明Fe3+已经除尽；2×10-2（各2分，共4分）
（4）Fe（OH）3、CaCO3（各1分，共2分）；蒸发浓缩、冷却结晶、过滤干燥（2分，答对两个给即可）
（5）Fe—2e—=Fe2+；Cu—2e—=Cu2+（各2分，共4分）
4.ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。
某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：
已知：
黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤。
（1）试剂X为Na2SO4和_____________的混合液，步骤①的浸取液里除含有Cu2+、Mn2+以外，还含有的金属离子有___________________，写出Cu溶解变为Cu2+离子方程式_______________________________________________。
（2）步骤②可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn2+，试写出相应的除去Mn2+的离子方
程式_________________________，
（3）步骤③加入试剂Y的目的是置换出Cu，则Y的化学式为_______，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是_____________。
（4）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是______________________________
（5）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO3·xZn（OH）2·yH2O]，取该样品6.82g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是________________。
（1） H2SO4（2分）, Fe3+、Cu2+（2分）
（2）Mn2++H2O2+H2O=MnO（OH）2↓+2H+（3分）,
（3）Zn（1分），Na2SO4（1分）
（4）取最后一次洗涤滤液1~2mL于试管中，向其中滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，
则表明已洗涤干净（答案合理即可）（2分）
（5）ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O或Zn3（OH）4CO3·H2O（3分）
5.污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。
某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）。
请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验室进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、、；其中玻璃棒的作用是。
（2）用MnCO3能除去溶液中的Al3＋和Fe3＋，其原理是。
（3）已知Ksp（CuS）＝8.4×10－45，Ksp（NiS）＝1.4×10－24；在除铜镍的过程中，当Ni2＋恰好完全沉淀（此时溶液中c（Ni2＋）＝1.0×10－5mol/L），溶液中Cu2＋的浓度是mol/L。
（4）工业上采用电解K2MnO4水溶液的方法来生产KMnO4，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式。
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO2含量的是__________。
（填编号）
a.NaOH溶液、酚酞试液b.稀H2SO4酸化的KMnO4溶液
c.碘水、淀粉溶液d.氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO4溶液可以通过（填操作名称）制得硫酸锰晶体（MnSO4•H2O，相对分子质量为169）。
已知废气中SO2浓度为8.4g/m3，软锰矿浆对SO2的吸收率可达90%，则处理1000m3燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体质量为kg（结果保留3位有效数字）。
答案：
（1）烧杯漏斗（各1分，共2分）；引流，防止液体溅出。
（2分）
（2）消耗溶液中的酸，促进Al3＋和Fe3＋水解生成氢氧化物沉淀（2分）
（3）6.0×10－26mol/L（2分）
（4）MnO42－—e－===MnO4－（2分）
（5）bc（2分）
（6）蒸发浓缩，冷却结晶（过滤），（2分）20.0（2分）
6.磷酸二氢钾（KH2PO4）在工业、农业、医药及食品等行业均有广泛的应用，有报道一种湿法磷酸萃取制备磷酸二氢钾的工艺流程如下图所示（部分流程步骤已省略）：
已知萃取的主要反应原理：
KCl+H3PO4
KH2PO4+HCl；
HCl+E（表示有机萃取剂）
HCl•E；
请回答下列问题：
（1）在实验室实现流程图中操作X需要的主要玻璃仪器是；流程图中物质A是；
（2）副产品B的化学式是；一系列操作Y，具体包括、洗涤、干燥；
（3）评价该工艺的优点、（任写两点）；
（4）若用1000kg质量分数为56%的磷酸溶液，产率为98%，则可生产KH2PO4的质量为：
kg；（5）萃取一步是该流程的核心操作，萃取率、杂质脱除率受众多因素影响，请从右图中寻找出投料比
对萃取率和杂质脱除率影响的主要规律或结论（任写两条）：
①；
②。
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