大题题型专攻2 化学工艺流程的解答策略.docx

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大题题型专攻2化学工艺流程的解答策略

大题题型专攻二

　化学工艺流程的解答策略

[题型简介]　

1．试题特点

化学工艺流程试题是全国卷的必考题型。

化学工艺流程是将化工生产过程中主要生产阶段以流程框图形式呈现出来。

涉及的知识包含元素及其化合物的性质、制备、分离提纯等化学问题。

试题涉及的知识面多而杂，难度较大。

2．试题类型

化工流程试题的构成：

题干→流程图→设问

（1）制备型

（2）提纯型

1．审读试题三步骤

（1）读题干——明确原料成分和生产目的。

（2）读流程——分析明确流程转化原理和目的。

（3）读设问——明确所答问题，答什么。

2．破题关键

（1）看原料：

明确化工生产或化学实验所需的材料。

（2）看目的：

把握题干中的“制备”或“提纯”等关键词，确定化工生产或化学实验的目的。

（3）看箭头：

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）。

（4）看三线：

主线主产品；分支副产品；回头为循环。

（5）找信息：

明确反应条件的控制和分离提纯方法。

（6）关注所加物质的可能作用：

参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。

3．破题方法

（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。

（14分）（2018·全国卷Ⅱ）我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。

一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0（Mn＋）＝0.1mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Fe3＋

Fe2＋

Zn2＋

Cd2＋

开始沉淀的pH

1.5

6.3

6.2

7.4

沉淀完全的pH

2.8

8.3

8.2

9.4

回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_________________________

________________________________________________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是________。

（3）溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为

___________________________________________________________；

沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。

[命题立意]

设问

知识落点

核心素养

（1）

书写ZnS焙烧的化学方程式

宏观辨识与微观探析

（2）

①Zn、Fe、Cd、Pb的硫酸盐的溶解性及SiO2的溶解性

证据推理与模型认知科学探究与创新意识

②Fe2＋、Zn2＋、Fe3＋中Fe2＋、Fe3＋的沉淀与分离

③Fe2＋的还原性

（3）

Cd2＋与Zn反应的离子方程式

变化观念与微观探析

（4）

电解ZnSO4溶液制备Zn原理和电极反应式的书写

科学精神与社会责任

（1）原料成分：

主要成分为ZnS、杂质成分为SiO2、FeS、CdS、PbS。

（2）流程目的：

制备锌。

（3）题给信息：

Fe3＋易沉淀除去，Fe2＋与Zn2＋沉淀所需pH相近，Cd2＋比Zn2＋难沉淀。

（4）流程分析

【解析】　

（1）在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。

（2）溶液中的Pb2＋与SO不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。

氧化除杂工序中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。

由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。

（3）根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。

（4）结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。

沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序循环使用。

【答案与评分标准】　

（1）2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2（2分，漏条件扣1分，不配平，不给分）

（2）PbSO4（2分）　调节溶液的pH（2分或与溶液中H＋反应，调节pH，使Fe3＋沉淀而除去也给2分）　无法除去杂质Fe2＋（2分）

（3）Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋（2分，写化学方程式不给分）

（4）Zn2＋＋2e－===Zn（2分，或2Zn2＋＋4e－===2Zn也给2分）　溶浸（2分）

[题后升华]

1．原料预处理的5种常用方法

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

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，不溶物通过过滤除去

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

2.制备过程中控制反应条件的6种常用方法

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：

①能与H＋反应，使溶液pH变大；②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或Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等

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

使用合适的催化剂

加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间

趁热过滤

防止某物质降温时析出

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.物质分离的6种常用方法

1．（2018·西安八校联考）硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO（占40%），还有CaO、MnO2、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MgSO4·7H2O的流程如下：

根据题意回答下列问题：

（1）实验中需用1mol·L－1的硫酸800mL，若用18.4mol·L－1的浓硫酸来配制，量取浓硫酸时，需使用的量筒的规格为________。

A．10mL　　　　　　B．20mL

C．50mLD．100mL

（2）加入的NaClO可与Mn2＋反应：

Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋2H＋＋Cl－，还有一种离子也会被NaClO氧化，该反应的离子方程式为_____________

____________________________________________________________。

（3）滤渣中除含有Fe（OH）3、Al（OH）3外，还有______________________。

（4）在“除钙”前，需检验滤液中Fe3＋是否被除尽，简述检验方法：

__________________________________________________________

___________________________________________________________。

（5）已知MgSO4、CaSO4的溶解度（g/100gH2O）如下表：

温度/℃

物质　　

40

50

60

70

MgSO4

30.9

33.4

35.6

36.9

CaSO4

0.210

0.207

0.201

0.193

“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据上表数据，简要说明操作步骤：

____________________________________________。

“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，________，便得到了MgSO4·7H2O。

（6）实验中提供的硼镁泥共100g，得到的MgSO4·7H2O为172.2g，则MgSO4·7H2O的产率为________。

【解析】　

（1）实验中需用1mol·L－1的硫酸800mL，则配制时需用1000mL的容量瓶配成1000mL溶液。

设需要18.4mol·L－1的浓硫酸的体积为VmL，则18.4mol·L－1×V×10－3L＝1mol·L－1×1L，解得V＝54.3。

故需使用的量筒的规格为100mL。

（2）硫酸酸解得到的溶液中含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Ca2＋等金属离子，加入NaClO，Fe2＋也会被氧化，离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。

（3）滤渣中还含有不溶于硫酸的SiO2及氧化生成的MnO2。

（4）加入KSCN溶液，检验Fe3＋是否被除尽。

（5）MgSO4的溶解度受温度影响大，而CaSO4的溶解度受温度影响小，故选择蒸发浓缩，趁热过滤的方法除去CaSO4。

“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，便得到了MgSO4·7H2O。

（6）根据关系式：

MgO～MgSO4·7H2O，MgSO4·7H2O的理论产量为100g×40%×＝246g，故MgSO4·7H2O的产率为×100%＝70%。

【答案】　

（1）D

（2）2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O

（3）MnO2、SiO2

（4）取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，如果溶液不变血红色，则说明滤液中不含Fe3＋，如果溶液变血红色，则说明滤液中含Fe3＋

（5）蒸发浓缩，趁热过滤　过滤（或过滤、洗涤）

（6）70%

2．（2018·山西八校联考）某科研小组采用如下方案回收废旧光盘金属层中的少量Ag（金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略）。

已知①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：

3NaClO===2NaCl＋NaClO3

②AgCl可溶于氨水：

AgCl＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]＋＋Cl－＋2H2O

③常温时N2H4·H2O（水合肼）能还原[Ag（NH3）2]＋：

4[Ag（NH3）2]＋＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH＋4NH3↑＋H2O

（1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为______________________。

（2）NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为__________________________。

HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是_____________________________

_________________________________________________________。

（3）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并______________________________________。

（4）从“过滤Ⅱ”得到的滤液中获取单质Ag的过程中，在加入2mol·L－1水合肼溶液后，后续还需选用的试剂有________（①1mol·L－1H2SO4溶液、②10%氨水、③1mol·L－1NaOH溶液，填序号）。

反应完全后欲获取纯净的单质银需再进行的实验操作为__________________。

【解析】　

（1）控制反应温度为80℃，可以选择水浴加热。

（2）根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式。

HNO3也能氧化Ag，硝酸作氧化剂时通常被还原为有毒的氮氧化物而污染环境，所以HNO3代替NaClO的缺点是会释放出氮氧化物，造成环境污染。

（3）为提高Ag的回收率，需对过滤Ⅱ的滤渣进行洗涤（洗涤的目的是把滤渣表面残留的银氨配离子洗涤下来），并将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中。

（4）“过滤Ⅱ”得到的滤液中含有银氨配离子，根据已知信息③，常温时N2H4·H2O（水合肼）能与[Ag（NH3）2]＋反应产生氨气，氨气有强烈的刺激性气味，会污染空气，因此需要进行尾气吸收，可用硫酸吸收。

完全反应后将混合物过滤、洗涤、干燥即可得到纯净的单质银。

【答案】　

（1）水浴加热

（2）4Ag＋4NaClO＋2H2O4AgCl↓＋4NaOH＋O2↑　会释放出氮氧化物，造成环境污染

（3）将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中

（4）①　过滤、洗涤、干燥

3．（2018·哈尔滨三中一模）铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质。

湿法炼锌产生的铜镉渣用于生产金属镉的工艺流程如下：

表中列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（金属离子的起始浓度为0.1mol·L－1）

氢氧化物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Cd（OH）2

开始沉淀的pH

1.5

6.5

7.2

沉淀完全的pH

3.3

9.9

9.5

（1）酸浸时粉碎铜镉渣的目的是___________________________________

__________________________________________________________。

（2）操作Ⅰ产生的滤渣主要成分为____________（填化学式）。

（3）①操作Ⅲ中先加入适量H2O2，发生反应的离子方程式为__________________________________________________________。

②再加入ZnO控制反应液的pH，pH范围为________，判断依据是______________________________________________________。

③若加入的H2O2不足，加入ZnO后所得的电解液中会含有Fe元素。

请设计实验方案加以鉴别：

_____________________________________

___________________________________________________________。

（4）处理含镉废水常用加入碳酸钙实现沉淀转化，该沉淀转化的反应方程式为___________________________________________________________。

除去工业废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c（Ca2＋）＝0.1mol·L－1，溶液中c（Cd2＋）＝________mol·L－1[已知25℃，Ksp（CdCO3）＝5.6×10－12，Ksp（CaCO3）＝2.8×10－9]。

【解析】　

（2）加入稀H2SO4，Zn、Fe、Cd、Co都与稀H2SO4反应，只有Cu不反应，故滤渣为Cu。

（3）①加入适量H2O2，将Fe2＋氧化为Fe3＋，根据氧化还原规则和质量守恒定律可知反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

②加入ZnO提高pH，将Fe3＋转化为Fe（OH）3过滤除去，同时不能损失Cd2＋，所以控制反应液的pH范围为3.3～7.2。

③若加入的H2O2不足量，则待电解溶液中有Fe2＋残余。

（4）除去废水中的Cd2＋时，若反应达到平衡后溶液中c（Ca2＋）＝0.1mol/L，则溶液中的c（CO）＝Ksp（CaCO3）÷c（Ca2＋）＝2.8×10－9÷0.1＝2.8×10－8mol/L，溶液中c（Cd2＋）＝Ksp（CdCO3）÷c（CO）＝5.6×10－12÷2.8×10－8＝2×10－4mol/L。

【答案】　

（1）增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高原料的浸出率

（2）Cu

（3）①2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O

②3.3≤pH＜7.2　根据表格中的信息可知在3.3≤pH＜7.2时，能确保Fe3＋沉淀完全，而Cd2＋不会沉淀

③取待电解液少量于试管中，向其中滴加H2O2后再滴入KSCN溶液，若溶液变红{或向其中滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀}，则待电解液中含有Fe元素（其他合理答案也可）

（4）CaCO3（s）＋Cd2＋（aq）

CdCO3（s）＋Ca2＋（aq）　2.0×10－4