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高中化学之化学工艺流程题

高中化学之化学工艺流程题（总39页）

化学工艺流程题

从近几年高中课改实验省区及上海高考化学试题来看，新课程改革后的高考化学试题，己非常重视与生产、生活的紧密联系。

化学生产技术的“工艺流程题”已成为新课改后的高考新亮点和主流题型。

该类型题目的特点是：

1.试题源于生产实际，以解决课堂互动探究化学实际问题为思路进行设问，充分体现了理论与实践相结合的观点。

2.试题内容丰富，涉及基础知识较为全面，较好地考查学生对“双基”的掌握情况。

3.题目难度为中等以上，分值较大，区分度强。

要解好这一类题，学生最重要的是要克服畏惧心理，认真审题，找到该实验的目的。

一、无机工艺流程题的结构、分类及解题技巧等

1、无机工艺流程题的结构和分类

无机化学丁艺流程题。

顾名思义。

就是将无机化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图或生产装置形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化上生产紧密联系的化上工艺试题。

无机工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括附产品）；题干部分主要用框图（或生产装置）形式将原料到产品的丰要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据生产过程中涉及到的化学知识设制成系列问题，构成一道完整的化学试题。

无机工艺流程题是新课程改革后才被引起高度重视的，因此，市面上流传的试题并不很多。

就目前已存在的试题来看，从主要化工工艺来分可以分为基础化工工艺题和精细化工工艺题；以生产过程中主要工序可分为除杂提纯工艺流程题（如海水纯化工艺流程题）、原材料化学转化丁艺流程题、电解流程题、有机合成题和资源能源综合利用工艺生产流程题等；按资源的不同，可将工艺流程题分为利用夸气资源生产的工艺流程题（如合成氨工艺流程题）、利用水资源生产的工艺流程题（如海水制盐、氯碱工业、海水提溴碘、海水提镁等）、利用矿产资源生产的工艺流程题（工业制硫酸、冶铁炼钢等）、利用化石燃料生产的上艺流程题（如有机合成工艺题）等。

2、解题技巧

（1）解题思路

　无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：

一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产量和产率；四是减少污染，注意环保，发展“绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。

命题者围绕以上几方面设问，我们的解题思路是：

从生产目的（标）出发，读懂框图（流程）。

解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。

分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：

A.反应物是什么，B.发生了什么反应，C.该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。

抓住一个关键点：

一切反应或操作都是为了获得产品。

从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。

对反应条件的分析可从以下几个方面着手：

对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响（如可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑）。

（2）知识贮备

熟练掌握元素化合物的性质

首先抓住物质类别的通性和具体物质的特性．其次分析物质所含元素化合价的可变性（即物质的氧化性和还原性）】，判断哪些物质之间能发生反应，生成物是什么。

控制反应条件的方法

蒸发、反应时的气体氛围；控制溶液的酸碱度使某些金属离子形成氢氧化物沉淀（大部分利用水解原理）。

如Mg2+、Fe3+、Al3+的混合物分离，通常采用调节溶液的pH除去杂质达到提纯目的。

在这过程中要选择合适的试剂．不要引入新杂质。

熟练掌握分离、提纯的实验技能，如溶解、过滤、蒸馏、结晶、重结晶等，明确结晶的几种方法。

工业生产中。

往往是从多种溶质或一种溶质的溶液中提取目标固体产物。

需要用到结晶工艺。

当溶液是单一溶质时：

最后所得晶体不带结晶水（如NaCl、KNO3）；蒸发浓缩（至有晶膜出现）、冷却结晶、过滤．最后所得晶体带结晶水（如CuSO4·5H2O、摩尔盐）。

当溶液中有两种或以上溶质时。

经浓缩蒸发，其中溶解度最小、受温度影响最大的溶质。

被趁热过滤成滤渣．而滤液中溶解度最小的溶质是饱和溶液。

然后冷却结晶。

过滤，得另一溶质（溶解度最大、受温度影响最大的溶质）。

熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理和化工生产中的一些常用名词

浸出：

固体加入水或酸溶解得到离子。

浸出率：

加酸使矿石溶解后。

离子在溶液中的含量多少。

酸浸：

是指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液。

不溶物通过过滤除去。

水浸：

与水接触反应或溶解，也可能离子发生了水解反应。

水洗：

通常是为了除去水溶性的杂质。

酸洗：

通常指清洁金属表面的一种方法。

是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理步骤。

即将制件浸入硫酸等酸的水溶液．以除去金属表面的氧化物等薄膜。

（2）实验条件的控制和目的

①调节溶液的pH值：

使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，

防止某些离子的氧化等。

在题目中常以表格形式给出信息。

②控制体系的温度

a．控制低温：

防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3（浓）等；防止物

质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收。

b．采取加热：

加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；

使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某

物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质。

c．控制范围：

确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防

止副反应发生等。

（3）物质分离或提纯常用的化学方法

①溶解法：

利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe（Al）可用过量的NaOH溶液而除去

Al，CO2（HCl、H2O）先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。

②沉淀法：

a.加合适的沉淀剂（要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后

续步骤中易除去）。

b.调节溶液的酸碱性。

③洗涤法：

a.水洗，b.冰水洗，c.有机溶剂洗，其目的是：

洗去目标物表面的杂质离子；

减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。

（4）可循环物质的判断

①流程图中回头箭头的物质

②生产流程中后面新生成或新分离的物质（不要忽视结晶后的母液），可能是前面某一步

反应的相关物质。

熟练掌握化学计算的方法技巧，如守恒法、关系式法、差量法等。

二、经典题

典型题Ⅰ、（2013·江苏）某厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg（CO3）2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：

沉淀物

Fe（OH）3

Al（OH）3

Mg（OH）2

pH

3.2

5.2

12.4

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见上表，请回答下列问题：

（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有_________（要求写出两条）。

（2）滤渣Ⅰ的主要成分有____________________________。

（3）从滤液Ⅱ中可回收利用的主要物质有________________________。

（4）Mg（ClO3）2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：

MgCl2+2NaClO3=Mg（ClO3）2+2NaCl

已知四种化合物的溶解度（S）随温度（T）变化曲线如下图所示：

①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg（ClO3）2。

简述可制备Mg（ClO3）2的原因：

_______________________________________________________________

②按①中条件进行制备实验。

在冷却降温析出Mg（ClO3）2过程中，常伴有NaCl析出，原因____________________________。

除去产品中该杂质的方法是：

_______________

【解析】本题以硼砂生产过程中产生的固体废料为原料设置工艺流程图，回收金属镁，该题实质上是除杂提纯工艺流程题，主要考查学生对常见金属及其化合物主要性质，离子反应实质应用基础知识解决化学问题的能力以及对图表的观察、分析能力。

（1）固体废料中几种镁盐均难溶于水（其中MgCO3微溶），可溶于稀H2SO4并与之反应，生成气体CO2、Mg2+、Fe3+、Al3+、SO42-、H2O、难溶的H2Si03（或H4Si04）和微溶的CaSO4为使Mg2+充分浸出，可适当提高反应温度、加过量稀H2SO4延长浸出时间等措施。

（2）由题给表格信息可知，调节pH=5.5时。

Fe3+、Al3+都分别完成转化为Fe（OH）3沉淀、AI（OH）3沉淀，而Mg2+却未被完全沉淀或转化；（3）加NaOH溶液调节pH=12.5时，Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓，溶液中的Na2SO4可以回收利用；（4）①复分解反应的条件之一是溶解度较大的化合物制备溶解度较小的化合物，由题给溶解度曲线可知，相同温度下溶解度：

Mg（C1O3）2>NaClO3>MgCl2>NaCl,且NaCl和Mg（C1O3）2的溶解度随温度变化而变化程度明显不同，较高温度时NaCl先达到饱和状态或被沉淀析出晶体；②降低饱和溶液的温度，在Mg（C1O3）2大量析出的同时，NaCl也会少量析出；将所得晶体再溶于蒸馏水配成热饱和溶液，再进行重结晶。

【答案】

（1）适当提高反应温度、增加浸出时间（或其他合理答案）

（2）Al（OH）3、Fe（OH）3

（3）Na2SO4

（4）①在某一温度时，NaCl最先达到饱和析出；Mg（ClO3）2的溶解度随温度的变化最大；NaCl溶解度与其他物质的溶解度有一定差别

②降温前，溶液中NaCl已饱和；降温过程中，NaCl溶解度降低，会少量析出重结晶

【解后反思】分析简单的实验或化工流程图和溶解度图像是关键，要善于总结规律。

典型题Ⅱ（2012·江苏）以水氯镁石（主要成分为MgCl2·6H2O）为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如下：

（1）预氨化过程中有Mg（OH）2沉淀生成，已知常温下Mg（OH）2的Ksp＝1.8×10－11mol3·L－3，若溶液中c（OH－）＝3.0×10－6mol·L－1，则溶液中c（Mg2＋）＝________________。

（2）上述流程中的滤液浓缩结晶，所得主要固体物质的化学式为________。

（3）高温煅烧碱式碳酸镁得到MgO。

取碱式碳酸镁4.66g，高温煅烧至恒重，得到固体2.00g和标准状况下CO20.896L，通过计算确定碱式碳酸镁的化学式。

（4）若热水解不完全，所得碱式碳酸镁中将混有MgCO3，则产品中镁的质量分数________（填“升高”、“降低”或“不变”）。

【解析】

（1）常温下Mg（OH）2的Ksp＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝c（Mg2＋）×（3.0×10－6）2＝1.8×10－11mol3·L－3，求得c（Mg2＋）＝2.0mol·L－1。

（2）主要流程中加NH3、NH4HCO3进行沉淀镁得到主要物质为MgCO3和NH4Cl，滤液的主要成分为NH4Cl。

（3）设该碱式碳酸镁的化学式为Mgx（OH）y（CO3）z，高温煅烧后产物为MgO、CO2和H2O，其物质的量之比为n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶

y，由题中数据知生成气体CO2的物质的量n（CO2）＝

＝4.00×10－2mol，得到的固体为MgO，其物质的量n（MgO）＝

＝5.00×10－2mol，

n（H2O）＝

＝5.00×10－2mol，n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶

y＝5.00×10－2∶4.00×10－2∶5.00×10－2＝5∶4∶5，所以求得该碱式碳酸镁的化学式为Mg5（OH）10（CO3）4，但该化学式化合价代数和不为0，推测可能含结晶水，故化学式应为Mg5（OH）2（CO3）4·4H2O，也可写为Mg（OH）2·4MgCO3·4H2O。

（4）将碱式碳酸镁的化学式分为两部分，分别是4MgCO3和Mg（OH）2·4H2O。

MgCO3中镁的质量分数为24/84×100%≈28.6%，Mg（OH）2·4H2O中镁的质量分数为24/（24＋17×2＋18×4）×100%≈18.5%，MgCO3增多，镁的质量分数升高。

【答案】

（1）2.0mol·L－1　

（2）NH4Cl

（3）n（CO2）＝

＝4.00×10－2mol

n（MgO）＝

＝5.00×10－2mol

n（H2O）＝

＝5.00×10－2mol　

n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝5.00×10－2∶4.00×10－2∶5.00×10－2＝5∶4∶5，则碱式碳酸镁的化学式为Mg（OH）2·4MgCO3·4H2O。

（4）升高

典型题Ⅲ　（2012·上海，27）工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：

完成下列填空：

（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式：

A____________________，B____________________。

（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：

取样、________、沉淀、________、__________、泠却结晶、________、烘干。

（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________。

碳酸化时没有析出碳酸钠晶体。

其原因是____________________________________

（4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是________（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是：

_____________________________________________________

（5）氯碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。

加石灰水后所发生的反应的离子方程式为__________________________________________

滤液D加石灰水前先要加热，原因是_____________________________________

（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。

如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为

___________________________________________________________________

【解析】

（1）粗盐中含Ca2＋、Mg2＋，加入石灰乳或CaO可除去Mg2＋，再加入Na2CO3除去Ca2＋，因此A为Ca（OH）2或CaO，B为Na2CO3。

（3）碳酸化即向氨的饱和NaCl溶液中通入过量CO2，可析出NaHCO3晶体。

反应中由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因此不会析出Na2CO3晶体。

（4）过滤除去NaHCO3，滤液D的主要成分为NH4Cl，要检验Cl－应选用AgNO3溶液和稀硝酸。

（5）NH4Cl溶液与石灰水的反应为：

NH

＋OH－===NH3↑＋H2O。

（6）样品质量m1加热后剩余固体质量为m2，则设样品中NaHCO3质量为m。

2NaHCO3

Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑　Δm

168　　　　　106　　　　　　　　　62

m　　　　　　　　　　　　　　　　m1－m2

则m＝

（m1－m2）

w（NaHCO3）＝

＝

。

【答案】

（1）Ca（OH）2或CaO　Na2CO3

（2）溶解　过滤　蒸发　过滤

（3）有晶体析出（或出现浑浊）　碳酸钠溶解度较大，而NaHCO3溶解度较小

（4）NH4Cl　取样，加入硝酸酸化的硝酸银溶液，若有白色沉淀生成说明有Cl－

（5）NH

＋OH－===NH3↑＋H2O　防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀

（6）wNaHCO3＝

（m1为样品质量，m2为加热后剩余固体质量）

【误区辨正】工艺流程题源于工业生产实际，情景真实，结构新颖，它将化学实验与化学基本原理、理论及计算融为一体，提问角度多，灵活性大，考查的重点是学生运用化学实验知识解决化工生产中有关问题的能力。

因此，我们在学习过程中，要学以致用，将化学实验知识与生活生产实际紧密联系，采取问题讨论方式，通过整理、分析、比较，归纳

出若干个“实验问题”，总结出答题规律。

典型题Ⅳ　（2010·四川理综，29）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Ⅰ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Ⅲ，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：

556akgA（摩尔质量为278g·mol－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3336bkgA和112ckg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Ti的最高价氧化物，与硫酸反应生成盐和水，反应的化学方程式为TiO2＋2H2SO4===Ti（SO4）2＋2H2O或TiO2与少量硫酸反应TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O。

（2）从框图信息知加硫酸后，TiO2、FeO、Fe2O3都与H2SO4反应，生成Fe3＋和Fe2＋等离子，再加入铁粉时，铁粉与Fe3＋和过量H2SO4反应：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。

（3）从框图信息可知加入足量铁粉过滤，FeSO4·7H2O晶体析出，滤液Ⅲ中主要以钛盐为主。

钛盐开始水解是在沸水中，且水解过程要维持沸腾，由于盐的水解与盐本身性质、外界温度、浓度等因素有关，温度升高，水解程度增大，浓度越小水解程度越大，外加酸碱对盐的水解也有影响，因为钛盐是以硫酸盐形式存在，属强酸弱碱盐水解显酸性，降低H＋的浓度有利于钛盐水解。

过滤后剩余物质是没有水解的钛盐、H2O、FeSO4、H2SO4等物质。

（4）A是FeSO4·7H2O。

由556akgA鼓入空气生成Fe（OH）3反应中与NaOH之间的关系是：

FeSO4·7H2O～2NaOH～Na2SO4～

Fe2O3①

278　　　　　　　　　　　　　　　80

556akg　　　　　　　　　　m1＝160akg

又由于最终溶液中只存在Fe2（SO4）3和Na2SO4，由Fe和SO

守恒可得到关系式②③。

FeSO4·7H2O～

Fe2（SO4）3＋

Fe2O3②

278　　　　　　　　　　　　

3336bkg　　　　　　　　m2＝320bkg

Fe　～　

Fe2O3③

56　　　80

112ckg　m3＝160ckg

理论上可生成Fe2O3的质量为m1＋m2＋m3＝（160a＋320b＋160c）kg。

【答案】

（1）TiO2＋2H2SO4===Ti（SO4）2＋2H2O或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O

（2）2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋　（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＋160c

【能力提升】

（2012·四川）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题，将烟气通过装有石灰石浆液的脱硫装置可以除去其中的二氧化硫，最终生成硫酸钙。

硫酸钙可在右图所示的循环燃烧装置的燃料反应器中与甲烷反应，气体产物分离出水后得到几乎不含杂质的二氧化碳，从而有利于二氧化碳的回收利用，达到减少碳排放的目的。

请回答下列问题：

（1）煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中，引发的主要环境问题有。

（填写字母编号）

A．温室效应B．酸雨C．粉尘污染D．水体富营养化

（2）在烟气脱硫的过程中，所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前，需通一段时间二氧化碳以增加其脱硫效率；脱硫时控制浆液的pH值，此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。

①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为。

②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式为。

（3）已知1molCH4在燃料反应器中完全反应生成气态水时吸收?

160.1kJ，1molCH4在氧气中完全燃烧生成气态水时放热802.3kJ。

写出空气反应器中发生的热化学方程式

【答案】

（1）ABC

（2）①Ca（HCO3）2或碳酸氢钙

②Ca（HSO3）2+O2=CaSO4↓+H2SO4

（3）CaS（s）+2O2（g）=CaSO4（s）；△H=-962.4KJ/mol

典型题Ⅴ

（2013·福建理综，24）硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。

工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是___________________________________

（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：

（）Fe（OH）2＋（）________＋（）______===（）Fe（OH）3＋（）Cl－

（3）针铁矿（Coethite）是以德国诗人歌德（Coethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是________。

（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为___。

Mg（OH）2

Zn（OH）2

MgCO3

CaCO3

开始沉淀的pH

10.4

6.4

—

—

沉淀完全的pH

12.4

8.0

—

—

开始溶解的pH

—

10.5

—

—

Kspmol3·L－3

5.6×10－12

—

6.8×10－10

2.8×10－9

（5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是________（选填序号）。

a．大理石粉　b．石灰粉　c．纯碱溶液　d．烧碱溶液

（6）“滤液4”之后的操作依次为_________、___________、过滤、洗涤、干燥。

（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________