微专题四化学工艺流程题型研究.docx
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微专题四化学工艺流程题型研究
16．（12分）铝是应用广泛的金属。
以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下:
注:
SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_____________________。
（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________（填“增大”、“不变”或“减小”）。
（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________。
（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。
阳极的电极反应式为_____________________，阴极产生的物质A的化学式为____________。
（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。
在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________。
1.（2016·江苏高考第16题）以电石渣[主要成分为Ca（OH）2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下：
（1）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右进行。
氯化时存在Cl2与Ca（OH）2作用生成Ca（ClO）2的反应，Ca（ClO）2进一步转化为Ca（ClO3）2，少量Ca（ClO）2分解为CaCl2和O2。
①生成Ca（ClO）2的化学方程式为 。
②提高Cl2转化为Ca（ClO3）2的转化率的可行措施有 （填字母）。
A.适当减缓通入Cl2的速率B.充分搅拌浆料C.加水使Ca（OH）2完全溶解
（2）氯化过程中Cl2转化为Ca（ClO3）2的总反应方程式为6Ca（OH）2+6Cl2
Ca（ClO3）2+5CaCl2+6H2O。
氯化完成后过滤。
①滤渣的主要成分为 （填化学式）。
②滤液中Ca（ClO3）2与CaCl2的物质的量之比n[Ca（ClO3）2]∶n（CaCl2） （填“>”、“<”或“=”）1∶5。
（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca（ClO3）2转化为KClO3。
若溶液中KClO3的含量为100g·L-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是 。
2.（2015·江苏高考第16题）以磷石膏（主要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等）为原料可制备轻质CaCO3。
（1）匀速向浆料中通入CO2，浆料清液的pH和c（S
）随时间变化见右图。
清液pH>11时CaSO4转化的离子方程式为 ；能提高其转化速率的措施有 （填字母）。
A.搅拌浆料B.加热浆料至100℃C.增大氨水浓度D.减小CO2通入速率
（2）当清液pH接近6.5时，过滤并洗涤固体。
滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为 和 （填离子符号）；检验洗涤是否完全的方法是 。
（3）在敞口容器中，用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体，随着浸取液温度上升，溶液中c（Ca2+）增大的原因是 。
3.（2014·江苏高考第16题）烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。
实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2（SO4）x（OH）6-2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。
（1）酸浸时反应的化学方程式为 ；滤渣Ⅰ的主要成分为 （填化学式）。
（2）加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2（SO4）3转化为Al2（SO4）x（OH）6-2x。
滤渣Ⅱ的主要成分为 （填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是 （用离子方程式表示）。
（3）上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是 ；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
4.（2013·江苏高考第16题）氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。
硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量FeCO3）为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：
（1）MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为 。
（2）加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为 。
（3）滤渣2的成分是 （填化学式）。
（4）煅烧过程存在以下反应：
2MgSO4+C
2MgO+2SO2↑+CO2↑ MgSO4+C
MgO+SO2↑+CO↑
MgSO4+3C
MgO+S↑+3CO↑
利用右图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
①D中收集的气体可以是 （填化学式）。
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中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4价，写出该反应的离子方程式：
。
5.（2012·江苏高考第16题）利用石灰乳和硝酸工业的尾气（含NO、NO2）反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca（NO2）2，其部分工艺流程如下：
（1）一定条件下，NO与NO2存在反应：
NO（g）+NO2（g）
N2O3（g），其平衡常数表达式为K= 。
（2）上述工艺中采用气液逆流接触吸收（尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋），其目的是 ；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是 （填化学式）。
（3）该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n（NO）∶n（NO2）>1∶1，则会导致 ；若n（NO）∶n（NO2）<1∶1，则会导致 。
（4）生产中溶液需保持弱碱性，在酸性溶液中Ca（NO2）2会发生分解，产物之一是NO，该反应的离子方程式为 。
【考题分析】
年份
试题
知识点
分值
2012
16
平衡常数表达式、离子方程式、反应条件控制的原理
12
2013
16
离子方程式、氧化还原方程式、基本的实验操作
12
2014
16
化学用语的书写，反应原理产物的判断，离子方程式、化学方程式的书写，盐类的水解，沉淀的生成与溶解
12
2015
16
离子方程式的书写、反应条件控制的原理、产物的判断、检验沉淀是否洗净的方法，盐类的水解
12
2016
16
化学方程式的书写、反应原理产物的判断、反应条件控制的原理
12
【备考策略】
由上表不难看出，在江苏近五年高考中，工艺流程题是每年的必考内容，由于它考查的是应用元素化合物的性质解决实际问题的能力，涉及知识点多，也非常灵活，对学生的审题能力、分析问题、解决问题、文字表达等方面的能力都要求非常高，所以学生得分往往不高，在2017年的备考中，需要关注以下几个方面的问题：
1.学生不仅要掌握化学基本技能（实验操作技能，计算技能，化学语言转化和运用技能等），还能掌握化学基本方法（观察方法，实验方法，逻辑思维方法如分析比较、归纳概括、演绎推理、模型假说等）能力。
2.夯实基本功，离子方程式、化学方程式的书写，氧化还原反应的分析、化学平衡的判断等基本知识。
3.在平时的复习中，文字表达时一定要做到规范，在做此类题目时，要善于归纳、总结，认真审题，善于从题目或问题中获取信息判断分析问题，重点考查学生对元素化合物性质的掌握和应用所学知识进行必要的分析、类推或计算一些具体的化学问题的能力。
【高考前沿】
高考前沿
1.（2016·南京、盐城一模）利用废铅蓄电池的铅泥（PbO、Pb及PbSO4等）可制备精细无机化工产品3PbO·PbSO4·H2O（三盐），主要制备流程如下：
（1）步骤①PbSO4转化为难溶PbCO3的离子方程式为 。
（2）滤液1和滤液3经脱色、蒸发、结晶可得到的副产品为 （填化学式）。
（3）步骤③酸溶时，其中铅与硝酸反应生成Pb（NO3）2及NO的离子方程式为 ；滤液2中溶质主要成分为 （填化学式）。
（4）步骤⑥合成三盐的化学方程式为 。
（5）步骤⑦洗涤操作时，检验沉淀是否洗涤完全的方法是 。
【答案】
（1）C
+PbSO4
PbCO3+S
（2）Na2SO4·10H2O（或Na2SO4）
（3）3Pb+8H++2N
3Pb2++2NO↑+4H2O HNO3
（4）4PbSO4+6NaOH
3Na2SO4+3PbO·PbSO4·H2O+2H2O
（5）取少量最后一次的洗涤滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全
【解析】
（2）滤液1和滤液3中溶质的主要成分都为Na2SO4。
（3）铅与硝酸的反应类似铜与硝酸的反应，故离子方程式为3Pb+8H++2N
3Pb2++2NO↑+4H2O，沉铅中发生Pb（NO3）2+H2SO4
PbSO4↓+2HNO3，故滤液2的溶质主要是HNO3。
（4）根据流程PbSO4与NaOH反应生成三盐，没有元素化合价变化，根据质量守恒配平化学方程式。
（5）只要检验洗涤滤液中无硫酸根离子即可。
2.（2016·苏州一模）氯气是重要的化工原料。
（1）工业上常用 法生产氯气，写出发生反应的化学方程式：
。
（2）工业上常用石灰乳和氯气反应制取漂白粉，化学方程式是 。
部分流程如右图所示，其主要设备是氯化塔，塔从上到下分四层。
将含有3%~6%水分的熟石灰从塔顶喷洒而入，氯气从塔的最底层通入，这样加料的目的是 。
（3）某科研小组在实验室用较浓的KOH溶液直接吸收氯气，研究发现反应进行一段时间后开始出现KClO3并逐渐增多，产生KClO3的离子方程式是 ，其原因可能是 ，由此可知
（2）中氯化塔设计为四层是为了减少生产中类似副反应的发生。
【答案】
（1）电解饱和食盐水 2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
（2）2Cl2+2Ca（OH）2
CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O 充分接触（或充分吸收）
（3）6OH-+3Cl2
5Cl-+Cl
+3H2O 反应放热使温度升高所致
【解析】
（1）在工业上通常用电解饱和食盐水法制取Cl2，发生反应的化学方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
（2）在工业上将Cl2通入到石灰乳中制取漂白粉，反应的化学方程式为2Cl2+2Ca（OH）2
CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。
石灰乳从上而下喷洒，Cl2从下向上通入，两者逆流接触，使得两者能充分反应。
（3）Cl2与KOH在较高温度下发生歧化反应生成KCl、KClO3和H2O，而温度升高的主要原因是Cl2与KOH的反应是放热反应。
3.（2016·苏北四市三模）从含铜丰富的自然资源黄铜矿（CuFeS2）冶炼铜的工艺流程如下：
已知：
CuFeS2+3CuCl2
4CuCl↓+FeCl2+2S↓
（1）浸取时，若改用FeCl3溶液，也能生成CuCl和S，该反应的化学方程式为 。
（2）若过滤1所得滤液中只含FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为 。
（3）调节溶液的pH后，除生成Cu外，还能产生一种金属离子，此金属离子是 （填离子符号）。
（4）过滤3所得滤液中可以循环使用的物质有 ，为保持流程持续循环，每生成1molCu，理论上需补充CuCl2的物质的量为 。
（5）另一种冶炼工艺是将精选后的黄铜矿砂与空气在高温下煅烧，使其转变为铜，化学方程式如下：
6CuFeS2+13O2
3Cu2S+2Fe3O4+9SO2、Cu2S+O2
2Cu+SO2
此工艺与前一工艺相比主要缺点有 。
【答案】
（1）CuFeS2+3FeCl3
CuCl↓+4FeCl2+2S↓
（2）Fe2O3
（3）Cu2+
（4）HCl和CuCl2 0.5mol
（5）能耗高，会产生污染环境的气体SO2等
【解析】
（2）FeCl2在溶液中水解后得到易挥发的HCl，蒸干后得到的Fe（OH）2被O2氧化生成Fe（OH）3，灼烧后得到Fe2O3。
（3）含有[CuCl2]-的溶液中加入水调节pH时，发生反应2H++2[CuCl2]-
Cu+CuCl2+2HCl，故产生的金属阳离子为Cu2+。
（4）根据（3）可知，过滤3后的滤液中含有HCl和CuCl2，两者都可循环利用；根据整个流程中的反应可得关系式CuFeS2
4CuCl
4H[CuCl2]
2Cu+2CuCl2，由此可知每生成2molCu需要补充1molCuCl2。
4.（2016·南京、盐城、连云港二模）以硅孔雀石[主要成分为CuCO3·Cu（OH）2、CuSiO3·2H2O，含SiO2、FeCO3、Fe2O3等杂质]为原料制备CuCl2的工艺流程如下：
已知：
SOCl2+H2O
SO2↑+2HCl↑
（1）“酸浸”时盐酸与CuCO3·Cu（OH）2反应的化学方程式为 。
为提高“酸浸”时铜元素的浸出率，可以采取的措施有：
①适当提高盐酸浓度；②适当提高反应温度；③ 。
（2）“氧化”时发生反应的离子方程式为 。
（3）“滤渣2”的主要成分为 （填化学式）；“调pH”时，pH不能过高，其原因是 。
（4）“加热脱水”时，加入SOCl2的目的是 。
【答案】
（1）CuCO3·Cu（OH）2+4HCl
2CuCl2+CO2↑+3H2O 适当加快搅拌速率、适当延长酸浸时间
（2）Cl2+2Fe2+
2Fe3++2Cl-
（3）Fe（OH）3 防止Cu2+转化为Cu（OH）2沉淀
（4）生成的HCl抑制CuCl2的水解
【解析】
（2）酸浸后的溶液中含有Fe2+，通入Cl2后能将Fe2+氧化为Fe3+。
（3）被氧化后的溶液中含有Cu2+和Fe3+，调节pH的目的是使Fe3+以Fe（OH）3形式沉淀，当调节溶液的pH过高时，Cu2+也能沉淀。
（4）由“已知”中化学方程式可知，SOCl2与水反应后生成HCl，生成的HCl能抑制Cu2+的水解。
【要点精析】
要点精析
化学工艺流程题的解题要领
1.解题要领
解题步骤
解题策略
首尾呼应
找出主线
1.对照原料和产品，确定核心反应和核心辅料
2.依核心反应，明确流程主线、支线和除杂任务
分段剖析
明析细节
3.以核心辅助原料为准，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品分离提纯三个阶段
4.依箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析
5.某些暂时琢磨不透的环节，可先“淡化处理”，如有必要，可“顺藤摸瓜”或带着问题回头来进行有针对性的分析
先易后难
规范答题
6.先易后难：
先回答与工艺流程非密切相关的问题，确保易拿的分数先拿，规范答题
7.变换角度：
从基本原理、绿色化学、经济角度、安全生产等多角度思考答题
8.充分利用题给信息合理答题
2.常考的化工术语
关键词
释义
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
灼烧（煅烧）
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。
如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸出率
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程
水浸
与水接触反应或溶解
过滤
固体与液体的分离
滴定
定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发结晶
蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等
酸作用
溶解、去氧化物（膜）、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解（沉淀）
3.常见的操作与答题
常见的操作
答题要考虑的角度
加过量试剂
使反应完全进行（或增大转化率、产率）等
加氧化剂
氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子
判断能否
加其他物质
要考虑是否引入杂质（或影响产物的纯度）等
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作
从溶液中得到晶体的方法：
蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—（洗涤、干燥）
提高原子利用率
绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）
在空气中或在
其他气体中进
行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
判断沉淀
是否洗涤干净
取最后一次洗涤滤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性，抑制水解（或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀）
②“酸作用”还可除去氧化物（膜）
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）
控制温度
（常用水浴、
冰浴或油浴）
①防止副反应的发生
②使化学平衡移动；控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶
④控制反应速率；使催化剂达到最大活性
⑤升温：
促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸：
促进水解，聚沉后利于过滤分离
⑦趁热过滤：
减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温：
防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求
洗涤晶体
①水洗：
通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②“冰水洗涤”：
能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③用特定有机试剂清洗晶体：
洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于析出，减少损耗等
④洗涤沉淀方法：
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2~3次
表面处理
用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
如何确定工艺流程中的重要物质?
【问题引出】
化工生产“工艺流程题”已成为高考成熟常考题型，其中“循环物质、副产品、滤渣和滤液”等是常考命题角度，体现了试题的难度和区分度。
【考题呈现】
（2015·天津高考）废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。
湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。
某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：
流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是 。
循环使用的NH4Cl在反应Ⅰ中的主要作用是 。
【答题思路】
【答案】H2SO4 防止由于溶液中c（OH-）过高，生成Cu（OH）2沉淀
【解析】电解硫酸铜溶液，能得到铜、氧气和硫酸，在反应Ⅲ中用到硫酸，所以H2SO4能循环利用；氯化铵是强酸弱碱盐，铵根离子水解导致溶液呈酸性，能和氢氧根离子反应，从而抑制氢氧化铜生成。
【归纳总结】
1.循环物质的确定
2.副产品的判断
3.滤渣、滤液成分的确定
要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：
（1）反应过程中哪些物质（离子）消失了?
（2）所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子?
要考虑这些离子间是否会发生反应?
【题组训练】
1.（2015·淮安一模）钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料。
工业上以草酸盐共沉淀法获得草酸氧钛钡晶体[BaTiO（C2O4）2·4H2O]，煅烧可获得钛酸钡粉体。
加入H2C2O4溶液时，发生反应的化学方程式为 ；可循环使用的物质X是 。
2.（2015·无锡模拟）工业上用闪锌矿（主要成分为ZnS，还含有CdS、Fe2O3等杂质）为原料生产ZnSO4·7H2O的工艺流程如下：
（已知Cd的金属活动性介于Zn和Fe之间）
从滤渣A中可获得一种淡黄色非金属单质的副产品，其化学式为 。
【典题演示】
典题演示
化学工艺流程和物质的制备
【典题演示1】 （2016·常州一模）V2O5是接触法制硫酸的重要催化剂，工业上生产V2O5的工艺流程如下：
（1）步骤①所得废渣与NaOH溶液反应的离子方程式为 。
（2）步骤②、③的变化过程可简化如下（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）：
R2（SO4）n（水层）+2nHA（有机层）
2RAn（有机层）+nH2SO4（水层）
①实验室中步骤②、③使用的主要仪器是 。
②步骤②中萃取时必须加入适量碱，其原因是 。
（3）步骤③中X试剂为 （填化学式），步骤④的离子方程式为 。
（4）该工艺流程中，可以循环利用的物质有 和 （填名称）。
【答案】
（1）SiO2+2OH-
Si
+H2O
（2）①分液漏斗 ②加碱平衡向右移动，VO2+进入有机层
（3）H2SO4 9H2O+Cl
+6VO2+
Cl-+6V
+18H+
（4）氨气 有机萃取剂
【解析】
（2）②步骤②中存在平衡R2（SO4）n（水层）+2nHA（有机层）
2RAn（有机层）+nH2SO4（水层），加入适量碱中和硫酸，促进平衡正向移动，提高钒的萃取率。
（3）步骤③为反萃取，得到的水溶液中含VO2+、S
，所以X试剂为H2SO4；根据流程图，步骤④加入强氧化剂KClO3，将VO2+氧化为V
，自身被还原为Cl-。
（4）步骤⑤需加入氨水，步骤⑥生成氨气，所以氨气可循环利用；步骤②为萃取，步骤③为反萃取，所以有机萃取剂也可以循环利用。
【变式训练1】 （2016·镇江一模）实验室用某冶金厂的废渣（Fe2O3、Al2O3和少量FeS、SiO2等）制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）[Fe（OH）（SO4）]n和高纯度的Al2O3，流程如下：
（1）写出酸浸时废渣中主要成分发生反应的一个离子方程式：
。
过程①中FeS转化为Fe3+和硫单质，写出此反应的离子方程式：
。
（2）将滤渣灼烧可得到纯度较高的晶体，产生的气体通入下列溶液中，溶液不会褪色的是 （填字母）。
A.品红溶液B.酸性KMnO4溶液C.紫色石蕊溶液D.溴水
（3）加入K2CO3，溶液中Fe3+、Al3+的相对含量的变化如右图所示，则x的取值范围为 。
控制溶液的温度为70~80℃的目的是
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