人教版化学高考一轮复习第3章 高考专题讲座1 化学工艺流程试题的突破方略.docx

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人教版化学高考一轮复习第3章高考专题讲座1化学工艺流程试题的突破方略

（一）　化学工艺流程试题的突破方略

（对应学生用书第57页）

[试题背景分析]

化学工艺流程题是全国高考中的必考题型，它是传统的“无机框图题”的变革与创新，是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。

这类试题充分体现了“化学是真实的”这样一种命题指导思想。

1．呈现模式

2．识图方法

图1　　　　图2　　　　　　图3

图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；

图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；

图3箭头表示循环反应。

[试题三步分析]

1．读题干——明确原料成分和目的要求

【注意】　

（1）看原料及其成分；

（2）看目的——提纯除去什么制备什么。

2．读流程——明确各步转化原理和目的

我们把题目分为三个层次：

读得懂的、读不太懂但根据上下文可以勉强懂的、完全读不懂的。

【注意】　

（1）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）。

（2）看三线：

主线主产品、分支副产品、回头为循环。

（3）找信息：

明确反应条件控制和分离提纯方法。

（4）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．读问题——明确答什么

（1）答是所问：

要看清题目要求，按要求答题。

如：

是写离子方程式还是写化学方程式？

是写物质的名称还是写化学式？

（2）准确规范：

回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性。

例如评价或比较实验方案时要全面考虑：

反应物的种类、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类，各种反应产物对目标产物的分离和提纯是否有影响，反应条件是否苛刻；仪器、设备的使用是否要求高；工艺流程、实验步骤的多少等等。

方程式中反应物、产物的分子式要书写正确；化学方程式、电极反应式和离子方程式的书写及配平要正确；要正确使用等号或可逆符号，正确使用沉淀、气体、水溶液等符号。

[试题答题模板]

1．增大原料浸出率（离子在溶液中被浸出的百分率）的措施：

搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速（浓度、压强）、增大气液或固液接触面积。

根据物质的具体性质，原料浸泡可分为水浸、酸浸、碱浸、醇浸等。

2．加热问题

（1）加热的目的：

加快反应速率或促使平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向或利于除杂的方向）移动。

（2）温度不高于某个值的原因：

适宜的高温可适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发（如浓硝酸）、分解（如H2O2、NH4HCO3）、氧化（如Na2SO3）或促进水解（如AlCl3）等，同时影响催化剂性能及产品的生成。

3．过滤问题

（1）从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大的晶体）的步骤：

蒸发浓缩（至有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗）、干燥。

（2）从滤液中提取特殊晶体（溶解度受温度影响较小或溶解度随温度升高而减小的晶体）的步骤：

蒸发浓缩、趁热过滤（如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。

（3）检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：

将溶液静置一段时间后，用胶头滴管取上层清液少许放入小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则说明离子沉淀完全。

（4）洗涤沉淀：

沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。

（5）检验沉淀是否洗涤干净的方法：

取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。

（6）冰水洗涤的目的：

洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。

（7）乙醇洗涤的目的：

降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。

4．控制pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：

调节pH所用的试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以此可避免引入新的杂质；明确调节pH的范围、范围过小的后果（导致某离子沉淀不完全）或范围过大的后果（导致主要离子开始沉淀）。

5．减压蒸馏（减压蒸发）的原因：

减小压强，使液体沸点降低，防止物质挥发或受热分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）。

[试题分类探究]

以除杂、分离、提纯为主体的化工流程题

首先，找出要得到的主要物质是什么，混有哪些杂质；然后，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物；最后，思考要用什么样的方法才能将杂质除去。

这样才能知道每一步所加试剂的作用或操作的目的。

以下是常考的几种分离提纯方法。

1．过滤

（1）对特定条件的悬浊液可采用趁热过滤（防止冷却时其他晶体的析出）和减压过滤或抽滤（快速过滤同时减少沉淀中的水，便于干燥）。

（2）关于洗涤，经常涉及四个问题：

①为什么要洗涤？

洗涤的目的通常有：

除去晶体表面的可溶性杂质；洗涤过滤所得到的残渣，把有用的物质，如目标产物尽可能洗出来，以提高产率；防止污染环境，如滤渣表面有一些对环境有害的重金属离子等物质要洗涤。

②用什么洗涤？

常用的洗涤试剂可以是蒸馏水、有机溶剂（如酒精、丙酮等）。

用酒精洗涤的好处是：

可以降低晶体因溶解而造成的损失，可以除去晶体表面的水分，酒精易挥发，晶体易干燥。

③怎样洗涤？

④怎样证明已经洗涤干净？

2．结晶

（1）蒸发浓缩、冷却结晶：

适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl或受热易分解的物质，如晶体水合物、铵盐等。

（2）蒸发结晶、趁热过滤：

适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少杂质晶体的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。

趁热过滤的方法：

漏斗预热，用少量热蒸馏水通过过滤器，带加热装置的漏斗、抽滤。

（3）重结晶：

这是将晶体溶于溶剂以后，又重新从溶液中结晶的过程，可以使不纯净的物质进一步纯化。

提醒：

晶体的干燥：

要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干（适用于热稳定性较好的物质）。

3．萃取—分液

常涉及萃取剂的选择，分液操作及主要仪器（分液漏斗）。

萃取一般是利用溶解度的不同用萃取剂把溶液中的溶质提取到萃取剂中而分层，进而分液；而分液是将互不相溶的两层液体分离开（先分出下层液体，再从上口倒出上层液体）。

4．蒸馏

常涉及主要仪器及注意事项（加沸石、温度计的位置、冷却水的流向等）。

蒸馏一般分离沸点不同的互溶液体。

5．其他分离提纯方法

（1）调节溶液的pH

①控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

例如：

已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe（OH）3

1.5

3.7

Fe（OH）2

7.6

9.6

Mn（OH）2

8.3

9.8

若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，可先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH在3.7≤pH<8.3。

②调节pH所需的物质应满足两点：

能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。

例如：

要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH。

（2）沉淀法：

废水中的Hg2＋可加Na2S除去。

（3）气体法：

食盐中的Na2CO3可加盐酸除去。

[典例导航]

　（2017·全国Ⅰ卷，节选T27）Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备。

工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。

由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为_____________________________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl

形式存在，写出相应反应的离子方程式：

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃

30

35

40

45

50

TiO2·xH2O转化率/%

92

95

97

93

88

分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因：

_____________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。

（5）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：

___________

________________________________________________________________。

[审题指导]　

【答案】　

（1）100℃、2h,90℃、5h

（2）FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl

＋2H2O

（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降

（4）4[（Li2Ti5O15中Li为＋1价，O为－2价，Ti为＋4价，过氧根（O

）中氧元素显－1价，设过氧键的数目为x，根据正负化合价代数和为0，可知（＋1）×2＋（＋4）×5＋（－2）×（15－2x）＋（－1）×2x＝0，解得：

x＝4。

]

（5）2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4

2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O

（1）钛铁矿与盐酸反应速率加快的措施有________（填两种）。

（2）滤液①水解生成TiO2·xH2O的离子方程式为_________________________

________________________________________________________________。

（3）2Fe3＋＋Mg3（PO4）2

2FePO4＋3Mg2＋的化学平衡常数K＝________（列式计算），此反应能否发生______（填“能”或“否”）。

为什么？

________________________________________________________________。

（4）滤液②中加双氧水的作用是______________________________________

________________________________________________________________。

【答案】　

（1）钛铁矿粉碎、加热、搅拌、增大盐酸浓度（填写其中任意2条即可）

（2）TiOCl

＋（x＋1）H2O

TiO2·xH2O＋4Cl－＋2H＋

（3）

＝

＝

≈5.9×1019　能　因为此反应的K>1.0×10－5，反应可以发生

（4）使Fe2＋被氧化为Fe3＋进而生成FePO4

[对点训练]

1．（2017·全国Ⅱ卷，T26）水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝