专题7化学工艺流程学案.docx

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专题7化学工艺流程学案

专题7化学工艺流程学案

考情解读：

化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。

这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。

一、化学工艺流程题解决的问题主要有以下几个方面：

1．将原料转化为产品的生产原理问题；2．除杂、分离和提纯产品等问题；

3．提高产量和效率问题；4．节能减排，“绿色化学”，循环利用等生产问题；

5．生产设备、流程和生产成本等工艺问题。

二、整体的学习程序：

具体→抽象→具体

1、抽象出工艺流程模板

2、具体试题中的几个过程的划分

（1）明确实验的目的

（2）抓住几条线索

线索

考查侧重

主要目的

主要制备物质

核心化学反应

产物又多又纯

杂质

分离提纯

杂质分离彻底

辅助试剂

辅助主要物质转化或分离杂质

循环利用

三、重点知识梳理：

【题型特点解读】

1．化学工艺流程题由题引、题干和题设三部分构成。

（1）制备型题型特点

（2）提纯型题型特点

题引:

一般简单介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品（包括副产品）；题干:

以工业生产为主要背景，以文字、工艺流程图、表格相结合的形式呈现；题设:

主要是根据生产过程中涉及的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题，主要涉及原料的选择、循环利用、绿色化学、环境保护、分离提纯、反应原理、实验操作、产率计算等。

2．试题陌生度高，以陌生的新物质为背景，贴近工业生产（如会出现更多的工业术语和设备名称等），试题文字信息量大，综合性强，对能力要求高。

【解题策略】

1．解题思路

（1）粗读题干，挖掘图示

关注关键字，弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。

如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。

（2）携带问题，精读信息

抓三方面：

一是主干，二是流程图示，三是设置问题。

读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向（“进入”与“流出”）、实验操作方法等。

（3）跳跃思维，规范答题

答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。

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。

4．提纯类化工生产流程题的解题策略：

（1）明确原料中含有的杂质和目标物质；

（2）阅读流程图，明确提纯的流程；（3）明确提纯的方法：

水溶法、酸溶法、碱溶法、氧化或还原法、加热灼烧法、调节溶液的pH法、杂质转化法、吸收洗涤法、加热升华法等；（4）明确常用的分离方法：

过滤、萃取和分液、蒸发结晶、冷却结晶、蒸馏或分馏、冷却法等；同时还要注意物质分离、提纯的原则及注意事项等。

【知识拓展】1．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。

焙烧

固体物料在高温不发生熔融的条件下进行的反应过程，可以有氧化、分解、还原等，通常用于焙烧无机化工和冶金工业。

萃取

利用物质在两种互不相容的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂里提取到另一种溶剂里使溶质和溶剂分离的分离方法。

如用苯分离煤焦油中的酚；用有机溶剂分离石油馏分中的烯烃；用CCl4萃取水中的Br2。

反萃取

用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。

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。

碱浸

是用强碱的水溶液作浸出剂的矿物浸出工艺。

主要浸出氧化铝或二氧化硅等。

溶浸

是根据某些矿物的物理化学特性，将工作剂注入矿层（堆），通过化学浸出、质量传递、热力和水动力等作用，将地下矿床或地表矿石中某些有用矿物，从固态转化为液态或气态，然后回收，以达到以低成本开采矿床的目的。

水洗

用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等。

离子交换

借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的。

离子交换是一种液固相反应过程，必然涉及物质在液相和固相中的扩散过程。

洗脱

是指利用洗脱液中的物质与待分离物质或与配体的亲和特性而将待分离物质从亲和吸附剂上洗脱下来。

磁选

是根据矿物磁性不同，从矿物中分离有用矿物的选别方法。

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。

重结晶

是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。

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）。

 2.原料预处理的几种常用方法

（1）粉碎、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，加快反应速率；

（2）水浸：

与水接触反应或者溶解

（3）酸浸：

使金属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液，不溶物通过过滤除去；

（4）碱浸：

除去油污、溶解酸性氧化物（如二氧化硅）、铝及其氧化物等；

（5）醇浸：

对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度；

（6）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；

（7）加热煮沸：

排除溶液中溶解的气体。

3．制备过程中控制反应条件的几种常用方法

（1）调pH：

确保“某离子”完全形成氢氧化物沉淀，防止“另外离子”的沉淀。

调节pH所需的物质一般应满足两点：

①能与H＋（或OH－）反应，使溶液的pH增大（或减小）；②不引入新的杂质；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

（2）升温：

加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等；

（3）降温：

防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动；

（4）控温：

温度过高，物质会分解或挥发；温度过低，物质无法挥发或者反应速度慢；

（5）控制压强：

改变反应速率，影响化学平衡；

（6）趁热过滤：

“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶析出。

趁热过滤的目的：

一是提高纯度，二是减少结晶损失；例如：

NaCl固体中含有少量的KNO3，将固体溶于水后加热蒸发溶液，当有大量晶体析出时趁热过滤，防止KNO3晶体析出，提高NaCl晶体的纯度。

（7）加入物质：

加沸石或碎瓷片：

防止液体暴沸；加有机溶剂：

萃取某些物质，或降低某些物质的溶解度；

（8）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。

高频问题：

注意答题技巧

1、“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有：

答：

适当提高反应温度、增加浸出时间，加入过量硫酸，边加硫酸边搅拌

2、如何提高吸收液和SO2反应速率：

答：

适当提高温度、增大吸收液或NaClO3的浓度、增大SO2与吸收液的接触面积或搅拌

3、从溶液中得到晶体：

答：

蒸发浓缩-冷却结晶-过滤-洗涤-干燥

4、过滤用到的三个玻璃仪器：

答：

普通漏斗、玻璃棒、烧杯

5、过滤后滤液仍然浑浊的可能的操作原因：

答：

玻璃棒下端靠在滤纸的单层处，导致滤纸破损；漏斗中液面高于滤纸边缘

6、沉淀洗涤操作：

答：

往漏斗中（工业上改为往过滤器中）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

7、检验沉淀Fe（OH）3是否洗涤干净（含SO42-）：

答：

取最后一次洗涤液，加入BaCl2溶液，若有白色沉淀则说明未洗涤干净，若无白色沉淀则说明洗涤干净

8、如何从MgCl2·6H2O中得到无水MgCl2：

答：

在干燥的HCl气流中加热，干燥的HCl气流中抑制了MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽

10、CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值：

答：

CuO、Cu（OH）2、CuCO3、Cu2（OH）2CO3。

原因：

加CuO消耗溶液中的H+的，促进Fe3+的水解，生成Fe（OH）3沉淀析出

11、调pH值使得Cu2+（4.7-6.2）中的Fe3+（2.1~3.2）沉淀，pH值范围是：

答：

3.2~4.7。

原因：

调节溶液的pH值至3.2~4.7，使Fe3+全部以Fe（OH）3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀，且不会引入新杂质

12、产品进一步提纯的操作：

答：

重结晶

13、趁热过滤的原因及操作：

答：

减少过滤时间、保持过滤温度，防止××杂质析出或防止降温过程中××析出而损耗；

操作：

已预热的布氏漏斗趁热抽滤

14、水浴加热的好处：

答：

受热均匀，温度可控，且温度不超过100℃

15、减压蒸发（小心烘干）：

答：

常压蒸发温度过高，××易分解；或者减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止××分解

16、Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2应怎样除去：

答：

加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用蒸馏水水洗涤

17、蒸发浓缩用到的主要仪器有、、烧杯、酒精灯等

答：

蒸发皿、玻璃棒。

还有取蒸发皿用坩埚钳

18、不用其它试剂，检查NH4Cl产品是否纯净的方法及操作是：

答：

加热法；取少量氯化铵产品于试管底部，加热，若试管底部无残留物，表明氯化铵产品纯净

19、检验NH4＋的方法是：

答：

取××少许于试管中，加入NaOH溶液后加热，生成的气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝。

20、过滤的沉淀欲称重之前的操作：

答：

过滤，洗涤，干燥，（在干燥器中）冷却，称重

21、“趁热过滤”后，有时先往滤液中加入少量水，加热至沸，然后再“冷却结晶”：

答：

稀释溶液，防止降温过程中××析出，提高产品的纯度

22、苯甲酸的重结晶中粗苯甲酸全部溶解后，再加入少量蒸馏水的目的：

答：

为了减少趁热过滤过程中损失苯甲酸，一般再加入少量蒸馏水

23、加NaCl固体减低了过碳酸钠的溶解度，原因：

答：

Na+浓度显著增加抑止了过碳酸钠的溶解

24、检验Fe（OH）3是否沉淀完全的试验操作是：

答：

取少量上层清液或过滤后的滤液，滴加几滴KSCN溶液，若不出现血红色，则表明Fe（OH）3沉淀完全。

25、检验滤液中是否含有Fe3+的方法是：

答：

滴入少量KSCN溶液，若出现血红色，则证明有Fe3+（或者加入K4[Fe（CN）6]溶液，如有蓝色沉淀产生，则证明有Fe3+）

26、检验溶液中是否含有Fe2+（当溶液同时存在Fe3+）的方法是：

答：

滴加几滴高锰酸钾溶液，若高锰酸钾溶液紫红色褪去，则证明有Fe2+（或者加入K3[Fe（CN）6]溶液，如有蓝色沉淀产生，则证明有Fe2+）

真题感悟：

1．[2019新课标Ⅰ]硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。

一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）在95℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________。

（2）“滤渣1”的主要成分有_________。

为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是_________。

（3）根据H3BO3的解离反应：

H3BO3+H2O

H++B（OH）−4，Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是______酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。

（4）在“沉镁”中生成Mg（OH）2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。

由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。

2．[2019新课标Ⅱ]立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。

回答下列问题：

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。

灼烧立德粉样品时，钡的焰色为__________（填标号）。

A．黄色B．红色C．紫色D．绿色

（2）以重晶石（BaSO4）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为______________________。

回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为______________________。

②在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。

其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的___________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为______________________。

（3）成品中S2−的含量可以用“碘量法”测得。

称取mg样品，置于碘量瓶中，移取25.00mL0.1000mol·L−1的I2−KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5min，有单质硫析出。

以淀粉为指示剂，过量的I2用0.1000mol·L−1Na2S2O3溶液滴定，反应式为I2+2S2O32—=2I−+S4O62—。

测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。

终点颜色变化为_________________，样品中S2−的含量为______________（写出表达式）。

3．[2019新课标Ⅲ]高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。

回答下列问题：

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

Mn2+

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mg2+

Zn2+

Ni2+

开始沉淀的pH

8.1

6.3

1.5

3.4

8.9

6.2

6.9

沉淀完全的pH

10.1

8.3

2.8

4.7

10.9

8.2

8.9

（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________________________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。

若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。

（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。

当x=y=1/3时，z=___________。

4．[2019江苏]实验室以工业废渣（主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3）为原料制取轻质CaCO3和（NH4）2SO4晶体，其实验流程如下：

（1）室温下，反应CaSO4（s）+CO32—（aq）

CaCO3（s）+SO42—（aq）达到平衡，则溶液中

=[Ksp（CaSO4）=4.8×10−5，Ksp（CaCO3）=3×10−9]。

（2）将氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得（NH4）2CO3溶液，其离子方程式为；浸取废渣时，向（NH4）2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是。

（3）废渣浸取在如图所示的装置中进行。

控制反应温度在60~70℃，搅拌，反应3小时。

温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有。

（4）滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。

设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：

[已知pH=5时Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全；pH=8.5时Al（OH）3开始溶解。

实验中必须使用的试剂：

盐酸和Ca（OH）2]。

5.【2018新课标1卷】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。

回答下列问题：

（1）生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。

写出该过程的化学方程式。

（2）利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH=4.1时，Ⅰ中为__________溶液（写化学式）。

②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是。

（3）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为_____________。

电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

（4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。

在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00mL葡萄酒样品，用0.01000mol·L−1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00mL。

滴定反应的离子方程式为_____________，该样品中Na2S2O5的残留量为____________g·L−1（以SO2计）。

6．【2018新课标2卷】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。

7．【2018新课标3卷】KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。

回答下列问题：

（1）KIO3的化学名称是_______。

（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

“酸化反应”所得产物有KH（IO3）2、Cl2和KCl。

“逐Cl2”采用的方法是________。

“滤液”中的溶质主要是_______。

“调pH”中发生反应的化学方程式为__________。

（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式______。

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________，其迁移方向是_____________。

③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有______________（写出一点）。

8．【2018北京卷】磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：

已知：

磷精矿主要成分为Ca5（PO4）3（OH），还含有Ca5（PO4）3F和有机碳等。

溶解度：

Ca5（PO4）3（OH）

4·0.5H2O

（1）上述流程中能加快反应速率的措施有__________。

（2）磷精矿粉酸浸时发生反应：

2Ca5（PO4）3（OH）+3H2O+10H2SO4

10CaSO4·0.5H2O+6H3PO4

①该反应体现出酸性关系：

H3PO4__________H2SO4（填“>”或“<”）。

②结合元素周期律解释①中结论：

P和S电子层数相同，_。

（3）酸浸时，磷精矿中Ca5（PO4）3F所含氟转化为HF，并进一步转化为SiF4除去。

写出生成HF的化

学方程式：

。

（4）H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。

相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。

80℃后脱除率变化的原因：

。

（5）脱硫时，CaCO3稍过量，充分反应后仍有SO42−残留，原因是；加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式是_。

（6）取ag所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞作指示剂，用bmol·L−1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液cmL，精制磷酸中H3PO4的质量分数是。

（已知：

H3PO4摩尔质量为98g·mol−1）

9.【2018江苏卷】以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为____________________