全国通用版版高考化学大一轮复习第12讲无机化学工艺流程题的解题策略优选学案.docx

1、全国通用版版高考化学大一轮复习第12讲无机化学工艺流程题的解题策略优选学案第12讲高考必考题突破讲座无机化学工艺流程题的解题策略题型特点考情分析命题趋势工艺流程题就是将化工生产中的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，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。2017，全国卷，27T2016，全国卷乙，28T2016，全国卷丙，28T2016，北京卷，27T2016，四川卷，11T2016，江苏卷，16

2、T2019年高考命题主要会从铝土矿中冶炼铝、从海水中提取镁和碘、从黄铜矿冶炼铜、从废铁屑制绿矾、从其他矿物质冶炼金属或非金属及化合物等设计考题。分值：1416分1化工流程线路示意图(1)箭头：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)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。2涉及问题(1)原料的预处理。(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。1解题

3、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。2答题步骤(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一步骤，并获取以下信息：知道“四个什么”

4、。反应物是什么，发生了什么反应，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”。一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，帮助解题。3规范解答(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分。例如：如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流下后，重复以上操作23次。如何证明沉淀完全：如向含SO的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不

5、正确的。(2)认真审题，不要因审题不细致而失分。例如：填“化学方程式”还是“离子方程式”。填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。填“大于”还是“”，“增大”还是“变大”等。填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“”“”“”“”“”等。化学工艺流程题充分体现元素及其化合物与自然界和社会生活的密切联系，体现其社会应用价值。此外，这类题目能考查学生的化学基础知识和基本技能，又有较好的区分度，受到命题者的青睐。该类试题有如下几个命题角度。1原料预处理方式 | | | |2必考的反应条件反应条件条件内容调节溶液的pH常用于

6、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：能与H反应，使溶液的pH增大；不引入新的杂质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，使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率，缩短达到平衡的时间趁热过滤防止某物质降温时会大量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提纯方法方法目的水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂法或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节pH法如除去酸性铜溶液中的Fe3等4分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采

7、用趁热过滤或抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。例1 (2017全国卷)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

8、、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！_100 、2 h，90 、5 h_#。(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：！_FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O_#。(3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：温度/3035404550TiO2xH2O转化率/%9295979388分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因：！_低于40 ，TiO2xH2O的转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ，

9、双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O的转化反应速率下降_#。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4，其中过氧键的数目为！_4_#。(5)若“滤液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？！_Fe3恰好沉淀完全时c(PO)molL11.31017 molL1，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀_#(列式计算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1

10、.31022、1.01024。(6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：！_2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O_#。解析 (1)由“酸浸”实验中铁的浸出率结果图可知，当铁的浸出率为70%时采取的实验条件是100 、2 h和90 、5 h。(2)钛铁矿的主要成分为FeTiO3，加入盐酸“酸浸”后，钛主要以TiOCl形式存在，结合原子守恒和电荷守恒写出离子方程式。(3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水的反应在40 时TiO2xH2O的转化率最高，当温度低于40 时，TiO2xH2O的转化反应速率随温度升高而增加；超过40 时，由于H2O2

11、不稳定，受热发生分解，以及氨气逸出，导致TiO2xH2O的转化反应速率下降。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4价，Li的化合价为1，而过氧键(OO)中O元素的化合价为1价，设过氧键的个数为x个，其余O原子为y个，则有2xy15。根据化合物中各元素化合价的代数和为0可得(1)2(4)5(1)2x(2)y0，解得x4，y7，故过氧键的数目为4个。(5)FePO4的Ksp1.31022，当Fe3恰好沉淀完全时，溶液中c(PO)molL11.31017 molL1，加入双氧水和磷酸后溶液体积增加1倍，c(Mg2)0.02 molL10.01 molL1。此时，浓度商Qcc3(Mg2)c2(PO

12、)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，故不会生成Mg3(PO4)2沉淀。(6)由工艺流程图可知，“高温煅烧”中FePO4、Li2CO3、H2C2O4在高温下反应生成LiFePO4。结合原子守恒推知，产物还有CO2和H2O，根据质量守恒定律写出化学方程式。1(2016全国卷丙)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收

13、工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为！_V2O52H=2VOH2O_#，同时V2O4转化成VO2。“废渣”的主要成分是！_SiO2_#。(2)“氧化”欲使3 mol 的VO2变成VO，则需要氧化剂KClO3至少为！_0.5_# mol 。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有！_Fe(OH)3和Al(OH)3_#。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈！_碱_#性(填“酸”“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的

14、是！_K_#。解析 (1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应：注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)3 molVO2变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl得到6 mol电子，所以需要0.5 mol氯酸钾。(3)中和时，Fe3、Al3分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(4)为提高洗脱效率，须使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉

15、淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。解工艺流程题的突破技巧解工艺流程题的关键是：一切反应或操作都是为了获得产品而服务，要善于从题目或问题中获取信息来帮助自己解题，平时在学习中要注意熟记一些基本的实验操作，如沉淀的洗涤、沉淀是否完全的检验方法、离子的沉淀试剂的选取，常见离子的检验方法，特别要注意文字表达的规范、准确，只要善于归纳总结，进行积累就一定可以突破这个难关。课时达标第13讲1(2018金华模拟)电镀污泥是指电镀废水处理后产生的污泥和镀槽淤泥，被列入国家危险废物名录，属于第十七类危险废物。电镀污泥中含有Cr(OH)3、Al2O3、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过“中温焙烧钠氧

16、化法”回收得到Na2Cr2O7等物质。已知：水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等物质；不同钠盐在不同温度下的溶解度(g)如下表。温度物质20 60 100 Na2SO419.545.342.5Na2Cr2O7183269415Na2CrO484115126(1)水浸后的溶液呈！_碱_#(填“酸”“碱”或“中”)性。(2)完成氧化焙烧过程中生成Na2CrO4的化学方程式：！_4Cr(OH)34Na2CO33O2=4Na2CrO44CO26H2O_#。(3)滤渣的主要成分有Zn(OH)2、！_Al(OH)3_#。(4)“系列操作”中为继续加入H2SO4，！_蒸发浓缩、冷却

17、结晶_#(填操作方法)，过滤。继续加入H2SO4的目的是！_促进平衡2CrO2HCr2OH2O向正反应方向移动，尽可能生成更多溶解度更大的Na2Cr2O7_#(结合平衡移动原理予以说明)。(5)工业上还可以在水浸过滤后的溶液(Na2CrO4)中加入适量H2SO4，用石墨作电极电解生产金属铬，写出生成铬的电极反应方程式：！_CrO8H6e=Cr4H2O_#。解析 (1)水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等都为强碱弱酸盐，水解呈碱性。(2)氧化焙烧过程中有氧气参加反应，根据质量守恒可知还应生成水，反应的方程式为4Cr(OH)34Na2CO33O2=4Na2CrO44CO2

18、6H2O。(3)Zn(OH)2、Al(OH)3具有两性，水浸后溶液中存在Na2CrO4、NaAlO2、Na2ZnO2等物质，加入硫酸调节溶液的pH可得到Zn(OH)2、Al(OH)3沉淀。(4)水浸后溶液中存在Na2CrO4，加入硫酸发生反应：2CrO2HCr2OH2O，可使平衡向正反应方向移动，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶可得到晶体。(5)生成铬的电极发生还原反应，CrO得到电子生成Cr，反应的电极方程式为CrO8H6e=Cr4H2O。2(2018台州模拟)过氧化尿素是一种新型漂白、消毒剂，广泛应用于农业、医药、日用化工等领域。用低浓度的双氧水和饱和尿素溶液在一定条件下可以合成过氧化尿素。反应的

19、方程式为CO(NH2)2H2O2CO(NH2)2H2O2。过氧化尿素的部分性质如下：分子式外观热分解温度熔点溶解性CO(NH2)2H2O2白色晶体45 7585 易溶于水、有机溶剂合成过氧化尿素的流程及反应装置图如下：请回答下列问题：(1)仪器X的名称是！_三颈烧瓶_#；冷凝管中冷却水从！_b_#(填“a”或“b”)口出来。(2)该反应的温度控制在30 而不能过高的原因是！_防止双氧水和过氧化尿素分解_#。(3)步骤宜采用的操作是！_C_#(填字母)。A加热蒸发 B常压蒸发C减压蒸发(4)若实验室制得少量该晶体，过滤后需要用冷水洗涤，具体的洗涤操作是！_沿玻璃棒注入蒸馏水至浸没晶体，静置待水自

20、然流下，重复操作23次_#。(5)准确称取1.000 g产品于250 mL锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，再加2 mL 6 molL1 H2SO4，用0.200 0 molL1 KMnO4标准溶液滴定至终点时消耗18.00 mL(尿素与KMnO4溶液不反应)，则产品中CO(NH2)2H2O2的质量分数为！_84.60%_#；若滴定后俯视读数，则测得的过氧化尿素含量！_偏低_#(填“偏高”“偏低”或“不变”)。解析 (1)仪器X的名称是三颈烧瓶；冷凝管中冷却水采用逆流的方法进出，所以下口a是进水口、上口b是出水口。(2)双氧水和过氧化尿素在温度高时易分解，为防止双氧水和过氧化尿素分解，所以需要温度控

21、制在30 而不能过高。(3)加热易导致双氧水和过氧化尿素分解，所以需要减压蒸发、冷却结晶、过滤得到产品。(5)已知尿素与KMnO4溶液不反应，发生的反应为5H2O22KMnO43H2SO4=8H2O2MnSO4K2SO45O25 2n mol0.200 0 molL10.018 L则n0.009 mol，所以CO(NH2)2H2O2为0.009 mol，其质量为0.009 mol94 gmol10.846 g。所以产品中CO(NH2)2H2O2的质量分数为100%84.6%；若滴定后俯视读数会导致溶液体积偏小，则导致测得的过氧化尿素的质量分数偏低。3重铬酸钾是一种常见的强氧化剂。实验室以精选铬

22、铁矿(主要成分可表示为FeOCr2O3，还含有SiO2、Al2O3等杂质)为原料制备重铬酸钾晶体(K2Cr2O7分子式量为294)的流程如下：请回答下列问题：(1)操作1中发生的反应有4FeOCr2O38Na2CO37O28Na2CrO42Fe2O38CO2；Na2CO3Al2O32NaAlO2CO2；Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。该步骤在常温下的反应速度较慢，为使反应速率增大，可采取的两条措施是！_升高温度；将原料粉碎(或使用催化剂)_#。(2)固体Y中主要含有！_Al(OH)3、H2SiO3_#(填化学式)。(3)酸化步骤使含铬物质发生了转化，请写出离子反应方程式：！_2CrO

23、2HCr2OH2O_#。(4)操作4中的化学反应在溶液中能发生的可能理由是！_该条件下，K2Cr2O7的溶解度较小_#；获得K2Cr2O7晶体的操作依次是：加入KCl固体，在水浴上加热浓缩至！_溶液表面出现晶膜(或溶液中析出固体)_#，冷却结晶，抽滤，洗涤，干燥。(5)通过下列实验可测定产品中重铬酸钾的质量分数：称取重铬酸钾试样1.470 g，用100 mL容量瓶配制成溶液。移取25.00 mL溶液于碘量瓶中，加入适量稀硫酸和足量碘化钾(铬的还原产物为Cr3)，放于暗处5 min。然后加入一定量的水，加入淀粉指示剂，用0.150 0 molL1 标准溶液滴定，共消耗标准溶液36.00 mL。滴

24、定时发生的反应离子方程式为I22S2O=2IS4O，则所测产品中重铬酸钾的纯度为！_72.00%_#。(6)有关上述实验过程中涉及的部分实验操作的描述，正确的是！_AD_#(填字母)。A粗产品若要进一步提纯，可以采用重结晶的方法B配制溶液时，用托盘天平称取试样后，一般经溶解、转移(含洗涤)、定容等步骤，配制成100 mL溶液C滴定时，当最后一滴标准溶液滴入时，溶液变为蓝色，且半分钟内不变色，可判断滴定终点D滴定终点时俯视读数，测定结果偏低解析 (1)加快反应速率可以采取升高温度、粉碎固体、使用催化剂等措施。(2)根据操作1中发生的反应，加水浸取，操作2为过滤，滤出的固体为Fe2O3；中和加入醋

25、酸，因为醋酸的酸性比硅酸和Al(OH)3强，发生反应：SiO2CH3COOH=H2SiO32CH3COO、AlOCH3COOHH2O=Al(OH)3CH3COO；操作3为过滤，得到固体Y是Al(OH)3、H2SiO3；酸化发生反应：2CrO2HCr2OH2O。(5)Cr2O6I14H=2Cr33I27H2O，建立的关系式为Cr2O3I26S2O，溶液中n(Cr2O)361030.150 0mol3.6103 mol，则质量分数为3.6103294/1.470100%72%，根据题目数据，保留有效数字为4位，即为72.00 %。(6)通过结晶的方法得到晶体，如果一次结晶，产品不纯，可以第二次结晶

26、等，A项正确；配制溶液时，用电子天平称取试样，一般经过溶解、冷却、转移(含洗涤)、振荡、定容、摇匀等步骤，B项错误；淀粉遇碘单质变蓝，判断滴定终点应是蓝色变为无色，且半分钟内不变色，C项错误。4钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊接性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。(1)反应的尾气可以再利用，写出应用该尾气制得的两种重要化学试剂：！_H2SO4、Na2SO3或Na2SO4、(NH4)2SO4等_#。(2)如果在实验室模拟操作1和操作2，则需要使用的主要玻璃仪器有：！_烧杯、漏斗、玻璃棒_#。(3)

27、钼在空气中灼烧生成三氧化钼，三氧化钼溶于氢氧化钠溶液生成钼酸钠；三氧化钼不溶于盐酸或稀硫酸。钼酸钠的化学式为！_Na2MoO4_#。(4)工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理为CO2CH42CO2H2，CH4H2OCO3H2。含甲烷体积分数为80%的a L(标准状况)天然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反应，甲烷转化率为90%，用产生的还原性气体(CO和H2)还原MoO3制钼，理论上能生产钼的质量为！_4.11a_g_#。解析 (1)二氧化硫可收集再利用，制备硫酸和盐类等。(2)操作1和操作2都是分离固体与液体的混合物，都是过滤操作。(3)钼酸是二元酸，可直接写出钼酸钠。(4)根据反应方程式知，1 mol甲烷完全反应生成4 mol还原性气体，3COMoO3Mo3CO2,3H2MoO3Mo3H2O,3 mol还原性气体理论上生成1 mol钼。n(CH4)80%，n(H2CO)80%90%4 mol，n(Mo)molmol，m(Mo)mol96 gmol14.11a g。