高考化学二轮复习化学工艺流程题的解题策略.docx

1、高考化学二轮复习化学工艺流程题的解题策略化学工艺流程题的解题策略化学工艺流程题取材于化工生产实际或科学实验中的真实情景,问题的开发围绕常见物质的性质、基本化学原理、化学实验操作方法和化工生产工艺,思维容量较大,能力要求较高,有一定的陌生度。它综合考查学生自主学习能力,接受、吸收、整合化学信息的能力,应用事实性知识、概念原理知识和化学实验技能等分析解决化学实际问题的能力。一、高考中工艺流程题试题分析1. 近几年高考试题分析年份试卷试题题号、情景材料、分值及考查内容2013年全国卷T27废旧锂离子电池正极材料的再生利用（15分）T36草酸的工业制法（15分）元素及其化合物的性质及应用；化合价的判断

2、；氧化还原反应、方程式的书写；电化学等化学基本概念与基本理论。 元素及其化合物的性质及应用；化学反应方程式、离子方程式的书写；纯度的计算。 全国卷T27工业级ZnO的纯化（15分） T36废旧锌锰电池的回收利用(15分) 元素及其化合物的性质及应用；离子方程式的书写；实验操作；物质的组成及计算。电极反应式的书写；离子方程式的书写。 2014年全国卷T36磷灰石制单质磷（15分） 化学方程式的书写；分离与提纯的实验操作；生产工艺比较；有关计算。 全国卷T36海水提镁（15分） 元素及其化合物的性质及应用；化学方程式、离子方程式的书写；有关计算。 2015年全国卷T27铁硼矿制备硼酸 T36硝酸铵

3、氧化分解技术生产CuCl 化学方程式的书写；化学反应速率的影响因素；实验条件控制。 实验条件控制；氧化还原反应；离子方程式的书写；质量分数计算。 全国卷T12海水的开发利用 T28以NH4Cl、盐酸、亚氯酸钠（NaClO2）为原料制备ClO2；T36异丙苯氧化法生产苯酚和丙酮 氧化还原反应；分离和提纯方法。元素及其化合物的知识、氧化还原反应；滴定实验及相关计算； 试剂的选择；实验条件控制；实验方法的比较。 2016年全国卷T28以NaClO3、硫酸和SO2为原料制备NaClO2 T36以软锰矿为原料制备KMnO4（15分） 物质的组成与结构；氧化还原反应；物质的提纯；有效氯含量的计算 化学反应

4、速率影响因素；氧化还原反应；电极反应方程式书写；利用率、纯度相关计算。 全国卷T36以蒽醌法制备H2O2（15分） 化学方程式、离子方程式的书写；萃取剂的选取及原因分析；浓度的计算； 全国卷T28废钒催化剂的回收（14分）T36废铁屑为原料制备PFS(15分) 化学方程式、离子方程式书写；氧化还原反应相关计算。 离子方程式书写；实验条件控制；氧化还原反应；酸碱中和滴定及相关计算。 2017年全国卷T27以钛铁矿为原料制备钛酸锂和磷酸亚铁锂（14分） 图像分析能力；实验条件控制；物质的组成与结构；化学方程式书写；Ksp的相关计算。 全国卷T26测定水泥样品中钙的含量。（14分） 实验条件控制；化

5、学方程式的书写；质量分数计算。 全国卷T27以铬铁矿为原料制备K2Cr2O7（15分） 氧化还原反应；实验仪器选择；实验条件控制；溶解度；产率计算。 2.近几年高考中情景素材统计从命题情景素材方面，主要可以分为三类：一是自然资源开发利用类，如钛铁矿、铬铁矿、软锰矿、菱镁矿、铁硼矿、铝土矿、磷矿石、白云石、莹石等各种天然矿石；二是废弃资源回收利用类，如废铁屑、废铝片、废钒催化剂、废玻璃、废旧锂离子电池、废旧锌锰电池、粉煤灰、银铜合金废料等；三是物质的的制备和净化类，如水泥、NaClO2、NH3、H2C2O4 等。这些背景素材中多涉及变价元素、两性元素和陌生元素的单质和化合物，如Fe、Cr、Mn、

6、Cu、V、N、P、Cl、Al、Zn等元素。对这些元素及其化合物的知识，在高考备考中我们应给予重点关注。3.近几年高考中高频化合物统计从近几年高考中高频化合物方面，主要可以分为两类：一是原料所含杂质类，如SiO2考查次数达到12次，Al2O3 11次，FexOy 10次，MgO 5次，MnO2 4次，CaO 3次。二是辅助试剂类，如H2O2考查次数达到7次，KMnO46次，K2Cr2O7、H2C2O4、NaBH4各2次，ZnS、FeS、MnS各1次。这些经常出现在工艺流程题中的化合物，在高考备考中，对相关知识，也应给予重点关注。4. 近几年高考中考点分析设问方式 考查内容 考查方式 原料转化为产

7、品的生产原理 元素及其化合物性质、离子反应、氧化还原反应、热化学知识、化学反应速率与化学平衡、溶解度、水溶液中离子平衡(Kaa、Kwb、Khh、Kspsp的应用) 化合价规则、物质的命名、方程式书写、图表分析、实验原理及文字表达、实验方案设计除杂、分离和提纯产品 实验仪器和实验操作仪器名称、分离提纯的操作、滴定实验及相关计算提高产量和效率 化学平衡、溶解平衡计算转化率、产率、纯度节能减排，循环利用 元素化合物性质尾气的处理、实验方案的设计综合利用 电化学知识电极方程式书写及电化学的相关计算从上表分析可以看出，工艺流程题涉及的考点非常广泛，是真正的学科内综合题，可以从全方位考查考生的化学学科知识

8、和解决实际问题的能力，此类试题为命题者多角度设问提供了方便，为考生增加了难度。二、工艺流程题的题型特点1.基本结构：化工原料、化学核心反应和产品的回收应用三部分构成。2.命题规律：化学工艺流程图都是以无机矿物、工农业或生活废旧物质为原料，首先对原料经过一定的预处理，再通过一系列核心反应，利用化学反应原理知识，经过多次分离提纯最后得到目标产物。【例题1】2016全国卷1 28(14分)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下： 根据题头和题干所提供信息，我们发现该工艺流程的目的就是以氯酸钠、硫酸和SO2为原料制取亚氯酸钠，同时回收副产品NaHSO4。在流程图中涉

9、及三个核心反应，经过结晶、干燥得到亚氯酸钠目标产物。3.命题角度：命题主要围绕下面五个角度考查角度一：核心反应陌生方程式的书写（1）如果是氧化还原反应：首先根据题目信息及物质所处环境判断反应物、产物，另外要熟知常见氧化剂和对应的还原产物及常见还原剂和对应的氧化产物；然后根据三个守恒思想（电子得失守恒、电荷守恒、原子元素守恒）写出陌生方程式。（2）如果是非氧化还原反应：首先根据题目信息、物质性质和物质所处环境判断反应物、产物，然后遵循元素守恒即可写出。（3）关注箭头的指向：箭头指入为反应物，箭头指出为生成物，箭头回指为循环物。【例题2】（2017江苏16）铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为

10、Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下: （4）“电解”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_。 【解析】箭头回指判断产物为NaOH溶液和NaHCO3溶液，用惰性电极电解Na2CO3溶液，水电离的OH在阳极上优先放电，同时生成的H（2H2O4eO24H），HCO32HCO3，所以阳极总电极反应式为4CO322H2O4e4HCO3O2。而阴极上H放电产生氢气，同时生成NaOH溶液。【例题3】（2013福建卷 24）二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。（1）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产Cl

11、O2的方法。该法工艺原理示意图如下。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2。工艺中可以利用的单质有 （填化学式），发生器中生成ClO2的化学方程式为 。 【解析】由题干信息“氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2”，可知产物含ClO2，但虽然箭头指向氯化氢合成塔，不能判断另一产物是H2 还是Cl2，利用化合价升降及就近原则， NaClO3中Cl元素由+5价降为ClO2中+4价，如果是HCl生成H2，化合价也是降低，违背原理，所以另一产物是由盐酸转化为Cl2，再根据三个守恒思想得出方程式2NaClO3 + 4HCl = 2ClO2 + Cl2 +

12、 2NaCl + 2H2O。角度二：原料的预处理(1)研磨：增大固体样品与液体（或气体）的接触面积，加快反应速率。(2)灼烧：（焙烧、煅烧）除去可燃性的杂质（或使原料初步转化）杂质高温下氧化、分解。(3)浸出:（水浸、酸浸、碱浸）使原料中的*溶解（物理溶解或与浸取液接触反应），可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。(4)搅拌：使反应物充分接触，增大反应（或溶解）速率。【例题4】（2016全国卷3 T28）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。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 V2O5V2O4 K2SO4 S

13、iO2 Fe2O3 Al2O3 质量分数/% 2.22.9 2.83.1 2228 6065 12 1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线： （1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为 ，同时V2O4转成VO2+。【解析】加硫酸“酸浸”使原料中的V2O5转化为VO2+，进入溶液，同时V2O4转成VO2+， V元素化合价不变，说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O52H=2VO2H2O，K2SO4溶于水，Fe2O3 和Al2O3与硫酸反应生成可溶性盐，二氧化硅与酸不反应，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅，通过过滤除去。角度三：反应条件的控制（1）温度：反应速

14、率及平衡移动、物质的溶解与结晶、物质的热分解与挥发、弱离子的水解（平衡）（2）pH：物质的沉淀与溶解、弱离子的水解（3）保护气 ：隔绝空气（主要是O2、H2O）、弱离子的水解【例题5】（2015新课标1 T36）以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下： （1）步骤中溶解温度应控制在6070，原因是 。【解析】通过温度对反应速率和物质热稳定性的影响，考查了控制温度的原因，可得出温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解。【例题6】（15课标II）加碱调节至pH为 2.7 时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）

15、；继续加碱至pH为 6 时，锌开始沉淀（假定浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H2O2后果是Zn2+和Fe2+分离不开，原因是： Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近。 【例题7】（2009江苏卷 16）以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。其主要流程如下：（3）反应需控制反应温度低于35 ，其目的是_ _。【解析】通过温度对反应速率和物质热稳定性的影响，此处目的是防止NH4HCO3分解（或减少Fe2+的水解）。角度四：产品的分离提纯结晶（重结晶）:固体物质从溶液中析出的过程。过滤：固、液分离蒸馏：液、液分离蒸发：利用加热

16、的方法，使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质（晶体）的过程。 萃取：用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。分液：互不相溶的液体间的分离盐析：加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。升华：将可直接气化的固体分离出来。洗涤：通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。【例题8】（2017新课标）（4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。a 80 b60 c40 d10【解析】由图像可知10得到的K2Cr2O7固体最多。角度五：生产实际，要有三个意识(1)成本意识：浸出率、转化率、利用率、原料价格、能耗的控

17、制、 原料、 能量的循环利用 ;(2)效率意识：生产速率、催化剂的使用、反应条件的选择 ;(3)环保意识：绿色化学：无污染、无腐蚀、 “三废”(废气、废渣、废水)的处理。【例题9】(2013新课标卷I 27)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2），导电剂乙炔黑和铝箔等。可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是 。【解析】用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，有氯气生成，污染较大。很多学生答不出，没有环保的意识。该工艺流程中存在的不足之处是产生三废。【小结】工艺流程考查知识体系三、工艺流程题解题策略1快速浏览，整体分析把握主干【例题1

18、0】2017新课标1卷27. 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：【解析】快速浏览，整体分析，把握主干，让学生抓住关键字、词、句，找出有用信息。题头中提供的主要信息有：a.工艺流程的目的是利用钛铁矿为原料制备Li4Ti5O12和LiFePO4，原料是钛铁矿，主要成分为FeTiO3，含有少量MgO、SiO2等杂质； b.原料经“酸溶”处理水解后分为两条主线，分别经核心反应并分离提纯得到两种目标产物，为正确分析流程图作准备。2瞻前顾后，整合信息理顺流程【解析】分析流程图时，一定要关

19、注题目中的每一个关键点，尽量读懂流程图。在钛铁矿加入过量的盐酸，根据考生的已有知识，SiO2不反应，结合题（2）信息，FeTiO3及MgO转化为Fe2+、TiOCl和Mg2+进入溶液，二氧化硅残留在分离1的滤渣中。TiOCl水解生成TiO2xH2O沉淀与Fe2+、Mg2+分离。所以指导考生找出关键信息，通过分析物料走向，按要求进行答题也是提高考生得分能力的关键。3独立设问，找准关键直接作答（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_。 【解析】工艺流程题并不是每个流程图，都要完全理解流程图的制备原理，要让学生清楚，看不懂流程图并不等于不

20、能得分,要让学生学会就问解题，力求多得分。如2017全国卷T27，第（1）问就完全与流程图无关，从图上可以直接找到答案。（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_。【解析】从表中数据可知，40TiO2xH2O转化率最高，结合H2O2和NH3H2O的性质，分析可得原因。低于40，TiO2xH2O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TiO2xH2O转化反应速率下降。也与流程图无关，从表中可以直接找到答案。（4）Li2T

21、i5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为_。【解析】Li2Ti5O15中Li为+1价，O为2价，Ti为+4价，过氧根()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)(152x)+(1)2x=0，解得：x=4；此问与流程图无关，可以直接计算作答。4以线设问，回归流程局部剖析（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_。【解析】根据问题，回归流程，FeTiO3转化为TiOCl，“酸浸”时发生非氧化还原反应，铁元素为+2价，再根据元素守恒和电荷守恒配平即可。（6）写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4

22、的化学方程式 。【解析】回顾流程“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4，反应为氧化还原反应，H2C2O4 为还原剂，高温下FePO4与Li2CO3和H2C2O4混合加热可得LiFePO4，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式为2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+ H2O+ 3CO2。（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+）=1.0105molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？ （列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3

23、1022、1.01024 。【解析】回顾“滤液”中主要为Mg2+、Fe2+，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），将Fe2+转化为Fe3+，同时生成FePO4沉淀。根据溶度积规则，计算并注意溶液后体积变化。Fe3+恰好沉淀完全时，c(PO43)=molL1=1.31017 molL1，c3(Mg2+)c2(PO43)(0.01)3(1.31017)2=1.71040Ksp ，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。四、工艺流程题知识储备1.常见“表述性词汇”的作用 化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们所应考虑的答题角度。通常用到的表述性词

24、语为： (1)“控制较低温度”常考虑物质的挥发、物质不稳定易分解和物质转化等。 (2)“加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、产率等。 (3)“能否加其他物质”常考虑会不会引入杂质或影响产物的纯度。 (4)“分离”、“提纯”常考虑过滤、蒸发、萃取、分液和蒸馏等常规操作。(5)“溶液呈酸性或碱性”考虑电离或水解产生的H或OH，是促进还是抑制电离或水解。 (6)“利用率”常考虑经济性或环保性。 (7)“在空气中或在其他气体中”主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。 (8)“判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其

25、中的某种离子。(9)“检验某物质的设计方案”通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。 (10)“控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。 (11)“用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。2.答题的套路及规范答题模板(1)注意增大原料浸出率离子在溶液中的含量多少的措施：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。 (2)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向 ，一般是有利于生成物生成的方向移动。(3)温度不高于的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成(如浓硝酸)挥发、(如H2O2、

26、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等，影响产品的生成。(4)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大的晶体)的方法蒸发浓缩(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。(5)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法蒸发浓缩、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。(6)溶液配制、灼烧、蒸发、过滤用到的仪器。(7)控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围确定、范围过小的后果(导致某离子

27、沉淀不完全)或过大的后果(导致主要离子开始沉淀)。(8)减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。(9)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，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。(10)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23次。(11)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，则沉淀洗涤干净。(12)洗涤的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。 (13)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

28、解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。 (14)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。 (15)蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。 (16)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的气体(如氧气)防止某物质被氧化。 3.常见化工流程反应及物质制备 (1)侯氏制碱法化工流程化学方程式：NaCl（饱和）NH3CO2H2ONaHCO3NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2反应原理：向饱和NaCl溶液中通入足量NH3，然后通足量二氧化碳，因为NaCl溶液饱和，生成的碳酸氢

29、钠的溶解度小于氯化钠的溶解度，所以碳酸氢钠以沉淀的形式析出。优点：使食盐的利用率达到96，原料被充分利用，减少环境污染。(2) 氯碱工业化工流程除去粗盐中的Mg2、Ca2、SO42-等杂质，依次使用NaOH、Na2CO3、BaCl2，因为除杂试剂过量，所以要求Na2CO3放在BaCl2之后，最后用HCl除去过量的Na2CO3，调节溶液的pH。电解原理：利用阳离子交换膜来隔成阴极室和阳极室，防止氢气与氯气混合，也防止氯气与氢氧化钠作用影响烧碱质量。(3)氧化铝的制备铝土矿的主要成分是Al2O3,含有的杂质是Fe2O3和SiO2.因为Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物， Fe2O3是碱

30、性氧化物，所以可设计两种提纯Al2O3方案。 (4)海水提溴方法(5)常用的工业制备原理知识工业制漂粉精：2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O工业合成氨：N2+3H22NH3（催化剂：还原铁粉Fe）制取硝酸：4NH3+5O24NO+6H2O 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO 电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2电解制镁：MgCl2 (熔融) Mg+Cl2电解制镁：2Al2O3(熔融)=4Al+3O2工业制玻璃： Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2工业制取硫酸：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 2SO2+O22SO3（五氧