归纳与整理教案3

突破全国卷专题

无机化学工艺流程题的解题策略

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。

一、题型结构

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)。

二、解题思路及方法

1．解题方法

(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。

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：

①知道“四个什么”。

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。

②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：

①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2～3次。

②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。

③如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。

④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正确的。

(2)认真审题，不要因审题不细致而失分。例如：

①填“化学方程式”还是“离子方程式”。

②填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。

③填“大于”还是“>”“增大”还是“变大”等。

④填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。

⑤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。

命题角度一

原料预处理方式

”“↑”“↓”

命题角度二

必考的反应条件

反应条件

调节溶液

的pH 控制温度

控制压强

使用催

加快反应速率，缩短达到平衡的时间

化剂

趁热过滤

冰水洗涤

防止某物质降温时会大量析出

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

条件内容

常用于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pH增大；不引入新的杂质

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

改变速率，使平衡向需要的方向移动

＋命题角度三

提纯方法

方法

水溶法

酸溶法

碱溶法

氧化剂或还原剂法

加热灼烧法

调节pH法

目的

除去可溶性杂质

除去碱性杂质

除去酸性杂质

除去还原性或氧化性杂质

除去受热易分解或易挥发的杂质

如除去酸性铜溶液中的Fe3等

＋命题角度四

分离方法

(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。

(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、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O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。

1．(2015·高考山东卷)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下：

(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是____________________________________。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的________。

a．烧杯

b．容量瓶

c．玻璃棒

d．滴定管

(2)加入NH3·H2O调pH＝8可除去________(填离子符号)，滤渣Ⅱ中含________________(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH Ca2

＋Mg2

＋Fe3

＋11.9 13.9 9.1 11.1 1.9 3.2

已知：Ksp(BaC2O4)＝1.6×10－7，Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9

(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba2＋的含量，实验分两步进行。

已知：2CrO2－4＋2H＋===Cr2O2－7＋H2O Ba2＋＋CrO2－4===BaCrO4↓

步骤Ⅰ：移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b mol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V0 mL。

步骤Ⅱ：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤Ⅰ相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2＋完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b mol·L－1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1 mL。

滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的____________(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的浓度为________mol·L－1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2＋浓度测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。

解析：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。(2)由流程图和表中数据可知，pH＝8时，可除去Fe3＋；调节pH＝12.5时，Mg2＋完全沉淀，Ca2＋部分沉淀，故滤渣Ⅱ中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2＋，使Ca2＋(aq)＋C2O (aq)===CaC2O4(s)，当H2C2O4过量时，也可能使c(Ba2＋)·c(C2O )＞Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl2·2H2O的量减少。(3)由方程式2CrO ＋2H＋===Cr2O ＋H2O知，步骤Ⅰ中加入的CrO 的总物质的量为b mol·L－1× L＝ mol。步骤Ⅱ中，加入BaCl2充分反应后，剩余的CrO 的物质的量为b mol·L－1× L＝ mol，与Ba2＋反应的CrO 的物质的量为 mol－ mol＝mol，由方程式Ba2＋＋CrO ===BaCrO4↓得，

n(Ba2＋)＝n(CrO )，所以BaCl2溶液的浓度：c(BaCl2)＝

＝mol·L－1。若步骤Ⅱ中滴加盐酸时，有少量待测液溅出，造成V1的用量减小，所以的测量值将偏大。

答案：(1)增大接触面积从而使反应速率加快

ac (2)Fe3＋

Mg(OH)2、Ca(OH)2

H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少

(3)上方

偏大

2．(2014·高考安徽卷)LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：

已知：HCl的沸点是－85.0 ℃，HF的沸点是19.5 ℃。

(1)第①步反应中无水HF的作用是________、________。反应设备不能用玻璃材质的原因是________________________________________________________________________ (用化学方程式表示)。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的________溶液冲洗。

(2)该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)第④步分离采用的方法是________；第⑤步分离尾气中的HF、HCl采用的方法是____________。

(4)LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为________________________________________________________________________ mol(用含w、n的代数式表示)。

解析：(1)由流程可知，第①步反应中无水HF除作为反应物外，还起到溶剂的作用。玻璃中含有SiO2，可与HF发生反应而被腐蚀，化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。HF具有酸性，沾到皮肤上，可选用碱性较弱的NaHCO3溶液进行冲洗。

(2)PF5中P元素显＋5价，F元素显－1价，迁移应用盐类水解反应知识推出PF5发生水解反应应生成H3PO4和HF，化学方程式为PF5＋4H2O===H3PO4＋5HF。

(3)第④步分离得到滤液和LiPF6固体，显然该步操作为过滤。HCl、HF的沸点分别为－85.0 ℃和19.5 ℃，第⑤步分离尾气中的HCl和HF，可采用冷凝的方法，使HF液化，再予以分离。

(4)由题意可知，152 g·mol－1×n(LiPF6)＋26 g·mol－1×n(LiF)＝w g，n(LiPF6)＋n(LiF)＝n mol，解得

n(LiPF6)＝(w－26n)/126 mol。

答案：(1)反应物

溶剂

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O NaHCO3

(2)PF5＋4H2O===H3PO4＋5HF (3)过滤

冷凝

(4)(w－26n)/126 (本题部分小题属于开放试题，合理答案均可) 3．解答无机化工流程试题的程序

基本步骤：

①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。②然后整体浏览一下流程，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，从几个方面了解流程：A、反应物是什么

B、发生了什么反应

C、该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：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。

解题思路：

明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点

4．熟悉工业流程常见的操作与名词

工业流程题目在流程上一般分为3个过程：

(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词

①加快反应速率

②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等

水浸：与水接触反应或溶解

浸出：固体加水(酸)溶解得到离子

浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化) 酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程

③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解

④控制反应条件的方法

(2)分离提纯阶段的常见考点

①调pH值除杂

a．控制溶液的酸碱性使其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

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Mn(OH)2

＋＋开始沉淀

2.7 7.6 8.3 沉淀完全

3.7 9.6 9.8 若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？

提示：先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。

＋＋b．调节pH所需的物质一般应满足两点：

能与H反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。

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

＋＋＋②试剂除杂

③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动

如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。

④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动

⑤萃取

(3)获得产品阶段的常见考点：

①洗涤(冰水、热水)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。

②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。

③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。

④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。

⑤重结晶

(4)其他常见考点

①化学方程式

②实验仪器

③计算

④信息

5．注重答案的文字叙述规范

(1)洗涤沉淀：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。

(2)从溶液中得到晶体：蒸发浓缩－冷却结晶－过滤－洗涤－干燥。

(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。

(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。

6．热点题型探究

热点1

碱金属及其矿物的开发利用

(1)滤渣的主要成分为________________________________________________________。

(2)“趁热过滤”的原因是____________________________________________________。

(3)若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是_____________________________(写出一种)。

(4)若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是___________________________。

(5)已知：Na2CO3·10H2O (s)===Na2CO3(s)＋10H2O(g)

ΔH1＝＋532.36 kJ·mol1

－Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3·H2O(s)＋9H2O(g)

ΔH2＝＋473.63 kJ·mol1

－写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式_____________________________________。

方法技巧

首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(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，弄清生产流程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。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。

迁移应用1 锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：

已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：

氢氧化物

开始沉淀pH 完全沉淀pH Fe(OH)3

2．7 3．7 Al(OH)3

3．7 4．7 Mg(OH)2

9．6 11 ②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：

温度/℃

0 10 20 1．329 50 1．181 75 0．866 100 0．728 Li2CO3的溶1．539 1．406 解度/g 请回答下列问题：

(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：

。

(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是________________________________________________。

(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：____________________________________。

(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀，写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称

，洗涤所得Li2CO3沉淀要使用

(选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是_____________________________________________________________________。

(5)电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是_____________。

热点2

镁、铝及其矿物的开发利用

【例2】

高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：

(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2。检验Fe2是否除尽的实验操作是________________________________。

＋＋(2)通常条件下Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，除杂后溶液中c(Fe3)约为______________。

＋(3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是______________。

(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是____________________________________。

(5)“分离”操作名称是______(填字母代号)。

A．蒸馏

B．分液

C．过滤

(6)测定铵明矾组成的方法是：

a．称取0.453 0 g铵明矾样品，高温灼烧，得Al2O3固体0.102 0 g；

b．称取0.453 0 g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl2溶液，经陈化、过滤、灰化，得BaSO40.465 9 g。

c．称取0.453 0 g铵明矾样品，加入足量的NaOH溶液，加热，将产生的气体依次通过碱石灰和浓硫酸，浓硫酸增重0.017 0 g。

则铵明矾的化学式为________________。

迁移应用2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取＋＋－－的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na、Mg2、Cl、Br等)中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：

回答下列问题：

(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是_______________。

(2)从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2 ，除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入到盛有

溶液的烧杯中，充分搅拌后经

、

(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。

(3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图：

其中装置A的作用是_________________________________________________________。

(4)写出过程④中发生反应的化学方程式_________________________________________。

热点3

铁、铜及其矿物的开发利用

【例3】

(2011·江苏，16)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，该反应的平衡常数表达式为K＝____________________；过量的SO2与NaOH溶液反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是_______________________________、

________________________________________________________________________。

(3)通氯气氧化时，发生的主要反应的离子方程式为_______________________________；

该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为_____________________。

(写化学式)。

迁移应用3 工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如下图所示：

试根据上图转化回答下列问题：

(1)工业生产Cl2时，尾气常用石灰乳吸收，而不用烧碱溶液吸收的原因是_____________。

(2)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出反应的化学方程式_______________________。制备中当氯化完成后必须经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋－＋Cu＋2Cl===2CuCl↓)_________________________________________________。

(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是__________________________________________，加入NaCl且过量的原因是_____________________________________________________。

(4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是____________________________________。

(5)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式________________________________________________________________