依据化学反应原理确定生成过程教学设计

化学工艺流程题

一、背景与作用

化学工艺流程题是近几年是高考的热点，它是传统“无机框图题”的变革与创新，以化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程，是化学与生活、社会生产联系重要体现。

二、题目构成特点

1、内容来源：真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。

2、题目结构：分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；

题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；

题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。

3、呈现形式：流程图、表格、图像。 4、设问方式：措施、成分、物质、原因。

5、能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力。 6、知识落点：基本理论、元素化合物、实验。

三、常涉及考点

1、原料处理阶段

（1）溶解时：固体粉碎目的；溶解试剂（蒸馏水溶、酸溶、碱溶等）。

（2）灼烧：仪器选择（如坩埚、泥三角、坩埚钳、酒精灯等），如从海带中提碘。

（3）煅烧：如碳酸钙分解；煅烧高岭土改变其结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。

（4）定量分析时要注意恒重的判断标准。

2、分离提纯阶段

（1）氧化阶段：如用氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42－以便后期处理。

（2）调节pH除杂：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

（3）试剂除杂：加试剂直接反应除去杂质。

（4）萃取：如从海水中提取溴和碘单质，利用溴和碘单质易溶于有机溶剂。

（5）加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。

（6）降温反应的目的：防止某物质在高温时会分解或为使化学平衡向着某个方向移动。

3、获得产品阶段

（1）洗涤：洗涤剂选择（如冰水洗、乙醇洗等）；目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗；晶体表面洗净检验方法（实质上检验晶体表面一些可溶性杂质离子，要注意强调取最后一次洗涤液少许于试管中）。

（2）结晶方法

①蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好（不会热分解）的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。要注意有金属离子易水解，控制酸性条件或酸性气体氛围，抑制其水解。

②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤：目的主要是让溶解度随温度变化大的溶质析出，多用于结晶水合、不稳定的盐类（如铵盐、硝酸盐）的结晶析出。这种题往往是用图

像表示溶解度与温度关系。

③蒸发结晶、趁热过滤：目的是让溶解度随温度变化小的溶质析出，防止某物质降温时会析出，如除去氯化钠溶液中硝酸钾。趁热过滤需用到热滤漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗外壁，以防因温度下降而析出杂质。

④重结晶：提高产品的纯度

四、解题思路

1、认真读题，了解实验目的。流程题一般只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。

2、仔细分析，读懂流程图。

（1）一般情况主线主产品；分支副产品；回头为循环。 （2）核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、产品分离提纯。

（3）工业生产流程主线与核心

原料预处理

产品分离提纯

反应条件原料循环利用

排放物的无害化处理

3、分析问题，回归课本知识，关注信息提示。大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往结合流程或信息提示才能回答，有时也可能存有悖学知识，这时就要结合化工生产实际考虑原料成本低廉、环境友好、产量产率高等等。

4、细心检查，最后结论再重新按流程图验证是否合理。。

【例题】：

1．碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域，以β-锂辉石(主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2)为原料制备Li2CO3的工艺流程如下：

已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH分别为

3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。

（1）步骤Ⅰ前，β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是______

_____。

（2）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42-，另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的PH到6.0~6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。

（3）步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有___________

。

（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为_________

_____。

（5）从母液中可回收的主要物质是_________ __。

2.由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：

（注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）

（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为① 和② （2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有 ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 （3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为 （4）镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4―

和Al2Cl7―形式存在，铝电极的主要电极反应式为 （5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是 【课后作业】：

1．碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠（纯度约98％）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和SO24等杂质，提纯工艺路线如下：

已知碳酸钠的溶解度（S）随温度变化的曲线如下图所示：

回答下列问题：

（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1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·mol-1

Na2CO3·10H2O(s)=Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g)

ΔH1=+473.63 kJ·mol-1

写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式

例题1答案：(1)增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率 (2)石灰石 (3)Fe2+、Mg2+、Ca2+

(4)2Li++CO32-==Li2CO3↓ （5）Na2SO4

例题2答案：（1）①2Al+Fe2O3 = Al2O3+2Fe ②4Al+3SiO2 === 3Si+ 2Al2O3 (2)HCl、AlCl3；NaCl。(3)Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O H+ + OH—= H2O (4)阳极；阳极：Al+7AlCl4―-3e-=4Al2Cl7― (5)铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能隔绝钢材与空气中O2、CO2、H2O等接触，使电化学腐蚀和化学腐蚀不能发生，起到防腐保护作用。

【课后作业答案】：

(1)滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3。

(2)“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H20晶体，令后续的加热脱水耗时长。

(3)若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。

(4)若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是问题：溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质；原因：“母液”中，含有的离子有Ca2+，Na+，Cl-，SO42-，OH-，CO32-，当多次循环后，使用离子浓度不断增大，溶解时会生成CaSO4，Ca(OH)2，CaCO3等沉淀。

(5)写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式

Na2CO3·H2O（S）=== Na2CO3（s） + H2O（g）

ΔH = +58.73kJ/mol