归纳与整理名师教学设计2

无机化工流程题的解题指导

化学工艺流程题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，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型。

1．流程图模式

规律：箭头指出是原料，箭头指向是产物。主线主产品、分支副产品、回头为循环。

2．常见设问角度

(1)化学方程式或离子方程式的书写。

(2)物质成分的判断。

(3)除杂试剂的选择。

(4)物质分离提纯操作。

(5)反应条件的控制。

(6)产率的计算、纯度的计算。

一、操作方法解读

物质制备类化工流程题

1．对原料进行预处理的常用方法及其作用

(1)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——与水接触反应或溶解。

(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。

(4)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。

(5)煅烧——改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。

2．常用的控制反应条件的方法

(1)调节溶液的pH。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：

①能与H反应，使溶液pH增大；

②不引入新杂质。

例如：若要除去Cu2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，不可加入NaOH溶液、氨水等。

(2)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。

(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。

(4)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．明确常用的提纯方法

(1)水溶法：除去可溶性杂质。

(2)酸溶法：除去碱性杂质。

(3)碱溶法：除去酸性杂质。

(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。

(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。

(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3等。

＋4．明确常用的分离方法

(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，如分离乙醇或甘油。

(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。

二、解题程序

（1）．读流程图

①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。

②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。

（2）．解题要点

1)审题要点：①了解生产目的、原料及产品，②了解题目提供的信息，③分析各步的反应条件、原理及物质成分，④理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。

2)答题切入点：①原料及产品的分离提纯，②生产目的及反应原理，③生产要求及反应条件，④有关产率、产量及组成的计算，⑤绿色化学(物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。)

典例1 (2015课标Ⅰ,27,14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以

铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、

Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:

回答下列问题:

(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式

。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的

措施有

(写出两条)。

（2）利用

的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩

余的物质是

。(写化学式)

(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是

。然

后再调节溶液的pH约为5,目的是

。

(4)“粗硼酸”中的主要杂质是

(填名称)。

(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原

剂,其电子式为

。

(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为

原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程

。

答案

(1)Mg2B2O5·H2O+2H2SO4  2H3BO3+2MgSO4

提高反应温

度、减小铁硼矿粉粒径

(2)Fe3O4

SiO2和CaSO4

(3)将Fe2+氧化成Fe3+

使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去

(4)(七水)硫酸镁

(5)Na+[H·· ··H]-

(6)2H3BO3  B2O3+3H2O、B2O3+3Mg  2B+3MgO

练习1．(2017·全国卷Ⅲ，27)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬

铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：

回答下列问题：

(1)步骤①的主要反应为

FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3――→Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2

上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是___________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。

(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。

(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。

高温

a．80℃

c．40℃

步骤⑤的反应类型是________。

(5)某工厂用m1

kg铬铁矿粉(含Cr2O3

40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2

kg，产率为________。

解析：(1)由题中反应可知，FeO·Cr2O3是还原剂，Fe元素化合价由＋2升高到＋3，Cr元素化合价由＋3升高到＋6,1 mol FeO·Cr2O3失去7 mol电子；NaNO3是氧化剂，N元素化合价由＋5降低到＋3,1 mol NaNO3得到2 mol电子。根据电子守恒可得，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7。步骤①不能使用陶瓷容器的原因是陶瓷在高温下会与Na2CO3反应。(2)熔b．60℃

d．10℃

块中Fe2O3不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中含量最多的金属元素是铁。滤液1中2含有AlO2、SiO2调节溶液pH＝7，则SiO2AlO2转化为Al(OH)3，3及CrO4，3转化为H2SiO3、－－－－－故滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。(3)由流程图可知，滤液2通过调节pH使CrO24转化为－22Cr2O27，根据离子方程式2CrO4＋2H??Cr2O7＋H2O可知，增大H浓度，即pH变小，可－－＋－＋以使上述平衡右移，有利于提高溶液中的Cr2O27浓度。(4)由图像可知，在10℃左右时得到－的K2Cr2O7固体最多。发生反应为2KCl＋Na2Cr2O7===K2Cr2O7＋2NaCl，该反应为复分解反应。(5)根据铬元素守恒可得：Cr2O3～K2Cr2O7，理论上m1

kg铬铁矿粉可制得K2Cr2O7的质量：1 000 m1 g×40%1 000m2 g－×294 g·mol1，则K2Cr2O7的产率为×－1152 g·mol1 000m1 g×40%－1×294 g·mol－152 g·mol1190m2100%＝×100%。

147m1答案：(1)2∶7

陶瓷在高温下会与Na2CO3反应

(2)Fe

Al(OH)3

2(3)小

2CrO24＋2H??Cr2O7＋H2O －＋－190m2(4)d

复分解反应

(5)×100% 147m1