1、 化学工艺流程试题的突破方略化学工艺流程试题的突破方略 试题背景分析 化学工艺流程题是全国高考中的必考题型，它是传统的“无机框图题”的变革与创新， 是将化工生产过程中的主要生产阶段即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，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。这类试题充分体现了“化 学是真实的”这样一种命题指导思想。 1呈现模式 2识图方法 图 1 图 2 图 3 图 1 箭头表示反应物加入同时生成物出来； 图 2 箭头表示反应物分步加入和生成物出来； 图 3 箭头表示循环反应。 试题三步审读 1读题干明确原料成分和目的要求 2读流程明确各步转化原理和目的 (1)
2、看箭头：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)看三线：主线主产品、分支副产品、回头为循环。 (3)找信息：明确反应条件控制和分离提纯方法。 (4)关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。 3读问题明确答什么 (1)答非所问：要看清题目要求，按要求答题，防止答非所问。 (2)规范答题：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语的书写与 表示要准确、规范。 试题分类探究 以除杂、分离、提纯为主体的化工流程题 1物质分离提纯的原则 (1)不增：不引入新的杂质。 (2)不减：不减少被提纯的物质。 (3)易分离：被提纯物与杂质易于分离
3、。 (4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。 2常用的提纯方法 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 调节溶液的 pH 法 如除去酸性 Cu 2溶液中的 Fe3等 3.常用的分离方法 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 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 蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质，如 NaCl 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
4、 KNO3、 FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O 等 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 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 深度归纳 1增大原料浸出率(离子在溶液中被浸出的百分率)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。根据物质的具体性质，原 料浸泡可分为水浸、酸浸、碱浸、醇浸等。 2过滤问题 (1)3 个基本操作 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，用胶头滴管取上层清 液少许放入小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉
5、淀生成，则说明离子沉淀完全。 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 2 3 次。 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，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。 (2)特定洗涤目的 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解度，减少其在洗 涤过程中的溶解损耗。 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。 3结晶方式 (1)蒸发浓缩、冷却结晶：适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质分离提纯，如除去 KNO3中的少量 NaCl 或受热易分解的物质
6、，如晶体水合物、铵盐等。 (2)蒸发结晶、趁热过滤：适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少 杂质晶体的析出，如除去 NaCl 中的少量 KNO3。趁热过滤的方法：漏斗预热，用少量热蒸馏水 通过过滤器，带加热装置的漏斗、抽滤。 提醒：晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干 燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。 4调节溶液 pH 分离提纯 (1)控制溶液的酸碱性使其中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 开始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 1.5 3.7 Fe(OH)2 7.6
7、9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去 Mn 2溶液中含有的 Fe2，可先用氧化剂把 Fe2氧化为 Fe3，再调节溶液的 pH 在 3.7pH_ molL1(写出计算式即可)。 (5)操作 a 的内容是_。 解析：(1)把废镍催化剂粉碎，或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率等都可以 提高酸浸速率。 (2)试剂 a 是过氧化氢，反应的离子方程式为 2Fe 22HH 2O2=2Fe 32H 2O。 (3)因为铁、 铝是以氢氧化铁和氢氧化铝的形式沉淀下来的， 并且不能使镍离子形成沉淀， 故 pH 范围为 5.0pH 1.4610 10 1.010 5 molL 1。 (5)从溶液中分
8、离出晶体需要进行过滤、洗涤、干燥。 答案：(1)把废镍催化剂粉碎(或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率等) (2)2Fe 22HH 2O2=2Fe 32H 2O (3)5.0pH6.8 加入 Ni(OH)2消耗溶液中的 H ，促使铁离子、铝离子的水解平衡右移， 使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀 (4)Ni 2C 2O 2 42H2O=NiC2O42H2O 取适量上层清液于试管中，继续滴加(NH4)2C2O4 溶液，无沉淀生成 1.4610 10 1.010 5 (5)过滤、洗涤、干燥 以物质制备为主体的化工流程题 1物质制备过程的条件控制 (1)控制体系的环境氛围 需要在酸性气流中干燥
9、FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶体，抑制水解并带走因分解产生 的水汽。 营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止 Fe 2被氧化。 加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂 H2O2将 Fe 2氧化转化为 Fe3，绿色氧化剂 H 2O2 的优点：不引入新杂质，对环境无污染。 (2)控制反应温度 加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。 降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡向某个方向移动。 控制温度在一定范围内：综合多方面因素考虑。如使反应速率不至于太慢、抑制或促 进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最
10、高等。 如题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们溶解度随温度 升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法。 2在流程题中，常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对化学反应的温度 或压强有不同的要求，其所起的作用也不一样，但都是能否达到实验目的的关键所在，也是 命题专家们经常考查的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响这两 个方面着手。如 使催化剂的活性达到最高： 如工业合成氨或 SO2的催化氧化反应，选择的温度是 500 左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。 对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色 化
11、学的目的。 典例导航 (14 分)(2015全国卷，T27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分 为 Mg2B2O5H2O 和 Fe3O4，还有少量 Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和 SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3) 的工艺流程如下所示： 回答下列问题： (1)写出Mg2B2O5H2O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
12、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_。 三步审读 答案：(除特殊标注外，每空 1 分)(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42H3BO32MgSO4(3 分) 提高反 应温度、减小铁硼矿粉粒径 (2)Fe3O4 SiO2和 CaSO4(提示：Fe3O4具有磁性。 “浸渣”中除含 Fe3O4外，还含有与 H2SO4 不反应的 SiO2，以及 CaO 与 H2SO4反应生成
13、的微溶物 CaSO4。) (3)将 Fe 2氧化成 Fe3 使 Fe3与 Al3形成氢氧化物沉淀而除去(2 分) (4)(七水)硫酸镁(滤液中含有 MgSO4) (6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg2B3MgO(3 分) (1)Al2O3、FeO 与硫酸溶液反应的离子方程式为_ _、 _。 (2)“净化杂质”加 H2O2溶液反应的离子方程式为_ _。 (3)过滤用到的玻璃仪器有漏斗、_；蒸发浓缩用到的玻璃仪器有酒精 灯、_ _。 答案：(1)Al2O36H =2Al33H 2O FeO2H =Fe2H 2O (2)2Fe 2H 2O22H =2Fe32H 2O (3)烧杯、玻璃棒
14、 蒸发皿、玻璃棒 对点训练 2(2019东北三省联考)铅及其化合物有着优异的性能和广泛的应用。工业上利用铅浮 渣(主要成分是 PbO、Pb 还含有少量的 Ag、CaO)可制备硫酸铅。制备流程图如下： 已知：Ksp(PbSO4)1.610 8 Ksp(CaSO4)4.910 5 (1)步骤有 NO 产生，浸出液中含量最多的金属阳离子为 Pb 2，写出 Pb 参加反应的化学 方程式： _ _， 为防止 Ag 被溶解进入浸出液，步骤操作时应注意 _。 (2)粗 PbSO4产品含有的杂质是_； 要得到纯净的 PbSO4， 需要用试剂进行多次洗涤， 再用蒸馏水洗涤。最好选用的试剂是_。 A稀硫酸 B稀盐
15、酸 C硝酸铅溶液 D酒精 (3)母液中可循环利用的物质是 HNO3，若母液中残留的 SO 2 4过多，则循环利用时可能出现 的问题是_ _。 (4)若将步骤中的 Pb 2完全沉淀c(Pb2)1.0105 molL1，则溶液中的 c(SO 2 4) 至少为_molL 1。 (5)(CH3COO)2Pb 是皮毛行业的染色助剂，可用 PbSO4与 CH3COONH4反应制备，写出反应的离 子方程式： _。 解析：(1)Pb 能与稀硝酸发生氧化还原反应，其化学方程式为 3Pb8HNO3=3Pb(NO3)2 2NO4H2O。由于金属活泼性：PbAg，故步骤中为了防止 Ag 溶解进入浸出液，需控制硝 酸的
16、用量并使铅浮渣(或 Pb)稍有剩余。(2)根据题图可知所得粗 PbSO4产品中含有 CaSO4杂质， 根据 PbSO4、CaSO4的溶度积常数可知相同条件下 PbSO4更难溶，为了得到纯净的 PbSO4，可用 硝酸铅溶液多次洗涤粗产品， 使 CaSO4转化为 PbSO4， 再用蒸馏水洗涤。 (3)若母液中残留的 SO 2 4 过多，则其会与浸出时生成的 Pb 2反应生成 PbSO 4，PbSO4会随浸出渣排出，从而降低 PbSO4的 产率。(4)步骤中 Pb 2完全沉淀时溶液中 c(Pb 2)1.0105 molL1，则溶液中 c(SO 2 4) 至少为1.610 8 1.010 5 molL 11.6103 molL1。(5)根据题中信息可知 PbSO 4与 CH3COONH4发 生复分解反应得到(CH3COO)2Pb，其离子方程式为 PbSO42CH3COO =(CH 3COO)2PbSO 2 4。 答案：(1)3Pb8HNO3=3Pb(NO3)22NO4H2O 控制硝酸的用量并使铅浮渣(或 Pb)稍 有剩余(其他合理答案均可) (2)CaSO4 C (3)浸出时部分 Pb 2生成 PbSO 4随浸出渣排出，降 低 PbSO4的产率 (4)1.610 3 (5)PbSO 42CH3COO =(CH 3COO)2PbSO 2 4
