1、高考评价体系下2020-2021届高三化学工业流程题解题模型讲座 一、工业流程题的特点一、工业流程题的特点 以真实的化工生产过程为背景设计试题，主要解决以下问题：1.解决将原料转化为产品的生产原理；2.除去所有杂质并分离提纯产品；3.提高产量与产率；4.减少污染，考虑绿色化学生产；5.生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产过程二、为什么要考工业流程题？命题立足学科主干知识（考试大纲标记为“理解（掌握）”层次的知识），联系实际，能力立意，注重考查综合运用能力，考查学科素养。知识点的内涵、外延和相关知识的联系和应用是命题的视角。学以致用知识的价值体现！三、怎样考？1.流程题设计的基本思路流程题设
2、计的基本思路 （1）试题素材：以某种无机或有机产品的实际工业或实验流程为命题素材；（2）试题考查内容：元素及其化合物知识、基本概念与基本理论、基本实验知识；（3）试题考查能力：获取信息与处理信息的能力、实验探究能力、语言表达能力、抽象思维能力、计算能力；2.流程题试题的一般形式原料原料原料原料溶解溶解分离分离成分成分分离分离物质物质副产物副产物纯物质纯物质试剂试剂浸溶浸溶分离分离试剂试剂副产物的副产物的循环利用循环利用四、怎么做？（即如何解答？）1.首先要明确原料是什么物质，含有哪些成分，目标产物是什么物质，含有什么成分 利用试题关键信息及每一步流程后产生物质的形态、组成，仔细分析有关过程，结
3、合物质的物理和化学性质（含一些特性），应用化学反应原理，仔细分析工艺或试剂的作用 自始至终都要关注：要保留什么元素，要除掉什么元素！工艺或试剂在不同环节的不同作用：（1）原料处理阶段：除去杂质，避免干扰核心反应，为核心反应提供合适的条件如温度、压强、酸碱性、增大反应的接触面积等；（2）在核心反应阶段：使核心反应发生，防止副反应发生；（3）在产品精制阶段：减少产品中的杂质、减少产品损失、提高原料利用率、防止产品变质等 涉及的化学反应原理：常常是影响化学反应速率和化学平衡的因素 2.两个高度关注：元素的去向元素化合价的变化；由原料和产品的组成，迅速判断哪些元素或者物质是要在工艺过程中保留的，要除去
4、哪些元素或物质并铭记在心，同时关注这些元素的化合价的变化情况，这样就能知道在工艺过程中是否需要加入氧化剂或者还原剂。3.高度关注箭头：主线主产品 支线副产品 回头循环品4.针对性地答题（1）信息优先：准确理解试题中的信息：若与已学过的知识矛盾或相冲突，一定要“信息优先”！按照题给信息作答；（2）相似类推：根据元素周期律，利用元素及其同类化合物性质的相似性推断陌生物质的性质和相关反应（3）表达：切忌空洞 围绕目的答题如2017年全国III卷第26题 形成一些答题的范式（如：从平衡的角度分析有关的变化，答题模版）杜绝答非所问（如误将化学方程式写成离子方程式等）（4）充分考虑工艺的酸碱性环境和温度环
5、境2016年全国III卷第26题（节选）绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：_、_。【答案】（1）样品中无Fe2+；Fe2+可以被空气氧化为Fe3+；欠佳的答案：Fe3+能使SCN-显红色。酸碱性控制：据题意提供的反应条件（酸碱性、pH）作答从促进水解、抑制水解的角度作答从题目提供的物质引起的副反应作答 温度的控制：据题意提供的反应条件，一些反应物或生成物的熔沸点及性质联系反应原理作答（如控
6、制某些物质为固态、液态，另一些物质为气态等，又如温度过高H2O2易分解、氨水易挥发等）；从促进或抑制水解的角度作答；从某些反应物或生成物在某个温度下会发生不利于生产流程的副反应角度作答；从运用化学反应速率、化学平衡的理论控制适宜化工生产条件的角度作答。5.其他补充说明（1）矿样的预处理方式：粉碎及目的：减小粒径以增大反应的接触面积、加快反应速率（生产中搅拌也能加快反应速率）、提高反应物的转化率；煅烧及目的：除去有机物杂质或含碳杂质、使一些具有还原性的物质被空气中氧气氧化；溶解：酸溶（浸）与酸反应；碱溶（浸）与碱反应；水溶（浸）溶解于水或者与水反应；氧化还原溶通过改变价态溶解难溶物（2）沉淀的生
7、成顺序与沉淀的转化：）沉淀的生成顺序与沉淀的转化：不一定是Ksp小的先沉淀，只有“同元”难溶电解质才可用Ksp比较离子浓度的大小；Ksp略小的难溶电解质也可转化成Ksp稍大的难溶电解质，如AgBr AgCl；应用 Ksp选择正确的沉淀顺序，进行混合物的分离；关注选修四P.66的“练习”，详细讲解了除去Cu2+溶液中Fe2+的方法（常考！）；建议同学们掌握以下常见离子完全沉淀时大约的pH的计算方法并记住它们，在除杂或提纯的流程题中常会用到：金属金属离子离子Fe3+Al3+Cu2+Zn2+Fe2+、Ni2+、Pb2+Mg2+沉淀完时的pH3578911（3）制备提纯类流程题常用的六种分离方法：过滤
8、、洗涤、干燥蒸发结晶蒸发浓缩，冷却结晶萃取、分液蒸馏与分馏冷却或冷凝（补充：冷凝时常采用的两种方式：a.若生成物的沸点比反应物更低，一般使用直形冷凝管而不能用球形或蛇形冷凝管，仪器的组装特点：略；b.若生成物的沸点比反应物更高，一般使用球形或蛇形冷凝管比使用直形冷凝管效果更好，仪器的组装特点：略；）（4）氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行：根据元素及其化合物的性质以及元素化合价的变化写出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物根据最小公倍数法配平得失电子完善，完善的顺序一般是使左右电荷守恒化合价未变的金属酸根离子HO常见的氧化剂及其主要的还原产物以及1mol该氧化剂反应时转移的电子
9、数：KMnO4（H+）Mn2+(5mole-)；O22O2-（4mole-）；浓HNO3NO2（1mole-）；稀HNO3NO（3mole-）；浓H2SO4SO2（2mole-）；X22X-（2mole-）；HClOCl-（2mole-）；Fe3+Fe2+（1mole-）；H2O22H2O（2mole-）（5）非氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行：因为所有元素的化合价均没有变化，所以先根据题给信息写出主要反应物和主要生成物配平主要元素完善，完善的顺序一般是使左右电荷守恒酸根离子HO（6）H2O2专题：1.受热容易分解（所以在涉及H2O2的试题时，若温度太高H2O2会分解，其作
10、用会减弱）2 H2O2=2H2O+O2；2.体现氧化性，如可以将Fe2+氧化为Fe3+；3.有时也体现还原性，如H2O2遇KMnO4（H+）时，会被氧化为O2；4.在复分解反应中，制备过氧化物，如CaCl2溶液和H2O2在氨水存在下会反应生成CaO2；5.有时也会体现广义的酸性（弱酸性）：H2O2 H+HO2-；HO2-H+O22-典型例题分享：典型例题分享：例1.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)的工艺流程如图所示：铁硼矿粉硫酸浸出过滤净化除杂过滤蒸发浓
11、缩冷却结晶过滤粗硼酸 浸渣 浸渣 含镁盐母液回答下列问题：（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_。（体
12、会“信息优先”！）Mg2B2O5H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径Fe3O4SiO2和CaSO4将Fe2+氧化成Fe3+（七水）硫酸镁使Fe3+和Al3+形成氢氧化物沉淀而除去2H3BO3=B2O3+3H2O B2O3+3Mg=2B+3MgO略例例2.酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：化合物化合物ZnZn（OH）2FeFe（OH）2FeFe（OH）3Ksp近似值10-1710-1
13、710-39回答下列问题：（1）该电池的正极反应式为 ，电池反应的离子方程式为 （2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗Zn g。（已经F96500C/mol）（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过_ _分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、_和 ，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是 ，其原理是 。（4）用废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_，加碱调节至pH为 时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于110-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱至
14、pH为_时，锌开始沉淀（假定Zn2浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H2O2后果是 ，原因是 。MnO2+e-+H+=MnOOH2MnO2+2H+Zn=Zn2+2MnOOH0.05蒸发浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近例例3.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：回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为_。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去M
15、g2+和Ca2+，要加入的试剂分别为_、_。“电解”中阴极反应的主要产物是_。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_，该反应中氧化产物是_。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为_。(计算结果保留两位小数)+3价2NaClO3+SO2+H2SO4=2NaHSO4+ClO2NaOH Na2CO3NaClO22:1O21.57g例例4.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
16、染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：物质物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121回答下列问题：（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为_ ，同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是_。（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为_mol。（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_ _ 。（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V4O124 R4V4O12+4O
17、H（以ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性（填“酸”“碱”“中”）。（5）“流出液”中阳离子最多的是_。（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_ _。V2O5+2H+=2VO2+H2OSiO20.5Fe（OH）3和Al（OH）3碱K+2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O例例5.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：回答下列问题：（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7
18、0%时，所采用的实验条件为_。（2）“酸浸”后，钛主要以 TiOCl42-形式存在，写出相应反应的离子方程式_。100，2h或90，5hFeTiO3+4H+4Cl-=Fe2+TiOCl42-+2H2O（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：分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因_。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为_。（5）若“滤液”中 c(Mg2+)=0.02mol/L，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+)=110-5mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2 沉淀生成？
19、。（列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.310-22、1.010-24。（6）写出“高温煅烧”中由FePO4 制备LiFePO4 的化学方程式 。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TiO2 xH2O转化反应速率下降4Fe3+恰好沉淀时，c(Fe3+)c(PO43-)=1.310-22，c(PO43-)=1.310-17，此时c(Mg2+)=10-2mol/L,Qc=c3(Mg2+)c2(PO43-)=(10-2)3(1.310-17)2=1.6910-40110-24,所以无Mg3(PO4)2沉淀生成2FePO4+
20、H2C2O4+Li2CO3=2LiFePO4+3CO2+H2O 【体会】做工业流程题时不一定要每一个步骤、每一个环节都搞得清清楚楚后才能做题，事实上工业生产中很多环节是十分复杂的，中学阶段所学的这些化学知识是不足以彻底搞清楚每一个环节的，命题者会充分考虑到这一点，大胆地运用所学知识去解释命题者预留的空白即可。例例6.水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_，还可使用_代替硝酸。将Fe2+
21、氧化为Fe3+H2O2或氯水等（2）沉淀A的主要成分是_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。（3）加氨水过程中加热的目的是_ _ 。沉淀B的主要成分为_、_（写化学式）。（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnO4-+H+H2C2O4Mn2+CO2+H2O（未配平）。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.0500 molL1的KMnO4溶液36.00 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为_。SiO2SiO2+4HF=SiF4+2H2O防止胶体生成，易沉淀分离Fe(OH)3Al(OH)34
22、5%例例7.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FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：（1）步骤的主要反应为：FeOCr2O3+Na2CO3+NaNO3 =Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeOCr2O3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
23、得到K2Cr2O7固体。冷却到_（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。2:7高温下陶瓷容器会与Na2CO3发生反应FeAl(OH)3小2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2Oda80b60c40d10步骤的反应类型是_。（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_。复分解反应21190m100%147m例例8.氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗纯化工业级氧化锌含有Fe（II）、Mn（II）、Ni（II）等杂质的流程如下图所示：提示：在本实验条件下，Ni（II）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2回答下
24、列问题：（1）反应中除掉的杂质离子是_，发生反应的离子方程式为 _ ；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_ _ _ （2）反应的反应类型为_，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有_（3）反应形成的沉淀要用水洗，检查沉淀是否洗涤干净的方法是_（4）反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn（OH）2取干燥后的滤饼11.2g，锻烧后可得到产品8.1g，则x等于_Fe2+和Mn2+MnO4-+3Fe2+7H2O=3Fe(OH)3+MnO2+5H+2MnO4-+3Mn2+2H2O=5MnO2+4H+铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质置换反应镍取少量水洗液于试管中，滴入12滴稀硝
25、酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净1例9.KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：（1）KIO3的化学名称是_。（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是_。“滤液”中的溶质主要是_。“调pH”中发生反应的化学方程式为_。碘酸钾加热KClKH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O或（HIO3+KOH KIO3+H2O（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示：写出电解时阴极的电极反应式_ _ _ 电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是_。与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_ _（写出一点）。2H2O+2e=2OH+H2K+a到b产生Cl2易污染环境等
