廣東省高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 化學(xué)工藝流程題解法指導(dǎo).docVIP

第2講化學(xué)工藝流程題解法指導(dǎo)一、命題特點化學(xué)工藝流程試題是新課程高考催生的一種新型題型，也是廣東高考試題的特色之一。化學(xué)工藝流程試題就是將化工生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)階段即生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的化工工藝試題。工藝流程題的結(jié)構(gòu)分題頭、題干和題尾三部分：題頭一般是簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的(包括副產(chǎn)品)；題干部分主要用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來；題尾主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學(xué)知識設(shè)置成系列問題，構(gòu)成一道完整的化學(xué)試題。高考中“化學(xué)工藝流程試題”命題內(nèi)容廣泛，密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，設(shè)問方式靈活，充分體現(xiàn)了“化學(xué)是真實的”的命題指導(dǎo)思想，主要特征如下：(1)以化工生產(chǎn)為背景，用框圖的形式表述生產(chǎn)流程，主題內(nèi)容廣泛，密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，題材豐富。(2)工藝流程所包含的學(xué)科知識比較基礎(chǔ)，具有一定的代表性和典型性，流程圖中可能出現(xiàn)超綱知識，但試題設(shè)問時不會涉及。(4)解答流程題不必將圖中每一種物質(zhì)都推出，一般是問什么推什么。試題的設(shè)問一般沒有“連帶效應(yīng)”，即前一問不會回答沒關(guān)系，不影響后面回答問題。主要考查學(xué)生對已學(xué)知識的掌握、理解、遷移、轉(zhuǎn)換、重組和解決實際問題的能力。二、解題策略1明確目的，提取有用信息：題頭一般是簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的(包括副產(chǎn)品)，以及提供一些課本上未出現(xiàn)過但題中必須要用到的信息。通過閱讀題頭，了解流程圖以外的文字描述、表格信息、后續(xù)設(shè)問中的提示性信息，進(jìn)而明確生產(chǎn)目的制備什么物質(zhì)，找到制備物質(zhì)時所需的原料及所含雜質(zhì)，提取出所給的相關(guān)信息物質(zhì)反應(yīng)方程式、物質(zhì)穩(wěn)定性、物質(zhì)溶解性等。2分析流程，弄清各步作用：首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中依次進(jìn)行了什么反應(yīng)？每一步除目標(biāo)物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物？雜質(zhì)是否要除去，采用什么操作方法除去？采取這樣的方法，其目的是什么？3看清問題，準(zhǔn)確規(guī)范作答：無論流程如何陌生復(fù)雜，最終命題者設(shè)置的問題仍然是課本、考綱所要求掌握的知識點而已。大多數(shù)問題用所學(xué)知識便可直接回答，但個別地方往往有悖所學(xué)知識，這時就要考慮產(chǎn)物、環(huán)保、產(chǎn)量、成本等等。所以答題時要看清所問問題，不能答非所問，要注意語言表達(dá)的科學(xué)性，如不能將離子方程式寫成化學(xué)方程式、方程式要配平、分清實驗操作名稱還是具體操作步驟等等。三、解題方法1首尾分析法：對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)原材料與最后一種物質(zhì)產(chǎn)品，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。2截段分析法：對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種(兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的工藝流程題，用截段分析法更容易找到解題的切入點。3交叉分析法：有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，事先合成一種或幾種中間產(chǎn)品，再用這一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品。以這種工藝生產(chǎn)方式設(shè)計的工藝流程題，為了便于分析掌握生產(chǎn)流程的原理，方便解題，最簡單的方法，就是將提供的工藝流程示意圖劃分成幾條生產(chǎn)流水線，上下交叉分析。4“瞻前顧后”分析法：有些化工生產(chǎn)，為了充分利用原料，變廢為寶，設(shè)計的生產(chǎn)流水線除了主要考慮將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外，同時還要考慮將生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為原料的循環(huán)生產(chǎn)工藝。解答這類題，可以用“瞻前顧后”分析法。瞻前顧后分析法，指分析工藝生產(chǎn)流程時，主要考慮原料轉(zhuǎn)化為哪種產(chǎn)品(瞻前)，同時也要考慮原料的充分利用和再生產(chǎn)問題(顧后)。四、題型歸納1以實驗操作構(gòu)建流程【典例講評】七水合硫酸亞鐵(feso47h2o)是一種重要的食品或飼料添加劑、顏料及電子工業(yè)的原材料。其實驗室中常采用如下流程來制備：回答下列問題：(1)向廢鐵屑中加入熱na2co3溶液的目的是_。(2)加入“過量稀硫酸”的實驗操作明顯不合理，原因是_。(3)某同學(xué)認(rèn)為鐵屑與硫酸反應(yīng)不需要精確溫度，因此不必使用熱水浴加熱，可改用酒精燈直接加熱來維持反應(yīng)溫度，該做法的不妥之處是_。(4)“趁熱過濾”后的濾液有時略顯黃色，其原因是(用離子方程式表示)_。(5)已知硫酸亞鐵的溶解度(s)隨溫度變化的曲線如圖所示：若需從硫酸亞鐵溶液中結(jié)晶出feso44h2o，應(yīng)控制結(jié)晶和過濾的溫度(t)范圍為_。解析：(1)結(jié)合實驗?zāi)康?、流程可知向廢鐵屑中加入熱碳酸鈉溶液的目的是利用溶液的堿性，促進(jìn)油污水解，以除去廢鐵屑表面的油污。(2)硫酸過量，鐵完全轉(zhuǎn)化為fe2，在此環(huán)境中易被氧化成fe3而無法制得純凈的硫酸亞鐵。(3)采用酒精燈直接加熱，一是不易控制反應(yīng)溫度，二是因反應(yīng)中有氫氣生成，明火加熱可能引起爆炸。(4)濾液顯黃色，是因為過濾時fe2被空氣中的o2氧化成fe3的結(jié)果。(5)由圖知硫酸亞鐵飽和溶液溫度在56.6 64 之間時，溶液中析出的晶體是feso44h2o。答案：(1)除去廢鐵屑表面的油污(2)應(yīng)該鐵屑過量(或反應(yīng)后溶液中必須有鐵剩余)，否則酸性條件下fe2易被氧化為fe3(3)直接加熱不易控制反應(yīng)所需要的溫度，溫度過高時fe2易被氧化，同時由于反應(yīng)中有氫氣生成，明火加熱不安全(4)4fe2o24h=4fe32h2o(5)56.6 t64【知識歸納】結(jié)晶的幾種方法：(1)當(dāng)溶液是單一溶質(zhì)時，若所得晶體不帶結(jié)晶水(如nacl、kno3)：蒸發(fā)、結(jié)晶；若所得晶體帶結(jié)晶水(如cuso45h2o、莫爾鹽)：蒸發(fā)濃縮(至有晶膜出現(xiàn))，冷卻結(jié)晶，過濾。(2)當(dāng)溶液中有兩種或兩種以上溶質(zhì)時，若要得到溶解度受溫度影響小的溶質(zhì)：濃縮(結(jié)晶)，趁熱過濾；若要得到溶解度受溫度影響大的溶質(zhì)：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶。變式練習(xí)1現(xiàn)代循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求綜合考慮環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)效益。高純氧化鐵可作現(xiàn)代電子工業(yè)的材料，以下是用硫鐵礦燒渣(主要成分為fe2o3、fe3o4、feo、sio2)為原料制備高純氧化鐵(軟磁fe2o3)的生產(chǎn)流程示意圖：(1)步驟中過濾所得濾渣的主要成分是_。(2)步驟中加入鐵粉的目的是_。(3)步驟中可選用_試劑調(diào)節(jié)溶液的ph(填標(biāo)號)。a稀硝酸 b雙氧水c氨水 d高錳酸鉀溶液(4)寫出在空氣中煅燒feco3，制備高純氧化鐵的化學(xué)方程式_。(5)從濾液c中回收的主要物質(zhì)的一種用途是_。2以物質(zhì)轉(zhuǎn)化構(gòu)建流程【典例講評】以鈦鐵礦(主要成分是鈦酸亞鐵fetio3)為主要原料冶煉金屬鈦，生產(chǎn)的工藝流程圖如下，其中鈦鐵礦與濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：fetio32h2so4=tioso4feso42h2o。試回答下列問題：(1)鈦鐵礦和濃硫酸反應(yīng)屬于_(選填“氧化還原反應(yīng)”或“非氧化還原反應(yīng)”)。(2)上述生產(chǎn)流程中加入物質(zhì)a的目的是防止fe2被氧化，物質(zhì)a是_；上述制備tio2的過程中，所得到的副產(chǎn)物和可回收利用的物質(zhì)是_。(3)反應(yīng)ticl42mg2mgcl2ti在ar氣氛中進(jìn)行的理由是：_。(4)如果取鈦鐵礦at，生產(chǎn)出鈦bt(不考慮損耗)，計算鈦鐵礦中鈦的含量(用a、b字母表示)_。解析：(1)由信息可知：框圖的第一步反應(yīng)為：fetio32h2so4=tioso4feso42h2o，分析各元素的化合價，知該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)。(2)框圖的第二步中加入水和物質(zhì)a，a是什么？后面已給出暗示：“加入物質(zhì)a的目的是防止fe2被氧化”，那么a無疑是fe。由框圖可知：原料是鈦鐵礦，主要產(chǎn)品是鈦，副產(chǎn)品為綠礬和硫酸，其中硫酸加工后可循環(huán)使用，還有鐵可回收利用。(3)因為ti比較活潑，在高溫下極易被空氣中的氧氣氧化，所以為了防止鈦被氧化，最后一步反應(yīng)應(yīng)在ar氣氛中進(jìn)行。(4)這一問非常簡單，好多同學(xué)不敢相信自己，這就是命題者的高明之處，目的是考查學(xué)生的心理素質(zhì)，就看你能不能大膽回答。答案：(1)非氧化還原反應(yīng)(2)鐵綠礬、硫酸、鐵(3)防止鈦被氧化(4)b/a100%【知識歸納1】化工生產(chǎn)主要解決的問題：(1)解決將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理；(2)除去所有雜質(zhì)并分離提純產(chǎn)品；(3)提高產(chǎn)量與產(chǎn)率；(4)減少污染，考慮“綠色化學(xué)”生產(chǎn)；(5)原料的來源既要考慮豐富，還要考慮成本問題；(6)生產(chǎn)設(shè)備簡單，生產(chǎn)工藝簡便可行等工藝生產(chǎn)問題?！局R歸納2】工業(yè)流程常用名詞：(1)浸出：固體加入水或酸溶解得到離子。(2)酸浸：指在酸溶液中反應(yīng)使可溶金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的過程。(3)水浸：指與水接觸反應(yīng)或溶解。水浸時采用加熱和攪拌操作的目的是使指定物質(zhì)盡可能多和盡可能快地溶解在溶液中。(4)水洗：水洗通常是為了除去水溶性的雜質(zhì)(濾液淋洗減少沉淀的溶解；冷水洗滌減少沉淀的溶解；酒精洗滌減少晶體溶解，得到較干燥的沉淀)。(5)酸洗：通常指清潔金屬表面的一種方法。一般指將制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金屬表面的氧化物等薄膜，是電鍍、搪瓷、軋制等工藝的前處理或中間處理。變式練習(xí)2過氧化鈣(cao2)難溶于水，在常溫下穩(wěn)定，在潮濕空氣及水中緩慢分解放出氧氣，因而廣泛應(yīng)用于漁業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等許多方面。下圖是以大理石(主要雜質(zhì)是氧化鐵)等為原料制取過氧化鈣(cao2)的流程。請回答下列問題：(1)用氨水調(diào)節(jié)ph至89的目的是_。(2)若測得濾液c中c(co)103 moll1，則ca2_(填“是”或“否”)沉淀完全。已知c(ca2)105 moll1可視為沉淀完全；ksp(caco3)4.96109(3)若在濾液c中，加入hno3使溶液呈酸性以得到副產(chǎn)物nh4no3，則酸化后溶液中，c(nh)_c(no)(填“”“”“”“”或“”)。(4)在低溫下，往過氧化氫濃溶液中投入無水氯化鈣進(jìn)行反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_，一段時間后，再加入氫氧化鈉溶液，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液ph至911，才出現(xiàn)大量沉淀。用化學(xué)方程式和簡要的文字解釋需用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ph至911的原因_。3以反應(yīng)轉(zhuǎn)化構(gòu)建流程【典例講評】以氯化鉀和鈦白廠的副產(chǎn)品硫酸亞鐵為原料生產(chǎn)硫酸鉀、過二硫酸鈉和氧化鐵紅顏料，原料的綜合利用率較高。其主要流程如下：(1)反應(yīng)前需在feso4溶液中加入_(填字母)，以除去溶液中的fe3。a鋅粉 b鐵屑cki溶液 dh2(2)反應(yīng)需控制反應(yīng)溫度低于35 ，其目的是_。(3)工業(yè)生產(chǎn)上常在反應(yīng)的過程中加入一定量的醇類溶劑，其目的是_。(4)反應(yīng)常被用于電解生產(chǎn)(nh4)2s2o8(過二硫酸銨)。電解時均用惰性電極，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)可表示為_。解析：(1)為了除去feso4溶液中的fe3，無疑應(yīng)加入鐵。(2)將feso4溶液與nh4hco3溶液混合，由框圖可知：反應(yīng)是復(fù)雜的，但過濾后得到feco3固體，這就不難看出，主要是hco電離出co與fe2結(jié)合生成feco3，但是hco和fe2都能水解，且溫度越高，水解程度越大，這就會影響feco3的生成，故為了防止nh4hco3分解(或減少fe2的水解)，應(yīng)將溫度降低。(3)從反應(yīng)可知：反應(yīng)后溶液中的主要成分是(nh4)2so4，(nh4)2so4中加入kcl和一定量的醇類溶劑，本身沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但卻得到k2so4固體，不難聯(lián)想到：醇類溶劑的加入，使溶劑極性減弱，必然導(dǎo)致某些離子化合物的溶解度下降，從結(jié)果來看，加入醇類溶劑后，能降低k2so4的溶解度，有利于k2so4析出。(4)反應(yīng)是用惰性電極電解(nh4)2so4溶液，按照所學(xué)知識應(yīng)該是：陰極h得到電子生成h2，陽極oh失去電子生成o2，但框圖中卻給出了(nh4)2s2o8溶液，這就斷定陽極上是so失去電子：2so2e=s2o。答案：(1)b(2)防止nh4hco3分解(或減少fe2的水解)(3)降低k2so4的溶解度，有利于k2so4析出(4)2so2e=s2o【知識歸納】化學(xué)工藝流程類試題中的關(guān)鍵詞及目的：(1)灼燒(煅燒)：原料的預(yù)處理，不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為容易提取的物質(zhì)：如海帶中提取碘等；(2)酸：溶解、去氧化物(膜)、調(diào)節(jié)ph促進(jìn)水解(沉淀)；(3)堿：去油污，去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅，調(diào)節(jié)ph促進(jìn)水解(沉淀)；(4)氧化劑：氧化某物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為易于被除去(沉淀)的離子，如除去fe2，通常加入氧化劑(如h2o2)將其氧化成fe3，再調(diào)節(jié)ph使之沉淀；(5)氧化物：調(diào)節(jié)ph促進(jìn)水解(沉淀)，如在酸性溶液中可加入cuo，使ph上升；(6)控制ph：促進(jìn)某離子水解，使其沉淀，利于過濾分離；(7)煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過濾分離；除去溶解在溶液中的氣體，如氧氣；(8)趁熱過濾：減少結(jié)晶損失，提高純度；(9)洗滌：濾液淋洗的目的是減少沉淀的溶解，冷水洗滌的目的是減少沉淀的溶解，酒精洗滌的目的是減少晶體溶解，得到較干燥的沉淀。五、復(fù)習(xí)建議1重視教材的閱讀，能夠?qū)Ω拍睢⒂谜Z、原理、公式等從定義、表達(dá)式、內(nèi)涵和外延上抓住實質(zhì)和重點，從微觀本質(zhì)上理解相關(guān)概念、原理的形成過程，而不僅僅是表面的結(jié)論和現(xiàn)成的規(guī)律，強(qiáng)化學(xué)習(xí)素養(yǎng)的培養(yǎng)；2重視基礎(chǔ)知識的掌握，熟練地建立學(xué)科知識體系，關(guān)注化學(xué)方程式、化學(xué)用語、無機(jī)物化學(xué)式、有機(jī)物的結(jié)構(gòu)式等書寫的規(guī)范性和準(zhǔn)確性；3重視審題素養(yǎng)的培養(yǎng)，杜絕不按要求答題、審題不清，答非所問、條理不清，關(guān)鍵性的文字說明沒有，如沒有表述“各取少量”、“加水溶解”、“加試劑，說操作”等現(xiàn)象的發(fā)生；4注意試題情景與所學(xué)知識的融合，一定要明白試題問的什么？考查的知識點是什么？考查的目的是什么？還能如何問？應(yīng)該怎樣做？還能怎樣做？【強(qiáng)化練習(xí)】1工業(yè)生產(chǎn)無鐵硫酸鋁，以硫酸浸取鋁土礦(主要成分是al2o3，還有少量的fe2o3、sio2)得含鐵(fe3)的硫酸鋁溶液，加熱到一定溫度，攪拌，加入一定量高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液，在溶液中生成活性二氧化錳，調(diào)節(jié)溶液的ph，反應(yīng)一段時間，二氧化錳和fe(oh)3發(fā)生吸附共沉作用，最終得到無鐵硫酸鋁產(chǎn)品。(1)硫酸浸取鋁土礦時主要反應(yīng)的離子方程式為_；(2)完成高錳酸鉀溶液和硫酸錳溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：2kmno43mnso42h2o=_；(3)調(diào)節(jié)ph的作用是_；(4)操作1的名稱為_，實驗室進(jìn)行操作2用到的陶瓷質(zhì)儀器有_；(5)下列有關(guān)工藝的說法正確的是_(雙選，填字母)。a可以向溶液中再加入鋁土礦粉等調(diào)節(jié)phb溶液的堿性越強(qiáng)，則除鐵效果越好，而且不會影響硫酸鋁的產(chǎn)率c活性二氧化錳生成量應(yīng)適宜，不足時鐵的去除率較低，過量時會增加成本d可以直接向溶液中加入二氧化錳粉末以除去fe(oh)32丙酸鹽是安全有效的防霉、防腐劑，一種以堿式碳酸鋅為原料的工藝流程如下：序號n(丙酸):n(堿式碳酸鋅)反應(yīng)溫度/丙酸鋅產(chǎn)率/%11:0.256067.221:0.258083.531:0.2510081.441:0.316089.251:0.318090.161:0.3110088.8(1)探究本實驗中最佳工藝條件(見上表)：反應(yīng)時間2 h，用水量45 g，n(丙酸):n(堿式碳酸鋅)1:_，反應(yīng)溫度_ 。(2)某次實驗時，將37.0 g丙酸溶于220 ml水中，按上述流程在上述優(yōu)化的條件下制備，最終得產(chǎn)品丙酸鋅49.6 g，則該次實驗丙酸鋅的產(chǎn)率為_。(3)本工藝采用“閉路循環(huán)”方式，除具有制備工藝簡便、產(chǎn)率高外，還具有_的優(yōu)點。參考答案【變式練習(xí)1】答案：(1)sio2(2)將fe3還原為fe2(3)c(4)4feco3o22fe2o34co2(5)作氮肥解析：(1)將硫鐵礦燒渣酸浸后，鐵的氧化物溶于酸，酸性氧化物sio2不與酸反應(yīng)。(2)在濾液a中加入鐵粉后，溶液中的fe3可以被還原為fe2。(3)加入的物質(zhì)應(yīng)是堿，且所選物質(zhì)不能具有氧化性，以防將fe2氧化為fe3。(4)在空氣中煅燒feco3，二價鐵被氧化為三價鐵，生成fe2o3。(5)濾液c中含有nh，可回收為氮肥使用?！咀兪骄毩?xí)2】答案：(1)除去fe3(2)是(3)(4)cacl2h2o2cao22hcl(或cacl2h2o22naoh=cao22nacl2h2o)加入naoh溶液使上述平衡向正反應(yīng)方向移動，有利于cao2沉淀的生成解析：(1)因大理石中的主要雜質(zhì)是氧化鐵，它與硝酸反應(yīng)生成了fe(no3)3，在調(diào)節(jié)ph到89時，fe3會以fe(oh)3沉淀形式進(jìn)入濾渣，從而除去了雜質(zhì)離子fe3。(2)根據(jù)離子積ksp(caco3)4.96109c(ca2)c(co)，得c(ca2)4.96109/103 moll14.96106 moll1105 moll1，可視為沉淀完全。(3)由電荷守恒：c(h)c(nh)c(oh)c(no)，因c(h)c(oh)，故c