化學工藝流程專題復習

1、 專題 化學工藝流程題隨著新課改的進行，在高考化學試題中化工題逐漸成為一類熱門的主流題型"它將高中化學與某些化工生產(chǎn)很好地融合在一起，題目情景新穎，綜合性強，思維量大，具有挑戰(zhàn)性。一些專家預測，在新課改背景下，無機化工題可能會逐漸取代以往高考化學試題中的無機框圖型推斷題，化工題是以某個具體的工業(yè)生產(chǎn)為背景，以化學基本理論為主線，結合化學實踐!環(huán)境保護!化學計算等考查同學們應用所學知識探究解決生產(chǎn)實際問題的能力，對綜合能力要求很高"化工題的特點表現(xiàn)為:題目多以流程圖的形式出現(xiàn);題目實際考查的是應用化學反應原理、化學平衡原理、離子平衡理論!晶體結構知識!物質制備和分離(提純)知

2、識、綠色化學觀點、安全生產(chǎn)思想及從經(jīng)濟的視角分析、評價、探究實際生產(chǎn)中各種問題的能力.1、 工藝流程題簡介1、工藝流程題是以與工業(yè)生產(chǎn)和日常生活密切相關的物質制備、分離和提純?yōu)橹行模粤鞒虉D為信息背景，以物質的性質、轉化、分離等為考點，將元素化合物知識、化學反應原理、實驗等內容有機融合2、化學工藝流程題結構一般包括題頭、框圖和問題三部分。題頭: 一般簡單介紹此工藝的原料和目的是什么?？驁D: 是簡化的工藝流程圖。問題: 是根據(jù)生產(chǎn)流程中涉及到的化學知識設計的系列問題。3、 讀題審題關鍵1）.此流程的原料和目的是什么？ 2）流程中有哪些步驟？各步作用是什么？3） 流程中涉及哪些化學知識點，如何把獲

3、取的信息用規(guī)范的語言文字正確表達出來？ 二、真題試做鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6C+xLi+xe-=LixC6?，F(xiàn)欲利用以上工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件為給出）?；卮鹣铝袉栴}： LiCoO2中，Co元素的化合價為_。寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應的離子方程式_。酸浸”一般在80下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應的化學方程式_可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點是_。寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應的化學方程式_。（5）充放電過程中，發(fā)生LiCoO2

4、與Li1-xCoO2之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式_。（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是_在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有_(填化學式)。真題試做答案答案：(1)3(2)2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O ,2H2O22H2OO2有氯氣生成，污染較大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li從負極中脫出，經(jīng)由電解質向正極移動并進入正極材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4

5、解題方法的歸納與總結讀正文 ，找信息 ， 靈活運用 看框內 ，看框外 ， 里外結合邊分析 ，邊思考 ， 易處著手 先局部 ，后全盤 ， 逐步深入三、常見的工業(yè)生產(chǎn)流程的主線和核心1 、規(guī)律：主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為可循環(huán)的物質。2 、核心考點：物質的分離操作、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制、三廢處理及能量的綜合利用等。3 、原料處理的方法和作用 研磨（粉 碎）：增大接觸面積，加快溶解或增大反應速率。 浸 出 固體加水（酸或堿）溶解得到離子 水浸：與水接觸溶解或反應，可通過延長時間、攪拌或適當升溫來加速，以提高浸出率。 酸浸：與酸接觸反應而溶解，使可溶性離子進入溶液，不溶物通過過濾除去?？?/p>

6、通過適當增大酸的濃度、升溫和強力攪拌等加快反應速率。 堿浸(堿洗) 除去油污或氧化膜;溶解鋁和二氧化硅 過濾: 不溶物通過過濾除去 水 洗 除去水溶性雜質 灼燒：除去可燃性雜質或使原料初步轉化。 煅燒：改變結構，使一些物質在后續(xù)過程中易溶解，并可使一些雜質(如有機物)在高溫下氧化、分解。4 、實驗條件的控制和目的調節(jié)溶液的pH值：控制溶液的酸堿性使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀而達到分離的目的，抑制某些離子的水解，防止某些離子的氧化等。在題目中常以表格形式給出信息。如Fe3控制體系的溫度控制低溫：防止物質的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(濃)等；防止物質的揮發(fā)，如鹽酸、

7、醋酸等；抑制物質的水解；增大氣體反應物的溶解度，使其被充分吸收。 采取加熱：加速某固體的溶解，加快反應速率；減少氣體生成物的溶解并使其逸出，平衡向吸熱方向移動； 控制范圍：確保催化劑的催化效果，兼顧速率和轉化率，追求更好的經(jīng)濟效益，防止副反應發(fā)生等。降 溫（冰水中）防止物質在高溫時溶解；使化學反應速率下降；使化學平衡向放熱方向移動控 溫 溫度過高，物質會分解或揮發(fā)溫度過低，物質無法揮發(fā)或者反應趁熱過濾，防止某物質降溫時因析出而損耗或帶入新的雜質。冰水洗滌 洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗5、 產(chǎn)品的分離和提純（1）過濾 基本操作：一貼二低三靠（2）結晶當溶液為單一溶質時

8、：所得晶體不帶結晶水，如NaCl、KNO3等：蒸發(fā)結晶所得晶體帶結晶水，如膽礬等：將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾。當溶液為兩種以上溶質時：要得到溶解度受溫度影響小的溶質：蒸發(fā)濃縮結晶，趁熱過濾要得到溶解度受溫度影響大的溶質：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥。（3）重結晶（4）洗滌洗滌：向過濾器中滴加蒸餾水至浸沒固體表面，靜置，使其自然流下，重復操作2-3次；檢驗：取洗滌后最后幾滴濾液，（若要檢驗氯離子）滴加AgNO3和稀硝酸，若無沉淀產(chǎn)生，則證明洗滌干凈。（5）干燥 在干燥器隔絕空氣的條件下低溫烘干（6）灼燒 固體在坩堝中進行加熱（7）分液 打開分液漏斗活塞，下層液體從下口放出；上層液體從

9、上口倒出（8）重復操作6、 物質分離或提純常用的化學方法溶解法：利用特殊溶劑把雜質溶解而除去，如Fe(Al)可用過量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通過飽和食鹽水，再通過濃H2SO4。沉淀法：a.加合適的沉淀劑(要使雜質離子充分沉淀，加入的沉淀劑必須過量，且在后續(xù)步驟中易除去)。b.調節(jié)溶液的酸堿性。洗滌法：a.水洗，b.冰水洗，c.有機溶劑洗，其目的是：洗去目標物表面的雜質離子；減少目標物的溶解損耗或增大有機雜質的溶解量；防止目標物形成結晶水合物；使晶體快速干燥。7、可循環(huán)物質的判斷 流程圖中回頭箭頭的物質 生產(chǎn)流程中后面新生成或新分離的物質(不要忽視結晶后的母液)，可能

10、是前面某一步反應的相關物質。8綠色化學理念：（1）環(huán)境污染問題；（2）原子的經(jīng)濟性；（3）節(jié)約能源（包括使用催化劑）；（4）原料應是可再生的（或者可循環(huán)使用）；（5）工藝的安全性9、 化學工藝流程題自查：（1）對工藝流程題有沒有整體、清晰的認識？ 了解化學工藝流程的主線；（2）對工藝流程相關知識點是清清楚楚，還是模模糊糊？了解化學工藝流程考什么？（3）敘述性問題是否能抓住要點？ 了解規(guī)范答題的要求；（4）方程式書寫和計算有無得分把握？10、常見物質的分離、提純和鑒別 常見物質除雜方法序號原物質所含雜質除雜質試劑主要操作方法1N2O22CO2H2S3COCO24CO2CO5CO2HCI6H2SH

11、CI7SO2HCI8CI2HCI9H2HCI10炭粉MnO211MnO2C12炭粉CuO13AI2O3Fe2O314Fe2O3AI2O315AI2O3SiO216SiO2AI2O317BaSO4BaCO318NaHCO3溶液Na2CO319Na2CO3固休NaHCO320FeCI3溶液FeCI221FeCI3溶液CuCI222FeCI2溶液FeCI323CuOFe24Fe(OH)3膠體FeCI325CuSFeS26I2晶體NaCI27NaCI晶體NH4CI28KNO3晶體NaCI29CO2SO230CuCl2FeCl3/HCl三個必須：加試劑必須過量；過量試劑必須除去；必須最佳實驗方案。四個原

12、則：不增（新雜質）； 不減（被提純物）；易分（被提純物與雜質）； 復原（被提純物）。除雜要注意：為使雜質除盡，加入的試劑不能是“適量”，而應是“過量”，但“過量”的試劑必須在后續(xù)的操作中便于除去。11、 知識積累一 化工生產(chǎn)主要解決六方面問題：1 解決將原料轉化為產(chǎn)品的生產(chǎn)原理；2 除去所有雜質并分離提純產(chǎn)品；3 提高產(chǎn)量與產(chǎn)率；4 減少污染，考慮 “綠色化學”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)設備簡單，生產(chǎn)工藝簡便可行等工藝生產(chǎn)問題化學工藝流程題，一般也就圍繞這六個方面設問求解。要準確、順利解答工藝流程題，學生除了必須要掌握物質的性質和物質之間相互作用的基本知識以及

13、除雜分離提純物質的基本技能外，最關鍵的問題要具備分析工藝生產(chǎn)流程的方法和能力?！局R積累二】常見與工業(yè)生產(chǎn)有關的化學反應傳統(tǒng)工業(yè)不能丟 工業(yè)制粗硅 制漂白粉 工業(yè)制硫酸 合成氨工業(yè) 工業(yè)制硝酸 氯堿工業(yè) 工業(yè)制玻璃 工業(yè)制純堿 12、化學工藝流程題?？紗栴}、對反應條件的分析可從以下幾個方面著手：A、對反應速率有何影響？ （如何提高浸出率？如何提高反應速率？）B、對平衡轉化率有何影響？（如何提高產(chǎn)率？）C、對綜合生產(chǎn)效益有何影響？（如原料成本，原料來源是否廣泛、是否可再生，能源成本，對設備的要求，環(huán)境保護）從綠色化學方面作答。、對流程理解的問題：A、濾渣、濾液的主要成分？（明確發(fā)生了什么反應）B

14、、該反應的化學方程式？C、循環(huán)利用與回收利用的物質？（循環(huán)利用是作為原料投入了，卻沒有消耗或沒有消耗完；回收利用是指副產(chǎn)品）D、特定步驟中加某物質的作用？（一般題干會有隱含信息。比如加NaCl可以提高PbCl2的溶解度，加NaCl可以降低過碳酸鈉的溶解度等等）四、典型例析【例1】（2013新課標2卷 27.）（14分）氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅(含有Fe(), Mn(), Ni()等雜質)的流程如下:提示:在本實臉條件下，Ni()不能被氧化:高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2回答下列問題:(1)反應中除掉的雜質離子是 ，發(fā)生反應的離子方程式為 ;在加高錳酸鉀溶液

15、前，若pH較低，對除雜的影響是 。(2)反應的反應類型為 .過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有 。(3)反應形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是 。(4)反應中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2 .取干操后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g.，則x等于 ?！纠?】CoCl2·6H2O在飼料、醫(yī)藥工業(yè)上有廣泛的用途。下列是以含鈷廢料（含少量Fe、Al等雜質）為原料制取CoCl2·6H2O的一種新工藝流程：已知：鈷與鹽酸反應的化學方程式為：Co2HCl=CoCl2H2CoCl2·6H2O熔點86，易溶于水；常溫下穩(wěn)定無毒，加熱

16、至110120時，失去結晶水變成有毒的無水氯化鈷。部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：請回答下列問題：加入碳酸鈉調節(jié)pH至a，a的范圍是 。操作包含3個基本實驗操作，它們是 和過濾。制得的CoCl2·6H2O需減壓烘干的原因 。為測定產(chǎn)品中CoCl2·6H2O含量，某同學將一定量的樣品溶于水，再向其中加入足量的AgNO3溶液，過濾，并將沉淀烘干后稱量其質量。通過計算發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質量分數(shù)大于100，其原因可能是 ?！纠?】 (10江蘇）鋇鹽生產(chǎn)中排出大量的鋇泥主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等某主要生產(chǎn)

17、BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工廠利用鋇泥制取Ba(NO3)2，其部分工藝流程如下：（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2與HNO3的反應化學方程式為_（2）酸溶時通常控制反應溫度不超過70，且不使用濃硝酸，原因是_、_（3）該廠結合本廠實際，選用的X為_（填化學式）；中和使溶液中_（填離子符號）的濃度減少（中和引起的溶液體積變化可忽略）（4）上述流程中洗滌的目的是_ 【例4】(2010安徽理綜，27)鋰離子電池的廣泛應用使回收利用鋰資源成為重要課題。某研究性學習小組對廢舊鋰離子電池正極材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在鋁箔上)進行資源回收研究，設計實驗流程如下：(1)第步反應

18、得到的沉淀X的化學式為_。(2)第步反應的離子方程式是_。(3)第步反應后，過濾Li2CO3所需的玻璃儀器有_。若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實驗操作的角度給出兩種可能的原因：_、_。(4)若廢舊鋰離子電池正極材料含LiMn2O4的質量為18.1 g，第步反應中加入20.0 mL 3.0 mol·L1的H2SO4溶液，假定正極材料中的鋰經(jīng)反應和完全轉化為Li2CO3，則至少有_g Na2CO3參加了反應?！纠?】 (2011安徽理綜，27) MnO2是一種重要的無機功能材料，粗MnO2的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。某研究性學習小組設計了將粗MnO2(含有較多的MnO和MnCO3)樣品

19、轉化為純MnO2的實驗，其流程如下：(1)第步加稀硫酸時，粗MnO2樣品中的_(寫化學式)轉化為可溶性物質。(2)第步反應的離子方程式是_ClO- _=MnO2Cl2_。(3)第步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(含鐵圈)、_、_、_，已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO3和NaOH，則一定還含有_(寫化學式)。(4)若粗MnO2樣品的質量為12.69 g，第步反應后，經(jīng)過濾得到8.7 g MnO2，并收集到0.224L CO2(標準狀況下)，則在第步反應中至少需要_ mol NaClO3?！纠?】重鉻酸鈉(Na2Cr2O7·2H2O)俗稱紅礬鈉，在工業(yè)方面有廣泛用途。我國目前主要是以鉻鐵礦（

20、主要成份為FeO·Cr2O3，還含有Al2O3、MgO、SiO2等雜質）為主要原料進行生產(chǎn)，其主要工藝流程如下：中涉及的主要反應有：主反應：4FeO·Cr2O38Na2CO37O2 8Na2CrO42Fe2O38CO2副反應：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2、Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3完全沉淀時溶液pH4.73.711.25.6試回答下列問題： “”中反應是在回轉窯中進行，反應時需不斷攪拌，其作用是 。兩個副反應均為吸熱反應，但在高溫

21、下均能自發(fā)進行，其原因是 。 “”中調節(jié)pH至4.7，目的是 。 “”中加硫酸酸化的目的是使CrO42轉化為Cr2O72，請寫出該平衡轉化的離子方程式： 。 “”中采用冷卻結晶的方法析出紅礬鈉，依據(jù)是 制取紅礬鈉后的廢水中還含有少量的CrO42，根據(jù)有關標準，含CrO42的廢水 ，要經(jīng)化學處理，使其濃度降至5.0×107 mol·L1以下才能排放。含CrO42的廢水處理可用還原法：綠礬（硫酸亞鐵晶體）還原CrO42的離子方程式為： 【例7】氧化氯（ClO2）是一種高效、廣譜、安全的殺菌、消毒劑。（1）氯化鈉電解法是一種可靠的工業(yè)生產(chǎn)ClO2方法。用于電解的食鹽水需先除去其中

22、的Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質。其次除雜操作時，往粗鹽水中先加入過量的_（填化學式），至沉淀不再產(chǎn)生后，再加入過量的Na2CO3和NaOH，充分反應后將沉淀一并濾去。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)濾液中仍含有一定量的SO42-，其原因是_【已知：Ksp(BaSO4)= 1.1 ×10-10 Ksp(BaCO3)= 5.1 ×10-9】該法工藝原理如右。其過程是將食鹽水在特定條件下電解得到的氯酸鈉（NaClO3）與鹽酸反應生成ClO2。工藝中可以利用的單質有_（填化學式），發(fā)生器中生成ClO2的化學方程式為_。（2）纖維素還原法制ClO2是一種新方法，其原理是：纖維素水解得到的最終產(chǎn)物D

23、與NaClO3反應生成ClO2。完成反應的化學方程式： （D） +24NaClO3+12H2SO4=ClO2+CO2+18H2O+_（3）ClO2和Cl2均能將電鍍廢水中的CN-氧化為無毒的物質，自身被還原為Cl-。處理含CN-相同量得電鍍廢水，所需Cl2的物質的量是ClO2的_倍【例8】（2015新課標1 27）硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示：回答下列問題：（1）寫出Mg2B2O5·H2O與

24、硫酸反應的化學方程式_。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度濃度外，還可采取的措施有_（寫出兩條）。（2）利用_的磁性，可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質是_（化學式）。（3）“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_。然后在調節(jié)溶液的pH約為5，目的是_。（4）“粗硼酸”中的主要雜質是_（填名稱）。（5）以硼酸為原料可制得硼氫化鈉（NaBH4），它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為_。（6）單質硼可用于生成具有優(yōu)良抗沖擊性能硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼，用化學方程式表示制備過程_?！纠?】二氧化錳是制造鋅錳干電池的基本材料。工業(yè)上以軟錳礦為原料，利用硫酸亞鐵制備高純二氧化錳的流程如下：某軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu（0.86%）等元素的化合物。部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時溶液的pH見下表，回答下列問題：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)