大題專攻(一)　“化學(xué)工藝流程”類主觀題?？碱}點與增分策略

大題專攻(一)“化學(xué)工藝流程”類主觀題

?？碱}點與增分策略以化學(xué)工藝流程為主線，采用“化工流程＋”的組合命題形式，考查學(xué)生的遷移融會、綜合應(yīng)用能力是新高考的主流命題方向。高考試題中常以陌生元素為主要載體，再現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的工藝流程，情境真實有用。不僅考查的元素陌生，而且各工序的轉(zhuǎn)化過程也相當(dāng)陌生。對學(xué)生的分析與推測能力要求較高，學(xué)生常因各工序過程中物質(zhì)變化分析不清而不能正確答題。運用“氣—液—固”三線分析法，能有效區(qū)分清各工序中物質(zhì)的三態(tài)變化，理清工藝流程中的物質(zhì)變化和轉(zhuǎn)化關(guān)系，提高解題效率，實現(xiàn)穩(wěn)增分。已知：常溫下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。(3)精制Ⅰ加入的生石灰過量，精制Ⅱ加入純堿(過量)的目的是除去溶液中Ca2＋，操作X是為了除去過量的碳酸鈉，結(jié)合“濃縮”時得到NaCl可知，加入的試劑為鹽酸，若不進(jìn)行該操作而直接濃縮，由于Na2CO3水解使溶液呈堿性，則會有LiOH析出。2．(2023·湖南等級考)超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一。近年來，我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝等一系列高新技術(shù)，在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果。工業(yè)上以粗鎵為原料，制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下：已知：①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似，Ga的熔點為29.8℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體；③相關(guān)物質(zhì)的沸點：物質(zhì)Ga(CH3)3Et2OCH3INR3沸點/℃55.734.642.4365.8回答下列問題：(1)晶體Ga(CH3)3的晶體類型是__________________________________。(2)“電解精煉”裝置如圖所示，電解池溫度控制在40～45℃的原因是___________________________________________________________________________________________，陰極的電極反應(yīng)式為___________________________________________________________________________。(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的產(chǎn)物還包括MgI2和CH3MgI，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“殘渣”經(jīng)純水處理，能產(chǎn)生可燃性氣體，該氣體主要成分是_______________。(5)下列說法錯誤的是________。A．流程中Et2O得到了循環(huán)利用B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在無水無氧的條件下進(jìn)行C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D．用核磁共振氫譜不能區(qū)分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制備超純Ga(CH3)3，而本流程采用“配體交換”工藝制備超純Ga(CH3)3的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)比較分子中的C—Ga—C鍵角大?。篏a(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“＝”)，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)晶體Ga(CH3)3的沸點較低，為分子晶體。(3)根據(jù)原子守恒，結(jié)合流程圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化配平，得反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)分析可知，殘渣中含CH3MgI，結(jié)合元素守恒可知

，其和水反應(yīng)生成的可燃性氣體為CH4。(5)由已知②③，結(jié)合流程圖可知，溶劑蒸發(fā)、配體交換時Et2O得以循環(huán)利用，A項正確；Ga和Al的性質(zhì)相似，Al能與H2O、O2反應(yīng)，因此高純Ga也能與H2O、O2反應(yīng)，CH3I、Ga(CH3)3

能與水反應(yīng)，有機(jī)物能與O2反應(yīng)，故B項正確；配體交換時NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反應(yīng)得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，則“工序X”為解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸點相差較大蒸出Ga(CH3)3，C項正確；Ga(CH3)3

和CH3I中均只有1種氫原子，核磁共振氫譜均只有一組吸收峰，但吸收強(qiáng)度不同，可以鑒別，D項錯誤。(7)Ga(CH3)3中Ga為sp2雜化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga為sp3雜化，因此C—Ga—C鍵角大?。篏a(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。(4)CH4

(5)D

(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸點接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸點相差較大，解配后可以分離出Ga(CH3)3(7)>

Ga(CH3)3中Ga為sp2雜化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga為sp3雜化[把握考情]一、組合命題是大趨勢新高考命題為更好地體現(xiàn)綜合應(yīng)用考法，彰顯反規(guī)律、反套路化命題原則，原來的知識邊界清晰，考查相對獨立的考法(題目的設(shè)問大多圍繞化工知識展開)正逐步向模糊知識界線、“拼盤”融合無縫的方向演進(jìn)?！盎ち鞒蹋怼薄盎ち鞒蹋珜嶒灐薄盎ち鞒蹋镔|(zhì)結(jié)構(gòu)”等一些創(chuàng)新考法出現(xiàn)在2023各省市的自主命題中，給人久違的清新之感。二、化工流程涉及的考查點基本穩(wěn)定考法?？碱}點基礎(chǔ)考法1.加快浸取效率或速率的措施及分析；2.指定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)如電子式、化合價、化學(xué)鍵的分析；3.流程中涉及的指定溶液或濾渣中的成分判斷綜合考法1.流程中轉(zhuǎn)化的化學(xué)(離子)方程式或指定物質(zhì)發(fā)生某反應(yīng)的化學(xué)(離子)方程式；2.除雜質(zhì)離子的pH調(diào)節(jié)；3.分離、提純的原理、操作方法及儀器名稱及選擇；4.轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)率的有關(guān)計算；5.Ksp的有關(guān)計算及Ksp的應(yīng)用應(yīng)用創(chuàng)新考法1.涉及圖像的反應(yīng)條件選擇；2.萃取與反萃??；3.涉及電化學(xué)的電極反應(yīng)及有關(guān)計算續(xù)表二、透析題型——學(xué)方法(一)審題——明確“制什么”“怎么制”化工流程題的題干一般由“題頭”和“流程圖”兩部分內(nèi)容組成，題頭主要點明“制什么”明確制取的產(chǎn)品；“流程圖”則展示制備的過程即“怎么制”。1．審題頭——明確制什么如上面的2023山東高考題、2023湖南高考題題頭信息制備物質(zhì)一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下Li2CO3工業(yè)上以粗鎵為原料，制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下超純Ga(CH3)32．審流程圖——明確怎么制化工流程一般取材于真實的生產(chǎn)、生活中的實際問題，通過簡潔可視的工藝流程圖將其展示出來，其制備模式圖如下：在審流程圖時，主要審清原料預(yù)處理、反應(yīng)條件的控制、核心反應(yīng)、物質(zhì)的分離與提純等。(二)析題——逐環(huán)節(jié)審清“有什么”“是什么狀態(tài)”“化學(xué)工藝流程”題因涉及到多環(huán)節(jié)、多物質(zhì)、多操作，學(xué)生在解題時往往會心浮氣躁思維紊亂，難以聚神理出頭緒。解此類題目，可采用逐環(huán)節(jié)理清“氣—液—固”三條主線法?！皻狻骸獭比€法是指：審清化工流程中每一道工序或操作中的物質(zhì)狀態(tài)，然后進(jìn)行三態(tài)分開記錄，其目的是對每一種物質(zhì)的來龍去脈實現(xiàn)有效跟蹤，進(jìn)而捋清思維主線。其呈現(xiàn)模式如右(即卡片形式。每一工序或操作為一個記錄卡片，最上端一欄為氣體，第二欄為液體，最下端一欄為固體)。此種模式非常詳細(xì)地記錄了每一工序或操作中涉及的三態(tài)物質(zhì)，從而提高了分析工藝流程中各試劑、操作、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的情況的準(zhǔn)確率。能有效幫助考生盡快分析流程，提高答題速度和正確率，示例如下。[典例]

(2023·全國甲卷)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用下列路線可制備粉狀BaTiO3。回答下列問題：(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是______________________________________________________________________________________。(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS?！敖　睍r主要反應(yīng)的離子方程式為___________________________。(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是______(填標(biāo)號)。a．稀硫酸 b．濃硫酸c．鹽酸 d．磷酸(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取，是否可行？其原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產(chǎn)生的nCO2∶nCO＝________________。[解題觀摩]第一步：采用“氣—液—固”三線法，理清各環(huán)節(jié)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化題目中經(jīng)常出現(xiàn)一些蘊(yùn)含答題方向的詞語，挖掘這些詞語的隱性信息，能夠及時鎖定思考方向、找到答題著力點。第二步：依據(jù)設(shè)問沿循物質(zhì)轉(zhuǎn)化的“三線”，精準(zhǔn)析題(1)結(jié)合“三線法”中焙燒過程中的生成物質(zhì)，可知碳粉的主要作用是作還原劑，使BaSO4轉(zhuǎn)化成BaS。(2)“浸取”時易溶于水的BaS和過量的CaCl2反應(yīng)生成微溶于水的CaS，反應(yīng)的離子方程式為S2－＋Ca2＋===CaS↓。(4)焙燒后的產(chǎn)物中含BaS、CaS，如果直接用鹽酸浸取，CaS會和鹽酸反應(yīng)生成有毒的H2S氣體和CaCl2，從而影響產(chǎn)品純度，故不能直接用鹽酸浸取。(5)結(jié)合圖示流程、題中信息及原子守恒可寫出“沉淀”時BaCl2、TiCl4、(NH4)2C2O4反應(yīng)的化學(xué)方程式為TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。[答案]

(1)作還原劑，將BaSO4轉(zhuǎn)化成BaS

(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓

(3)c

(4)不可行，酸與CaS能產(chǎn)生有毒氣體H2S和CaCl2，從而影響產(chǎn)品純度(5)TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl

(6)1∶1三、重點強(qiáng)化——補(bǔ)缺漏(一)審題注意挖隱含，找準(zhǔn)思維趨向題目中經(jīng)常出現(xiàn)一些蘊(yùn)含答題方向的詞語，挖掘這些詞語的隱性信息，能夠及時鎖定思考方向、找到答題著力點。條件目的思維趨向控制較低溫度從物質(zhì)的揮發(fā)性和不穩(wěn)定性等考慮加過量試劑從反應(yīng)完全或增大轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率等考慮能否加其他物質(zhì)從引入雜質(zhì)或影響產(chǎn)物的純度考慮分離、提純從過濾、蒸發(fā)，萃取、分液和蒸餾等常規(guī)操作考慮溶液呈酸性或堿性從電離或水解產(chǎn)生的H＋或OH－考慮，使溶液呈酸性或堿性在一恒定溫度下反應(yīng)恒溫加熱，可以根據(jù)溫度的大小選擇“水浴”“油浴”或“沙浴”等浴熱方式在空氣中或在其他氣體中從O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應(yīng)或達(dá)到防氧化、防水解、防潮解等目的進(jìn)行考慮續(xù)表判斷沉淀是否洗凈取少量最后一次洗滌液于試管中，向其中滴加某試劑，以檢驗其中的某種離子檢驗?zāi)撤N物質(zhì)的設(shè)計方案取少量液體于試管中，加入另一試劑產(chǎn)生某現(xiàn)象，從而得出結(jié)論控制pH從防水解、促進(jìn)生成沉淀或除去雜質(zhì)等方向考慮用某些有機(jī)試劑清洗從降低物質(zhì)溶解度有利于析出、減少損耗和提高利用率等方向考慮控制溫度可考慮加熱加快反應(yīng)速率或溫度過高使物質(zhì)會分解或揮發(fā)續(xù)表(二)記牢一些常用試劑的作用，確保思維方向“不跑偏”類別物質(zhì)作用氧化劑H2O2、HNO3、空氣、次氯酸鹽、KMnO4、MnO2等氧化某些還原性物質(zhì)，便于后續(xù)分離，如氧化Fe2＋、Co2＋等還原劑SO2、Na2SO3、I－、金屬單質(zhì)等還原某些氧化性物質(zhì)，便于后續(xù)分離，如還原Fe3＋等續(xù)表續(xù)表硫化物H2S、Na2S、(NH4)2S等沉淀某些離子，如Cu2＋、Cu＋、Pb2＋、Ag＋、Sn2＋等氟化物HF、NaF沉淀某些離子，如Ba2＋、Ca2＋、Mg2＋等續(xù)表(三)內(nèi)化溶度積計算的三類模型，突破失分題點1．是否有沉淀生成的判斷模型第一步根據(jù)題目要生成的沉淀，判斷需要求出的離子濃度第二步根據(jù)題目所提供的條件計算出對應(yīng)的離子濃度(一般題目中會提供兩種或兩種以上的Ksp值，存在兩組Ksp值中有一共同的離子，則可以根據(jù)Ksp值求出對應(yīng)的離子濃度)第三步根據(jù)方程式AnBm(s)＝nAm＋＋mBn－，求出cn(Am＋)·cm(Bn－)的值，再與題目中所提供的Ksp(AnBm)做比較，大于則生沉淀；小于則無沉淀生成續(xù)表[例1]

Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備，工藝流程如圖所示：若“濾液②”中c(Mg2＋)＝0.02mol·L－1，加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5mol·L－1，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？(列式計算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3×10－22、1.0×10－24。2．溶液中離子濃度求算模型[例2]鑭系金屬元素鈰(Ce)常見有＋3、＋4兩種價態(tài)，鈰的合金耐高溫，可以用來制造噴氣推進(jìn)器零件。鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰礦的形式存在，其主要化學(xué)成分為CeFCO3。工業(yè)上利用氟碳鈰礦提取CeCl3的一種工藝流程如圖所示：常溫下，當(dāng)溶液中的某離子濃度≤1.0×10－5mol·L－1時，可認(rèn)為該離子沉淀完全。據(jù)此，在生成Ce(OH)3的反應(yīng)中，加入NaOH溶液pH至少達(dá)到________時，即可視為Ce3＋已完全沉淀。{Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20}[解題流程]

第一步：所求為c(OH－)，與Ksp[Ce(OH)3]的關(guān)系為Ksp[Ce(OH)3]＝c3(OH－)·c(Ce3＋)第二步：根據(jù)題目給的條件，Ce3＋要完全沉淀，在溶液中的濃度要≤1.0×10－5mol·L－1，所以得出c(Ce3＋)＝1.0×10－5mol·L－1[答案]

93．離子濃度之比模型第一步寫出離子與Ksp之間的關(guān)系式第二步根據(jù)關(guān)系式，將濃度比換算為Ksp之比(分式上下同時乘以相同離子濃度)，再代入數(shù)據(jù)計算即可[例3]實驗室以工業(yè)廢渣(主要含CaSO4·2H2O，還含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)為原料制取輕質(zhì)CaCO3和(NH4)2SO4晶體，其實驗流程如圖所示：

[答案]

1.6×104四、精訓(xùn)一題——全練通[標(biāo)桿原題]

(2023·吳忠市聯(lián)考)硫酸錳是一種重要的化工中間體。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦(主要成分為MnO2等錳的氧化物)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下：已知：①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金屬離子在水溶液中沉淀的pH范圍如下表所示(25℃)：③離子濃度≤10－5mol·L－1時，離子沉淀完全。物質(zhì)Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Al(OH)3開始沉淀的pH1.97.67.33.0完全沉淀的pH3.29.69.35.2(1)“混合焙燒”的主要目的是____________________________________。(2)若試劑a為MnO2，則氧化步驟發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________________________，若省略“氧化”步驟，造成的影響是__________________________________________________________________________________________。(3)“中和除雜”時，應(yīng)控制溶液的pH范圍是________。(4)“氟化除雜”后，若使溶液中Mg2＋沉淀完全，需維持c(F－)不低于________________________。[已知：Ksp(MgF2)＝6.4×10－10](5)“碳化結(jié)晶”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________，最后一步系列操作主要是________________________________________________________________________________________________________________。[解析]

(1)高硫錳礦含有FeS，“混合焙燒”可以將金屬硫化物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物，同時除去硫元素。(2)若試劑a為MnO2，氧化時用二氧化錳氧化亞鐵離子生成三價鐵離子，本身被還原成二價錳離子，則氧化步驟發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO2＋4H＋＋2Fe2＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；若省略“氧化”步驟，則鐵元素只能以Fe2＋形式除去，但是由表格可知除去亞鐵離子的同時錳離子也除去了，即造成的影響是Fe2＋完全沉淀時Mn2＋已經(jīng)完全沉淀，造成Mn2＋損失。(3)“中和除雜”的目的是使鋁離子、鐵離子完全沉淀且錳離子不沉淀，則由表格可知要控制溶液的pH范圍是5.2≤pH<7.3(或5.2～7.3)。[發(fā)掘命題]

第(1)問拓展延伸(1)為了提高“浸出”的速率，可采取的措施有________________________(寫兩種即可)。(2)為了加快焙燒速率可以采取的措施有______________，焙燒時FeS轉(zhuǎn)化為Fe2O3和一種具有刺激性氣味的氣體X，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。第(2)問拓展延伸(3)若試劑a為MnO2，氧化步驟中氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為________。(4)若試劑a為H2O2，過氧化氫的實際消耗量大于理論消耗量的原因是____________________________________。第(3)問拓展延伸(5)用化學(xué)平衡移動原理解釋加入碳酸鈣除去鐵元素的原理：________________________________________________________________________