2020年高考化学一轮复习课件：模块3 第七单元 小专题九 化学工艺流程题的突破策略 20页

小专题九 化学工艺流程题的突破策略 一、题型结构 化工流程线路示意图如下： (1) 箭头：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) 三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线 表示该物质循环使用。 (3) 规律：主线主产品，分支副产品，回头为循环。 二、解题方法 (1) 首尾分析法：对线型流程工艺 ( 从原料到产品为一条龙的 生产 工序 ) 试题，首先对比分析流程图中的第一种物质 ( 原材料 ) 与最后一种物质 ( 产品 ) ，从此分析中找出它们的关系，弄清原 料转化的 基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺，再结合题 设问题，逐一解答。 (2) 分段分析法：对于用同样的原料生产多种 ( 两种或两种以 上 ) 产品 ( 含副产品 ) 的工艺流程题，用此法更容易找到解题的 切 入点。 (3) 交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一 种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产 所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。即将提供的流程 示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然 后上下交叉分析。 三、考查角度 角度 1 考查原料预处理方式 1. 研磨、粉碎、喷洒 (1) 可增大反应物的接触面和接触机会，加快反应速率，以 提高原料转化率、利用率、浸取率等。 (2) 增大接触面积的具体措施有：固体采用粉碎、研磨的方 法；液体采用喷洒的方法；气体采用多孔分散器 ；等。 2. 浸出 浸出即浸取、溶解，向固体中加入适量溶剂，使其中可溶 性的物质溶解或通过反应进入溶液。浸出可分为水浸、酸浸、 碱浸、醇浸等。 (1) 水浸：是为了分离水溶性和非水溶性的物质； (2) 酸浸：是为了溶解金属、金属氧化物、调节 pH 促进某 离子的水解而转化为沉淀等； (3) 碱浸：是为了除去油污、溶解酸性氧化物、溶解铝及其 化合物、调节 pH 等； (4) 醇浸：为了提取有机物。 3. 灼烧 ( 煅烧、焙烧 ) 是指在高温下使固体原料分解、反应或改变结构。 4. 搅拌、加热 加速溶解；增大反应物的接触面积，加快反应速率；对于 吸热反应，加热可同时提高原料的转化率，但要避免反应物或 生成物的过热分解。 5. 表面处理 如除去表面油污；金属晶体可用机械法打磨；化学法除去 表面氧化物；等。 角度 2 考查反应条件控制 反应条件 条件内容 调节溶液 的 pH (1) 目的：使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而分离。 (2) 方法：加入能消耗 H ＋ 的物质且不引入新的杂质。如要除去 Cu 2 ＋ 中混有的 Fe 3 ＋ ，可加入 CuO 、 Cu(OH) 2 、 Cu 2 (OH) 2 CO 3 等来调节溶液的 pH ( 续表 ) 反应条件 条件内容 控制温度 (1) 加热：加快反应速率或溶解速率；促进平衡向吸热方向移动；除杂，除去热不稳定的杂质，如 NaHCO 3 、 Ca(HCO 3 ) 2 、 KMnO 4 、 NH 4 Cl 等物质；使沸点相对较低或易升华的原料气化。 (2) 降温：防止某物质在高温时溶解 ( 或分解 ) ；使化学平衡向着题目要求的方向移动 ( 放热方向 ) ；使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离；降低晶体的溶解度，减少损失。 (3) 控温 ( 用水浴带温度计便于控温且受热均匀 ) ：防止某种物质温度在过高时分解或挥发；为了使某物质达到沸点挥发出来；使催化剂的活性达到最好；防止副反应的发生。 (4) 降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求 反应条件 条件内容 控制压强 改变速率，使平衡向需要的方向移动 使用催化剂 大大提高反应速率、降低能耗，但不影响化学平 衡。使用时必须注意其活性温度，且防止杂质使 催化剂“中毒”，延长使用寿命 ( 续表 ) 方法 目的 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 pH 法 如除去酸性铜溶液中的 Fe 3+ 等 角度 3 考查混合物的提纯方法 角度 4 考查混合物的分离方法 (1) 过滤 ( 趁热过滤或抽滤 ) ：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。 (2) 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 CCl 4 萃取溴水中的溴。 (3) 结晶：蒸发结晶、冷却热饱和溶液。 (4) 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。 (5) 冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工 业采用冷却法分离氨气 与氮气、氢气。 角度 5 考查绿色化学 物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利 用等。 角度 6 考查化工安全 防爆、防污染、防中毒等。 角度 7 考查反应原理 离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平 衡、水解原理等。 角度 8 考查循环操作与副产物利用 (1) 对可逆反应：可将未转化的反应物分离出来后送入反应 器重新反应。如合成氨反应是可逆反应，分离氨后的尾气中还 含有大量原料气 (N 2 和 H 2 ) 可送入合成塔，实施循环生成。 (2) 若某种物质在流程中既是辅助原料又是副产品 ( 既流进 又流出 ) ，则可考虑循环利用。 (3) 注意某些隐形存在物质，在循环操作中因累积导致浓度 过高，可能影响 产品的纯度。 [ 典例 ] (2018 年北京卷 ) 磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺 流 程如下： 已知：磷精矿主要成分为 Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) ，还含有 Ca 5 (PO 4 ) 3 F 和有机碳等。 溶解度： Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)” 或“ <”) 。 ②结合元素周期律解释①中结论： P 和 S 电子层数相同， _________________________________________________ 。 (3) 酸浸时，磷精矿中 Ca 5 (PO 4 ) 3 F 所含氟转化为 HF ，并进 一步转化为 SiF 4 除去。写出生成 HF 的化学方程式： _________________________________________________ 。 (4)H 2 O 2 将粗磷酸中的有机碳氧化为 CO 2 脱除，同时自身也 会发生分解。相同投料比、 相同反应时间，不同温度下的有机 碳脱除率如图所示。 80 ℃ 后脱除率变化的原因： __________ _____________________________________________________ 。 (5) 脱硫时， CaCO 3 稍过量，充分反应后仍有 SO 2 － 残留， 原因是 ________________ ；加入 BaCO 3 可进一步提高硫的脱除 率，其离子方程式是 _____________________________________ ____________________________________________________ 。 (6) 取 a g 所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞作 指示剂，用 b mol·L － 1 NaOH 溶液滴定至终点时生成 Na 2 HPO 4 ， 消 耗 NaOH 溶 液 c mL ， 精 制 磷 酸 中 H 3 PO 4 的 质 量分数是 4 ________ 。 ( 已知： H 3 PO 4 摩尔质量为 98 g·mol － 1 ) 答案： (1) 研磨、 加热 (2)① ＜ ② 核电荷数 P ＜ S ，原子半径 P ＞ S ，得电子能力 P ＜ S ，非金属性 P ＜ S (3)2Ca 5 (PO 4 ) 3 F ＋ 10H 2 SO 4 ＋ 5H 2 O===10CaSO 4 ·0.5H 2 O ＋ 6H 3 PO 4 ＋ 2HF↑ (4)80 ℃ 后， H 2 O 2 分解速率大，浓度显著降低 0.049 bc (6) a