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- 2021-07-09 发布
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热点专攻(四)
化学工艺流程题解题策略
工艺流程题是近几年高考的热点题型,工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一
般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)。题干主要用流程图形式将
原料到产品的主要生产工艺流程表示出来。题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计
成一系列问题,构成一道完整的化学试题。此类试题集综合性、真实性、开放性于一体,包含必
要的操作名称、化工术语或文字说明。题型包括选择题和非选择题,选择题主要考查元素化合
物知识和工艺流程中的基本操作。非选择题考查知识面广、综合性强、思维容量大。题干的
呈现形式多为流程图、表格和图像;设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控
制的原因和产率计算等,能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和
计算能力,涉及的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识等。
(一)审题关注什么
1.审题的关键点
(1)明确原始物质及目标物质。
(2)明确化工生产流程:原料→对原料的预处理→核心化学反应→产品的提纯分离→目标产
物。
(3)掌握主要的化工生产原理等。
(4)掌握常见与化工生产有关的操作方法及作用。
①对原料进行预处理的常用方法及其作用:
研磨——以增大接触面积而加快反应速率
酸(或水)浸——是与酸(或水)接触反应或溶解
灼烧——以除去可燃杂质
煅烧——以促使物质转化
②常用的控制反应条件的方法:
调节溶液的 pH——使某些金属离子沉淀
控制温度、压强——以加快反应速率或使平衡移动
趁热过滤——以防止某物质降温而析出
冰水洗涤——以洗去杂质离子而减少晶体的损耗
2.防范失分点
(1)明确整个流程及每一部分的目的,仔细分析每步反应发生的条件以及得到产物的物理或
化学性质,结合基本理论与实际问题进行思考,注意答题的模式与要点。
(2)抓住流程图中“每步转化的物质变化”与总过程目的的关系,分析某步转化试剂的选择及
流程中加入某试剂的原因,得出转化后生成的所有物质,从问题中获取信息,帮助解题。
(二)题目考什么
1.化学工艺流程题模型
2.化工术语
关键
词
释义
研磨、
雾化
将块状或颗粒状的物质研磨成粉末或将液体分散成微小液滴,增大反应物接触面积,以加快反应速
率或使反应更充分
灼烧
(煅烧)
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质在高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
等
浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸出
率
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程
水浸 与水接触反应或溶解
过滤 固体与液体的分离
滴定 定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发
结晶
蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,直到溶质以晶体形式析出
蒸发
浓缩
蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度
水洗 用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等
酸作
用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作
用
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节 pH,促进水解(形成沉淀)
3.常见操作的答题角度
常见的操作 答题的角度
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作。从溶液中得到晶体的方法:蒸发浓缩→冷却结
晶→过滤→洗涤、干燥
提高原子利
用率
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)
在空气中或
在其他气体
要考虑 O2、H2O、CO2 或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气,防氧化、水解、潮解
等目的
中进行的反
应或操作
判断沉淀是
否洗涤干净
取最后一次洗涤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的
pH
①调节溶液的酸、碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)。②“酸作用”还
可除去氧化物(膜)。③“碱作用”还可除去油污,除去铝片表面的氧化膜,溶解铝、二氧化硅等。④
特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度(常
用水浴、冰浴
或油浴)
①防止副反应的发生。②使化学平衡移动,控制化学反应的方向。③控制固体的溶解与结晶。
④控制反应速率,使催化剂达到最大活性。⑤升温促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点
而挥发。⑥加热煮沸可促进水解,聚沉后利于过滤分离。⑦趁热过滤能减少因降温而析出的
溶质的量。⑧降温可防止物质高温分解或挥发,降温(或减压)还可以减少能源成本,也可降低对
设备的要求
洗涤晶体
①水洗:通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质。②“冰水洗涤”:能洗去晶体表面的杂质离子,
且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗。③用特定的有机试剂清洗晶体:洗去晶体表面的杂质,
降低晶体的溶解度,减少损耗等。④洗涤沉淀的方法:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自
然流下后,重复以上操作 2~3 次
表面处理
用水洗除去表面的可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面的氧化物、提高
光洁度等
应考训练
1.(2020 广东六校联盟第二次联考)以铬铁矿[主要成分为 Fe(CrO2)2,含有 Al2O3、Fe2O3、SiO2 等
杂质]为主要原料生产重铬酸钠晶体(Na2Cr2O7·2H2O)的主要工艺流程如下,关于该流程说法错
误的是( )
A.煅烧生成 Na2CrO4 的化学方程式为 4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
B.SiO2 在“浸出过滤”步骤中和 Fe2O3 一起除去
C.Na2CrO4 到 Na2Cr2O7 转化的原理为:2H++2CrO2-
4 Cr2O2-
7 +H2O
D.该工艺中“煅烧”产生的 CO2 可用于“除杂”步骤以节约生产成本,为完全除去 AlO-2,发生反应的
离子方程式为 CO2+AlO-2+2H2O Al(OH)3↓+HCO-3
2.(双选)(2020 山东微山二中质检)我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺,生产流程如图
所示,下列说法不正确的是( )
A.在沉淀池中应先通入二氧化碳气体,再通入氨气
B.生产纯碱的反应原理:NH3+CO2+H2O HCO-3+NH+4
C.循环Ⅱ中 X 是二氧化碳
D.在过滤后的母液中加入氯化钠粉末、通入氨气,搅拌,经冷却结晶后可得氯化铵晶体
3.(2020 山东化学)用软锰矿(主要成分为 MnO2,含少量 Fe3O4、Al2O3)和 BaS 制备高纯 MnCO3
的工艺流程如下:
已知:MnO2 是一种两性氧化物;25 ℃时相关物质的 Ksp 见下表。
物
质 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Al(OH)3 Mn(OH)2
Ksp 1×10-16.3 1×10-38.6 1×10-32.3 1×10-12.7
回答下列问题:
(1)软锰矿预先粉碎的目的是 ,MnO2 与 BaS 溶液反应转化为 MnO 的化学方程式
为 。
(2)保持 BaS 投料量不变,随 MnO2 与 BaS 投料比增大,S 的量达到最大值后无明显变化,而
Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小,减小的原因是 。
(3)滤液Ⅰ可循环使用,应当将其导入到 操作中(填操作单元的名称)。
(4)净化时需先加入的试剂 X 为 (填化学式),再使用氨水调溶液的 pH,则 pH 的
理论最小值为 (当溶液中某离子浓度 c≤1.0×10-5 mol·L-1 时,可认为该离子沉淀完
全)。
(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为 。
4.(2020 全国Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中,钒以+3、+4、+5 价的化合物存在,还包括钾、镁
的铝硅酸盐,以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。
该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示:
金属离
子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Mn2+
开始沉
淀 pH
1.9 7.0 3.0 8.1
完全沉
淀 pH
3.2 9.0 4.7 10.1
回答下列问题:
(1)“酸浸氧化”需要加热,其原因是 。
(2)“酸浸氧化”中,VO+和 VO2+被氧化成 VO+2 ,同时还有 离子被氧化。写出 VO+转化为 V
O+2 反应的离子方程式 。
(3)“中和沉淀”中,钒水解并沉淀为 V2O5·xH2O,随滤液②可除去金属离子 K+、Mg2+、
Na+、 ,以及部分的 。
(4)“沉淀转溶”中,V2O5·xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 。
(5)“调 pH”中有沉淀生成,生成沉淀反应的化学方程式
是 。
(6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时,需要加入过量 NH4Cl,其原因
是 。
5.(2020 山东潍坊三模)钒及其化合物在工业上有许多用途。某钒精矿的主要成分及质量分数如
下表:
物质 V2O5 V2O3 K2OSiO2 Fe2O3 Al2O3
质量
分数
/%
0.81 1.70 2.1163.915.86 12.51
一种从该钒精矿中提取五氧化二钒的流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸、氧化”时,V2O3 转化为 VO2+,反应的离子方程式
为 ;若用浓盐酸代替硫酸,V2O5 转化为 VO2+,同时
生成有毒的黄绿色气体,反应的化学方程式
为 。
(2)萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取 Fe3+而不萃取 Fe2+,所以萃取前可用 (填名称,
下同)对浸出液进行“还原”处理。为检验“还原”后的滤液中是否含有 Fe3+,可选用的化学试剂
是 。
(3)“溶剂萃取与反萃取”可表示为:VO2++(HR2PO4)2(O) VO(R2PO4)2(O)+2H+。其中
(HR2PO4)2(O)为萃取剂,为了提高 VO2+的产率,反萃取剂应该呈 性(填“酸”“碱”或“中”)。
(4)“氧化”中,欲使 3 mol VO2+变为 VO+2 ,则需要氧化剂 NaClO3 至少为 mol。
(5)单质钒可用于制造特种合金钢。以五氧化二钒和金属钙为原料在高温条件下可制备单质钒,
表示制备过程的化学方程式为 。
6.(2020 山东六地部分学校线上检测)氯化亚铜(CuCl)在化工、印染、电镀等行业应用广泛。CuCl
微溶于水,不溶于醇和稀酸,可溶于 Cl-浓度较大的溶液,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主
要成分是 Cu 和少量 CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产 CuCl 的工艺过程如图。回答
下列问题:
(1)步骤①中 N 元素被还原为最低价,写出此反应的离子方程
式 。
(2)步骤②中,亚硫酸铵要略保持过量,原因
是 ,滤液中可循环利用的物质
是 。
(3)步骤⑤中,用“醇洗”可快速去除滤渣表面的水,防止滤渣被空气氧化为 Cu2(OH)3Cl。CuCl 被
氧化为 Cu2(OH)3Cl 的化学方程式为 。
(4)用 K2Cr2O7 溶液测定氯化亚铜样品纯度(假设杂质不参与反应),步骤如下:准确称取所制备的
氯化亚铜样品 10.00 g,将其置于过量的 FeCl3 溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸配成
100 mL 溶液,取溶液 10.00 mL 用 0.100 0 mol·L-1 K2Cr2O7 溶液进行滴定,反应中 Cr2O2-
7 被还原
成 Cr3+,相关数据记录如表所示,该样品中 CuCl 的质量分数为 。
实验编号 1 2 3
消耗 K2Cr2O7 溶液的
体积/mL
14.9816.0315.02
(5)制造印刷电路板产生的废液中含大量[Cu(NH3)4]2+等离子,利用膜电解技术对此废液进行电
解,电解装置如图所示。电解后的阴极液中加入适量盐酸并用水稀释可得到 CuCl,电解时阴极的
电极反应式为 ,生成 CuCl 的离子方程式
为 。
热点专攻(四) 化学工艺流程题解题策略
应考训练 1.B 解析根据流程可知,煅烧过程中反应物有空气中的氧气、纯碱
(Na2CO3)和铬铁矿,产物有 Fe2O3、Na2CrO4 和 CO2,铬元素和铁元素被氧化,反应物
中的氧化剂为氧气,根据得失电子守恒和元素守恒可知反应的化学方程式为
4Fe(CrO2)2+8Na2CO3+7O2 2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2,故 A 项正确;煅烧过程中加入
纯碱,高温条件下 SiO2 能与纯碱发生反应,故 B 项错误;CrO2-
4 转化为 Cr2O2-
7 的离子方
程式为 2H++2CrO2-
4 Cr2O2-
7 +H2O,加入稀硫酸会使平衡右移生成 Cr2O2-
7 ,故 C 项正
确;碳酸的酸性强于偏铝酸,CO2 可与 AlO-2反应生成氢氧化铝沉淀,D 项正确。
2.AB 解析氨气极易溶于水,而二氧化碳微溶于水,先通入氨气使溶液呈碱性,再通
入二氧化碳气体可更多地转化为 HCO-3,故 A 错误;生产纯碱的反应原理是
NaCl+NH3+CO2+H2O NaHCO3↓+NH4Cl、2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O,故 B 错
误;碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、CO2 和水,可将 CO2 通入沉淀中循环利用,故 X
为 CO2,故 C 正确;在过滤后的母液中加入氯化钠粉末、通入氨气,搅拌,增大了铵根
离子的浓度,使氯化铵更多的析出,经冷却结晶后可得氯化铵晶体,故 D 正确。
3.答案(1)增大接触面积,充分反应,提高反应速率 MnO2+BaS+H2O
Ba(OH)2+MnO+S
(2)过量的 MnO2 消耗了产生的 Ba(OH)2
(3)蒸发
(4)H2O2 4.9
(5)Mn2++HCO-3+NH3·H2O MnCO3↓+NH+4 +H2O
解析该题遵循化工生产的过程,对工艺流程的环节与条件进行简化处理,在科学基
础上通过最简洁的呈现方式呈现生产过程,并设置问题,避免信息冗长对考生造成
思维上的干扰。
(1)软锰矿预先粉碎可以增大接触面积,提高反应速率。根据信息,MnO2 与 BaS
反应转化为 MnO,再结合流程图反应后经过过滤、蒸发等一系列物理过程得到
Ba(OH)2,过滤后酸解生成硫黄,硫黄不与 H2SO4 反应,故 MnO2 与 BaS 溶液反应的化
学方程式为 MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。
(2)已知 MnO2 是两性氧化物,保持 BaS 投料量不变,增大 MnO2 与 BaS 的投料
比,过量的 MnO2 能与 Ba(OH)2 反应,故 Ba(OH)2 的量达到最大值后会减小。
(3)将滤液Ⅰ导入蒸发装置可循环利用。
(4)根据表中 Ksp[Fe(OH)3]13,则溶液中的
Fe3+转化为 Fe(OH)3 沉淀而被除去。
(5)在“调 pH”过程中有氢氧化铝沉淀生成,反应的化学方程式为
NaAlO2+HCl+H2O Al(OH)3↓+NaCl 或 NaAl(OH)4+HCl Al(OH)3↓+NaCl+H2O。
(6)在“沉钒”过程中析出 NH4VO3 晶体时,由于 NH4VO3 在氯化铵溶液中溶解度
降低(或回答由于同离子效应),促使 NH4VO3 尽可能析出完全。
5.答案(1)2V2O3+8H++O2 4VO2++4H2O V2O5+6HCl(浓) 2VOCl2+Cl2↑+3H2O
(2)铁粉 硫氰酸钾溶液 (3)酸 (4)0.5 (5)V2O5+5Ca 2V+5CaO
解析钒精矿经硫酸酸浸、氧气氧化后得到滤液和废渣,滤液中主要阳离子有 VO2+、
VO+2 、Fe3+、K+及 Al3+,滤渣主要为 SiO2;萃取剂对四价钒具有高选择性,且萃取 Fe3+
而不萃取 Fe2+,所以萃取前可用铁粉将铁离子还原成亚铁离子,同时也将 VO+2 还原
成 VO2+,再经“溶剂萃取与反萃取”得到含 VO2+的溶液,然后利用 NaClO3 将 VO2+氧
化成 VO+2 ,加入氨水得到 NH4VO3 沉淀,煅烧 NH4VO3 可得到五氧化二钒。
(1)“酸浸、氧化”时,V2O3 转化为 VO2+,该过程中氧气做氧化剂,V2O3 为还原剂,
结合电子守恒和元素守恒可得反应的离子方程式为 2V2O3+8H++O2 4VO2++4H2O;
若用浓盐酸代替硫酸,V2O5 转化为 VO2+,同时将盐酸氧化成氯气,结合电子守恒和元
素守恒可得反应的化学方程式为 V2O5+6HCl(浓) 2VOCl2+Cl2↑+3H2O。
(2)根据分析可知萃取前可用铁粉对浸出液进行“还原”处理;铁离子与硫氰酸钾
溶液反应呈红色,可用硫氰酸钾溶液检验是否含有铁离子。
(3)为了提高 VO2+的产率需要平衡左移,则需要溶液中有大量氢离子,所以反萃
取剂应呈酸性。
(4)VO2+变为 VO+2 ,V 元素化合价升高 1 价,则使 3molVO2+变为 VO+2 需要转移
3mol 电子,氧化剂 NaClO3 被还原成 Cl-,Cl 元素化合价降低 6 价,所以转移 3mol 电
子需要 0.5molNaClO3。
(5)根据题意高温条件下钙还原五氧化二钒可得到单质钒,反应的化学方程式为
V2O5+5Ca 2V+5CaO。
6.答案(1)4Cu+NO-3+10H+ 4Cu2++NH+4 +3H2O
(2)使 Cu2+完全反应,阻止生成的 CuCl 被氧化 硫酸
(3)4CuCl+O2+4H2O 2Cu2(OH)3Cl+2HCl
(4)89.55%
(5)[Cu(NH3)4]2++e-+2H2O [Cu(NH3)2]++2NH3·H2O
[Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓+2NH+4
解析酸性条件下 NO-3具有氧化性,可氧化海绵铜(主要成分是 Cu 和少量的 CuO)生
成 Cu2+,过滤后在滤液中加入亚硫酸铵发生氧化还原反应生成 CuCl,该反应的离子
方程式为 2Cu2++SO2-
3 +2Cl-+H2O 2CuCl↓+SO2-
4 +2H+,得到的 CuCl 先经水洗,再用
乙醇洗涤,用乙醇洗涤可快速除去固体表面的水分,防止水解、氧化,最后烘干得到
CuCl。
(1)NO-3在酸性条件下具有强氧化性,能与 Cu 发生反应,反应生成 NH+4 ,其离子
方程式为 4Cu+NO-3+10H+ 4Cu2++NH+4 +3H2O。
(2)流程的目的是制备 CuCl,根据流程分析可知,反应②得到 CuCl,发生反应
2Cu2++SO2-
3 +2Cl-+H2O 2CuCl↓+SO2-
4 +2H+,CuCl 在潮湿空气中易水解氧化,因此亚
硫酸铵要保持过量的目的是保证 Cu2+完全反应,阻止生成的 CuCl 被氧化;滤液中可
循环利用的物质是硫酸。
(3)CuCl 容易在潮湿空气中水解氧化,因此该反应的化学方程式为
4CuCl+O2+4H2O 2Cu2(OH)3Cl+2HCl。
(4)氯化亚铜与氯化铁反应的离子方程式为 Fe3++CuCl Fe2++Cu2++Cl-,加入
K2Cr2O7 溶液发生反应 6Fe2++Cr2O2-
7 +14H+ 6Fe3++2Cr3++7H2O,反应的关系式为
6CuCl~6Fe2+~Cr2O2-
7 ,第二次滴定实验误差较大,可舍去,则平均消耗 K2Cr2O7 溶液的
体积为 15mL,根据关系式计算如下:
6CuCl~6Fe2+~Cr2O2-
7
6 1
n(CuCl) 15×10-3L×0.1mol·L-1×100mL
10mL
n(CuCl)=9×10-2mol,则 m(CuCl)=9×10-2mol×99.5g·mol-1=8.955g,则 CuCl 的质量
分数=8.955g
10.00g×100%=89.55%。
(5)阴极上发生还原反应,[Cu(NH3)4]2+得电子生成[Cu(NH3)2]+,则阴极反应式为
[Cu(NH3)4]2++e-+2H2O [Cu(NH3)2]++2NH3·H2O;生成 CuCl 的离子方程式为
[Cu(NH3)2]++2H++Cl- CuCl↓+2NH+4 。
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