（新課改省份專版）2022高考化學一輪復習 4.11 題型研究 化學工藝流程綜合題學案（含解析）

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1、（新課改省份專版）2022高考化學一輪復習 4.11 題型研究 化學工藝流程綜合題學案（含解析） 無機化工流程題是以實際的工業(yè)生產過程為背景，以解決化學實際問題為思路設置問題，通常以流程圖的形式呈現生產過程，有時還結合表格和圖像提供多種信息。試題的結構通常分為題頭、流程和設問三部分。題頭一般是簡單介紹該工藝生產的原材料和工藝生產的目的(包括副產品)；流程部分主要用框圖形式將原料到產品的主要生產工藝流程表示出來；設問主要是根據生產過程中涉及的化學知識來設置，從而組成一道完整的化學試題。從要解決的問題看，這類試題通常有兩個目的：一是從混合物中分離、提純某種物質；二是利用某些物質制備另一物質。

2、[技法點撥] 1．化工生產的一般流程 2．試題的設問角度 化工流程題的考點主要從以下6點設置： (1)基本操作 除雜、分離、檢驗、洗滌、干燥等實驗操作的步驟描述；加入某些試劑或某個操作步驟的目的描述。 (2)物質的分離與提純 通過調節(jié)pH使溶液中的金屬離子沉淀達到分離除雜的目的，據此選擇需要加入的化學試劑；加入某種物質使難溶物轉化為更難溶的物質后，通過過濾除去等。 (3)化學反應速率與化學平衡理論的運用 例如，研磨使反應物顆粒變小，增大反應物間的接觸面積，從而增大反應速率，提高原料利用率；升高溫度能增大反應速率，使吸熱反應平衡正向移動等。 (4)化學方程式或離子方程式

3、的書寫 根據流程圖及設問中的信息找出反應物和生成物，書寫指定的化學方程式或離子方程式。 (5)環(huán)境與綠色化學思想 流程中物質的轉化和循環(huán)、資源的回收和利用、“三廢”的來源、對環(huán)境的影響及處理措施等。 (6)化學計算 聯(lián)系原料純度、轉化率、損失率、產物產率等計算產品質量；聯(lián)系溶液配制、滴定操作測定樣品中某元素含量或產品純度；聯(lián)系溶度積常數，計算溶液中某離子濃度或完全沉淀時的pH等。 3．工藝流程中的常見專業(yè)術語 釋義 研磨、霧化 將塊狀或顆粒狀的物質磨成粉末或將液體分散成微小液滴，增大反應物接觸面積，以加快反應速率或使反應更充分 灼燒(煅燒) 使固體在高溫下分解或改變結

4、構、使雜質高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦 浸取 向固體中加入適當溶劑或溶液，使其中可溶性的物質溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的過程 浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少 滴定 定量測定，可用于某種未知濃度物質的物質的量濃度的測定 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質離子等 堿作用 去油污、去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅、調節(jié)pH、促進水解(沉淀) 4．物質轉化過程中分離提純階段的主要操作 除雜 加入沉淀劑或控制溶液的酸堿性使形成氫氧化物沉淀。

5、如：除去含Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等來調節(jié)溶液的pH 加熱 加快反應速率或使平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質或產物，則要注意對溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質 降溫 防止某物質在高溫時會分解或使平衡向著題目要求的方向移動 分離 固液分離——過濾 液液分離： a.有溶解度差異——結晶或重結晶(蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干；蒸發(fā)結晶、趁熱過濾) b.有溶解性差異——(萃取)分液 c.有沸點差異——

6、蒸餾 5．獲得產品階段的主要操作 洗滌(冰水、熱水、有機溶劑) 水洗：洗去晶體表面的雜質離子(適用于溶解度小的物質) 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(適用于高溫溶解度大、低溫溶解度小的物質) 醇洗(常用于溶解度較大的物質)：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(若對溶解度小的物質進行醇洗，則是為了洗去雜質離子，并使其盡快干燥) 蒸發(fā)時的氣體氛圍抑制水解 如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶 如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若將混合溶

7、液加熱蒸發(fā)后再降溫，則析出的固體主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，這樣就可分離出大部分K2Cr2O7；同樣原理可除去KNO3中的少量NaCl 蒸發(fā)結晶、趁熱過濾 如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若將混合溶液蒸發(fā)一段時間，析出的固體主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同樣原理可除去NaCl中的少量KNO3 [提醒]　趁熱過濾：若目的是獲得固體，則為防止其他物質析出導致產品不純或防止溫度降低固體溶解；若目的是獲得液體，則為防止溫度降低析出固體，造成損耗。 6．工藝流程題中常見問題的答題方向 常見問題 答題要考慮的角度 分離、提

8、純 過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾等常規(guī)操作，如從溶液中得到晶體的方法：蒸發(fā)濃縮—冷卻結晶—過濾—(洗滌、干燥) 提高原子利用率 綠色化學(物質的循環(huán)利用、廢物處理、原子利用率、能量的充分利用) 在空氣中或特定氣體中進行的反應或操作 要考慮O2、H2O、CO2或特定氣體是否參與反應或能否達到隔絕空氣，防氧化、水解、潮解等目的 洗滌沉淀 方法：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次 判斷沉淀是否洗滌干凈 取最后洗滌液少量，檢驗其中是否還有某種離子存在等 控制溶液的pH ①調節(jié)溶液的酸堿性，抑制水解(或使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀) ②“酸作

9、用”還可除去氧化物(膜) ③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等 ④特定的氧化還原反應需要的酸性條件(或堿性條件) 控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴) ①使化學平衡移動；控制化學反應的方向 ②控制固體的溶解與結晶 ③控制反應速率：使催化劑達到最大活性 ④升溫：促進溶液中的氣體逸出，使某物質達到沸點揮發(fā) ⑤加熱煮沸：促進水解，聚沉后利于過濾分離 [典例剖析] [典例1]　(2018·全國卷Ⅱ)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖所示： 相關金屬離

10、子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下： 金屬離子 Fe3＋ Fe2＋ Zn2＋ Cd2＋ 開始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 回答下列問題： (1)焙燒過程中主要反應的化學方程式為__________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有________；氧化除雜工

11、序中ZnO的作用是________，若不通入氧氣，其后果是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)溶液中的Cd2＋可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應的離子方程式為________________________________________________________________________。 (4)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時，陰極的電極反應式為___________

12、_________；沉積鋅后的電解液可返回________工序繼續(xù)使用。 [解題流程] [答案]　(1)ZnS＋O2ZnO＋SO2(或2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2) (2)PbSO4　調節(jié)溶液的pH　無法除去雜質Fe2＋ (3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋ (4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸 [典例2]　(2016·全國卷Ⅲ)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為： 物質 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe

13、2O3 Al2O3 質量分數/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 ＜1 　　以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線： 回答下列問題： (1)“酸浸”時V2O5轉化為VO，反應的離子方程式為 ________________________________________________________________________， 同時V2O4轉化成VO2＋?！皬U渣1”的主要成分是________。　 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋變?yōu)閂O，則需要氧化劑KClO3至少為________ mol。 (3)“中和”作用之一是

14、使釩以V4O形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有________。 (4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率，淋洗液應該呈________性(填“酸”“堿”或“中”)。 (5)“流出液”中陽離子最多的是________。 (6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式：________________________________________________________________________。 [解題流程]　 [答案]　(1

15、)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2　 (2)0.5　(3)Fe(OH)3和Al(OH)3　(4)堿　 (5)K＋　(6)2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑ [備考方略]　解答化工流程題的基本步驟 (1)從題干中獲取有用信息，閱讀題干時要隨手畫出目的及相關信息，了解反應物是什么，產品是什么，主要分析出產品中各個元素的來源，即分析“元素流向”。 (2)了解流程中一些實驗操作的目的，通常都是為了凈化原料或者提純產品。 (3)對反應條件的分析可從以下幾個方面著手： ①對反應速率有何影響； ②對平衡轉化率有何影響； ③對綜合生產效益有何影響(從原料來源、能源成本、

16、環(huán)境保護、循環(huán)利用方面考慮)。 [對點練1]　3PbO·PbSO4·H2O化學名：三鹽基硫酸鉛，簡稱三鹽，M＝990 g·mol－1。不溶于水，微黃色粉末，可用作聚氯乙烯穩(wěn)定劑。以鉛泥(含PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽基硫酸鉛的工藝流程如圖所示。 請回答下列問題： (1)步驟①轉化的目的是______________，將濾液1、濾液3合并，經蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾等操作，可得到一種結晶水合物(M＝322 g·mol－1)，其化學式為________；濾液2中可循環(huán)利用的溶質為________(填化學式)。 (2)步驟⑥合成三鹽的化學方程式為______________

17、______________________________ ________________________________________________________________________； 步驟⑦洗滌沉淀時的操作是_________________________________________________； 若以100.0 t鉛泥為原料制得純凈干燥的三鹽49.5 t，假設鉛泥中的鉛元素有90%轉化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質量分數為________。 解析：(1)步驟①加入Na2CO3溶液能將PbSO4轉化為PbCO3，可以提高鉛元素的利用率。結合上述分析可知濾

18、液1、濾液3中均含有Na2SO4，再結合所得晶體的摩爾質量可知析出的晶體為Na2SO4·10H2O。濾液2中的HNO3可循環(huán)使用。(2)步驟⑥中加入NaOH溶液，使PbSO4轉化成三鹽，化學方程式為4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O。沉淀表面有Na2SO4等雜質，洗滌沉淀時，向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，讓蒸餾水自然流下，并重復上述操作2～3次即可。設鉛泥中鉛元素的質量分數為x，根據關系式： 4Pb　　　　～　　　　3PbO·PbSO4·H2O 4 mol×207 g·mol－1 　 990 g 100．0 t×x×90%　　　49.5 t 則

19、＝，解得x＝46.0%。 答案：(1)將PbSO4轉化為PbCO3，提高鉛元素的利用率　Na2SO4·10H2O　HNO3 (2)4PbSO4＋6NaOH3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O　向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，讓蒸餾水自然流下，并重復上述操作2～3次　46.0% [對點練2]　濕法煉鋅產生的銅鎘渣主要含鋅、鎘(Cd)、銅、鐵、鈷(Co)等金屬單質。利用銅鎘渣可生產Cu、Cd及ZnSO4·7H2O 等，其生產流程如圖： 如表是部分金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1 mol·L－1計算)： 氫氧化物 Fe(OH)3 F

20、e(OH)2 Cd(OH)2 Zn(OH)2 開始沉淀的pH 1.9 7.0 7.2 5.4 沉淀完全的pH 3.2 9.0 9.5 8.2 請回答下列問題： (1)提高銅鎘渣的“浸出”速率的措施有________________________________(寫出1條即可)。 (2)Fe的金屬性比Co強，該流程中“除鈷”____________(填“能”或“不能”)用Zn代替Fe，“除鈷”中Fe發(fā)生反應的離子方程式是_____________________________。 (3)“除鐵”操作中加入H2O2的目的是___________________

21、___________，加入ZnO的目的是調節(jié)溶液pH，以除去溶液中的鐵元素，調節(jié)溶液pH的范圍為_________，“除鐵”操作中的沉淀成分是__________(寫化學式)。 (4)“電解”后的電解廢液是ZnSO4溶液，用該電解廢液制備ZnSO4·7H2O的方法是________________________________________________________________________。 (5)“除鈷”后的含鈷廢渣在空氣中煅燒，煅燒后的成分測定如表： 元素 Co Zn Cu Fe 含量/% 59.00 0.52 0.20 13.16 則煅燒

22、后所得固體混合物中，鈷氧化物的化學式是________。 解析：(1)升高溫度、增大反應物表面積等均可提高反應速率。(2)因Zn的金屬性比Fe強，故可用Zn代替鐵除鈷。除鈷中Fe與Co2＋發(fā)生置換反應生成Fe2＋和Co。(3)H2O2可氧化Fe2＋，使之轉化為Fe3＋。根據表格中的數據，可知欲除去溶液中的鐵元素，需加入ZnO調節(jié)溶液pH的范圍為3.2～5.4，此時Fe3＋完全轉化成Fe(OH)3 沉淀。(4)從ZnSO4溶液中制備ZnSO4·7H2O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾。(5)由題意知，煅燒后所得固體為鈷氧化物、ZnO、CuO、Fe2O3的混合物，設煅燒后所得固體質量為100 g，結合題表中的數據可知，鈷氧化物中m(O)＝100 g－59.00 g－81 g·mol－1×－80 g·mol－1×－160 g·mol－1×＝21.302 g，則鈷氧化物中n(O)＝≈1.33 mol，n(Co)＝＝1.00 mol，故鈷氧化物的化學式為Co3O4。 答案：(1)適當升高浸取液溫度(或將銅鎘渣磨制成粉末等) (2)能　Fe＋Co2＋===Fe2＋＋Co (3)將Fe2＋氧化成Fe3＋　3.2～5.4　Fe(OH)3 (4)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾　(5)Co3O4