化工流程题-刘学聪分析

专题讲座四专题无机化工流程题复习策略与解题方法指导一.无机化工流程题的特点无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像题目：金属镁与镁合金在航空、汽车制造和电子工业等领域具有广泛的用途，金属镁的冶炼有多种方法，其中之一是以白云石（CaCO3·MgCO3）为原料，经高温煅烧生成氧化物（CaO·MgO），氧化物在还原炉中经1200℃真空条件下用硅铁还原生成镁蒸汽（铁在反应前后化合价不变），镁蒸汽经冷凝器冷凝为粗镁再经精炼、铸锭得到成品金属镁。反应工艺流程如下图：题头篇幅长（字数：170）1、化学工艺流程题特点：情景新颖工艺流程复杂2、近几年高考化工流程图题考查的角度多工业碳酸钠的分离与提纯常见离子性质、物质分离提纯(溶解度曲线、结晶法、趁热过滤）、物质循环利用、盖斯定律等三氯甲硅烷还原法制备高纯硅化学方程式书写(氧化还原反应、水解、双水解反应）、化工生产的安全性(可燃性气体的验纯)、硅元素化合物的性质及用途等生产硼砂的固体废料回收镁原料预处理(酸浸)、物质分离提纯(调节PH、溶解度曲线、重结晶法)、副产物回收利用等以β锂辉石为原料制备Li2CO3原料预处理(粉碎)、物质的分离提纯(调节PH)、常见离子的性质、离子方程式的书写(复分解反应)、Ksp计算等粗铝吹气精炼以及钢材镀铝化学方程式书写(氧化还原反应、中和反应、电极反应)、物质分离提纯(吹气法)、金属防腐杂卤石制备硫酸钾原料预处理(碱浸)、物质的分离提纯（调节PH、过滤、结晶）、平衡移动原理、平衡常数计算、读图能力3、1、瘦身流程，找准方向2、明确是非，先易后难3、巧用信息，敢于创新二、化学工艺流程题解题策略心理畏惧无从下手知识欠缺认清题型面目琢磨解题套路梳理常见考点解决知识问题解决方法问题1、简化流程，认识结构用什么？要什么？干什么？原料核心反应产品副产物排放物核心辅料产品分离与提纯原料预处理循环利用前期中期后期控制条件三环节：原料预处理，化学反应，成品提纯两过程：操作过程，反应过程工艺流程的结构框架原料产品核心化学反应原料预处理除杂、净化产品分离提纯原料循环利用流程的呈现模式•主线主产品，副线副产品，回头为循环•核心考点：元素+原理+实验(2012·广东理综，32)难溶性杂卤(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)≒2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO42—＋2H2O为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：(1)滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：____________________________________________。(3)“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入__________溶液调滤液pH至中性。(4)不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系见下图。由图可得，随着温度升高，①________________，②__________________。Mg(OH)2CaSO4Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋浓度减小，平衡正向移动，K＋增多K2CO3H2SO4溶浸平衡向右移动K＋的溶浸速率增大产品分离提纯原料预处理除杂、净化核心辅料副产品产品▲无从下手琢磨解题套路例、(10年福建）硫酸锌可作食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：2、按图索骥，形成套路ZnCO3Fe2O3FeCO3MgOCaO第一步：对照原料（首）和产品（尾），确定核心反应和对应的核心辅料，找出流程主线。ZnSO4·7H2O核心辅料H2SO4核心辅料原料产品ZnCO3Fe2O3FeCO3MgOCaO第二步：以核心辅料为界，把流程划分为原料预处理、核心反应和产品的分离提纯三个阶段，分段剖析，明析细节，贯通全程。ZnSO4·7H2O预处理转化核心辅料产品核心辅料H2SO4（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是______．（3）针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是______．（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：______Fe（OH）2+______+______═______Fe（OH）3+______Cl-第三步：由易到难，变换角度，逐一破解答案（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是增大反应物接触面积（直接目的），以增大反应速率（间接目的），并使反应更充分（间接目的）。（2）根据得失电子数相等配平：2Fe(OH)2+ClO－+H2O＝2Fe(OH)3+Cl－。3）用89减去一个铁原子、一个氧原子、一个氢原子的相对原子质量：89－56－16－1＝16，恰好剩余一个氧原子的相对原子质量，故化学式为FeO(OH)，或其它合理答案（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为______．Mg（OH）2Zn（OH）2MgCO3CaCO3开始沉淀的pH10.46.4--沉淀完全的pH12.48.0--开始溶解的pH-10.5--Ksp5.6×10-12-6.8×10-62.8×10-9（4）调节“滤液2”的pH目的是使Zn2＋转化为Zn(OH)2沉淀而与Mg2＋分离，pH范围为8.0≤pH＜10.4。（5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是______（选填序号）．a．大理石粉b．石灰乳c．纯碱溶液d．烧碱溶液（6）“滤液4”之后的操作依次为______、______、过滤，洗涤，干燥．（5）从“滤液3”制取MgO需要将Mg2＋沉淀，应加入强碱，选b、d。（6）从溶液中析出晶体的流程一般为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，洗涤，干燥。（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于______．（7）根据关系式ZnCO3～ZnO计算得菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于125m2/81m1。先易后难：先回答与工艺流程非密切相关的简单问题，确保易拿的分数先拿，增强答题信心。三、知识拓展:注重对相关知识点进行补充和拓展如：趁热过滤与热滤装置如果热的溶液析出某种晶体后，在温度下降时容易析出另一种晶体，则需要在保温条件下尽快完成过滤，即趁热过滤（也叫保温过滤）。趁热过滤可将普通漏斗先置于热水浴中或蒸气中预热，也可使用热滤装置。热虑装置就是在普通过滤器外套上一个热滤漏斗。如：趁热过滤与热滤装置含义装置如：抽滤为使结晶和母液迅速有效地分离和有利于干燥，一般常用抽气过滤（也称减压过滤）。减压过滤装置包括布氏漏斗、抽滤瓶、安全瓶和水流泵（或抽气泵）。在停止抽滤时，应先将安全瓶上的玻璃阀打开接通大气（如果没有玻璃阀，则需要拆开瓶与水流泵之间的橡皮管），再关闭水流泵，以免水倒吸到抽滤瓶内。若固体需要洗涤时，可将少量溶剂洒到固体上，静置片刻，再将其抽干。含义装置1、流程范式。工艺流程题实质上是以化学实验为基础的，抓住这个范式就抓住了解答工艺流程题的牛鼻子三、落实范式模板，掌握答题套路备考建议2、实验操作范式。进行物质的分离和提纯常涉及到以下8种实验方法：过滤、蒸发、蒸馏、萃取与分液、渗析、盐析、升华、结晶和重结晶。对于这8种实验方法需要使用的玻璃仪器、操作方法、适用范围等要熟练掌握，达到自动化的程度，要让学生对这些基本实验操作形成套路和规范表达格式，进而为解答工艺流程题和实验探究题提供支持。1、如何选择结晶方法？结晶方法的选择主要取决于溶质的溶解度随温度变化的情况：溶液类型溶解度与温度的关系结晶方法溶解度随温度的升高变化不大（如NaCl及NaCl型溶质）蒸发结晶溶解度随温度的升高变化较大（如KNO3及KNO3型溶质）蒸发浓缩（至有晶膜出现），冷却结晶少数物质的溶解度随温度的升高而减小[如Ca(OH)2]蒸发结晶A溶液中（含少量B杂质）提取A蒸发浓缩（结晶），趁热过滤B溶液中（含少量A杂质）提取B蒸发浓缩，冷却结晶，过滤单一溶质的溶液多溶质溶液（设A为NaCl型溶质，B为KNO3型溶质）（1）溶解度随温度升高而明显增加，如NaNO3、KNO3等。（2）溶解度受温度影响不明显，如NaCl。（3）溶解度曲线有折点，主要是由于物质的组成有所改变，例如：硫酸钠在305K以下析出Na2SO4·10H2O，在305K以上析出Na2SO4·H2O。（4）少数物质的溶解度随温度升高反而减小，例如Ca(OH)2、CeSO4等。2、如何检验沉淀是否完全？将反应混合物静置后，取少许上层清液，滴加少量沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀完全。或向清液中滴加少许被沉淀的试剂，若产生沉淀，则证明沉淀完全。3、如何洗涤沉淀？将沉淀转移到过滤器中，向过滤器中加入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，放出蒸馏水，重复操作2～3次。洗涤沉淀的目的是洗去沉淀表面吸附的杂质和母液。难溶物性的沉淀可直接用蒸馏水洗涤，易溶性的沉淀（如碳酸钠晶体），为了减少晶体因溶解而导致的损失，可用相应的饱和溶液或酒精洗涤。4、如何检验沉淀是否洗涤干净？取最后一次洗涤液，根据沉淀可能吸附的杂质离子，加入合适的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。5、何时干燥沉淀或烘干沉淀？何时灼烧沉淀？（1）若是为了除去沉淀中的水分即干燥，可将沉淀置于干燥器（如图1）中用干燥剂干燥或置于蒸发皿、烘箱中加热烘干。对于易分解的物质如金属氢氧化物或带有结晶水的物质，应低温烘干或减压烘干或鼓风风干、自然风干、晾干。取放蒸发皿必须使用坩埚钳。（2）若是为了使沉淀在高温下发生分解或失去结晶水，则将沉淀置于坩埚中灼烧（如图2），灼烧温度一般在800℃以上。坩埚应放在三脚架上的泥三角上加热，取放坩埚必须使用坩埚钳，加热完坩埚应放在石棉网上冷却。（3）若是对易水解的含水晶体进行加热脱水以制取无水晶体，应采取必要的放水解措施（如用FeCl3·6H2O制无水FeCl3，应在HCl氛围中加热）。（4）干燥、烘干、灼烧的程度均是至最后两次称量的质量相差小于0.1g（托盘天平的精度为0.1g，当两次称量的差值小于0.1g时无法读出）或恒重。6、如何进行蒸发结晶？（1）边加热边搅拌，当有大量晶体析出时，停止加热，用余热蒸干。（2）若是使易水解的盐结晶析出，应采取防水解的措施。如蒸发FeCl3溶液的过程中应保持一定的酸度。（3）对于易分解的晶体，可采取减压或低温蒸发结晶（如NaHCO3·10H2O）7、从溶液中得到干燥的晶体或沉淀一般需要经过哪些基本步骤？完整的步骤一般包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤沉淀、干燥沉淀五个基本步骤，尤其是涉及沉淀质量的定量测量实验，则沉淀的洗涤与干燥必不可少。