2012年高考化学复习探究课件：11.2工业流程试题分析与解答

一、化工流程题型的特点化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力，具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识，而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力，且这类试题陌生度高，文字量大，包含信息多，思维能力要求高，近年来已成为广东、福建、安徽、江苏及上海高考化学主观题中的必考题型。二、化工流程题型的结构及解题顺序1．化工流程线路示意图箭头：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)。三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环使用。2．涉及问题①原料的预处理。②反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。③反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。④绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用)。⑤化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。3．解题顺序三、相关知识储备1．与常见工业生产相关的主要反应2．常见实验操作3.物质的制备(1)制金属：电解法——Na、Mg、Al；CO或H2还原法——Fe；铝热法——Mn、Cr、V；热分解法——Hg、Ag。(2)海水提碘：海带→海带灰→滤液→氧化I－为I2→萃取→蒸馏→碘。(3)粗盐提纯：粗盐→溶解→过量BaCl2溶液→过量NaOH溶液→过量Na2CO3溶液→过滤→适量盐酸→蒸发结晶。(4)制胆矾(CuSO4·5H2O)：粗铜粉、O2＋稀硫酸→过滤→蒸发制热饱和溶液→冷却结晶。(5)制绿矾(FeSO4·7H2O)：废铁屑→热饱和Na2CO3溶液除油污→稀硫酸(50～70℃)→趁热过滤→冷却结晶→洗涤→吸干水。实验型化工流程实验型化工流程题是以考查考生实验基础知识、基本操作及基本技能为主要目的的一类化工流程题。解答此类题时，应认真审题，找到该实验的目的。一般来说，该流程题只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。1．对于以提纯某一物质为实验目的的流程题，其实就是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关知识。当遇到这一类题时，要求考生一定要认真在流程中找出得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些；认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。2．对于以制备某一物质为实验目的的流程题，要求考生注意以下几个方面：(1)明确要制备的是什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。题目中的信息往往是制备该物质的关键所在。若产物具有某些特殊性质(由题目信息获得或根据所学知识判断)，则要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其他杂质。一般来说主要有如下几种情况：①如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3，还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。②如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生，则要加相对应的酸来防止水解。如：制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu(NO3)2等物质，蒸干其溶液得到固体溶质时，都要加相对应的酸或在酸性气流中干燥以防止其水解。③如果产物是一种强氧化剂或强还原剂，则要防止可以与其发生氧化还原反应的物质，如：含Fe2＋、SO等离子的物质，要防止其与氧化性强的物质接触。④如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水而变质的物质(如NaOH固体等)，在制备过程中则要将CO2或水除去，同时也要防止空气中的CO2或水进入装置。⑤如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据它们的不同变化，找出合适的分离方法。(2)寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学方程式或制备原理，从中了解流程图。若题目已给出制备物质时所需的原料，则一般会涉及物质的分离、提纯等操作，所以在明确实验目的之后，再写出主要的化学方程式，观察有没有副产物，如果有，则剩余的步骤就是分离和提纯了。(2010年高考福建理综)硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：(1)将菱锌矿研磨成粉的目_________。(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：(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____________________。(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(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。(7)分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。[规范解答]本题考查化学工艺流程，意在考查考生运用化学知识分析和解决化学工艺流程的能力。(2)氧化除铁时加入的试剂为漂白粉，则发生的是Fe(OH)2和ClO－之间的氧化还原反应，根据原子守恒、得失电子守恒及电荷守恒，配平题给离子反应为：2Fe(OH)2＋ClO－＋H2O===2Fe(OH)3＋Cl－。(3)针铁矿中Fe的价态为＋3，由题给信息知其化学式为FeO(OH)。(4)滤液2主要含有Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋，根据表格中数据，当8.0≤pH10.4时，Zn2＋完全沉淀，而Ca2＋、Mg2＋没有开始沉淀，从而可以分离得到Zn(OH)2。(5)滤液3中主要含有Ca2＋、Mg2＋，由于Mg(OH)2的溶度积比MgCO3小，加入石灰乳或烧碱可以使Mg2＋沉淀。(6)滤液4为ZnSO4溶液，由ZnSO4溶液得到ZnSO4·7H2O晶体需要经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作。(7)根据锌元素守恒，ZnCO3～Zn(OH)2～ZnO，则菱锌矿中ZnCO3的质量为125m281，故菱锌矿中ZnCO3的质量分数为125m281m1。【答案】(1)增大反应物接触面积或增大反应速率或使反应更充分(2)2Fe(OH)2＋1ClO－＋1H2O===2Fe(OH)3＋1Cl－(3)FeO(OH)(4)8.0≤pH10.4(5)bd(6)蒸发浓缩冷却结晶(7)125m2/81m1下列推断不合理的是()A．直接蒸干滤液得到纯净的(NH4)2SO4B．生成1mol(NH4)2SO4至少消耗2molNH3C．CO2可循环使用D．往甲中通CO2有利于(NH4)2SO4生成解析：直接蒸干滤液所得(NH4)2SO4不纯，故不正确。答案：A原理型化工流程原理型化工流程题是以物质制备流程为主线，主要考查考生运用化学平衡原理、化学反应与能量变化、电化学等知识来解决化工生产中实际问题的能力。解答此类型题目的基本步骤是：(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)分析流程中的每一步骤，如：每一步骤中反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制取产品有什么作用。(3)从题中获取信息，运用化学反应原理分析制备产品的最佳条件，帮助解题。氯碱工业是化学工业的基础，如图为一种降低能耗，充分利用氯碱工业产物的联产示意图。试回答下列问题：(1)X气体为________(填化学式)。(2)写出B中燃料电池负极的电极反应式：____________________。(3)若用浓硫酸处理钛铁矿，并向所得溶液中加入铁，则此时溶液中含有Fe2＋、TiO2＋和少量Mg2＋等阳离子。常温下，其对应氢氧化物的溶解度(S/mol·L－1)与溶液pH的关系如图所示。将上述处理液加水稀释后，立即析出大量白色沉淀，写出该反应的离子方程式：_______________。(4)已知：①Mg(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)ΔH＝－641kJ·mol－1②12Ti(s)＋Cl2(g)===12TiCl4(l)ΔH＝－385kJ·mol－1写出Mg与TiCl4反应的热化学方程式：_______________，该反应过程中还应控制的反应条件是________。[规范解答]氯碱工业生成的产物有H2、Cl2和NaOH溶液。B(燃料电池)一极通入的是空气，另一极通入的是Y气体，由燃料电池原理可推知，Y为H2，作负极，其电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，X气体为Cl2，则以Cl2、焦炭、钛铁矿为原料可冶炼金属钛。【答案】(1)Cl2(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O(3)TiO2＋＋2H2O===TiO(OH)2↓＋2H＋(4)2Mg(s)＋TiCl4(l)===2MgCl2(s)＋Ti(s)ΔH＝－512kJ·mol－1隔绝空气2．“绿色化学”是将反应物全部转化为期望产物，以使原子利用率达到100%，而尽量减少有害物质生成的化学工艺理念。下列符合“绿色化学”要求的工艺原理是()解析：绿色化学的核心是原子利用率为100%，没有副产物生成。答案：D元素化合物型化工流程元素化合物型化工流程题是以物质制备流程为主线，主要考查元素及其化合物、物质结构、元素周期律、氧化还原反应等知识。其解题的基本步骤与原理型化工流程题的解题步骤相同。注意外界条件对化工流程的影响在很多的化工流程题中，我们会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求，其所起的作用也不一样，但却都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常考查考生的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响这两个方面着手。如外界条件——温度可从以下几个方面来考查：(1)趁热过滤(或冰水洗涤)的目的：防止某物质降温时会析出(或升温时会溶解)而损失或带入新的杂质。(2)冰水中反应(或降温反应)的目的：防止某物质在高温时溶解或使化学平衡向着题中要求的方向移动。(3)反应中采取加热措施的目的：一般是加快反应速率或加速某固体的溶解。(4)如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内(可用水浴或油浴来控制)，一般有以下几个目的：a．防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，具体问题要具体分析。如Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80～90℃，目的是使Br2挥发出来同时减少水蒸气混入Br2中。b．使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或SO2的催化氧化反应，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。c．防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是在140℃时会有乙醚产生。d．对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的目的。利用化学原理对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体)。除去NO的离子方程式为_____________________。(二)某工厂对制革工业污泥中Cr(Ⅲ)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)：常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是__________________(至少写一条)。(2)调pH＝8是为了除去________(填Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)。(3)