化工流程题专题复习

一、题型分类从主要化工工艺来分可以分为基础化工工艺题和精细化工工艺题；以生产过程中主要工序可分为除杂提纯工艺流程题（如海水纯化工艺流程题）、原材料转化工艺流程题、电解工艺流程题、有机合成题和资源能源综合利用工艺生产流程题等；按资源的不同，可将工艺流程题分为利用空气资源生产的工艺流程题（如合成氨工艺流程题）、利用水资源生产的工艺流程题（如海水制盐、氯碱工业、海水提溴碘、海水提镁等）、利用矿产资源生产的工艺流程题（工业制硫酸、冶铁炼钢等）、利用化石燃料生产的工艺流程题（如有机合成工艺题）等。化学工艺流程题是近几年高考的热点，如2012、2011、2010年广东理综32题、2009、2008年广东理综22题，主要涉及重要物质或材料的制备，如制备硫酸钾、制镀铝制品、制备碳酸锂、镁的回收、制备TiO2和Ti等。二、题型特点1、以化工生产为背景，题材多样，提问灵活，几乎遍及整个中学化学知识，无法猜题，有效地抑制学生搞题海战术。其次试题陌生度高，对学生的能力要求也大，加上有的试题文字量大，学生在没做之前往往就会产生畏惧感。2、化工流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；题干部分主要用框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置系列问题，构成一道完整的化学题。3、框图比较粗放，有的甚至难以读懂，但在设问中有所暗示。主要考查学生对已学知识的掌握、理解、迁移、转换、重组和解决实际问题的能力。三、解题思路1、认真读题，首先将题目从头至尾读一遍，找到该实验的目的。一般来说，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。2、仔细分析，理清下列关系（1）当遇到混合物的除杂、分离、提纯这一类题时，我们一定要认真在题目中找出要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。这里特别要注意蒸发与结晶的方法（a.蒸发浓缩、冷却结晶；b.蒸发结晶、趁热过滤）。（2）当遇到制备某一物质的流程题时，首先要明确题目目的是制什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质，寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学反应方程式或制备原理，从中了解流程图。3、大胆回答，大多数提问用所学知识便可直接回答，但个别地方往往有悖学知识，这时就要结合化工生产实际考虑原料成本低廉、环境友好、产量产率高等等。4、细心检查，最后结论再重新按流程图验证是否合理。四、解题方法1、首尾分析法对一些线型流程工艺（从原料到产品为一条龙生产工序）试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。2、截段分析法对于用同样的原材料生产多种（两种或两种以上）产品（包括副产品）的工艺流程题，用截段分析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，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其它原材料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图画分成几条生产流水线，上下交叉分析。4、“瞻前顾后”分析法有些化工生产，为了充分利用原料，变废为宝，设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外，同时还要考虑将生产过程的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这种类型题，用“瞻前顾后”分析法。瞻前顾后分析法，指分析工艺生产流程时，主要考虑原料转化为的产品（瞻前），同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题（顾后）。五、常见考点工艺流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理阶段、分离提纯阶段、获得产品阶段。1、原料处理阶段（1）加快反应速率（2）溶解、浸出：固体粉碎目的；溶解试剂（蒸馏水溶、酸溶、碱溶等）。（3）灼烧：仪器选择（如坩埚、泥三角、坩埚钳、酒精灯等），如从海带中提碘。（4）煅烧：如碳酸钙分解；煅烧高岭土改变其结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。（5）反应条件控制。（6）定量分析时要注意恒重的判断标准。2、分离提纯阶段（1）氧化阶段：如用氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42--以便后期处理。（2）调节pH除杂：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。（3）试剂除杂：加试剂直接反应除去杂质。（4）萃取：如从海水中提取溴和碘单质，利用溴和碘单质易溶于有机溶剂。（5）母液（滤液）成分分析。（6）加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。（7）降温反应的目的：防止某物质在高温时会分解或为使化学平衡向着某个方向移动。3、获得产品阶段（1）洗涤：洗涤剂选择（如冰水洗、乙醇洗等）；目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗；晶体表面洗净检验方法（实质上检验晶体表面一些可溶性杂质离子，要注意强调取最后一次洗涤液少许于试管中）。（2）结晶方法①蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好（不会热分解）的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。要注意有金属离子易水解，控制酸性条件或酸性气体氛围，抑制其水解。②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤：目的主要是让溶解度随温度变化大．．．．．．．．．的溶质析出，多用于结晶水合、不稳定的盐类（如铵盐、硝酸盐）的结晶析出。这种题往往是用图像表示溶解度与温度关系。．．．．．．．．．③蒸发结晶、趁热过滤：目的是让溶解度随温度变化小．．．．．．．．．的溶质析出，防止某物质降温时会析出，如除去氯化钠溶液中硝酸钾。趁热过滤需用到热滤漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗外壁，以防因温度下降而析出杂质。④重结晶：提高产品的纯度。4、其它考点：①方程式②实验仪器③计算④信息点【高考题】1．(2012广东高考32)难溶性杂卤石（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溶液浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：Ca(OH)2溶液滤渣母液杂卤石过滤（1）滤渣的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，再加入溶液调溶浸过滤除杂蒸发浓缩、冷却结晶过滤硫酸钾滤液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图14，由图可得，随着温度升高，①②。（5）有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO4(s)+CO32—CaCO3(s)+SO42—已知298K时，Ksp(CaCO3)=2.80×10—9，Ksp(CaSO4)=4.90×10—5，求此温度下该反应的平衡常数K（计算结果保留三位的效数字）。2．(2011广东高考32）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：（注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①和②。（2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在。（3）在用废碱液处理A的过程中，所发生反应的离子方程式为。（4）镀铝电解池中，金属铝为极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl4―和Al2Cl7―形式存在，铝电极的主要电极反应式为。（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是。3．(2010广东高考32）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。已β－锂辉石（主要成分为Li2O·Al2O3·4SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下：已知：Fe3+、Al3+、Fe2+和Mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、5.2、9.7和12.4；Li2SO4、LiOH和Li2CO3在303K下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。（1）步骤Ⅰ前，β－锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_____________________________。（2）步骤Ⅰ中，酸浸后得到的酸性溶液中含有Li+、SO42－,另含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+等杂质，需在搅拌下加入_____________(填“石灰石”、“氯化钠”或“稀硫酸”)以调节溶液的pH到6.0~6.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。（3）步骤Ⅱ中，将适量的H2O2溶液、石灰乳和Na2CO3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有_____________________。（4）步骤Ⅲ中，生成沉淀的离子方程式为_______________________________________。（5）从母液中可回收的主要物质是____________________。4．(2009广东高考22)某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2PH3.25.212.4部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有（要求写出两条）。（2）滤渣I的主要成分有。（3）从滤液Ⅱ中可回收利用的主要物质有。[来源:学。科。网]（4）Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：MgCl2+2NaClO3===Mg(ClO3)2+2NaCl已知四种化合物的溶解度（S）随温度（T）变化曲线如下图所示：①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2。简述可制备Mg(ClO3)2的原因：。②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中，常伴有NaCl析出，原因是：。除去产品中该杂质的方法是：。5．(2007广东高考)以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。回答下列问题：（1）欲制备10.7gNH4Cl，理论上需NaClg。（2）实验室进行蒸发浓缩用到的主要仪器有、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。（3）必须“趁热过滤”的原因：。“冷却结晶”过程中析出NH4Cl晶体析合适温度为。（4）不用其它试剂，检查产品NH4Cl是否纯净的方法及操作是。（5）若NH4Cl产品中含有硫酸钠杂质，进一步提纯的方法是。【模拟题】1．（2012广州一模）绿矾（FeSO4·7H2O）的一种综合利用工艺如下：（1）绿矾与NH4HCO3在溶液中按物质的量之比1：2反应，有CO2生成，反应的离子方程式为。（2）隔绝空气进行“焙烧”，铁元素的转化途径是实际作还原剂的是CO。写出“焙烧”过程中各步反应的化学方程式。（3）“除杂”步骤为：向母液中通入含臭氧的空气、调节pH、过滤，除去的杂质离子是_________。（4）母液“除杂”后，欲得到(NH4)2SO4粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、氯化钠硫酸铵混合溶解蒸发浓缩趁热过滤Na2SO4滤液冷却结晶过滤滤液NH4Cl洗涤干燥NH4Cl产品绿矾NH4HCO3FeCO3固体母液焙烧煤粉还原铁粉(NH4)2SO4粗产品除杂②转化②分离②……FeCO3FeOFe，分解还原203040506070802030405060708090100氯化铵溶解度/g硫酸钠温度/℃____________。浓缩时若温度过高，产品中