教辅：高考化学复习之化工流程题解题指导

专题提升二化工流程题解题指导1.工业流程题的特点。无机化工流程题，因其综合性强、思维容量大而成为高考化学学科的主流题型。化学工业流程题主要有以下几个特点：(1)背景新颖，试题陌生度大，需要考生在陌生情境中灵活应用所学知识，解决生产中的一些实际问题。(2)知识覆盖面广，思维跨度大，综合性强，涵盖了元素及其化合物的知识、反应原理以及实验基本操作。(3)体现理论联系实际、学以致用的学习观，能有效体现新课程的特点。(4)能力考查要求较高，能考查学生的阅读能力、对信息的加工处理能力以及知识应用能力。2.工业流程题的主要考查内容。(1)元素及其化合物：物质转化的条件及反应。(2)基本理论和原理：①化学反应：复分解反应、氧化还原反应原理；②电化学：原电池、电解池的工作原理；③化学反应速率与平衡原理：影响速率与平衡的因素。(3)实验基本操作。一、原料预处理阶段1.目的：通过题干信息和化工流程图为载体，原料(或矿石)初步转化为中间产品(溶液离子、气体、固体、熔渣等)，可能有部分杂质会被除去。2.原料预处理阶段的常见术语及方法。(1)常见术语。①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓盐酸等，有时也用碱溶。水洗：通常除去水溶性杂质。水浸：与水接触反应或溶解。浸出：固体加水(酸)溶解得到离子。浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。②灼烧、焙烧、煅烧：改变反应物结构，使物质转化为易溶的物质，或者使物质发生氧化、分解等反应，从而实现原料的初步转化，或者为原料进入水溶液作预处理。(2)常见考点。①加快溶解(或反应)速率的方法：加热、搅拌、研磨(固液混合时)、增大气体与溶液的接触面积、增大溶液浓度。②将样品粉碎的目的：增大反应物接触面积，加快反应速率，提高浸出率。③提高浸出率：加热、二次浸出、增加酸的用量等。④溶解时涉及的离子方程式。(逐一分析样品中的物质)⑤浸出液中含有的离子，浸出渣中的主要成分。(明确进入溶液的离子有哪些，及时标注，弄清楚哪些要除去，哪些要保留)[例1]碳酸钠在轻工、建材、纺织、国防、医药等工业中有重要的应用。(1)工业碳酸钠(纯度约为98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示：Cl－和SO2－4等杂质，提纯工艺流程如下：请回答下列问题：①试剂A是________，“母液”中除了含有Na＋、CO2－3、OH－离子外，还含有________等离子，过滤要“趁热”的目的是____________________。②检验试剂级Na2CO3中Cl－、SO2－4是否除尽，选用的试剂及加入的先后次序是________(填字母)。a.HCl、BaCl2、AgNO3b.AgNO3、HNO3、Ba(NO3)2c.HNO3、Ba(NO3)2、AgNO3d.AgNO3、HCl、BaCl2(2)“侯氏制碱法”的原理：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。下图是某兴趣小组在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3所用到的主要装置。ABCD请回答下列问题：①各仪器口的连接顺序为a接______、_______接______，_________接b，实验时先向饱和NaCl溶液中通入较多的NH3，再通入足量的CO2，其原因是________(填字母)。a.使CO2更易被吸收b.NH3比CO2更易制取c.CO2的密度比NH3大②将生成的NaHCO3晶体从混合物中分离出来需要的玻璃仪器是____________________。③该兴趣小组用下图比较C、N、Si三种元素的非金属性强弱，B中的试剂是____________，能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是________________________________________(H2SiO3是一种不溶于水的白色胶状物)。解析：(1)因工业碳酸钠中含有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋，所以可加入过量的NaOH溶液，生成Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，从而除去其中混有的Ca2＋、Fe3＋、Mg2＋，则“母液”中除了含有Na＋、CO2－3、OH－离子外，还含有Cl－、SO2－4。根据析出晶体与温度的关系，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体或Na2CO3·7H2O晶体，应该趁热过滤提高Na2CO3·H2O晶体的含量。②a项，先加HCl引入了Cl－，错误；b项，先加AgNO3，AgNO3与CO2－3、Cl－、SO2－4都产生沉淀，无法判断Cl－是否除净，错误；c项，先加入硝酸和碳酸钠反应，再加入硝酸钡检验是否含有SO2－4，最后用硝酸银溶液检验是否含有Cl－，正确；d项，按照AgNO3、HCl、BaCl2的顺序加入，硝酸银与CO2－3、Cl－、SO2－4都会产生沉淀，加入盐酸后Cl－无法检出，错误。(2)①由于CO2在水中的溶解度小，而氨气极易溶于水，因此先通入氨气，然后再通入CO2。由于氨气极易溶于水需要防止倒吸，因此c通入NH3，d通入CO2，装置A制备的CO2气体中含有氯化氢气体，需要通过饱和碳酸氢钠溶液除去，仪器接口的连接顺序为：aefdcb。先通入氨气，氨气溶于水形成的氨水可与CO2溶于水生成的碳酸发生反应，更有利于CO2气体的吸收，故选a。②生成的NaHCO3晶体从混合物中分离出来的操作为过滤、洗涤，玻璃仪器为烧杯、玻璃棒、漏斗；③酸性强的可以制备酸性弱的，故装置中的试剂分别为：分液漏斗中为硝酸，A中为大理石，硝酸和碳酸钙反应生成CO2，硝酸酸性大于碳酸，为避免挥发出硝酸干扰，CO2通过饱和碳酸氢钠溶液除去硝酸蒸气。能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是：CO2气体通入烧杯中的硅酸钠溶液，生成白色胶状沉淀硅酸。Cl－、答案：(1)①NaOH溶液提高Na2CO3·H2O的含量②c(2)①efdca②烧杯、玻璃棒、漏斗③饱和NaHCO3溶液C中生成白色胶状物质SO2－4[变式训练]1.(2015年新课标卷Ⅰ)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示：回答下列问题：(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：_____________________________________________________________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有____________________(写出两条)。(2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是______________(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是____________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_____________________。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为______________。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_____________________________________________________。解析：(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式：Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42MgSO4＋2H3BO3。可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。(2)Fe3O4具有磁性。“浸渣”中除含Fe3O4外，还含有与H2SO4不反应的SiO2，以及CaO与H2SO4反应生成的微溶物CaSO4。(3)硫酸浸出后的滤液中，含有的主要物质有MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、H3BO3等，H2O2具有氧化性，因此加入H2O2溶液可将其中的Fe2＋氧化为Fe3＋。由工艺流程图可知，最后过滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的pH约为5，可使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀、Al3＋转化为Al(OH)3沉淀。(4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液，可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸镁。(5)NaBH4是一种离子化合物，由Na＋与[BH4]－构成，其电子式为。(6)以H3BO3与Mg为原料可制备单质B，根据反应物的性质结合质量守恒定律可知，其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3B2O3＋3H2O，B2O3＋3Mg3MgO＋2B。答案：(1)Mg2B2O5·H2O＋2H2SO42H3BO3＋2MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4除去(3)将Fe2＋氧化成Fe3＋使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而(4)(七水)硫酸镁(5)(6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg3MgO＋2B二、物质分离除杂阶段1.目的：将预处理阶段获得的中间产物(溶液离子、气体、固体、熔渣等)，运用物理方法、化学反应、实验操作等方式逐步除去杂质成分。2.分离除杂阶段的常见考点：(1)试剂：加入试剂的作用是作氧化剂(如次氯酸钠、过氧化氢、氯气等)、还原剂(亚硫酸钠等)还是沉淀剂(氯化钡、硫酸钠等)。(2)调节pH除杂：若给出某些物质完全沉淀时的pH表，则流程中一定有调节pH的步骤，及时定位，明确哪些离子是通过调节pH除去。例如已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示，除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.2。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)31.13.2Fe(OH)25.88.8Mn(OH)28.39.8调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。(3)试剂除杂。例如：除去NH4Cl溶液中的MgCl2，加入适量的氨水即可。(4)控制温度：①加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。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NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。②降温：防止某物质在高温时会挥发、分解或水解，使化学平衡发生移动。(5)陌生方程式：能掌握常见物质的性质与转化，如常见金属单质、氧化物、强酸弱酸、强碱弱碱、盐(强、弱、氧化性、还原性、溶解性、稳定性)等物质特性，利用特性写出化学方程式。①复分解反应：理解物质的溶解性差异、水解原理、沉淀溶解平衡原理，充分利用题给信息。反应发生条件一般是：溶解度大制小；沸点高制低；电离程度强制弱。②氧化还原反应：利用氧化还原原理，熟悉常见的氧化剂和还原剂，了解物质的氧化性、还原性与价态、生产目的的关系，要能从电子得失相等的角度选择反应物间的量的关系，并能进行简单的定量计算。③电化学装置中的电极反应：利用电解原理、电解装置设问。(6)难溶电解质：根据难溶电解质的生成与转化，判断物质成分的转化、书写沉淀方程式、计算沉淀形成的pH范围等。[例2](2015年河北保定月考)钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等]。某主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2，其部分工艺流程如下：(1)酸溶后溶液的pH＝1，Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为：____________________________________________。(2)酸溶时通常控制反应温度不超过70℃，且不使用浓硝酸，原因是______________、__________________。(3)该厂结合本厂实际，选用的X为________(填化学式)；中和Ⅰ使溶液中____