2020届高考化学一轮总复习 第八章 学科素养提升（七）有思路有方法 破解化工流程题课件

素养2素养1目录ONTENTSC素养34章末排查练（七）第八章水溶液中的离子平衡学科素养提升(七)有思路有方法破解化工流程题素养45化学工艺流程题实际上是考查考生运用化学反应原理及相关实验等知识来解决工业生产中实际问题的能力，在近年来的高考题中所占的比重一直较大。主要以两类题型呈现，第一种题型：以制备某一物质为目的的工艺流程题，第二种题型：以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题。1．化工流程线路示意图(1)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)。(2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。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、能量充分利用等)。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。角度一原料预处理流程角度二反应条件反应条件条件内容调节溶液的pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。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；不引入新的杂质控制温度根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动控制压强改变速率，使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率，缩短达到平衡的时间趁热过滤防止某物质降温时会大量析出冰水洗涤洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗角度三提纯方法方法目的水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节pH法如除去酸性铜溶液中的Fe3＋等角度四分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。1．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的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(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)分段分析法：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)的工业流程题，用分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，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。2．答题步骤(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一步骤，并获取以下信息：①知道“四个什么”。反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。②抓住“一个关键”。一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，帮助解题。3．规范解答(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分。例如：①如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流下后，重复以上操作2～3次。②如何证明沉淀完全：如向含SO2－4的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。③如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—洗涤—干燥。④在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。(2)认真审题，不要因审题不细致而失分。例如：①填“化学方程式”还是“离子方程式”。②填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。③填“大于”还是“”，“增大”还是“变大”等。④填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。⑤书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“―→”“===”“”“↑”“↓”等。[典例]从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：(1)步骤①中废渣的主要成分是________，③中X试剂为________。(2)实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作_________________________________________。(3)②③的变化过程可简化为(下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂)R2(SO4)n(水层)＋2nHA(有机层)―→2RAn(有机层)＋nH2SO4(水层)为提高②中萃取百分率，应采取的措施是______________________________________________________________。(4)请完成④中的反应离子方程式：ClO－3＋VO2＋＋H＋===VO3＋＋________＋________。(5)25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________。(6)该工艺流程中，可以循环利用的物质有________。[思维流程][答案](1)SiO2H2SO4(2)打开分液漏斗上口塞子(或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔)；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中(3)加入碱中和硫酸使平衡正移或多次连续萃取(4)16661Cl－3H2O(5)1.7～1.8(6)氨气、有机萃取剂[巩固训练]1．辉铜矿主要成分为Cu2S，软锰矿主要成分为MnO2，它们都含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。工业上综合利用这两种矿物制备硫酸锰和碱式碳酸铜的主要工艺流程如下：已知：①MnO2能将金属硫化物中的硫离子氧化为单质硫；②[Cu(NH3)4]SO4常温稳定，在热水中会分解生成NH3；③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L－1计算)：开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3＋1.13.2Mn2＋8.39.8Cu2＋4.46.4(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有_________________________________(任写一点)。(2)调节浸出液pH的范围为____________，其目的是________________________。(3)本工艺中可循环使用的物质是____________(写化学式)。(4)在该工艺的“加热驱氨”环节，若加热的温度过低或过高，都将造成的结果是________。(5)碳酸锰在一定条件下可得硫酸锰溶液，试根据如下曲线图示，现由硫酸锰溶液制备MnSO4·H2O的实验方案为___________________________________________。(6)用标准BaCl2溶液测定样品中MnSO4·H2O质量分数时，发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略)，其可能原因是_________________________(任写一种)。答案：(1)粉碎矿石(或适当升高温度或搅拌)(2)3.2≤pH4.4使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去(3)NH3(4)碱式碳酸铜产量减少(5)蒸发、结晶温度大于40℃，趁热过滤，用酒精洗涤，最后低温干燥(6)混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水2．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～21以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋2，反应的离子方程式为_______________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。(2)“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO＋2，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O4－12形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O4－12离子交换洗脱R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是________。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋2，V2O5、VO＋2中V元素均显＋5价，V元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式：V2O5＋2H＋===2VO＋2＋H2O。废钒催化剂中除SiO2外，其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。(2)“氧化”中使3mol的VO2＋变为VO＋2，转移电子的物质的量为3mol×(5－4)＝3mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl元素由＋5价降低到－1价，根据电子守恒可知，需要KClO3的物质的量至少为3mol6＝0.5mol。(3)由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以V4O4－12形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，从而除去Fe3＋、Al3＋，故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O4－12离子交换洗脱R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，应增加溶液中c(OH－)，使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程中，消耗V4O4－12同时生成OH－，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离子最多的是K＋。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”过程中生成V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程式：2NH4VO3=====高温V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋2＋H2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K＋(6)2NH4VO3=====△V2O5＋2NH3↑＋H2O↑