1、【 精品教育资源文库 】 第 12讲 高考必考题突破讲座 无机化学工艺流程题的解题策略 题型特点 考情分析 命题趋势 工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。 2017，全国卷 ， 27T 2016，全国卷乙， 28T 2016，全国卷丙， 28T 2016，北京卷， 27T 2016，四川卷， 11T 2016，江苏卷， 16T 2
2、019年高考命题主要会从铝土矿中冶炼铝、从海水中提取镁和碘、从黄铜矿冶炼铜、从废铁屑制绿矾、从其他矿物质冶炼金属或非金属及化合物等设计考题。 分值： 14 16分 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)
3、化工安全 (防爆、防污染、防中毒等 )。 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。 【 精品教育资源文库 】 (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。 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
4、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： 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。 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： 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。 如何证明沉淀完全：如向含 SO24 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
5、淀生成，说明沉淀完全。 如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 洗涤 干燥。 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： 填 “ 化学方程式 ” 还是 “ 离子方程式 ” 。 填 “ 名称 ”“ 符号 ” 还是 “ 代号 ”“ 序号 ” 等。 填 “ 大于 ” 还是 “” ， “ 增大 ” 还是 “ 变大 ” 等。 填 “ 化学式 ”“ 分子式 ”“ 结构式 ”“ 结构简式 ”“ 最简式 ” 还是 “ 电子式 ” 等。 书 写 化 学 方 程 式 时 要 注 意 配
6、 平 、 注 明 反 应 条 件 以 及“ ”“ = ”“ ”“”“” 等。 化学工艺流程题充分体现元素及其化合物与自然界和社会生活的密切联系，体现其社会应用价值。此外，这类题目能考查学生 的化学基础知识和基本技能，又有较好的区分度，受到命题者的青睐。该类试题有如下几个命题角度。 1原料预处理方式 【 精品教育资源文库 】 研磨 减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率 | 水浸 与水接触反应或溶于水 | 酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 | 灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质 |
7、 煅烧 改变结构、使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土 2必考的反应条件 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，使溶液的 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 3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
8、碱溶法 除去酸性杂质 【 精品教育资源文库 】 氧化剂法或还原剂法 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 4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、 FeSO47H 2O等。 (5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且
9、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。 例 1 (2017 全国卷 )Li 4Ti5O12和 LiFePO4都是锂离子 电池的电极材料，可利用钛铁矿 (主要成分为 FeTiO3，还含有少量 MgO、 SiO2等杂质 )来制备。工艺流程如下： 回答下列问题： (1)“ 酸浸 ” 实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为 70%时，所采用的实验条件为 ！ _100 、 2 h， 90 、 5 h_#。 (2)“ 酸浸 ” 后，钛主要以 TiOCl24 形式存在，写出相应反应的离子方程式： ！
10、_FeTiO3 4H 4Cl =Fe2 TiOCl24 2H2O_#。 【 精品教育资源文库 】 (3)TiO2 xH2O沉淀与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验结果如下表所示： 温度 / 30 35 40 45 50 TiO2 xH2O转化率 /% 92 95 97 93 88 分析 40 时 TiO2 xH2O 转化率最高的原因： ！ _低于 40 ， TiO2 xH2O 的转化反应速率随温度升高而增加；超过 40 ，双氧水分解与氨气逸出导致 TiO2 xH2O的转化反应速率下降 _#。 (4)Li2Ti5O15中 Ti的化合价为 4，其中过氧键的数目为 ！ _4_#。 (5)若
11、“ 滤液 ” 中 c(Mg2 ) 0.02 molL 1，加入双氧水和磷酸 (设溶液体积增加 1倍 )，使 Fe3 恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3 ) 1.010 5 molL 1，此时是否有 Mg3(PO4)2沉淀生成？！ _Fe3 恰好沉淀完全时 c(PO34 ) 1.310 221.010 5 molL 1 1.310 17 molL 1， c3(Mg2 ) c2(PO34 ) 0.013(1.310 17)2 1.710 40KspMg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀 _#(列式计算 )。 FePO4、 Mg3(PO4)2的 Ksp分别为 1.310 22、 1.0
12、10 24。 (6)写出 “ 高温煅烧 ” 中由 FePO4制备 LiFePO4的化学方程式： ！ _2FePO4 Li2CO3 H2C2O4=高温 2LiFePO4 3CO2 H2O _#。 解析 (1)由 “ 酸浸 ” 实验中铁的浸出率结果图可知，当铁的浸出率为 70%时采取的实验条件是 100 、 2 h和 90 、 5 h。 (2)钛铁矿的主要成分为 FeTiO3，加入盐酸 “ 酸浸 ” 后，钛主要以 TiOCl24 形式存在，结合原子守恒和电荷守恒写出离子方程式。 (3)TiO2 xH2O沉淀与双氧水、氨水的反应在 40 时 TiO2 xH2O的转化率最高，当温度低于 40 时， T
13、iO2 xH2O的转化反应速率随温度升高而增加；超过 40 时，由于 H2O2不稳定，受热发生分解，以及氨气逸出，导致 TiO2 xH2O 的转化反应速率下降。 (4)Li2Ti5O15中 Ti 的化合价为 4 价， Li的化合价为 1，而过氧键 ( O O )中 O元素的化合价为 1价，设过氧键的个数为 x个，其余 O原子为 y个，则有 2x y 15。根据化合物中各元素化合价的代数和为 0可得 ( 1)2 ( 4)5 ( 1)2 x ( 2) y 0，解得 x 4， y 7，故过氧键的数目为 4个。 (5)FePO4的 Ksp 1.310 22，当 Fe3 恰好沉淀完全时，溶液中 c(PO
14、34 ) Ksp?FePO4?c?Fe3 ? 1.310 221.010 5 mol L 1 1.310 17 molL 1，加入双氧水和磷酸后溶液体积增加 1 倍， c(Mg2 ) 0.02 molL 1 12 0.01 molL 1。此时，浓度商 Qc c3(Mg2 ) c2(PO34 ) 0.013(1.310 17)21.710 40KspMg3(PO4)2，故不会生成 Mg3(PO4)2沉淀。 (6)由工艺流程图可知， “ 高温煅烧” 中 FePO4、 Li2CO3、 H2C2O4在高温下反应生成 LiFePO4。结合原子守恒推知，产物还 有 CO2和 H2O，根据质量守恒定律写出化学方程式。 【 精品教育资源文库 】 1 (2016 全国卷丙 )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 V2O5 V2O
