1、专题15：工艺流程 从近几年高中课改实验省区及上海高考化学试题来看，新课程改革后的高考化学试题，己非常重视与生产、生活的紧密联系。化学生产技术的“工艺流程题”已成为新课改后的高考新亮点和主流题型。该类型题目的特点是：1.试题源于生产实际，以解决课堂互动探究化学实际问题为思路进行设问，充分体现了理论与实践相结合的观点。2.试题内容丰富，涉及基础知识较为全面，较好地考查学生对“双基”的掌握情况。3.题目难度为中等以上，分值较大，区分度强。要解好这一类题，学生最重要的是要克服畏惧心理，认真审题，找到该实验的目的。一、 无机工艺流程题的结构、分类及解题技巧等 1、无机工艺流程题的结构和分类 无机化学丁
2、艺流程题。顾名思义。就是将无机化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图或生产装置形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化上生产紧密联系的化上工艺试题。无机工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括附产品)；题干部分主要用框图(或生产装置)形式将原料到产品的丰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到的化学知识设制成系列问题，构成一道完整的化学试题。无机工艺流程题是新课程改革后才被引起高度重视的，因此，市面上流传的试题并不很多。就目前已存在的试题来看，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
3、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)、原材料化学转化丁艺流程题、电解流程题、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夸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上艺流程题(如有机合成工艺题)等。2、 解题技巧 （1）解题思路 无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产量和产率；四是减少污染，注
4、意环保，发展“绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。命题者围绕以上几方面设问，我们的解题思路是： 从生产目的(标)出发，读懂框图(流程)。解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。 分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A.反应物是什么，B.发生了什么反应，C.该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为了获得产品。 从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如
5、可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑)。（2）知识贮备熟练掌握元素化合物的性质首先抓住物质类别的通性和具体物质的特性其次分析物质所含元素化合价的可变性(即物质的氧化性和还原性)，判断哪些物质之间能发生反应，生成物是什么。控制反应条件的方法蒸发、反应时的气体氛围；控制溶液的酸碱度使某些金属离子形成氢氧化物沉淀(大部分利用水解原理)。如Mg2+、Fe3+、Al3+的混合物分离，通常采用调节溶液的pH除去杂质达到提纯目的。在这过程中要选择合适的试剂不要引入新杂质。 熟练掌握分离、提纯的实验技能，如溶解、过滤、蒸馏、结晶、重结晶等，明确结晶的几种方法
6、。 工业生产中。往往是从多种溶质或一种溶质的溶液中提取目标固体产物。需要用到结晶工艺。当溶液是单一溶质时：最后所得晶体不带结晶水(如NaCl、KNO3)；蒸发浓缩(至有晶膜出现)、冷却结晶、过滤最后所得晶体带结晶水(如CuSO45H2O、摩尔盐)。当溶液中有两种或以上溶质时。经浓缩蒸发，其中溶解度最小、受温度影响最大的溶质。被趁热过滤成滤渣而滤液中溶解度最小的溶质是饱和溶液。然后冷却结晶。过滤，得另一溶质(溶解度最大、受温度影响最大的溶质)。熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理和化工生产中的一些常用名词浸出：固体加入水或酸溶解得到离子。 浸出率：加酸使矿石溶解后。离子在溶液中的含量多少。 酸浸
7、：是指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液。不溶物通过过滤除去。水浸：与水接触反应或溶解，也可能离子发生了水解反应。水洗：通常是为了除去水溶性的杂质。 酸洗：通常指清洁金属表面的一种方法。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理步骤。即将制件浸入硫酸等酸的水溶液以除去金属表面的氧化物等薄膜。(2)实验条件的控制和目的调节溶液的pH值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。控制体系的温度a控制低温：防止物质的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如
8、冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收。b采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质。c控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。(3)物质分离或提纯常用的化学方法溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。沉淀法：a.加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中易除去)。
9、b.调节溶液的酸碱性。洗涤法：a.水洗，b.冰水洗，c.有机溶剂洗，其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。(4) 可循环物质的判断流程图中回头箭头的物质生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。练习1某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO47H2O)，设计了如下流程：NaOH溶液控制pH试剂X足量酸烧渣固体1溶液2固体2FeSO47H2O溶液1下列说法不正确的是（ ）A溶解烧渣选
10、用足量硫酸，试剂X选用铁粉B固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2C从溶液2得到FeSO47H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO47H2O【答案】D2【2015上海化学】实验室回收废水中苯酚的过程如右图所示。下列分析错误的是（ ）A操作I中苯作萃取剂B苯酚钠在苯中的溶解度比在水中的大C通过操作II苯可循环使用D三步操作均需要分液漏斗【答案】B3【2015四川理综化学】（16分）为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫
11、酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）。活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考虑其他反应。请回答下列问题：（1）第步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是 。（2）检验第步中Fe3+是否完全还原，应选择 （填字母编号）。 AKMnO4溶液 BK3Fe(CN)6溶液 CKSCN溶液（3）第步加FeCO3调溶液pH到5.8左右，然后在第步通入空气使溶液pH降到5.2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是 。（4）FeSO4可转化为FeCO3
12、，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。 已知25，101kPa时：4Fe(s) + 3O2 (g) =2Fe2O3(s) =-1648kJ/mol C(s)+O2(g)=CO2(g) =-393kJ/mol 2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s) =-1480kJ/molFeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是 。（5）FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+ FeS2= Fe +2Li2S，正极反应式是 。（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3，其含量为50%。将a
13、kg质量分数为b%的硫酸加入到c kg烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第步应加入FeCO3 kg。【答案】（1）Fe2O3+6H+2Fe3+3H2O（2）C（3）Fe2+被氧化为Fe3+，Fe3+水解产生H+。（4）4FeCO3(s)+O2(g) =2Fe2O3(s)+ 4CO2(g) =260kJ/mol。（5）FeS2+4e= Fe +2S2（6）kg。解析（6）由于最终得到FeSO4，根据元素守恒，n(Fe)=n(S)，Fe来自于Fe2O3、FeS2、FeCO3；S来自于FeS2、H2SO4则有：( 2 +
14、2)96% + = + 22 96%则得答案：kg。4废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：（1）反应是将Cu转化为Cu(NH3 )42+，反应中H2O2 的作用是 。写出操作的名称： 。（2）反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3 )42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式： 。操作用到的主要仪器名称为 ，其目的是（填序号） 。a富集铜元素 b使铜元素与水溶液中的物质分离c增加Cu2在水中的溶解度（3）反应是有机溶液中的CuR2与稀
15、硫酸反应生成CuSO4和 。若操作使用右图装置，图中存在的错误是 。（4）操作以石墨作电极电解CuSO4 溶液。阴极析出铜，阳极产物是 。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 。（5）流程中有三次实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是 。循环使用的NH4Cl在反应中的主要作用是 。【答案】（1）作氧化剂 过滤（2）Cu(NH3 )42+2RH=2NH4+2NH3+CuR2 分液漏斗 a b（3）RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁 液体过多（4）O2 H2SO4 加热浓缩 冷却结晶 过滤（5）H2SO4 防止由于溶液中的c（OH-）过高，生成Cu（OH）2沉淀【解析】（1）反应是将C
16、u转化为Cu(NH3 )42+，Cu被氧化，则反应中H2O2 的作用是作氧化剂；操作是把滤渣和液体分离，所以该操作为过滤； （2）根据流程图可知，Cu(NH3 )42+与有机物RH反应生成CuR2和氨气、氯化铵，所以该反应的离子方程式是Cu(NH3 )42+2RH=2NH4+2NH3+CuR2 ；操作是把水层与有机层分离，所以为分液操作，需要的主要仪器为分液漏斗；Cu元素富集在有机层，所以该操作的目的是富集Cu元素，使铜元素与水溶液中的物质分离，答案选ab； （3）CuR2中R元素为-1价，所以反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和RH；操作使用的过滤操作中分液漏斗尖端未紧靠烧
17、杯内壁，且分液漏斗内的液体太多；（4）以石墨作电极电解CuSO4 溶液。阴极析出铜，则阳极为阴离子氢氧根放电，生成氧气，导致氢离子浓度增大，所以阳极的产物有O2 、H2SO4；由溶液得到晶体的操作步骤一般为加热浓缩 冷却结晶 过滤；（5）操作中得到的硫酸可用在反应III中，所以第三种循环的试剂为H2SO4 ；氯化铵溶液为酸性，可降低溶液中氢氧根离子的浓度，防止由于溶液中的c（OH-）过高，生成Cu（OH）2沉淀。5毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质），实验室利用毒重石制备BaCl22H2O的流程如下:（1）毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是 。实验室用37%的盐
18、酸配置15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的 。a烧杯 b容量瓶 c玻璃棒 d滴定管（2）Ca2+Mg2+Fe3+开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2加入NH3H2O调节pH=8可除去 （填离子符号），滤渣中含 （填化学式）。加入H2C2O4时应避免过量，原因是 。已知：Ksp（BaC2O4）=1.610-7，Ksp（CaC2O4）=2.310-9（3）利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2+的含量，实验分两步进行。已知：2CrO42+2H+=Cr2O72+H20 Ba2+CrO42=BaCrO4步骤 移取xml一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中，加入酸碱
19、指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸体积为V0mL。步骤：移取y mLBaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤 相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2+完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1mL。滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的 （填“上方”或“下方”）。BaCl2溶液的浓度为 molL1，若步骤中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2+浓度测量值将 （填“偏大”或“偏小”）。【答案】（1）增大接触面积从而使反应速率加快；ac（2）Fe3+；Mg(OH)2、Ca(OH)2；H2C2O4过量会导致生
20、成BaC2O4沉淀，产品的产量减少。（3）上方；（V0bV1b）/y；偏小。6无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。（1）氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为 。（2）工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含有Fe2O3、SiO2等杂质）制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下：已知：物质SiCl4AlCl3FeCl3FeCl2沸点/57.6180（升华）300（升华）1023步骤中焙烧使固体水分挥发、气孔数目增多，其作用是 （只要求写出一种）。步骤中若不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是 。已知：Al2O3(s)+3C(s)=2Al(s)+3CO(g)
21、H1=+1344.1kJ mol-1 2AlCl3(g)=2Al(s)+3Cl2(g) H2=+1169.2kJ mol-1由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为 。步骤经冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，其化学式分别为 _。 结合流程及相关数据分析，步骤中加入铝粉的目的是 。【答案】（15分）（1）Al3+3H2OAl(OH)3+3H+（2）防止后续步骤生成的AlCl3水解或增大反应物的接触面积，加快反应速率。Fe或铁 ；Al2O3(s)+3C(s)+2Cl2(g)=2AlCl3(g)+3CO(g) H=+174.9kJ/mol；NaCl、
22、NaClO、NaClO3 ；除去FeCl3，提高AlCl3纯度。【解析】（1）氯化铝是强酸弱碱盐，在溶液中Al3+发生水解反应产生氢氧化铝胶体，其反应的离子方程式为Al3+3H2OAl(OH)3+3H+；（2）步骤中焙烧使固体中的水分挥发，导致气孔数目增多，其作用是可以防止后续步骤生成的AlCl3水解。同时由于增大反应物的接触面积，使反应速率加快。根据物质中含有的元素组成可知：若在步骤中不通入氯气和氧气，则反应生成相对原子质量比硅大的单质是铁。第一个式子减去第二个式子，整理可得：Al2O3(s)+3C(s)+2Cl2(g)=2AlCl3(g)+3CO(g) H=+174.9kJ/mol；步骤经
23、冷却至室温后，气体用足量的NaOH冷溶液吸收，生成的盐主要有3种，Cl2与浓 NaOH溶液发生反应产生NaCl、NaClO3和水，随着反应的进行，溶液变稀。这时Cl2与稀的NaOH溶液发生反应，形成NaCl、NaClO。因此得到的三种盐的化学式分别为NaCl、NaClO、NaClO3 。由于Al的活动性比Fe强，在步骤中加入铝粉，就可以将铁置换出来，达到除去除去FeCl3，提高AlCl3纯度的目的。7硼氢化钠（NaBH4）在化工等领域具有重要的应用价值，某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4，其流程如下：NaBO2（s）SiO2（s）Na（s）H2（g）NaBH4（s）Na2
24、SiO3（s）Na2SiO3（s）溶液异丙酸（l）NaBH4（s）循环使用已知：NaBH4常温下能与水反应，可溶于异丙酸（沸点：13）。（1）在第步反应加料之前，需要将反应器加热至100以上并通入氩气，该操作的目的是_，原料中的金属钠通常保存在_中，实验室取用少量金属钠需要用到的实验用品有_，_，玻璃片和小刀等。（2）请配平第步反应的化学方程式：NaBO2+SiO2+Na+H2=NaBH4+Na2SiO3（3）第步分离采用的方法是_；第步分离（NaBH4）并回收溶剂，采用的方法是_。（4）NaBH4（s）与水（l）反应生成NaBO2（s）和氢气（g），在25，101KPa下，已知每消耗3.8克
25、NaBH4（s）放热21.6KJ，该反应的热化学方程式是_。【答案】（1）除去反应器中的水蒸气和空气，煤油，镊子、滤纸（2）系数为：1、2、4、2；（3）过滤，蒸馏（4）NaBH4（s）+H2O(l) = NaBO2（s）+H2(g) H=-216KJ/mol；【解析】（1）由于NaBH4常温下能与水反应，且Na比较活泼，加热到100度以上，充入氩气，是除去反应器中的水蒸气和空气，避免影响反应；少量金属钠保存在煤油里；取用钠时，用镊子夹取，滤纸吸干表面的煤油；（2）根据氧化还原反应原理，得失电子总相同，可以配平此反应为：NaBO2+2SiO2+4Na+2H2=NaBH4+2Na2SiO3；（3
26、）从流程图中可以看出第步分离的是固体和液体混合物，所以选用过滤的方法；第步分离（NaBH4）并回收溶剂，只能先将溶剂蒸发再冷凝回收，即蒸馏的方法分离；（4）根据物质的量计算，n(NaBH4)=0.1mol，故热方程式为：NaBH4（s）+H2O(l) = NaBO2（s）+H2(g) H=-216KJ/mol；8七铝十二钙（12CaO7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：（1）煅粉主要含MgO和 ，用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶， 若溶液I中c(Mg2+)小于510-6molL-1,则溶液pH
27、大于 （Mg(OH)2的Ksp=510-12)；该工艺中不能用（NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是 。（2）滤液I中的阴离子有 （忽略杂质成分的影响）；若滤液I中仅通入CO2，会生成 ，从而导致CaCO3产率降低。（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为 。（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为 。（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4和Al2Cl7两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为 。【答案】（1）CaO；11；加入（NH4)2SO4会生成CaSO4微溶物，在过滤
28、时会被除去，造成生成的CaCO3减少。（2）NO3、OH；Ca(HCO3)2 （3）2OH+Al2O32AlO2+H2O（4）2Al+6H20 2Al(OH)3+3H2 （5） Al3e7 AlCl44 Al2Cl7【解析】（1）煅烧时CaCO3会发生分解生成CaO和CO2；煅烧MgCO3分解生成MgO和CO2；故煅粉主要含MgO和CaO；Ksp= c(Mg2+)c2(OH)，510-12=510-6 c2(OH)，得c(OH)= 10-3molL-1， pH=11。由于溶液I中c(Mg2+)小于510-6molL-1，所以溶液pH大于11；不能用（NH4)2SO4代替NH4NO3的原因是加入
29、（NH4)2SO4会生成CaSO4微溶物，在过滤时会被除去，从而造成生成的CaCO3减少。（2）从流程中看出NO3没有被除去，故滤液I中的阴离子有NO3，CaO溶于水生成Ca(OH)2，故溶液中还有OH；若滤液I中仅通入CO2，过量的CO2会与CaCO3生成Ca(HCO3)2 从而导致CaCO3产率降低。（3）Al表面的氧化膜的成分是Al2O3，该物质是两性氧化物，NaOH可以与之发生反应。NaOH溶液与Al2O3反应的离子方程式为：2OH+Al2O32AlO2+H2O；（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，Al作阳极，石墨作阴极。Al在阳极放电，溶液中的H+在阴极放电，破坏了水的电离平衡，使的溶液中的OH浓度增大，与产生的Al3+结合生成Al(OH)3，总反应方程式为：2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2。（5）根据题意，充电和放电时AlCl4和Al2Cl7两种离子在Al电极上相互转化，
