化学工艺流程 题型四 无机化工流程题解题策略(解析版)Word（50页）

题型四 无机化工流程题解题策略 一、无机工艺流程试题的结构模型 无机化工流程题是近年来高考中备受关注的一种题型，该类题源于生产实际，以解决化学实际 问题为目的，将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式展示出来，并根据其中涉及的化学知识 步步设问，使问题情境真实，构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。题型可以是选择题，也 可以是主观题。以物质制备和物质的分离提纯为主的工艺流程题考查元素化合物和实验操作、实际 生产的相关知识。试题新颖，内容丰富，阅读量大，其结构分题头、流程图和问题三部分。题头一 般简单介绍该工艺生产的原料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工 艺展示出来，问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列的问题。 流程图一般三大部分：原料预处理、核心化学反应、产品的分离与提纯 呈现模式 识图方法 1 图 2 图 3 图 箭头的意义 图1：箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物) 图2：箭头表示反应物分步加入和生成物出来 图3：返回的箭头一般是“循环利用”的物质 二、无机工艺流程试题的“明线”与“暗线” 四线 内涵 试剂线 分清各步加入试剂的作用，一般是为了除去杂质或进行目标元素及其化合物的转 化等。 操作线 分离杂质和产品需要进行的分离、提纯操作等。 杂质线 分清各步去除杂质的种类，杂质的去除顺序、方法及条件等。 产品线 工艺流程主线，关注目标元素及其化合物在各步发生的反应或进行分离、提纯的 操作方法，实质是目标元素及其化合物的转化。 三、工艺流程题过程解读 (1)读流程图。 ①箭头：箭头进入的是投料(反应物)，出去的是主产物或副产物(生成物)。 ②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。 (2)解题要点。 ①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步的反应条件、原理及 物质成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。 ②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯；b.生产目的及反应原理；c.生产要求及反应条件；d.有关产 率、产量及组成的计算；e.绿色化学。 (3)解题方法。 ①首尾分析法：对线型流程工艺(从原料到产品为一条线的生产工序)试题，首先对比分析流程图中的 第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从此分析中找出它们的关系，弄清原料转化的基本原理和除杂、 分离、提纯的化工工艺，再结合题设问题，逐一解答。 ②分段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题，用此法 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要产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的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。 四、无机化工流程题中表述性词汇“十大答题方向” 化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语就是隐性的信息，它可以 暗示我们所应考虑的答题角度。 ①“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。 ②“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、提高产率等。 ③“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。 ④“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、 防水解、防潮解等目的。 ⑤“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液置于试管中，向其中滴加某试剂，以检验某种 离子是否存在。 ⑥“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体置于试管中，加入另一试剂，通过产生的某种现 象得出结论。 ⑦“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。 ⑧“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。 ⑨“趁热过滤(或冰水洗涤)”的目的——防止某些物质降温时会析出(或升温时会溶解)而带入新的杂质。 ⑩“反应中采取加热措施”的作用——一般是为了增大反应速率或加速某固体的溶解。 五、化工流程试题的一般解题策略 (1)审题“四角度” 审题干 ** Expression is faulty **明确原料的主要成分和杂质成分 ** Expression is faulty **明确目的 审信息 ** Expression is faulty **寻找信息再流程中的作用 ** Expression is faulty **寻找信息与某设问的对立关系 审流程 ** Expression is faulty **明确三线：主线产物，分支副产物，回线为循环物 ** Expression is faulty **结合设问的问题细审流程中转化原理，找出进料物质(反应 物)和出去物质(生成物)的主产物和副产物 审设问 明确答什么，答的问题与哪步流程有关，考查的什么知识等 (2)破题“三方法” 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 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 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 [解题思路] 首尾对比：对比分析原料与目标产物之间的关系，比较物质变化和主要元素化合价的变化 主元素跟踪：跟踪主要物质(元素)的转化形式和转化方法，即原料→中间转化物质→目标产物 除杂分析：分析原料中的“杂质”转化除去过程，分析每一步骤的目的以及反应产物、反应过程 综合判断：根据题干信息、流程信息、题中设问信息审题、解题(读完全题再做题) (3)解题“三步骤” 第一步：读题头，得目的，找原料，明产品，解决“干什么” 通过阅读题头，了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，通过对比分析工 业流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，弄清从原料出发，要得到最终产品，必须除 去什么元素、引进什么元素 第二步：读题干，析过程，看措施，推用意，解决“怎么做” 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。分析流程中的每一步骤的反应 物是什么？发生了什么反应？利用了什么原理(氧化还原、溶解度、电离平衡、水解平衡、溶解平衡)？该 反应造成了什么后果？(除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？这些物质又是如何分离、提纯和循环利 用的？如何体现绿色化学思想？)每一步操作进行到什么程度最佳？在此过程中抓住一个关键点：一切反应 或操作都是为获得产品而服务，在回答相关操作的原因或目的时要从对产品的影响层面作答。 第三步：读题问，逐空填答，用语要规范，解决“怎么写” 从化学原理的角度、用化学语言作答；要抓住主要问题，针对具体问题做具体分析。具体答题要点如 下： 审清楚 要看清题目要求，按要求答题。如：写离子方程式还是化学方程式；写物质的名称还是化 学式等；方程式中反应物、产物的分子式书写要正确；尤其是化学方程式要配平，电极反 应式和化学方程式一定要书写正确；正确使用等号或可逆符号；沉淀、气体、水溶液等符 号要标明 答规范 回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，例如评价或比较实验方案时要全面考虑： 反应物种类多少、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类多少，对目标产物的分 离和提纯是否有影响；反应条件是否苛刻；仪器、设备是否要求高；工艺流程、实验步骤 的多少 答完整 要答到对产品生产的影响这一步！ ①除杂：除去……中的……(只写“除杂”一类是不给分的) ②干燥：除去……气体中的水蒸气，防止…… 六、化工流程试题中常考试剂的作用 1．(2023•海南卷，15)铍的氧化物广泛应用于原子能、航天、电子、陶瓷等领域，是重要的战略物资。 利用绿柱石(主要化学成分为(Be3Al2Si6O18，还含有一定量的FeO 和Fe2O3)生产BeO 的一种工艺流程如下。 回答问题： (1)Be3Al2Si6O18中Be 的化合价为_______。 (2)粉碎的目的是_______；残渣主要成分是_______(填化学式)。 (3)该流程中能循环使用的物质是_______(填化学式)。 (4)无水BeCl2可用作聚合反应的催化剂。BeO、Cl2与足量C 在600~800℃制备BeCl2的化学方程式为_ ______。 (5)沉铍时，将pH 从8.0 提高到8.5，则铍的损失降低至原来的_______%。 【答案】(1)+2 (2)① 增大反应物的接触面积加快反应速率，提高浸取率 ②. SiO2 (3)(NH4)2SO4 (4)BeO+Cl2+C CO+BeCl2 (5)10 【解析】绿柱石煅烧生成氧化物，浓硫酸浸取，SiO2不溶于硫酸，残渣是SiO2，加硫酸铵调节pH=1.5 除去铝离子，加入氨水调节pH=5.1 除去铁离子，再加入氨水到pH=8.0 生成Be(OH)2沉淀，滤液硫酸铵循 环利用。(1)按照正负化合价代数和为0，Be 的化合价为+2+价；(2)粉碎的目的是增大反应物接触面积，加 快浸取速率，提高浸取率；残渣的成分是不溶于酸的SiO2；(3)最后的滤液中的硫酸铵可以在除铝步骤中循 环利用；(4)BeO 、Cl2 与足量C 在600~800°C 生成BeCl2 同时生成CO ，化学方程式为BeO+Cl2+C CO+BeCl2；(5)设Be(OH)2 的溶度积常数为Ksp，K=c(Be2+)×c2(OH-)，c(Be2+)= ，当 pH=8.0 时，c(OH-)=10-6mol/L，铍损失浓度为c(Be2+)= mol/L，当pH=8.5 时，c(OH-)=10-5.5mol/L，铍损 失浓度为c(Be2+)= mol/L，损失降低至原来的10%。 2．(2023•浙江省6 月选考，18)工业上煅烧含硫矿物产生的SO2可以按如下流程脱除或利用。 已知： 请回答： (1)富氧煅烧燃煤产生的低浓度的SO2可以在炉内添加CaCO3通过途径Ⅰ脱除，写出反应方程式______ _____。 (2)煅烧含硫量高的矿物得到高浓度的SO2，通过途径Ⅱ最终转化为化合物A。 ①下列说法正确的是___________。 A．燃煤中的有机硫主要呈正价 B．化合物A 具有酸性 C．化合物A 是一种无机酸酯 D．工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收 ②一定压强下，化合物A 的沸点低于硫酸的原因是___________。 (3)设计实验验证化合物A 中含有S 元素_____；写出实验过程中涉及的反应方程式____。 【答案】(1)2SO2+O2+2CaCO3 2CaSO4+2CO2 (2)① BCD ②硫酸分子能形成更多的分子间氢键 (3)①取化合物A 加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化，无明显现象，再加入氯化钡生成白 色沉淀，说明A 中含有S 元素 ② +2NaOH=CH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl 【解析】含硫矿物燃烧生成二氧化硫，二氧化硫和氧气、碳酸钙生成硫酸钙和二氧化碳，二氧化硫被 氧气氧化为三氧化硫，三氧化硫和等物质量的甲醇发生已知反应生成A： 。(1)氧气具有氧化 性，能被四价硫氧化为六价硫，二氧化硫、空气中氧气、碳酸钙高温生成硫酸钙和二氧化碳，反应为 2SO2+O2+2CaCO3 2CaSO4+2CO2；(2)①A 项，硫的电负性大于碳、氢等，故燃煤中的有机硫主要呈负价， A 错误；B 项，根据分析可知，化合物A 分子中与硫直接相连的基团中有-OH，故能电离出氢离子，具有 酸性，B 正确；C 项，化合物A 含有 基团，类似酯基-COO-结构，为硫酸和醇生成的酯，是一种无 机酸酯，C 正确；D 项，工业上途径Ⅱ产生的SO3也可用浓H2SO4吸收用于生产发烟硫酸，D 正确；故选 BCD；②一定压强下，化合物A 分子只有1 个-OH 能形成氢键，而硫酸分子中有2 个-OH 形成氢键，故导 致A 的沸点低于硫酸；(3) A 为 ，A 碱性水解可以生成硫酸钠、甲醇，硫酸根离子能和氯化钡 生成不溶于酸的硫酸钡沉淀，故实验设计为：取化合物A 加入足量氢氧化钠，反应完全后加入盐酸酸化， 无明显现象，再加入氯化钡生成白色沉淀，说明A 中含有S 元素；涉及反应为： +2NaOH=CH3OH+Na2SO4+H2O、Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl。 3．(2023•湖北省选择性考试，16)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料 LiCoO2进行氯化处理以回收Li、Co 等金属，工艺路线如下： 回答下列 问题： (1)Co 位于元素周期表第_______周期，第_______族。 (2)烧渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生 大量烟雾，用化学方程式表示其原因_______。 (3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是_______。 (4)已知Ksp[Co(OH)2]= 5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH 控制为10.0，则溶液中Co2+浓度为_______ mol·L-1。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______。 (5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填标号)。 a．Si-Cl 键极性更大 b．Si 的原子半径更大 c．Si-Cl 键键能更大 d．Si 有更多的价层轨道 【答案】(1) ① 4 ② (2) SiCl Ⅷ 4+3H2O=H2SiO3+4HCl (3)焰色反应 (4) ①5.9×10-7 ②6Co(OH)2+O2 2Co3O4+6H2O (5)abd 【解析】由流程和题中信息可知，LiCoO2粗品与SiCl4在500℃焙烧时生成氧气和烧渣，烧渣是LiCl、 CoCl2和SiO2的混合物；烧渣经水浸、过滤后得滤液1 和滤饼1，滤饼1 的主要成分是SiO2和H2SiO3；滤液 1 用氢氧化钠溶液沉钴，过滤后得滤饼2[主要成分为Co(OH)2]和滤液2(主要溶质为LiCl)；滤饼2 置于空气 中在850℃煅烧得到Co3O4；滤液2 经碳酸钠溶液沉锂，得到滤液3 和滤饼3，滤饼3 为Li2CO3。(1)Co 是 27 号元素，其原子有4 个电子层，其价电子排布为3d74s2，元素周期表第8、9、10 三个纵行合称第Ⅷ族， 因此，其位于元素周期表第4 周期、第Ⅷ族。(2) “500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产 生大量烟雾，由此可知，四氯化硅与可水反应且能生成氯化氢和硅酸，故其原因是：SiCl4遇水剧烈水解， 生成硅酸和氯化氢，该反应的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl。(3)洗净的“滤饼3”的主要成分为 Li2CO3，常用焰色反应鉴别Li2CO3和Na2CO3，Li2CO3的焰色反应为紫红色，而Na2CO3的焰色反应为黄色。 故鉴别“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是焰色反应。(4)已知Ksp[Co(OH)2]= 5.9×10－15，若“沉钴过 滤 ” 的 pH 控 制 为 10.0 ， 则 溶 液 中 c(OH-)=1.0×10-4mol·L-1 ， Co2+ 浓 度 为 mol·L-1。“850℃煅烧”时，Co(OH)2与O2反应生成 Co3O4 和H2O，该反应的化学方程式为6Co(OH)2+O2 2Co3O4+6H2O。(5)a 项，Si-Cl 键极性更大，则 Si-Cl 键更易断裂，因此，SiCl4比CCl4易水解，a 有关；b 项，Si 的原子半径更大，因此，SiCl4中的共用电 子对更加偏向于Cl，从而导致Si-Cl 键极性更大，且Si 原子更易受到水电离的OH-的进攻，因此，SiCl4比 CCl4易水解，b 有关；c 项，通常键能越大化学键越稳定且不易断裂，因此，Si-Cl 键键能更大不能说明Si- Cl 更易断裂，故不能说明SiCl4比CCl4易水解，c 无关；d 项，Si 有更多的价层轨道，因此更易与水电离的 OH-形成化学键，从而导致SiCl4 比CCl4 易水解，d 有关；综上所述，导致SiCl4 比CCl4 易水解的因素有 abd。 4．(2023•北京卷，18)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取 银和锰的一种流程示意图如下。 已知：酸性条件下，MnO2的氧化性强于Fe3+。 (1) “浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出，同时去除FeS2，有利于后续银的浸出：矿 石中的银以Ag2S 的形式残留于浸锰渣中。 ①“浸锰”过程中，发生反应MnS+2H+= Mn2++H2S↑，则可推断：Ksp(MnS) (填“>”或“<”) Ksp(Ag2S)。 ②在H2SO4溶液中，银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应，则浸锰液中主要的金属阳离 子有 。 (2) “浸银”时，使用过量FeCl3、HCl 和CaCl2的混合液作为浸出剂，将Ag2S 中的银以[AgCl2]-形式浸出。 ①将“浸银”反应的离子方程式补充完整： 。 Fe3++Ag2S+ +2[AgCl2]- +S ②结合平衡移动原理，解释浸出剂中Cl-、+的作用： 。 (3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。 ①该步反应的离子方程式有 。 ②一定温度下，Ag 的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释分钟后Ag 的沉淀率逐渐减小的原因： 。 (4)结合“浸锰”过程，从两种矿石中各物质利用的角度，分析联合提取银和锰的优势： 。 【答案】(1) > Fe3+、Mn2+ (2) 2Fe3++Ag2S+4 Cl- 2Fe2++2[AgCl2]- +S Cl-是为了与Ag2S 电离出的Ag+结合生成[AgCl2]-，使 平衡正向移动，提高Ag2S 的浸出率；H+是为了抑制Fe3+水解，防止生成Fe(OH)3沉淀 (3)2[AgCl2]- +Fe3+=Fe2++2Ag+4Cl- 、2Fe3++Fe=3Fe2+ Fe2+被氧气氧化为Fe3+，Fe3+把Ag 氧化为Ag+ (4)可将两种矿石中的锰元素