1、(三) 无机化工流程题解题指导,核心素养的认知与形成 核心素养1:证据推理与模型认知 无机化工流程题要求学生能认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象,预测物质及其变化的可能结果;能依据物质及其变化的信息建构模型,建立解决复杂化学问题的思维框架。,1.无机化工流程题的结构:无机化工流程题是近年来高考中备受关注的一种题型,该类题是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中涉及的化学知识步步设问,构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题,它一般分为题头介绍、流程图示、问题设计三部分。其流程示意图为规律:主线主产品,分支副产品,回头为循环。,2
2、.无机化工流程题的特点 (1)试题源于社会生产实际,充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体,使问题情境真实,体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系,能激发学生学习化学的兴趣。 (2)以解决化学实际问题为思路进行设问,考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力,培养学生理论联系实际、学以致用的学习品质。 (3)试题内容丰富,涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大,考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。 (4)试题新颖,信息阅读量大,考查学生的阅读能力、信息提取能力、数据处理能力以及知识迁移能力。,核心素养2:科学态度与社会责任 无机化工流程题涉及的问
3、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)。 上述问题要求学生具有终身学习的意识和严谨求实的科学态度;崇尚真理,形成真理面前人人平等的意识;关注与化学有关的社会热点问题,认识环境保护和资源合理开发的重要性,具有可持续发展意识和绿色化学观念;深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏化学对社会发展的重大贡献,能运用已有知识和方法综合分析化学过程对自然环境可能
4、带来的各种影响,权衡利弊,勇于承担责任,积极参与有关化学问题的社会决策。,-7-,典例(2018课标全国,26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:,相关金属离子c0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:,-8-,回答下列问题: (1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为 。 (2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有 ;氧化除杂工序中ZnO的作用是 。若不通入氧气,其后果是 。 (3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为 。 (4)电解硫酸锌溶液
5、制备单质锌时,阴极的电极反应式为 ;沉积锌后的电解液可返回 工序继续使用。,-9-,-10-,-11-,思维建模无机化工流程题的解题思路及方法 1.解题思路,-12-,2.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龙的生产工序)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),由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,再结合题目问题,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
6、一种或几种中间产品,再用这些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。,-13-,3.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信息,它可以暗示我们应考虑的答题角度。常见的有: (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”
7、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。,-14-,(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,向其中滴加某种试剂,以检验其中的某种离子。 (6)“检验某种物质的设计方案”通常取少量某种液体置于试管中,加入另一试剂产生某种特殊现象,然后得出结论。 (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”常考虑减少物质的溶解有利于析出、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
8、增大反应速率或加速某物质的溶解。,-15-,1,2,1.(2019湖北黄冈中学月考)硫酸锌被广泛应用于医药领域和工农业生产。工业上由氧化锌矿(主要成分为ZnO,另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等)生产ZnSO47H2O的一种流程如图:(1)步骤的操作是 。 (2)步骤加入稀硫酸进行酸浸时,需不断通入高温水蒸气的目的是 。 (3)步骤中,在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2两种沉淀,该反应的离子方程式为 。 (4)步骤中,加入锌粉的作用是 。,-16-,1,2,(5)已知硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表:,从硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作为 、
9、冷却结晶、过滤。烘干操作需在减压低温条件下进行,原因是 。,-17-,1,2,(6)取28.70 g ZnSO47H2O加热,剩余固体的质量随温度的变化如图所示。分析数据可得680 时所得固体的化学式为 。 a.ZnO b.Zn3O(SO4)2 c.ZnSO4 d.ZnSO4H2O,-18-,1,2,答案(1)过滤 (2)升高温度、使反应物充分混合,以加快反应速率 (3)3Fe2+Mn O 4 +8H2O=3Fe(OH)3+MnO(OH)2+5H+ (4)除去Cu2+ (5)60条件下蒸发浓缩 降低烘干的温度,防止ZnSO47H2O分解 (6)b,-19-,1,2,解析 (1)分离固体和液体通
10、常用过滤的方法,ZnSiO3与稀硫酸反应生成的硅酸不溶于水,因此步骤的操作为过滤。(2)氧化锌矿在加入稀硫酸溶解的同时不断通入高温水蒸气,可以升高温度,使反应物充分混合,从而加快反应速率。(3)在pH约为5.1的滤液中加入高锰酸钾,高锰酸钾与Fe2+发生氧化还原反应,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2两种沉淀,则反应的离子方程式为3Fe2+ +8H2O =3Fe(OH)3+MnO(OH)2+5H+。(4)步骤中,向滤液中加入锌粉,Zn可以与Cu2+反应置换出铜,从而除去Cu2+。(5)从溶液中获得晶体通常用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干等操作。因为ZnSO47H2O易分解,所以烘干操作
11、需在减压低温条件下进行。,-20-,1,2,(6)28.70 g ZnSO47H2O的物质的量为0.1 mol,由锌元素守恒可以知道,生成ZnSO4H2O或ZnSO4或ZnO时,物质的量均为0.1 mol。若得ZnSO4H2O,其质量为17.90 g(100 );若得ZnSO4,其质量为16.10 g(250 );若得ZnO,其质量为8.10 g(930 );据此通过排除法可确定680 时所得固体的化学式为Zn3O(SO4)2,故选b。,-21-,1,2,2.CoCO3可用作选矿剂、催化剂及伪装涂料的颜料。以含钴废渣(主要成分为CoO、Co2O3,还含有Al2O3、ZnO等杂质)为原料制备Co
12、CO3的一种工艺流程如下:,下表是相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL-1计算):,-22-,1,2,(1)写出“酸浸”时发生氧化还原反应的化学方程式 。 (2)“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为 ,形成沉渣时发生反应的离子方程式为 。 (3)在实验室里,萃取操作用到的玻璃仪器主要有 ;题中“萃取”过程可表示为ZnSO4(水层)+2HX(有机层) ZnX2(有机层)+ H2SO4(水层),由有机层获取ZnSO4溶液的操作是 。 (4)“沉钴”时,Na2CO3溶液滴加过快会导致产品不纯,请解释原因 。 (5)在空气中煅烧CoCO3生成钴氧化物和C
13、O2,测得充分煅烧后固体质量为2.41 g,CO2的体积为0.672 L(标准状况),则该钴氧化物的化学式为 。,-23-,1,2,答案 (1)Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O (2)5.05.4 2Al3+3 +3H2O=2Al(OH)3+3CO2 (3)分液漏斗,烧杯 向有机层中加入适量的硫酸溶液充分振荡,静置,分离出水层 (4)Na2CO3溶液滴加过快,会导致局部溶液碱性过强而产生Co(OH)2 (5)Co3O4,-24-,1,2,解析 (1)“酸浸”时加入H2SO4和SO2,由于SO2具有还原性,SO2可将钴废渣中+3价的Co还原为+2价,“酸浸”时发生的非氧化还原反应为:CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O,则发生的氧化还原反应为Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。(2)“除铝”过程中Al3+完全沉淀,其他金属阳离子不形成沉淀,根据Co2+、Al3+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全的pH,“除铝”过程中需要调节溶液pH的范围为5.05.4。形成沉渣时加入的是Na2CO3,发生的是Al3+与 相互促进的水解反应,形成沉渣时反应的离子方程式为2Al3+ +3H2O= 2Al(OH)3+3CO2。,-25-,1,2,
