1、专项突破一 化学反应与化工 流程题复习策略,类型一 以物质制备为目的的化学工艺流程,类型二 以分离提纯为目的的化学工艺流程,考 法 突 破,化学工艺流程题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。它以现代工业生产为基础,与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合,考查物质的制备、检验、分离、提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用,要求考生依据流程图分析原理,紧扣信息、抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性,是近几年高考化学试题的常考题型。,考法突破,类型一 以物质制备为目的的化学工艺流程 1.工艺流程图,2.原料处理
2、阶段的常见考查点 (1)加快反应速率的方法。 (2)溶解:通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。 (3)灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质在高温下被氧化或分解。,3.分离提纯阶段的常见考查点 (1)调pH除杂 控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如除 去含Al3+、Mn2+溶液中混有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调节 溶液的pH。 调节pH所需的物质一般应满足两点:一是能与H+反应,使溶液pH增大; 二是不引入新杂质。例如,若要除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入 CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。,(2)加热:加快反
3、应速率或促进平衡向某个方向移动。 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质,则要注意对温度的控 制。如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、浓硝酸等物 质。 (3)降温:防止某物质在高温时分解或使化学平衡向题目要求的方向移 动。,4.获得产品阶段的常见考查点 (1)洗涤(冰水、热水或乙醇):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。 (2)蒸发时在某气体氛围中进行以抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、 AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以抑制Fe3+、Al3+、Mg2+ 等的水解。,(3)蒸发浓缩、冷却结晶:如NaCl和KN
4、O3混合溶液,若将混合溶液加热蒸 发后再降温结晶,则析出的固体主要是KNO3,这样就可分离出大部分 KNO3。 (4)蒸发结晶:如NaCl和KNO3混合溶液,若将混合溶液蒸发至析出固体, 析出的固体主要是NaCl。,典例1 硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为 Mg2B2O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料 制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示:回答下列问题:,(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式: 。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的 措施有 (写出两条)。 (2)利用 的磁性,可将其从“
5、浸渣”中分离。“浸渣”中还剩 余的物质是 (写化学式)。 (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然 后再调节溶液的pH约为5,目的是 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。,(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原 剂,其电子式为 。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为 原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程: 。,解题流程,答案 (1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4 提高反应温 度、减小铁硼矿粉粒径 (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4 (3)将Fe2+氧化成Fe3+ 使F
6、e3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸镁 (5)Na+H： ：H- (6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO,解析 (1)硫酸可与硼酸盐反应制取酸性较弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O 与硫酸反应的化学方程式为Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取提高反应温度、 减小铁硼矿粉粒径等措施。(2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性将其从“浸 渣”中分离;“浸渣”中还剩余的物质是SiO2和CaSO4。(3)“净化除 杂”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化为Fe3+,然后调节
7、溶液的pH约 为5,使Al3+和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉降而除去。(4)“粗硼酸” 中所含杂质主要是没有除去的易溶性镁盐,故为(七水)硫酸镁。(5)硼氢,化钠的电子式为Na+H： ：H-。(6)利用Mg的还原性制取硼的化学方程 式为2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO。,1.(2017课标,27,14分)Li4Ti5O12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,铁的浸出率结果如图所示。由图可知,当铁的浸出
8、 率为70%时,所采用的实验条件为 。,(2)“酸浸”后,钛主要以TiOC 形式存在,写出相应反应的离子方程式。 (3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所 示:,分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因 。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为 。 (5)若“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? (列式计算)。FePO4、 Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.
9、310-22、1.010-24。 (6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。,答案 (1)100 、2 h,90 、5 h (2)FeTiO3+4H+4Cl- Fe2+TiOC +2H2O (3)低于40 ,TiO2xH2O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TiO2xH2O转化反应速率下降 (4)4,(5)Fe3+恰好沉淀完全时,c(P )= molL-1=1.310-17molL-1,c3(Mg2+) c2(P )值为0.013(1.310-17)2=1.710-40KspMg3(PO4)2,因此不会生成 Mg3(PO4)2沉淀
10、(6)2FePO4+Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+3CO2+H2O,解析 本题以工艺流程为依托,考查图表分析能力和有关Ksp的计算 等。(1)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或90 、5 h。(2)“酸浸”后,钛主要以 形式存在,反应的离 子方程式为FeTiO3+ 4H+ 4Cl- Fe2+ + TiOCl2- 4+ 2H2O。(3)TiO2xH2O 转化反应速率受温度、反应物浓度等因素的影响。低于40 ,TiO2xH2 O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TiO2xH2O转化反应速率下降。(4)Li2Ti
11、5O15中Ti为+4价,Li为+1价, 设过氧键的数目为x,则12+45=2(15-2x)+2x,x=4。(6)高温下FePO4与,Li2CO3和H2C2O4反应制备LiFePO4,根据得失电子守恒和原子守恒可得 化学方程式:2FePO4 +Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O+3CO2。,思维建模 无机物制备工艺流程题的破解方法 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)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 基本原理和分离、提纯产品的化工工艺,
12、然后结合题设的问题,逐一推 敲解答。,2.截段分析法 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 工艺流程题,用截段分析法更容易找到解题的切入点。用截段分析法解 工艺流程题关键在于看清主、副产品是如何分开的,以此确定如何截 段,截几段更合适,一般截段以产品为准点。,类型二 以分离提纯为目的的化学工艺流程 1.物质分离提纯的原则 (1)不增:不引入新的杂质。 (2)不减:不减少被提纯的物质。 (3)易分离:被提纯物与杂质易于分离。 (4)易复原:被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。,2.常用的提纯方法,3.常用的分离方法,典例2 (2016课标,28,14分)以硅藻土为载体
13、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:,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V ,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3 mol的VO2+变为V ,则需要氧化剂KClO3至少为 mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4 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+V4 R4V4 O12+4OH-(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高
14、洗脱效率,淋洗液 应该呈 性(填“酸”“碱”或“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 。 解题流程,答案 (1)V2O5+2H+ 2V +H2O SiO2 (2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K+ (6)2NH4VO3 V2O5+2NH3+H2O,解析 (1)V2O5及V 中的V化合价均为+5价,“酸浸”时,发生非氧化还 原反应,根据原子守恒及电荷守恒不难写出离子方程式;“酸浸”时,V2 O5转化成V ,V2O4转化成VO2+,K2SO4可溶于水,Fe2O3及Al2O
15、3分别转化 成Fe3+和Al3+,所以“废渣1”的主要成分是SiO2。,(2)欲使3 mol VO2+变为V 需转移3 mol e-,1 mol KClO3作氧化剂生成Cl- 转移6 mol e-,所以需KClO3至少0.5 mol。 (3)“中和”时加入KOH溶液,钒以V4 形式存在于溶液中,K2SO4可溶, Fe3+和Al3+分别转化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀进入“废渣2”。,(4)该反应的逆反应为洗脱过程,增大c(OH-),有利于平衡向左移动,所以 淋洗液应呈碱性。 (5)由流程图可以看出,H+在酸浸时损耗,钒转化为V4 (阴离子),Fe3+及 Al3+转化为沉淀,所以“流出液
16、”中阳离子最多的是K+。 (6)“煅烧”时肯定得到V2O5,其他物质自然写出。,2.(2017课标,26,14分)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分 为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测 定水泥样品中钙含量的过程如图所示:,回答下列问题: (1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几 滴硝酸。加入硝酸的目的是 ,还可使用 代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是 ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应, 该反应的化学方程式为 。 (3)加氨水过程中加热的目的是 。沉淀B 的主要成分为 、 (写化学式)。,(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,
17、用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸 的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:Mn +H+H2C2O4 Mn2+CO2 +H2O。实验中称取0.400 g水泥样品,滴定时消耗了0.050 0 molL-1的 KMnO4溶液36.00 mL,则该水泥样品中钙的质量分数为 。 答案 (1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+ H2O2 (2)SiO2(或H2SiO3) SiO2+4HF SiF4+2H2O(或H2SiO3+4HF SiF4 +3H2O) (3)防止胶体生成,易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0%,解析 本题以物质转化流程为主线,考查Ca、Al、Fe、Mg、S
18、i等元素 及其化合物的相关知识。加入盐酸及氯化铵和硝酸后,只有SiO2不溶, 故沉淀A为SiO2。滤液中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等离子,加入氨水 调节pH至45时,Fe3+转化为Fe(OH)3,Al3+转化为Al(OH)3,故沉淀B主要为 Fe(OH)3、Al(OH)3。 (1)加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+,还可以用 H2O2代替硝酸。 (2)SiO2可以溶于氢氟酸,反应方程式为4HF+SiO2 SiF4+2H2O。,(3)加入氨水时加热可以促进Fe3+、Al3+等水解,形成沉淀,沉淀B主要为 Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)配平方程式可得对应关系式: 2KMnO45H2C2O45CaC2O45Ca2+ 2 mol 540 g 0.050 036.0010-3 mol m(Ca2+) m(Ca2+)=0.180 g 故(Ca2+)= 100%=45.0%。,
