1、二 化学工艺流程题,-2-,一、题型分析 该题型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,能较好地考查学生信息获取能力、问题分析能力、语言表达能力以及计算能力等。,-3-,二、重难考向剖析 考向1 化工工艺流程中常见操作及条件控制 【例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
2、艺流程如下:,-4-,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 。,(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: 。,-5-,(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-
3、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1.310-22、1.010-24。 (6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。,-6-,答案:(1)100 、2 h,90 、5 h,(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,-7-,解析:(1)由图像可知,当铁的浸出率为70%时,对应的条件有2个,一个为100 、2 h,另一个为90 、5 h。 (2)此题考查陌生离子方程式的书写,第一步应搞清所写的离子方程式是
4、否为氧化还原反应的离子方程式。在钛铁矿(FeTiO3)中Fe为+2价,Ti为+4价。在TiOC 中Ti仍为+4价,故为非氧化还原反应,第二步依据元素守恒和电荷守恒把离子方程式配平。 (3)考查反应温度与反应物浓度对反应速率的影响。温度低于40 时,TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加;超过40 时,H2O2易分解,NH3也易从反应体系中逸出,反应物浓度减小,TiO2xH2O转化反应速率下降。,解得x=7,y=8,即有8个氧原子显-1价,则过氧键的数目为4。,-8-,即QK,因此不会产生Mg3(PO4)2沉淀。 (6)在工业流程图中陌生化学方程式书写的关键是找准反应物和产物,其次要判断反
5、应是否为氧化还原反应。反应物为FePO4、Li2CO3和草酸,产物主要为LiFePO4,从Fe的化合价可以看出,此反应为氧化还原反应,FePO4为氧化剂,H2C2O4为还原剂,被氧化为CO2,由元素守恒和电荷守恒,可知氧化剂与还原剂的化学计量数之比为21。再根据Li元素、C元素守恒可确定LiFePO4的化学计量数为2,CO2的化学计量数为3,H2O的化学计量数为1。,-9-,解题策略: 1.化工生产的一般工艺流程,-10-,2.原料预处理的几种常用方法,-11-,3.控制反应条件,-12-,-13-,考向2 流程题中方程式的书写 【例2】 (2018课标,26,14分)我国是世界上最早制得和使
6、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:,-14-,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:,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。,-15-,同时杂质FeS、CdS、PbS转化成SO2和相应的金属氧化物。加稀硫酸溶浸可将PbO转化成PbSO4沉淀除去,同时除去不溶的SiO2。根据表格中相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围,氧化除杂过程通入氧气的目的是将Fe2+转化成Fe3+,最终转化为Fe(OH)3除去,加入ZnO的目的是调节溶液的pH,有利于沉淀Fe3+。,-16-,还原除杂是用Zn还原Cd2+从而除去Cd,相关的化学方程式为,电子生成O2,同时生成硫酸,所以沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。,解题策略: 分析题给流程中反应物在什么条件下反应,生成了什么物质;根据化合价变化规律或元素守恒确定其他生成物;结合氧化还原反应规律或其他规律,配平并完成方程式的书写。,
