1、1化学流程图专题分析随着新课改的进行，在高考化学试题中化工题逐渐成为一类热门的主流题型“它将高中化学与某些化工生产很好地融合在一起，题目情景新颖，综合性强，思维量大，具有挑战性。一些专家预测，在新课改背景下，无机化工题可能会逐渐取代以往高考化学试题中的无机框图型推断题，2007 年广东、山东、上海高考化学试题中均考查了化工题，江苏省十三大市化学试题中几乎都设置了化工题。化工题是以某个具体的工业生产为背景，以化学基本理论为主线，结合化学实践!环境保护!化学计算等考查同学们应用所学知识探究解决生产实际问题的能力，对综合能力要求很高“化工题的特点表现为:题目多以流程图的形式出现;题目所涉及的情景新颖
2、;在题目中还时常出现一些化工术语(酸浸!水洗!水热处理表面处理等)；题目实际考查的是应用化学反应原理、化学平衡原理、离子平衡理论!晶体结构知识!物质制备和分离(提纯)知识、绿色化学观点、安全生产思想及从经济的视角分析、评价、探究实际生产中各种问题的能力为了能够从容应答这类试题，考得理想的分数，下面我通过一个例题来分析解答化工题的一般思路和主要策略，希望大家多提宝贵意见。【例 1】重铬酸钠(Na 2Cr2O72H2O)俗称红矾钠，在工业方面有广泛用途。我国目前主要是以铬铁矿（主要成份为 FeOCr2O3，还含有 Al2O3、MgO、SiO 2等杂质）为主要原料进行生产，其主要工艺流程如下：2中涉
3、及的主要反应有：主反应：4FeOCr 2O38Na 2CO37O 2 8Na2CrO42Fe 2O38CO 2副反应：SiO 2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2、Al 2O3Na 2CO3 2NaAlO2CO 2部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的 pH：沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Mg(OH)2Cr(OH)3完全沉淀时溶液pH4。7 3。7 11。2 5。6试回答下列问题： “”中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是 。两个副反应均为吸热反应，但在高温下均能自发进行，其原因是 。 “”中调节 pH 至 4.7，目的是 。 “”中加硫酸酸化的目的是使 CrO42 转
4、化为 Cr2O72 ，请写出该平衡转化的离子方程式： 。 “”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠，依据是 。【解析】以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识，过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制 pH3的应用。搅拌的目的是增大反应物的接触机会，从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行，所以必然是一个 S0 的反应。溶液中存在的主要阴离子有 CrO42 、AlO 2、SiO 32，pH 调至 4.7，是为了除去其中的 AlO2、SiO 32。硫酸钠的溶解度随温度的升高，先增大后减小，这一点较特殊，设问较困难。若给出其溶解度曲线，则可以帮助理解最后两
5、步工艺。【答 案】 使反应物接触更充分，加快反应速率 S0 除去溶液中的 AlO2、SiO 32 2CrO 42 2H + Cr2O72 H 2O 红矾钠的溶解度随温度的降低而减小【小结】学生审题不清（采用冷却结晶的方法析出红矾钠，要回答的是依据而不是原因、试题要求写出 CrO42 转化为 Cr2O72 的平衡转化离子方程式，但很多学生不用可逆符号而用等号） ，概念混淆（不断搅拌、增大反应物的接触面积能提高反应速率，能不能使平衡移动、不能增大反应物的转化率） ，思考问题的指向不正确（讨论反应能否自发进行应从什么角度思考？部分学生还不知道） ，分析问题能力差，化学原理不清，不能正确分析流程图中所
6、包含的化学反应。【例 2】明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料，明矾石的组成和明矾相似，此外还含有氧化铝和少量氧化铁杂质。具体实验步骤如下图所示：根据上述图示，完成下列填空：4(1）明矾石焙烧后用稀氨水浸出。配制 500mL 稀氨水（每升含有 39。20g 氨）需要取浓氨水（每升含有 251.28g 氨）_mL，用规格为_mL 量筒量取。(2）氨水浸出后得到固体混合体系，过滤，滤液中除 K 、SO 42 外，还有大量的 NH4 。检验 NH4 的方法是_。(3）写出沉淀物中所有物质的化学式_。(4）滤液 I 的成分是水和_。(5）为测定混合肥料 K2SO4、(NH 4)2SO4中钾的含量，请完
7、善下列步骤：称取钾氮肥试样并溶于水，加入足量_溶液，产生白色沉淀。_、_、_(依次填写实验操作名称)。冷却、称重。(6）若试样为 mg，沉淀的物质的量为 n mol，则试样中 K2SO4的物质的量为：_mol（用含有 m、n 的代数式表示） 。【解析】 （1）根据稀释前后溶质质量不变得：0.5L39.2g/Lv251.28g/L，v0.078L78mL。为了减少误差，最好选用与氨水的实际体积稍大一点的量筒即可。（2）NH 4 的检验方法是先将 NH4 中加入强碱，使之转化为 NH3，然后检验NH3：用润湿的红色石蕊试纸放在向移的试管口，试纸变蓝色，说明有氨气放出，原物质中含有铵根离子。（3）A
8、l 3 3NH 3H2O=Al(OH)33NH 4 ，根据题意明矾石中含有5Al2O3、Fe 2O3，所以沉淀物为 Al(OH)3、Al 2O3和 Fe2O3。（4）由于明矾石的组成与明矾相似，所以滤液的成分中含有 K2SO4和反应后生成的(NH 4)2SO4以及水。（5）混合肥料中含有 K2SO4和(NH 4)2SO4，要产生白色沉淀，加入的溶液为BaCl2或 Ba(NO3)2溶液，以后的操作为：先将混合液过滤，然后洗涤，最后干燥，冷却后称量。（6）根据题意有：174n(K 2SO4)132n(NH 4)2SO4=mg，再由 SO 守恒得： n(K2SO4)n(NH 4)2SO4=nmol
9、，n (K 2SO4) 24mol。m 132n42【答案】(1)78；100。(2)取滤液少许，加入 NaOH，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(3)Al(OH) 3；Al 2O3；Fe 2O3。(4)K 2SO4；(NH 4)2SO4。(5)BaCl 2；过滤；洗涤；干燥。(6) mol。m 132n42【例 3】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：某软锰矿的主要成分为 MnO2，还含有 Si(16。27%)、Fe(5。86%)、Al(3。42%)、Zn(2。68%)和 Cu（0。86%）等元素的化合物。部分阳离子以
10、氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的 pH 见下表，回答下列问题：沉淀 Al(OHFe(OHFe(OHMn(OH Cu(OH Zn(OH CuS Zn MnSFe6物 )3 )3 )2 )2 )2 )2 S SpH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7 8.。0 0.422.57 7（1）FeSO 4在酸性条件下将 MnO2还原为 MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为 。（2）滤渣 A 的主要成分是 。（3）加入 MnS 的目的是除去 杂质。（4）碱性锌锰电池中，MnO 2参与的电极反应方程式为 。（5）从废旧碱性锌锰电池中可以回收利用的物质有 （写两种）。【解析】考查学生对元
11、素化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程形式的能力以及学生能够从试题提供的新信息中，准确地提取实质内容，并与已有知识模块整合，重组为新知识模块的能力。由反应流程可知：在酸性条件下二氧化锰将 Fe2+氧化为 Fe3+，将 Cu 氧化成 Cu2+，此外溶液中的还有 Zn2+和Al3+，当调 pH 至 5。4 时，只有 Al(OH)3 和 Fe(OH)3会完全沉淀，故滤渣 A 的主要成分是 Fe(OH)3和 Al(OH)3。加入 MnS 后因为酸性条件下 CuS 、ZnS 更难溶所以会转化为 CuS 、ZnS 沉淀而除去 Cu2 Zn2 。【答案】 （1）MnO 22FeSO 42H 2SO4Mn
12、SO 4Fe 2(SO4)32H 2O （2）Fe(OH)3 Al(OH)3（3）Cu 2 Zn2 （4）MnO 2H 2Oe MnOOHOH （或2MnO2H 2O2e Mn 2O32OH ）7（5）锌、二氧化锰【例 4】将磷肥生产中形成的副产物石膏（CaSO 42H2O）转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。（1）本工艺中所用的原料除 CaSO42H2O、KCl 外，还需要 等原料（2）写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式： （3）过滤操作所得固体中，除 CaC
13、O3外还含有 （填化学式）等物质，该固体可用作生产水泥的原料。（4）过滤操作所得滤液是(NH 4)2SO4溶液。检验滤液中含有 CO32 的方法是：。（5）已知不同温度下 K2SO4在 100g 水中达到饱和时溶解的量如下表：60时 K2SO4的饱和溶液 591g 冷却到 0，可析出 K2SO4晶体 g温度（） 0 20 60K2SO4溶解的量(g)7。411。118。28（6）氯化钙结晶水合物（CaCl 26H2O）是目前常用的无机储热材料，选择的依据是 a 熔点较低（29熔化） b 能导电 c 能制冷 d 无毒（7）上述工艺流程中体现绿色化学理念的是： 。【解析】此题是一道以工业生产为背景
14、的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO42H2O、KCl 外，还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出 591 饱和液中含有的水是 500g，在 0可溶解硫酸钾 37g，所以析出晶体 54g。作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选 ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，
15、因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。【答案】 （1）CaCO 3 NH3 H2O （2）CaSO 4CO 32 CaCO 3SO 42 （3）CaSO4（4）滤液中滴加盐酸产生气泡 （5）54g （6）a d（7）碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等（原子利用率高，没有有害物质排放到环境中）【小结】工业生产流程的设计和实验方案设计原理相似，只是在工业生产中对经济性、环保性等许多细节方面有着更高的要求，解题时应在实验室原理的9基础上结合实际因素，充分读懂工业流程的每一个步骤的意义。【例 5】以浓硫酸
16、、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜（CuSO 45H2O） 。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。回答下列问题：（1）配平在滤液（）中发生反应化学主程式：_NOx+_H2O+_O2 _HNO3。 （2）写出制取硫酸铜的总反应方程式_。（3）在上述生产过程中，被循环使用的物质是_。（4）请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。【解析】 （1）NO x中 N 的化合价为 2x，反应前后 N 化合价变化为 5-2x，O 2中 O 化合价变化为 4，初步配平为 4NOx+H2O+（5-2 x）O 2HNO 3，再配平其他物A(Cu) () ()10质的化学计量数得：4NO
17、x+2H2O+（5-2 x）O 2 4HNO3；（2）发生的有关的化学 方程式为：（5-2 x）Cu+（12-4 x）HNO 3 （5-2 x）Cu(NO 3)2+2NOx +（6-2x） H2O、 4NOx+2H2O+（5-2 x）O 2 4HNO3、 Cu(NO3)2+H2SO4 CuSO4+2HNO3， +2+（5-2 x） ，得：（5-2 x）Cu+ O2+（5-2 x）H 2SO4 （5-2 x） CuSO4+（5-2 x）H 2O，化简得 2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O； （3）要提供 O2，可用排空气法，即用 A 装置通过从分液漏斗中加水排出空气；消除氮的氧化
18、物用 B 装置，一个导气管通氮的氧化物，一个导气管通空气，另一个导气管导出多余的空气。由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜，拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜， 延伸到化工生产硫酸铜，再回归到实验室模拟化工生产过程。Cu + 2H2SO4（浓） CuSO4 + SO2+ 2H2O Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H 2OSO2 + 2HNO3（浓）= H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2HNO3 （应用侯氏制碱法的生产原理）4NO 2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 把方程式进行加合，可得总反应方程式：2Cu + O 2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O在模拟化工生产过程时，又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。答案：（1）2Cu + O 2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O （2）HNO 3 （3）B、A。
