1、 1 (一 ) 化学工艺流程试题的突破方略 (第 54 页 ) 试题背景分析 化学工艺流程题是新课标高考中的必考题型，它是传统的 “ 无机框图题 ” 的变革与创新，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，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。这类试题充分体现了 “ 化学是真实的 ” 这样一种命题指导思想。 1 呈现模式 2 识图方法 图 1 图 2 图 3 图 1 箭头表示的是反应物加入同时生成物出来 图 2 箭头表示反应物分步加入和生成物出来 图 3 箭头表示循环反应。 试题三步分析 1 读题干 明确原料成分和目的要求 【注意】
2、(1)看原料及其成分； (2)看目的 提纯除去什么制备什么。 2 读流程 明确各步转化原理和目的 读得懂的部分 提 示 比较基础，争取不丢分 2 流程中出现超纲知识或陌生的化工术语 提示 往往并不设问或不影响答题 读不懂的地方 提示 带着问题，结合所学，阅读解题 我们把题目分为三个层次：读得懂的；读不太懂但根据上下文可以勉强懂的；完全读不懂的。 【注意】 (1)看箭头：进入的是投料 (即反应物 )；出去的是生成物 (包括 主产物和副产物 )。 (2)看三线：主线主产品；分支副产品；回头为循环。 (3)找信息：明确反应条件控制和分离提纯方法。 (4)关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围
3、、满足定量要求。 3 读问题 明确答什么 (1)答是所问：要看清题目要求，按要求答题。如：是写离子方程式还是写化学方程式？是写物质的名称还是写化学式？ (2)准确规范：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：反应物的种类、是否易得、是否对环境有污染；反应产物的种类，各种反应产物对目标产物的 分离和提纯是否有影响，反应条件是否苛刻；仪器、设备的使用是否要求高；工艺流程、实验步骤的多少等等。方程式中反应物、产物的分子式要书写正确；化学方程式、电极反应式和离子方程式的书写及配平要正确；要正确使用等号或可逆符号，正确使用沉淀、气体、水溶液等符号。 试题答题模板 1
4、增大原料浸出率 (离子在溶液中被浸出的百分率 )的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速 (浓度、压强 )、增大气液或固液接触面积。根据物质的具体性质，原料浸泡可分为水浸、酸浸、碱浸、醇浸等。 2加热问题 (1)加热的目的：加快 反应速率或促使平衡向某个方向 (一般是有利于生成物生成的方向或利于除杂的方向 )移动。 (2)温度不高于某个值的原因：适宜的高温可适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发 (如浓硝酸 )、分解 (如 H2O2、 NH4HCO3)、氧化 (如 Na2SO3)或促进3 水解 (如 AlCl3)等，同时影响催化剂性能及产品的生成。 3过滤问题 (1)从滤液中提取一
5、般晶体 (溶解度随温度升高而增大的晶体 )的步骤：蒸发浓缩 (至有晶膜出现 )、冷却结晶、过滤、洗涤 (冰水洗、热水洗、乙醇洗 )、干燥。 (2)从滤液中提取特殊晶体 (溶解度受温度影响 较小或溶解度随温度升高而减小的晶体 )的步骤：蒸发浓缩、趁热过滤 (如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来 )、洗涤、干燥。 (3)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，用胶头滴管取上层清液少许放入小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则说明离子沉淀完全。 (4)洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作 2 3 次。 (5)检验沉淀是否洗涤干净的方法：
6、取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。 (6)冰 水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。 (7)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。 4控制 pH 使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀：调节 pH所用的试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以此可避免引入新的杂质；明确调节 pH的范围、范围过小的后果 (导致某离子沉淀不完全 )或范围过大的后果 (导致主要离子开始沉淀 )。 5减压蒸馏 (减压蒸发 )的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止
7、物质挥发或受热分解 (如 H2O2、浓硝酸、 NH4HCO3)。 试题分类探究 以除杂、分离、提纯为主体的化工流程题 首先，找出要得到的主要物质是什么，混有哪些杂质；然后，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物；最后，思考要用什么样的方法才能将杂质除去。这样才能知道每一步所加试剂的作用或操作的目的。以下是常考的几种分离提纯方法。 4 1 过滤 (1)对特定条件的悬浊液可采用趁热过滤 (防止冷却时其他晶体的析出 )和减压过滤或抽滤 (快速过滤同时减少沉淀中的水，便于干 燥 )。 (2)关于洗涤，经常涉及四个问题： 为什么要洗涤？洗涤的目的通常有：除去晶体表面的可溶性杂质；
8、洗涤过滤所得到的残渣，把有用的物质，如目标产物尽可能洗出来，以提高产率；防止污染环境，如滤渣表面有一些对环境有害的重金属离子等物质要洗涤。 用什么洗涤？常用的洗涤试剂可以是蒸馏水、有机溶剂 (如酒精、丙酮等 )。用酒精洗涤的好处是：可以降低晶体因溶解而造成的损失，可以除去晶体表面的水分，酒精易挥发，晶体易干燥。 怎样洗涤？ 怎样证明已经洗涤干净？ 2 结晶 (1)蒸发浓缩、冷却结晶：适用于杂质的溶解度随温度 变化不大的物质分离提纯，如除去 KNO3 中的少量 NaCl或受热易分解的物质，如晶体水合物、铵盐等。 (2)蒸发结晶、趁热过滤：适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少杂质
9、晶体的析出，如除去 NaCl中的少量 KNO3。趁热过滤的方法：漏斗预热，用少量热蒸馏水通过过滤器，带加热装置的漏斗、抽滤。 (3)重结晶：这是将晶体溶于溶剂以后，又重新从溶液中结晶的过程，可以使不纯净的物质进一步纯化。 提醒： 晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥的方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干 (适用于热稳 定性较好的物质 )。 3 萃取 分液 常涉及萃取剂的选择，分液操作及主要仪器 (分液漏斗 )。萃取一般是利用溶解度的不同用萃取剂把溶液中的溶质提取到萃取剂中而分层，进而分液；而分液是将互不相溶的两层液体分离开 (先分出下层液体，再从上口倒出上层液体 )。 4 蒸馏
10、常涉及主要仪器及注意事项 (加沸石、温度计的位置、冷却水的流向等 )。蒸馏一般分离沸点不同的互溶液体。 5 5 其他分离提纯方法 (1)调节溶液的 pH 控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的 pH 如下 表所示： 物质 开始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 1.5 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去 Mn2 溶液中含有的 Fe2 ，可先用氧化剂把 Fe2 氧化为 Fe3 ，再调节溶液的 pH 在 3.7 pH1.0 10 5，反应可以发生 (4)使 Fe2 被氧化为 Fe3 进而生成 FePO4
11、 对点训练 1 (2017全国 卷， T26)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： 8 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，用 KMnO4 标准溶液滴定，通过测定草
12、酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为 MnO 4 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 36.0 mL，则该水泥样品中钙的质量分数为 _。 【解析】 (1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节 pH 4 5，目的是除去 Al元素和 Fe元素，而在此 pH范围内， Fe 元素只有转化为 Fe3 才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的 Fe2 氧化为 Fe3 ；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。 (2)水泥样品中的 SiO2、 CaO 及
13、铁、铝、镁等金属的氧化物，只有 SiO2(或反应生成的 H2SiO3)不溶于盐酸，所以沉淀 A 的主要成分是 SiO2(或 H2SiO3)。SiO2(或 H2SiO3)不与强酸反应，但可溶于氢 氟酸中，反应的化学方程式为 SiO2 4HF=SiF4 2H2O(或 H2SiO3 4HF=SiF4 3H2O)。 (3)盐类水解是吸热反应，升高温度，可防止生成胶体，同时促进溶液中的Al3 、 Fe3 水解程度增大而生成沉淀易于除去，加热的同时还可以加快反应速率；生成的沉淀主要为 Al(OH)3、 Fe(OH)3。 9 (4)KMnO4 与 H2C2O4 反应时， Mn由 7 价变为 2 价，每个 M
14、n得到 5 个电子，即每个 KMnO4 得到 5 个电子， C 由 3 价变为 4 价，每个 C 失去 1 个电子，即每个 H2C2O4 失去 2 个电子 ，由电子守恒可知， KMnO4 与 H2C2O4反应的物质的量关系式为 2KMnO4 5H2C2O4。由题意知，消耗 KMnO4 的物质的量为 0.050 0 mol/L 0.036 L 0.001 8 mol，因此 H2C2O4 的物质的量为0.001 8 mol 52 0.004 5 mol。 H2C2O4 CaC2O4，故 CaC2O4 的物质的量为0.004 5 mol， Ca 的质量为 0.004 5 mol 40 g/mol 0
15、.18 g，即水泥样品中钙的质量分数 0.18 g0.400 g 100% 45.0%。 【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% 以物质制备为主体的化工流程题 1明确要制备的是什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。题目中的信息往往是制备该物质的关 键所在。若产物具有某些特殊性质 (由题中信息获得或根据所学知识判断 )，则要采取必要的措施来避免在生产
16、过程中产生其他杂质。一般来说主要有如下几种情况： (1)如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的 NaHCO3，还有 H2O2、 Ca(HCO3)2、 KMnO4、 AgNO3、HNO3(浓 )等物质。 (2)如果产物是一种易水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生，则要加相对应的酸来防止水解。如：制备 FeCl3、 AlCl3、 MgCl2、 Cu(NO3)2 等物质，蒸干其溶液得 到固体溶质时，都要加相对应的酸或在酸性气流中干燥以防止其水解。 (3)如果产物是一种强氧化剂或强还原剂，则要防止可以与其发生氧化还原反应的物质接触，如：含 Fe2 、
17、 S2 的物质，要防止其与氧化性强的物质接触。 (4)如果产物是一种易吸收空气中的 CO2 或水而变质的物质 (如 NaOH 固体等 )，在制备过程中则要将 CO2 或水除去，同时也要防止空气中的 CO2 或水10 进入装置。 (5)如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据它们的不同变化，找出合适的分离方 法。 2寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学方程式或制备原理，从中理解流程图。若题目已给出制备物质时所需的原料，则流程图一般会涉及物质的分离、提纯等操作，所以在明确实验目的之后，再写出主要的化学方程式，观察有没有副产品，如
18、果有，则剩余的步骤就是分离和提纯了。 3在流程题中，常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对化学反应的温度或压强有不同的要求，其所起的作用也不一样，但都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常考查的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响这两个方面 着手。如对外界条件 温度可从以下几个方面来考查： (1)趁热过滤 (或冰水洗涤 )的目的：防止某物质降温时析出 (或升温时溶解 )而损失或带入新的杂质。 (2)冰水中反应 (或降温反应 )的目的：防止某物质在高温下溶解 (或使化学平衡向着放热的方向移动 )。 (3)如果题目要求温度控制在一个具体的范围内 (可用水浴或
19、油浴来控制 )，一般有以下几个目的： 防止某种物质在高温下分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点而挥发出来，具体问题要具体分析。如 Br2 的制取过程中，出溴口的温度控制在80 90 ，目的是使 Br2 挥发出来的同时减少水蒸气的混入。 使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或 SO2 的催化氧化反应，选择的温度是 500 左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。 防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在 170 ，原因是在140 时会有乙醚产生。 对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的目的。 典例导航 (2015全国 卷， T27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以 铁硼矿 (主要成
