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新高考化学一轮复习考点讲义+练习第8章第05讲 工业流程题解题策略(复习讲义)(2份,原卷版+解析版)
展开 这是一份新高考化学一轮复习考点讲义+练习第8章第05讲 工业流程题解题策略(复习讲义)(2份,原卷版+解析版),共20页。
02 \l "_Tc19115" 体系构建·思维可视
03 \l "_Tc23976" 核心突破·靶向攻坚
\l "_Tc22500" 考点一 微型工业流程题
\l "_Tc20102" 知识点1 微型工业流程选择题的核心特点
\l "_Tc32204" 知识点2 高频考查方式
\l "_Tc11498" 知识点3 核心知识要点归纳(聚焦选择题高频基础点)
\l "_Tc17777" 知识点4 高效分析方法(适配 “流程短 + 选项逐一判断” 特点)
\l "_Tc13351" 知识点5 解题策略(针对选择题 “选项判断 + 陷阱规避” 核心)
\l "_Tc342" 考向1 考查物质制备类微型工业流程题的分析判断
\l "_Tc18249" 考向2 考查物质提纯类微型工业流程题的分析判断
\l "_Tc16539" 考点二 工业流程综合题
知识点1 工业流程题中的常考知识点
知识点2 工艺流程中的常见专业术语
知识点3 工艺流程题中常见问题的答题方向
知识点4 核心反应——陌生方程式的书写
知识点5 原料预处理的六种常用方法
知识点6 控制反应条件的七种常用方法
知识点7 副产品及循环物质的确定
知识点8 工业流程题的分析方法
知识点9 工业流程题中常见的答题模板
\l "_Tc14352" 考向1 考查物质制备类工业流程综合题的分析判断
\l "_Tc6306" 考向2 考查物质提纯类工业流程综合题的分析判断
\l "_Tc22970" 04 \l "_Tc24080" 真题溯源·考向感知
考点一 微型工业流程题
知识点1 微型工业流程选择题的核心特点
作为微型工业流程题的主流形式,选择题的核心特征可概括为 “绑流程、显陷阱、考基础”,具体差异如下:
知识点2 高频考查方式
微型工业流程选择题的考查围绕 “流程环节与知识点的匹配度判断” 展开,可分为 5 类高频形式,覆盖 90% 以上考题:
1. 操作合理性判断(占比 30%)
(1)核心考查:“分离提纯操作” 与 “溶质 / 杂质性质” 的匹配,常见操作包括蒸发结晶、冷却结晶、过滤、洗气等;
(2)真题示例(2023 全国卷 Ⅱ):
①流程:“废金属渣(Fe、Cu、SiO2)→稀盐酸浸取→过滤→滤液(含 Fe2+、Cu2+)→加 H2O2→调 pH→过滤→Cu2+溶液”,
②选项:“从最终 Cu2+溶液获 CuCl2晶体,采用蒸发结晶(正确,因 CuCl2溶解度受温度影响较小)”;
③易错点:混淆 “蒸发结晶” 与 “冷却结晶”(如 KNO3用蒸发结晶为错误选项)。
2. 反应方程式正误判断(占比 25%)
(1)核心考查:“流程中反应” 的原子守恒、条件标注、产物合理性,多为简单氧化还原 / 复分解反应;
(2)示例:
①流程:“MnO2矿→浓盐酸加热→Cl2→饱和食盐水除杂”,
②选项:“MnO2与浓盐酸反应:MnO2+4HCl (浓)eq \(=====,\s\up9(△))MnCl2+Cl2↑+2H2O(正确)”;
③易错点:漏写 “浓”“△” 等条件(如写 “MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2↑+2H2O” 为错误选项)。
3. 物质成分判断(占比 20%)
(1)核心考查:“流程中滤渣、滤液、气体” 的成分,基于原料杂质与试剂的反应规律判断;
(2)示例:
①流程:“铝土矿(Al2O3、Fe2O3、SiO2)→NaOH 浸取→过滤”,
②选项:“过滤后滤渣含 Fe2O3和 SiO2(错误,因 SiO2与 NaOH 反应生成 Na2SiO3进入滤液,滤渣仅含 Fe2O3)”;
③易错点:忽略 “SiO2与 NaOH 反应”“Al2O3的两性” 等基础性质。
4. 试剂选择判断(占比 15%)
(1)核心考查:“除杂、转化环节” 的试剂是否符合 “不引入新杂质、不反应目标物质” 原则;
(2)示例:
①流程:“CuSO4溶液(含 Fe3+)→调 pH 除杂→CuSO4溶液”,
②选项:“调 pH 选用 CuO(正确,不引入新杂质)”“调 pH 选用 NaOH(错误,引入 Na + 且使 Cu2+沉淀)”;
③易错点:选用 “会引入新杂质的试剂”(如除 Fe3+用 HCl、NaOH)。
5. 现象与结论匹配(占比 10%)
(1)核心考查:“试剂添加后的现象” 与 “原料 / 产物成分” 的逻辑对应;
(2)示例:
①流程:“某矿石→稀盐酸浸取→产生气泡”,
②选项:“气泡证明矿石含碳酸盐(正确,碳酸盐与盐酸反应生成 CO2)”“气泡证明矿石含硫化物(错误,硫化物与稀盐酸反应生成 H2S,但需结合气味等其他现象,且微型题默认碳酸盐为高频考点)”;
③易错点:“单一现象推导多种结论”(如气泡可能是 CO2、H2S,但微型题优先选最常见的碳酸盐)。
知识点3 核心知识要点归纳(聚焦选择题高频基础点)
微型工业流程选择题仅考查 “基础知识点的判断”,无需拓展复杂原理,核心聚焦 5 类高频要点:
1. 预处理操作:目的是 “让原料更易反应”
2. 核心反应:4个判断要点
(1)反应类型:以氧化还原反应为主(如 Fe2+→Fe³⁺、Cu2+→Cu),辅以非氧化还原反应(如复分解、水解)。
(2)反应条件控制:
①温度:加热(加快反应)、低温(防挥发 / 防分解,如H2O2、NH4HCO3);
②浓度:浓溶液(加快反应)、稀溶液(防过量反应,如稀 HNO₃防氧化过度);
③催化剂:降低活化能(如合成氨中的 Fe);
④压强:高压(促进气体反应,如合成氨)。
(3)产物合理性:稀 HNO3作氧化剂时,产物为 “Fe3+(而非 Fe2+)”“NO(而非 NO2)”;
(4)原子守恒:简单反应需满足 “左右原子种类、数目相等”(如 “Zn+HCl=ZnCl2+H2↑” 漏写 HCl 前的 “2” 为错误)。
3. 分离提纯操作:核心是 “除杂不引入新杂质”,4 个判断要点(选择题核心)
4. 试剂选择:2 个核心原则(选择题必考点)
(1)不引入新杂质:除杂试剂的 “阴离子 / 阳离子” 需与目标物质一致(如除 CuSO4中 Fe3+,选 CuO/Cu (OH)2/CuCO3,不选 NaOH/H2SO4);
(2)不反应目标物质:试剂仅与杂质反应(如除 Fe3+用Cl2,仅氧化 Fe2+为 Fe3+,不与 Cu2+反应)。
5. 现象与物质:3 组对应关系(选择题高频)
知识点4 高效分析方法(适配 “流程短 + 选项逐一判断” 特点)
微型工业流程选择题的分析核心是 “快速抓流程关键 + 逐选项对应知识点”,3 分钟内可完成,具体步骤如下:
步骤 1:1 分钟扫流程,抓 “3 个关键信息”
(1)圈原料(含杂质):如 “废铜屑(含少量 CuO)”“铝土矿(Al2O3、Fe1O3、SiO2)”,明确杂质种类;
(2)圈核心试剂:如 “稀 H2SO4”“NaOH”“Cl2”,预判反应类型(酸浸 / 碱浸、氧化还原);
(3)圈流程主线:如 “原料→浸取→过滤→产品”,明确每个环节的操作(无需关注细节,如 “加热”“搅拌” 等次要条件)。
步骤 2:2 分钟逐选项判断,用 “知识点匹配法”
(1)对每个选项,先定位其对应流程环节(如 “蒸发结晶” 对应 “产品获取环节”);
(2)再调用对应知识点判断正误(如 “产品为 CuSO4・5H2O”,对应 “冷却结晶” 知识点,若选项提 “蒸发结晶” 则错误);
(3)若选项涉及反应 / 试剂,直接核对 “反应条件、产物合理性、试剂原则”(如 “加 NaOH 调 pH 除 Fe3+”,核对 “是否引入新杂质” 知识点,判断为错误)。
知识点5 解题策略(针对选择题 “选项判断 + 陷阱规避” 核心)
1. 优先用 “排除法”,快速筛除显性错误选项
微型工业流程选择题的错误选项多为 “基础知识点错误”,可按以下顺序排除:
第一步:排除 “操作与溶质不匹配” 选项(如 KNO3用蒸发结晶、NaCl 用冷却结晶);
第二步:排除 “试剂引入新杂质” 选项(如除 Fe3+用 NaOH、除 Cu2+用 HCl);
第三步:排除 “反应条件 / 产物错误” 选项(如 Cu 与浓 H2SO4反应漏 “△”、稀 HNO3生成 Fe2+);
示例:若选项中同时出现 “KNO3用蒸发结晶” 和 “除 Fe3+用 CuO”,先排除前者(操作错误更显性)。
2. 牢记 “3 个高频陷阱”,避免惯性错误
陷阱 1:“混淆金属与酸的反应”—— 如 “Cu 与稀盐酸反应”“Fe 与浓 H2SO4常温反应”(错误,Cu 与稀盐酸不反应,Fe 与浓 H₂SO₄常温钝化);
陷阱 2:“忽略 SiO2与 NaOH 的反应”—— 如 “铝土矿 NaOH 浸取后滤渣含 SiO2”(错误,SiO₂与 NaOH 反应生成 Na2SiO3进入滤液);
陷阱 3:“单一现象过度推导”—— 如 “浸取产生气泡→一定含碳酸盐”(需注意,若原料含活泼金属也会产生 H2,但微型题优先选碳酸盐,除非选项明确提活泼金属)。
3. 验证正确选项:“双匹配原则”
排除错误选项后,对剩余选项需验证 “两个匹配”:
(1)选项与流程环节匹配:如 “调 pH 除杂” 选项需对应流程中 “除 Fe3+/Al3+” 环节,而非 “预处理环节”;
(2)选项与知识点匹配:如 “加 H2O2氧化 Fe2+” 需匹配 “Fe2+易被氧化,便于调 pH 除杂” 的知识点,无矛盾则为正确。
4. 特殊情况处理:“微型题默认规律”
若遇到 “模糊选项”(如 “气泡可能是 CO2或 H2”),按以下默认规律判断:
(1)酸浸产生气泡:默认 “碳酸盐→CO2”(高频考点),而非 “活泼金属→H2”“硫化物→H2S”;
(2)调 pH 除杂:默认 “除 Fe3+”(最高频),调节剂默认 “CuO/ZnO”(与目标金属匹配);
(3)反应类型:默认 “非氧化还原反应(复分解、酸碱中和)” 优先,复杂氧化还原(如多步电子转移)极少出现在微型选择题中。
\l "_Tc17630" 考向1 考查物质制备类微型工业流程题的分析判断
例1 (2025·四川巴中·二模)工业上可利用含锌废料(主要成分是ZnO,还含有CuO、FeO等)制备,其工艺流程的一种如图所示,下列说法正确的是
A.为了加快反应速率,“浸取”操作时可进行加热
B.“氧化除铁”的反应为
C.若还原剂选择单质锌,“还原”操作后的滤渣只有单质铜
D.加入浓盐酸的目的是抑制ZnCl2水解
【答案】D
【分析】由题给流程可知:向含锌废料中加入盐酸酸浸,将金属氧化物转化为可溶的金属氯化物,然后向浸取液中加入漂白液,漂白液的有效成分次氯酸钠能够将溶液中的亚铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤得到氢氧化铁和滤液。向滤液中加入还原剂,能够将溶液中的铜离子转化为铜单质,过滤得到铜和氯化锌溶液﹔溶液在浓盐酸中经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水氯化锌。
【解析】A.升高温度可以加快反应速率,但浓盐酸加热易挥发,导致盐酸浓度降低,故在浸取时不能采用加热的方法来加快反应速率,A错误;B.用盐酸浸取后溶液为酸性(含盐酸),其中不可能存在大量OH⁻,若加入过量漂白液,反应的离子方程式应为:5ClO-+2Fe2++5H2O=Cl-+2Fe(OH)3↓+4HClO,B错误;C.若加入的还原剂为Zn,过量的Zn与Cu2+反应生成Cu后还有剩余,则过滤操作后所得滤渣会含有Cu和Zn,C错误;D.ZnCl2为强酸弱碱盐,Zn2+水解使溶液显酸性,加入浓盐酸可增大溶液中H⁺浓度,抑制Zn2+水解,D正确;故合理选项是D。
【变式训练1·变载体】(2025·湖南长沙·二模)某汽车安全气囊的产气药剂主要含有叠氮化钠,该物质是一种无色晶体,易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。某硝酸工厂处理尾气并制备叠氮化钠的工艺流程如图所示。下列说法正确的是
A.合成时,每生成,转移1ml电子
B.试剂①与试剂②分别为乙醚、乙醇
C.合成的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为
D.已知的中心原子N采取sp杂化,且存在两个大键,则每个大键可用表示
【答案】D
【分析】一氧化氮、二氧化氮和氢氧化钠溶液反应生成亚硝酸钠,再和肼反应生成叠氮化钠,加入乙醇促使其结晶析出,过滤分离出晶体,最后再用乙醚洗涤得到叠氮化钠,据此解答。
【解析】A.合成的反应为,该反应方程式中1mlNO反应失1e⁻,1ml反应得1e⁻,生成2ml 转移1ml电子,则生成1ml转移0.5ml电子,A错误;B.易溶于水、微溶于乙醇、不溶于乙醚。结晶后洗涤需减少溶解损失,先用乙醇洗去水溶性杂质,再用乙醚洗去乙醇,故试剂①为乙醇、②为乙醚,B错误;C.合成的反应为.,作氧化剂→,作还原剂→,氧化剂与还原剂物质的量之比为1:1,C错误;D.与等电子体,直线形,中心N sp杂化,存在两个垂直的大π键,每个大π键由3个N原子参与,含4个电子,用表示,D正确。故选D。
【变式训练2·变考法】(2025·湖南长沙·二模)一种以废旧电池正极材料(主要成分为,其中为价,还含少量铝箔、炭黑和有机黏合剂)为原料制备的流程如下:
下列说法错误的是
A.“灼烧”后的固体产物中,和均为价
B.在“酸浸”过程中所滴加的的作用为氧化剂
C.“沉锰”过程中,溶液先变为紫红色,原因为
D.“合成”过程中,发生反应会有和放出
【答案】B
【分析】废旧电池正极材料主要成分为,其中为+3价,还含少量铝箔、炭黑和有机黏合剂,灼烧除去炭黑、有机物;灼烧后的固体加氢氧化钠溶液“碱浸”除去铝;滤渣加双氧水、硫酸“酸浸”,双氧水把+3价还原为+2价,加氨水和草酸铵生成草酸钴晶体“沉钴”,加把氧化为二氧化锰沉淀除去锰元素;滤液中加碳酸钠、氢氧化钠生成沉淀除镍,滤液中加碳酸钠生成碳酸锂沉淀,碳酸锂和二氧化锰合成。
【解析】A.灼烧时有机黏合剂和炭黑被氧化除去,铝箔被氧化为(为+3价),原中为+3价,灼烧后仍为+3价,A正确;B.碱浸后滤渣含等高价金属离子,具有强氧化性,酸浸时会氧化生成,自身被还原为,作还原剂而非氧化剂,B错误;C.沉锰时加入(含,强氧化剂),将氧化为紫红色,离子方程式,C正确;D.合成时,发生反应,D正确;故答案选B。
【变式训练3·】【文化遗产保护与学科知识结合】(2025·河北邢台·二模)2025年中国钛博会获得全球广泛关注。金属钛的冶炼趋向于用钛铁矿(主要成分为和)制成富钛料,经过一系列步骤获得海绵钛,其工艺流程如下:
已知:①与浓硫酸发生反应,而不与稀硫酸发生反应;②氯化时生成等物质的量的CO和。
下列说法错误的是
A.电解副产品的水溶液可实现镁的循环利用
B.氯化反应的方程式为:
C.可用KSCN溶液检验“还原②”是否进行完全
D.“酸浸”时为提高浸出率,可将钛铁矿粉碎
【答案】A
【分析】钛铁矿经稀硫酸酸浸,其中FeTiO3转化为TiO2和FeSO4,Fe2O3转化为Fe2(SO4)3,则富钛料的主要成分为TiO2;TiO2和碳粉、氯气发生氯化,根据题给信息可知,反应的化学方程式为;生成的与Mg在氦气保护下发生还原反应,生成海绵钛和氯化镁(副产品);酸浸生成的Fe2(SO4)3被铁粉还原为FeSO4,过滤除去过量的铁粉后,经蒸发浓缩、冷却结晶得到FeSO4·8H2O。
【解析】A.还原①中TiCl4与Mg反应生成Ti和MgCl2(副产品),电解MgCl2水溶液时,阴极H+放电生成H2,无法得到Mg单质,应通过电解熔融的氯化镁实现镁的循环利用,A错误;B.氯化反应中,TiO2、C、Cl2反应生成TiCl4、CO和CO2,且CO与CO2的物质的量相等,根据转移电子守恒得到方程式:,B正确;C.还原②中加入铁粉将Fe3+还原为Fe2+,若还原不完全,溶液中存在Fe3+,KSCN溶液遇Fe3+变红色,可检验还原是否完全,C正确;D.粉碎钛铁矿能增大反应物接触面积,加快反应速率,提高酸浸时的浸出率,D正确。故答案选A。
思维建模 微型工艺流程题目在流程中一般分为3个过程:原料处理→分离提纯→获得产品,其中化工生产过程中分离提纯、除杂等环节,与高中化学基本实验的原理紧密联系,包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干,或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理,并要熟悉所用到的相关仪器。
\l "_Tc17630" 考向2 考查物质提纯类微型工业流程题的分析判断
例2 (2025·湖北黄冈·模拟预测)回收某光盘金属层中少量Ag的方案如下(其他金属含量过低,可忽略)。
下列说法不正确的是
A.操作a和操作b均为过滤
B.①中NaClO作氧化剂
C.②中加入氨水的作用溶解AgCl
D.③中若X是甲醛溶液,生成Ag的反应为HCHO + 2[Ag(NH3)2]OH HCOONH4 + 2Ag↓+ 3NH3 + H2O
【答案】D
【分析】光盘碎片在碱性条件下加入次氯酸钠将银氧化为氯化银沉淀等,过滤分离出氯化银固体,加入氨水将氯化银转化为银氨溶液,过滤分离出滤液,滤液加入还原剂还原得到银单质,据此分析解题。
【解析】A.由分析可知,操作a和操作b均为过滤,A正确;B.由分析可知,光盘碎片在碱性条件下加入次氯酸钠将银氧化为氯化银沉淀等反应方程式为:2Ag+NaClO+NaCl+H2O=2AgCl+2NaOH,即①中NaClO作氧化剂,B正确;C.由分析可知,过滤分离出氯化银固体,加入氨水将氯化银转化为银氨溶液,即②中加入氨水的作用溶解AgCl,C正确;D.已知HCOONH4中含有醛基,也能发生银镜反应,故③中若X是甲醛溶液,生成Ag的反应为HCHO + 4[Ag(NH3)2]OH (NH4)2CO3 + 4Ag↓+ 6NH3 +2H2O,D错误;故答案为:D。
【变式训练1·变载体】(2025·四川巴中·三模)铜阳极泥含有Cu、Ag、Au等元素,回收铜阳极泥中金属的化工流程如下:
已知:①;②“浸取2”步骤中,单质金转化为;③“浸取3”步骤中,“浸渣2”中的转化为。
下列说法正确的是
A.“浸出液1”中含有的金属离子主要是,说明在“浸取1”步骤中增强了的氧化性,促进和发生反应
B.“浸取2”步骤中,不能加入过量的使充分转化为
C.“还原”步骤中,被氧化的与产物的物质的量之比为
D.“真金不怕火炼”说明金的密度高
【答案】B
【分析】铜阳极泥含Cu、Ag、Au等元素,加入硫酸和浸取,铜溶解,生成硫酸铜,过滤得到的浸出液1含有硫酸铜和硫酸,滤渣含有、等,再向滤渣中加入盐酸和得到和,向中加入得到,再将电沉积得到,向中加入发生氧化还原反应生成和。
【解析】A.“浸取1”步骤中发生的反应为,金属离子主要是,作氧化剂的是而不是,A错误;B.过量会使反应正向进行,导致溶解,所以应加入适量的,B正确;C.“还原”步骤中,被还原为Au,Au的化合价由+3价变为0价,一个得到3个电子,被氧化为,N的化合价由-2价变为0价,一个失去4个电子,根据得失电子守恒,被氧化的与产物的物质的量之比为,C错误;D.“真金不怕火炼”说明金的化学性质不活泼,即使在高温时也不与氧气反应,D错误;故答案为:B。
【变式训练2·变考法】(2025·北京朝阳·二模)用化学沉淀法去除粗盐水中的、和,流程如下:
下列有关实验操作的说法不正确的是
A.步骤i中检验过量:静置后向烧杯中滴加2~3滴稀硫酸,出现沉淀说明过量
B.步骤静置有利于沉淀充分沉降至烧杯底部,便于检验是否过量
C.步骤iv加盐酸并搅拌,至无气泡冒出,并用pH试纸检验,使滤液呈中性或微酸性
D.操作a是将溶液转移至蒸发皿中,加热并搅拌,当出现较多固体时,停止加热
【答案】A
【分析】由图可知,向粗盐水中加入氯化钡溶液,将溶液中的硫酸根离子转化为硫酸钡沉淀,静置后先加入氢氧化钠溶液,将溶液中的镁离子转化为氢氧化镁沉淀,再加入饱和碳酸钠溶液,将溶液中的钙离子和过量的钡离子转化为碳酸钙、碳酸钡沉淀,过滤得到滤渣和滤液;向滤液中加入稀盐酸,将溶液中的氢氧根离子和碳酸根离子除去后,再加热蒸发得到精盐。
【解析】A.向硫酸钡饱和溶液中加入稀硫酸,溶液中硫酸根离子浓度增大,会使溶解平衡左移而析出硫酸钡沉淀,所以静置后向烧杯中滴加2~3滴稀硫酸,出现沉淀不能说明氯化钡溶液过量,且加氯化钡的目的是去除硫酸根杂质离子,滴加硫酸会引入硫酸根,故A错误;B.步骤静置有利于沉淀充分沉降至烧杯底部,再向上层清液中继续滴加氯化钡,通过观察是否产生沉淀可检验钡离子是否过量,故B正确;C.步骤iv加盐酸并搅拌,至无气泡冒出,并用pH试纸检验,使滤液呈中性或微酸性说明过量的氢氧根离子和碳酸根离子完全除去,故C正确;D.操作a是将溶液转移至蒸发皿中,加热并搅拌,当出现较多固体时,停止加热,利用余热蒸干得到氯化钠,故D正确;故选A。
【变式训练3·】【工业生产与学科知识结合】(2025·辽宁·二模)碲、锑广泛应用于光伏、半导体领域。从分铜液净化渣[主要含铜、碲(Te)、锑(Sb)、砷(As)等元素的化合物]回收碲、锑的工艺流程如图:
已知:①“碱浸”时,铜、锑转化为难溶物,碱浸液b含有。
②“酸浸”时,含锑化合物生成难溶的。
③常温下,的各级电离常数为。
下列说法正确的是
A.滤液c中As元素主要存在形式为
B.“氯盐酸浸”时,HCl的作用是将还原为:
C.“水解”时,生成SbOCl的化学方程式为
D.可用作电子元件材料,其熔点低于
【答案】C
【分析】根据已知①“碱浸”时NaOH与净化渣反应,使Te、As的化合物溶解,生成可溶的和,Cu、Sb因生成难溶物而留在浸渣中;根据已知②滤渣“酸浸”时锑的化合物生成:沉淀,此时Sb为价,加入HCl和的“氯盐酸浸”步骤中,作为还原剂,将价Sb还原为,生成可溶的,加水后在水中发生水解,生成SbOCl沉淀同时释放HCl;碱浸液b中含和,其中在酸性条件下转化为,随后分解为。
【解析】A.的电离常数,已知滤液c的,则,代入得,则滤液c中,As元素主要存在形式不是,A错误;B .“氯盐酸浸”中,HCl的作用是提供酸性环境和,而还原剂应为,B错误;C.水解反应为,该方程式原子守恒,产物符合实际(SbOCl为沉淀),C正确;D.可用作电子元件,熔点较高,而常温下为气体,熔点低,D错误;故选C。
思维建模 流程的最终目的就是收益最大化,工艺流程题设中的问题顺序通常与流程图的流程顺序是一致的,且一个问题对应流程图的一个或依次相连的若干个环节,做题时只需找到所需回答的问题与流程图中相关信息的一一对应关系,“顺藤摸瓜”就可以有效解决相关问题,对流程进行在效评价。微型工艺流程中的过程评价思路:
1.化学反应原理——化学原理在实际工业上是否可行;
2.成本要低——原料的选取使用、设备的损耗等;
3.原料的利用率要高——利用好副产品、循环使用原料、能量尽可能利用;
4.生产过程要快——化学反应速率;
5.产率要高——化学平衡;
6.产品要纯——产品的分离、提纯;
7.环保问题——反应物尽可能无毒无害无副作用,“三废”处理。
考点二 工业流程综合题
工艺流程题一般分为原料处理、分离提纯、获得产品三个阶段。通过对给定的原料进行预处理、分离提纯,再经过若干步反应,最后制得目标物质。
知识点1 工业流程题中的常考知识点
1.原料处理阶段的常见考查点
①研磨——减小固体的颗粒度,增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率。
②水浸——与水接触反应或溶解。
③酸浸——与酸接触反应或溶解,使可溶性金属进入溶液,不溶物通过过滤除去。
④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。
⑤煅烧——改变结构,使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅烧高岭土。
2.分离提纯阶段的常见考查点
(1)调pH除杂
①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。如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH。
②调节pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。例如:若要除去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或产物,则要注意对温度的控制。如侯氏制碱法中的NaHCO3;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
(3)降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解);使化学平衡向着题目要求的方向移动。
3.获得产品阶段的常见考查点
(1)洗涤(冰水、热水):如乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。
(2)蒸发时的气体氛围抑制水解:如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。
(3)蒸发浓缩、冷却结晶:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
(4)蒸发结晶、趁热过滤:如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
知识点2 工艺流程中的常见专业术语
知识点3 工艺流程题中常见问题的答题方向
知识点4 核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向:箭头指入→反应物,箭头指出→生成物。
1.氧化还原反应:熟练应用氧化还原反应规律,判断生成物并配平。陌生情景的氧化还原反应方程式书写
①根据流程图的目的,分析元素化合价的变化。
②根据流程图的转化信息和反应规律预测产物。
③根据得失电子、溶液的酸碱性,配平化学(或离子)方程式。
2.非氧化还原反应:结合物质性质和反应实际情况判断生成物。
知识点5 原料预处理的六种常用方法
知识点6 控制反应条件的七种常用方法
1.调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:
①能与H+反应,使溶液pH变大。
②不引入新杂质,如要除去Cu2+中混有的Fe3+时,可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
2.控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
3.控制压强。改变速率,影响平衡。
4.使用合适的催化剂。加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间。
5.趁热过滤。防止某物质降温时析出。
6.冰水(或有机溶剂)洗涤。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。
7.氧化:氧化剂的选择要依据试题设置的情境,常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等,为了避免引入新的杂质,通常选择的氧化剂有过氧化氢和氧气。
知识点7 副产品及循环物质的确定
1.副产品的确定
(1)副产品是生成物,不是反应物
(2)从流程图上看:是支线产品
(3)根据制备的目的判断不是主产品
(4)常是对人类生产生活有用的、无毒的、不污染环境的产品
2.循环物质的确定
(1)后面反应步骤的生成物
(2)前面反应步骤的反应物
(3)在流程图上看:箭头回头
(4)容易分离的物质
(5)标注每一步物质
(6)在流程中加入的物质,在后续步骤中会产生可以循环利用的物质(滤渣、滤液)
(7)可逆反应中有可以循环利用的物质
知识点8 工业流程题的分析方法
1.主线分析法:对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题,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除杂、分离、提纯产品的化工工艺,然后再结合题设的问题,逐一推敲解答。
如按照主线分析法分析如下:
2.分段分析法: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)的工业流程题,用分段分析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,先合成一种或几种中间产品,再用这一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。就是将提供的工业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。
4、四线分析法
知识点9 工业流程题中常见的答题模板
1.除杂:除去……中的……
2.干燥:除去……气体中的水蒸气,防止……
3.增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)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。
4.加热的目的:加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。
5.温度不高于××℃的原因: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)或促进水解(如AlCl3)等,影响产品的生成。
6.从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法:蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
7.从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法: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。
8.控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀,调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等,以避免引入新的杂质;沉淀时pH范围的确定:范围过小导致某离子沉淀不完全,范围过大导致主要离子开始沉淀。
9.减压蒸馏(减压蒸发)的原因:减小压强,使液体沸点降低,防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。
10.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,向上层清液中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则离子沉淀完全。
11.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。
12.检验沉淀是否洗涤干净的方法:取少量最后一次的洗涤液于试管中,向其中滴入某试剂,若未出现特征反应现象,则沉淀洗涤干净。
13.洗涤沉淀的目的:除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
14.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。
15.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。
16.蒸发、反应时的气体氛围:抑制某离子的水解,如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
17.事先煮沸溶液的原因:除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气),防止某物质被氧化。
\l "_Tc17630" 考向1 考查物质制备类工业流程综合题的分析判断
例1 (2025·安徽·二模)五氧化二钒常作为化学工业中的催化剂,广泛用于冶金化工等行业,工业上以石煤(含有V2O3、V2O5、Al2O3等)来制备V2O5的一种工艺流程如下:
已知:①(偏钒酸铵)是白色粉末,微溶于冷水,可溶于热水。
②沉淀生成和溶解的pH如下表所示:
回答下列问题:
(1)Ⅴ位于元素周期表第 周期第 族。元素的第一电离能:N O(填“>”或“<”)。
(2)“钠化焙烧”过程中V2O5转化为可溶性NaVO3,同时有黄绿色气体生成的化学方程式为 。
(3)粗V2O5中含有,可通过加入NaOH溶液碱溶除去,需调节pH的范围为 。
(4)已知:室温下,,,向偏钒酸铵的悬浊液中加入CaCl2溶液,当溶液中时,溶液中 ml/L。
(5)产品纯度测定:将产品溶于足量稀硫酸配成100 mL溶液。取20.00 mL该溶液于锥形瓶中,用a ml/L标准溶液进行滴定,经过三次平行实验,达到滴定终点时平均消耗标准溶液的体积为20.00 mL。已知:。该产品中V2O5的质量分数是 %。
(6)碳化钒晶体主要用于制造钒钢等,其立方晶胞结构如图所示。
①碳化钒晶胞中与碳原子距离最近且相等的碳原子数目为 。
②若碳化钒晶体的密度为ρ g/cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞参数为 nm(列出计算式)。
【答案】(1)四(或4) ⅤB >
(2)
(3)(或8.1~8.7)
(4)0.8
(5)
(6)12
【分析】石煤含有V2O3、V2O5、Al2O3等,石煤通入空气和NaCl一起钠化焙烧生成偏钒酸钠、偏铝酸钠,水浸、用稀硫酸调pH生成V2O5沉淀,V2O5和氢氧化钠溶液反应生成NaVO3溶液,加氯化铵溶液生成NH4VO3沉淀,灼烧NH4VO3得到精制V2O5。
【解析】(1)V是23号元素,其在元素周期表中的位置第四周期第ⅤB族;
一般情况下同一周期元素,原子序数越大,元素的第一电离能就越大。但当元素处于第ⅡA、第ⅤA时,原子核外电子处于轨道的全满、半满的稳定状态,其第一电离能大于同一周期相邻元素,N、O是同一周期元素,N是第二周期第ⅤA元素,O是第二周期第ⅥA元素,所以第一电离能:N>O;
(2)“钠化焙烧”过程中V2O5转化为可溶性NaVO3,同时有黄绿色气体生成,说明氯化钠被氧气氧化为Cl2,根据原子守恒、电子守恒,可得该反应的化学方程式为;
(3)粗V2O5中含有Al(OH)3,可根据Al(OH)3是两性氢氧化物,通过NaOH溶液碱溶除去,根据V2O5、Al(OH)3沉淀完全溶解与开始溶解的pH大小,为使V2O5完全溶解,而Al(OH)3不溶解,根据表格中两种物质开始溶解与完全溶解的pH关系,可知需调节pH的范围为8.1≤pH
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