2020版高考一轮复习化学江苏专版学案：专题十第一题化学工艺流程题型研究

专题十 高考热点题型研究
第一题
化学工艺流程题型研究
[试题特点]
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无机化工流程题是以现代工业生产为基础，一般简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)，然后用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来，根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题，考查物质制备过程中原料的预处理、化学反应原理、反应条件的控制、物质的分离与提纯的方法、环境保护等基本实验原理在化工生产中的实际应用。

[做真题—明考查特点]
1．(2018·江苏高考)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图所示：

(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为________________________________________________________________________。
[考查离子方程式的书写]
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。

已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
硫去除率＝×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。[考查原料的处理与反应条件的控制]
②700 ℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________。[考查原料的处理与反应条件的控制]
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。
[考查化工原理]
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。
[考查陌生氧化还原反应的书写及计算]
解析：(1)NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2＋OH－===HSO。(2)①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。②700 ℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。(3)用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3＋FeS211Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝1∶16。
答案：(1)SO2＋OH－===HSO
(2)①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中
(3)NaAlO2　Al(OH)3　(4)1∶16
2．(2017·江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图所示：

注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________________________________________________________。
[考查离子方程式的书写]
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________(填“增大”“不变”或“减小”)。[考查化工原理]
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。
[考查化工原理]
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为________________________________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。
[考查电极反应式的书写、产物的判断]

(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是________________________________________________。
[考查化工原理]
解析：(1)Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。(3)电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。(4)阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。
答案：(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(2)减小　(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
3．(2016·江苏高考)以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如图所示：

(1)氯化过程控制电石渣过量、在75 ℃左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。
①生成Ca(ClO)2的化学方程式为____________________________________________。
[考查化学方程式的书写]
②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有________(填序号)。
A．适当减缓通入Cl2速率　B．充分搅拌浆料
C．加水使Ca(OH)2完全溶解
[考查反应过程中反应条件的控制]
(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2＋6Cl2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O，氯化完成后过滤。
①滤渣的主要成分为________(填化学式)。
②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]________1∶5(填“＞”“＜”或“＝”)。[考查化工原理]
(3)向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3。若溶液中KClO3的含量为100 g·L－1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是________________________________________________________________________。
[考查产物的提纯方法]

解析：(1)①Cl2与Ca(OH)2反应的化学方程式为2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。②适当减缓通入Cl2的速率、充分搅拌浆料均有利于Cl2的吸收，能够提高Cl2的转化率。Ca(OH)2是否完全溶解不会影响Cl2的吸收，故A、B两项正确。(2)①由于电石渣中的CaCO3不参加反应，所以滤渣的主要成分是CaCO3以及未反应的Ca(OH)2。②由于氯化过程中除发生主要反应6Ca(OH)2＋6Cl2===Ca(ClO3)2＋5CaCl2＋6H2O外，还存在副反应Ca(ClO)2===CaCl2＋O2↑，所以滤液中n[Ca(ClO3)2]∶n[CaCl2]＜1∶5。(3)由溶解度曲线可知，KClO3的溶解度受温度的影响较大，将溶液蒸发浓缩，得到较高温度下的浓溶液，然后再降温，大部分KClO3将会结晶析出。
答案：(1)①2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O　②AB　(2)①CaCO3、Ca(OH)2　②＜
(3)蒸发浓缩、冷却结晶
[研热点—找解题策略]

年份
试题
知识点
分值
2018
第16题
①新情境下离子方程式的书写；②原料的处理与反应条件的控制；③元素的存在形式；④陌生氧化还原反应的书写及相关计算
12分
2017
第16题
①离子方程式的书写；②pH的变化；③化学反应条件控制的原理；④电极反应式的书写、产物的判断
12分
2016
第16题
①新情境下化学方程式的书写；②提高反应物转化率的措施；③有关物质的量的计算；④产物的提纯方法
12分


1．原料预处理方式

2．反应条件的控制
反应条件
实验目的
加过量试剂
反应完全进行或增大转化率、产率等
控制溶液的pH
①抑制某离子水解(或促进某离子水解)；
②使某些金属离子形成氢氧化物沉淀
温度控制某范围(水浴或油浴)
①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温(减压)可以减少能源成本，降低设备要求
控制压强
改变速率，使平衡向需要的方向移动
使用催化剂
加快反应速率，缩短达到平衡的时间
趁热过滤
防止某物质降温时会大量析出
冰水洗涤
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
用特殊溶剂清洗
降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等

3．提纯方法
方法
目的
水溶法
除去可溶性杂质
酸溶法
除去碱性杂质
碱溶法
除去酸性杂质
氧化剂或还原剂法
除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法
除去受热易分解或易挥发的杂质
调节pH法
如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等
4.分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。
(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。

1．解读流程图
(1)箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
2．解题顺序
审题
①阅读题目的背景材料；②提供的原料；③物料或操作流程；④提供的条件、图表或介质；⑤化工流程图的类型；⑥重要操作与重要名词
析题
①弄清目的、原理、想考什么；②弄清各步骤的目的；③如何运用条件；④找出问题突破口与隐含条件；⑤解题思路与方法
答题
①从目的和反应原理切入；②从原料和产品切入；③从生产要求和条件切入；④从产品分离提纯切入；⑤从绿色化学思想切入；⑥注意问题表达(因果、对比、逆向)；⑦注意每问的分值和提供的答题区域大小

1．文字叙述类的题目要规范解答
(1)为什么沉淀剂必须过量？将溶液中所含的某种离子完全沉淀。
(2)如何洗涤沉淀？将被洗涤的沉淀置于漏斗中的滤纸上，慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。
(3)如何证明沉淀剂已过量或沉淀已完全？把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀完全。如向含SO的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。
(4)为什么要洗涤沉淀？ 除去沉淀表面的可溶性杂质。
(5)如何证明沉淀已洗涤干净？主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离子。取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。如若吸附的是SO，则取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全。
(6)如何从溶液中得到晶体？蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥。
(7)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去××杂质”，只写“除杂”等一类万能式的回答是不正确的。
(8)滴定终点的判断：当滴下最后一滴××溶液，溶液由××色变为××色，且30 s内不褪色。
(9)pH试纸的使用：将pH试纸放在表面皿(或玻璃片)上，用玻璃棒蘸取溶液点在pH试纸中央，30 s后与标准比色卡对照。
(10)结晶一般包括蒸发结晶和冷却结晶，当溶液中有两种或两种以上溶质时，要得到溶解度受温度影响小的溶质采用蒸发结晶，趁热过滤；要得到溶解度受温度影响大的溶质采用蒸发浓缩，冷却结晶，过滤。
2．认真审题，不要因审题不细致而失分
例如：(1)填“化学方程式”还是“离子方程式”。
(2)填“名称”“符号”“代号”还是“序号”等。
(3)填“大于”“>”“增大”还是“变大”等。
(4)填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。
(5)书写化学方程式时要注意配平，注明反应条件以及“―→”“===”“”“↑”“↓”等。
[练新题—提答题能力]
1．碱式碳酸镁[4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O]是重要的无机化工产品。一种由白云石[主要成分为CaMg(CO3)2，还含少量SiO2、Fe2O3等]为原料制备碱式碳酸镁(国家标准中CaO 的质量分数≤0.43% )的实验流程如图所示：

(1)“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为________________________________。
(2)常温常压下“碳化”可使镁元素转化为Mg(HCO3)2，“碳化”时终点pH对最终产品中CaO含量及碱式碳酸镁产率的影响如图1和图2所示。

①应控制“碳化”终点pH 约为__________，发生的主要反应的化学方程式为_________________和_________________。
②图2 中，当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是_________ (写化学式)。
(3)“热解”生成碱式碳酸镁的化学方程式为________________________________。
(4)该工艺为达到清洁生产，可以循环利用的物质是______(写化学式)。
解析：(1) CaMg(CO3)2的煅烧分解类似于CaCO3、MgCO3 的高温分解，故“煅烧”时发生主要反应的化学方程式为CaMg(CO3)2CaO＋MgO＋2CO2↑。(2) ①由图像可知，应控制“碳化”终点pH 约为9.0，这时碱式碳酸镁产率较高，而CaO含量较低；煅烧产物CaO和MgO都可与水反应生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，结合产物的要求可知“碳化”时发生的主要反应有Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)2和Ca(OH)2＋CO2===CaCO3＋H2O。②当pH＝10.0时，镁元素的主要存在形式是Mg(OH)2。(4)由流程图可知，CO2是“煅烧”“热解”的产物，又是“碳化”的反应物，故可循环利用。
答案：(1)CaMg(CO3)2CaO＋MgO＋2CO2↑
(2)①9.0　Mg(OH)2＋2CO2===Mg(HCO3)2
Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O　②Mg(OH)2
(3)5Mg(HCO3)24MgCO3·Mg(OH)2·4H2O↓＋6CO2↑　(4)CO2
2．(2019·镇江模拟)处理废钒催化剂既避免污染环境又可得到硫酸工业的催化剂V2O5。废钒催化剂的主要成分如表：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2