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1、特别策划三 化工流程图题解题策略一、化工流程图的地位化工流程图题是近几年的高考热点，以化工生产为背景、中学化学知识为基础、化工流程为载体，联系化学实验基本操作、化学原理和化学计算等知识考查学生的综合分析运用能力。例如，2012 年广东理综第 32 题、2011 年广东理综第 32 题、2010年广东理综第 32 题。二、化工流程图试题的构成特点化工流程图试题就是将化工生产过程中的主要操作步骤或物质转换用框图形式表示出来，将其中相关的信息以文字、表格或图像呈现出来，然后根据流程中涉及的化学知识进行设问，从而形成与化工生产紧密联系的试题。其基本结构如下：1题头介绍该生产工艺的原材料、目的、原理。2
2、题干用框图形式将操作或物质转换或分离提纯等主要生产工艺流程表示出来。3题尾根据流程中涉及的化学知识设问，一般包含样品的溶解，物质的富集原理与方法，副产物的成分，主要产品的提纯、分离化学原理与操作方法，产品成分确定、目标产物的产率、原料转化率等。通常涉及氧化还原反应、离子反应、化学反应速率、化学平衡移动原理、溶液的酸碱性(或 pH)、溶度积、电化学原理应用等问题。1正确理解流程图前后的关系(1)分析每步反应生成的产物及副产物。(2)化工流程实质是化学反应流程，通过流程的前后联系，明确整个流程中每步操作的目的。(3)以元素化合物基础知识为核心构建流程网络联系图。2挖掘图表中有效信息和关键字词化工流
3、程图题将所要表达的信息以文字、框图、表格、图像等形式呈现出来，而解题需要对这些信息进行阅读、整理、分析、理解、组合和应用，找出有效信息，发现问题，打破惯性思维，将信息向深层次拓展，进行信息整合，为正确解答问题创造条件。3找出工业生产流程主线与核心通过工业生产流程的主线，对化工生产的流程和工艺手段、操作的名称和目的进行分析。其规律是“主线主产品，分支副产品，回头为循环”。4熟悉常见工艺手段、操作的名称和目的(1)原料的处理。溶解：通常用酸溶解，也有用水、碱或有机溶剂等进行溶解、富集。灼烧：如从海带中提取碘。煅烧：改变结构，使一些物质能溶于某些溶剂，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。其
4、他：研磨或剪碎、榨汁、富集、表面处理，如除去金属表面的油污等。(2)反应条件的控制。pH 的控制：控制溶液的酸碱性，使其中某些金属离子形控制蒸发或反应时的气体氛围：如 MgCl2 溶液制无水MgCl2。温度的控制：控制反应速率或促使平衡向某个方向移动；促进(或抑制)某物质结晶析出；防止某些物质在高温时分解，如有 H2O2 参与的反应。成氢氧化物沉淀，如 Fe3、Cu2的分步沉淀。趁热过滤：若目的是获得固体，则是为了防止其他物质析出导致产品不纯或防止温度降低固体溶解；若目的是获得液体，则是为了防止温度降低析出固体，造成损耗。洗涤：洗去晶体表面的杂质离子。若是冰水洗涤，可减少晶体在洗涤过程中的溶解
5、损耗；若是有机溶剂(乙醇、乙醚等)洗涤，除了减少溶解损耗外还便于干燥。5了解化工流程题的设问特点化工流程题问题设置的特点：(1)问题各自相对独立，无连带关系，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决；(2)题目中超纲的知识要么有信息提示，要么与解答题目无关；(3)每题中基本上都有与流程图无关的问题，可以直接根据已有的知识去完成。6形成基本答题模式和使用规范语言答题如有关分离操作涉及的问题：加热蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；萃取、分液、蒸馏(分馏)。解答与平衡移动有关的问题需遵循阐明体系中存在的核心平衡所采取的措施、改变的条件导致平衡如何移动、产生什么结果的步骤。无机废物综合利用题例题 1(2012
6、 年江苏)废弃物的综合利用既有利于节约资源，又有利于保护环境。实验室利用废弃旧电池的铜帽(Zn、Cu总含量约为 99%)回收铜并制备 ZnO 的部分实验过程如下：(1)铜帽溶解时加入 H2O2 的目的是_(用化学方程式表示)。铜帽溶解后需将溶液中过量 H2O2除去。除去H2O2的简便方法是_。(2)为确定加入锌灰(主要成分为 Zn、ZnO，杂质为铁及其若滴定前溶液中 H2O2没有除尽，所测定的Cu2的含量pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 molL1计算)。滴定选用的指示剂为_，滴定终点观察到的现象为_。将会_(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。(3) 已 知 pH11 时 Zn(OH
7、)2 能 溶 于 NaOH 溶 液 生 成Zn(OH)42。下表列出了几种离子生成 氢 氧 化 物 沉 淀时的开始沉淀的pH完全沉淀的pHFe31.13.2Fe25.88.8Zn25.98.9实验中可选用的试剂：30% H2O2、1.0 molL1HNO3、1.0 molL1 NaOH。由 除 去 铜 的 滤 液 制 备 ZnO 的 实 验 步 骤 依 次 为 ：_；_；过滤；_；过滤、洗涤、干燥；900 煅烧。解析：该题的题首部分是以实验室利用废弃旧电池的铜帽回收铜并制备 ZnO 制取和分析为背景材料。题干部分操作流程涉及元素化合物知识、氧化还原滴定、指示剂选择、误差分析、实验步骤、pH 调
8、节等多方面内容。流程图的第一步水洗处理是干扰项；第二步和第四步利用氧化还原反应原理，用 H2O2、H2SO4溶解样品和用锌还原出铜是流程的核心步骤；第三步加入氢氧化钠调节 pH 的目的是除去溶解样品时加入的过量硫酸，属于除杂的一个环节；最后制备 ZnO 是副产品的综合利用。题尾的问题(1)体现了对新知识的学习能力和旧知识的再现能力，反应方程式的书写；问题(2)体现了对滴定原理、溶度积原理、实验基本操作、误差分析、除杂的方法等知识的考查。滴加 1.0 mol L1 NaOH，答案：(1) CuH2O2H2SO4=CuSO42H2O加热(至沸)(2)淀粉溶液 蓝色褪去 偏高(3)向滤液中加入适量
9、30%的 H2O2，使其充分反应 调节溶液 pH 约为 5(或 3.2pH5.9)，使 Fe3沉淀完全向滤液中滴加 1.0 mol L1 NaOH，调节溶液 pH 约为10(或8.9pH11)，使Zn2沉淀完全。1解答流程题首先要找出核心反应步骤，正确理解每一步操作的目的。2仔细审题，根据题尾问题进一步理解题干知识，以便准确回答问题。3解答书写反应方程式的题目时注意配平和标明反应条件。4解答实验操作和用化学原理分析题目时，应按照一些基本答题模式规范答题，注意化学仪器、操作步骤中的错别字。5解答计算问题时，注意计算结果应带单位和有效数值处理。【变式训练】1(2012 年江苏)利用石灰乳和硝酸工业
10、的尾气(含 NO、NO2)反应，既能净化尾气，又能获得应用广泛的Ca(NO2)2，其部分工艺流程如下：(1)一定条件下，)NO 与NO2 存在下列反应：NO(g)NO2(g)N2O3(g)，其平衡常数表达式为K_。(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入，石灰乳从吸收塔顶喷淋), 其目的是_；滤渣可循环使用，滤渣的主要成分是_(填化学式)。(3)该工艺需控制 NO 和 NO2 物质的量之比接近 11。若n(NO)n(NO2)11，则会导致_；若n(NO)n(NO2)11，NO过量，不能被石灰乳吸收，导致排放的气体中NO含量升高；若n(NO)n(NO2)11时，NO2过量，发生反
11、应4NO2 2Ca(OH)2=Ca(NO2)2Ca(NO3)24H2O，导致产品中Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高。(2)使尾气中NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2(3)排放气体中 NO 含量升高产品 Ca(NO2)2中Ca(NO3)2 含量升高无机化工产品制备题例题 2(2012 年天津)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含 70%Cu、25%Al、4%Fe 及少量Au、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第步 Cu 与酸反应的离子方程式为：_；得到滤渣
12、 1 的主要成分为_。(2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的优 点 是 _ ； 调 溶 液 pH 的目的是使_生成沉淀。(3) 用第步所得 CuSO45H2O 制备无水 CuSO4 的方法是_。(4)由滤渣 2 制取 Al2(SO4)318H2O，探究小组设计了三种方案： 上述三种方案中，_方案不可行，原因是_；从原子利用率角度考虑，_方案更合理。 (5)探究小组用滴定法测定CuSO45H2O(Mr250)含量。取a g试样配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干扰离子后，用c molL1EDTA(H2Y2)标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液b mL。滴定反应如下：C
13、u2H2Y2=CuY22H。写出计算CuSO45H2O质量分数的表达式_。 下列操作会导致CuSO45H2O含量的测定结果偏高的是_。 a未干燥锥形瓶 b滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡 c未除尽可与EDTA反应的干扰离子 解析：(1)第步加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe分别发生反应生成Cu2、Al3、Fe2，所以滤渣1的成分是Pt和Au，滤液1中的离子是Cu2、Al3、Fe2。Cu和酸反应的离子方程式为Cu4H2NO Cu22NO22H2O。 (2)第步加H2O2的作用是把Fe2氧化为Fe3，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境无污染。调节溶液pH的目的是使Fe3和Al3形成沉
14、淀，所以滤液2的成分是Cu2，滤渣2的成分是氢氧化铁和氢氧化铝。(3)由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水。(5)考查中和滴定的简单计算和误差的分析。 答案：(1)Cu4H Cu22NO22H2O Au、Pt(2)把Fe2氧化为Fe3不引入杂质，产物对环境无污染Fe3和Al3 (3)加热脱水(4)甲 所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质 乙 1在化工生产中水洗的目的一般是除去原料和产品中的可溶性杂质。2用酸溶解样品一般是溶解不易溶于水但可溶于酸的盐、金属氧化物和氢氧化物，生成可溶性盐。3用碱溶解样品一般是溶解不易溶于水但可溶于碱的非金属氧化物、两性氧化物和两性氢氧化物等，生成可
15、溶性盐。4溶解样品过程中通入空气或加入强氧化剂的目的是将原料中有还原性的低价元素氧化为高价元素，生成可溶性物质。5分离除杂，一般无机物的除杂常用溶解、蒸发、结晶法，氧化还原法，灼烧法等；有机物的分离常用蒸馏、分馏、萃取、分液法等；气体常用洗气法。【变式训练】2以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下：氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。回答下列问题：(1)由原料得到产品的反应方程式为：_。(2)实验室进行蒸发浓缩用到的主要仪器有_、烧杯、玻璃棒、酒精灯等。(3)必须“趁热过滤”的原因是_。(4)滤液中存在的离子主要是_。(5)“冷却结晶”过程中，析出 NH4Cl 晶
16、体的合适温度为_。(6)若 NH4Cl 产品中含有硫酸钠杂质，进一步提纯产品的方法是_。解析：该生产流程的特点是用同样原材料既生产主要产品氯化铵，同时又要得到副产品硫酸钠。因此，为了弄清整个生产工艺流程，只能分段分析，即先分析流程线路中如何将原料转化为硫酸钠的，然后再分析如何从生产硫酸钠的母液中生产氯化铵，即将提供的流程路线截成两段分析，这样可以降低解题的难度。结合流程示意图和溶解度曲线图分析，硫酸钠只能用蒸发溶剂结晶法，氯化铵只能用冷却结晶法。因为温度降到35 以下，Na2SO4结晶得到的产品为Na2SO410H2O。答案：(1)2NaCl(NH4)2SO4=Na2SO4NH4Cl(2)蒸发
17、皿(3)防止温度下降时，Na2SO4溶解，NH4Cl 析出(4) (5)35 (3340 均可得分)(6)重结晶根据物质溶解度曲线图(或数据)特征选择结晶方法进行可溶性盐的分离是常用方法。结晶有下三种方式：1蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好(不会热分解)的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。2“蒸发浓缩、冷却结晶”：目的主要是让溶解度随温度变化大的溶质析出，多用于结晶水合物、不稳定的盐类(如铵盐、硝酸盐)的结晶析出。3“蒸发浓缩、趁热过滤”：目的是让溶解度随温度变化小的溶质析出，如除去硝酸钾溶液中氯化钠。“趁热过滤”需用到热滤漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗的外壁。化工生产过程中化
18、学原理应用题 例题3(2012年福建)(1)电镀时，镀件与电源的_极连接。 (2)化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉淀在镀件表面形成镀层。 若用铜盐进行化学镀铜，应选用_(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。 某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如下图所示。该镀铜过程中，镀液pH控制在12.5左右。据图中信息，给出使反应停止的方法：_。(3)酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下： 步骤(i)中Cu2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为：_。 步骤(ii)所加试剂起调节pH作用的离子是_(填离子符号)。 在步骤(iii)发生的反应中，1 mol MnO2转移2 mol电子，该反应的离子方程式为
19、：_。 步骤(iv)除去杂质的化学方程式可表示为： 解析：(1)在电镀池中，镀件与电源的负极相连，待镀金属为阳极与电源正极相连。 (2)要把铜从铜盐中置换铜出来，应加入还原剂；根据图示信息，pH89之间，反应速率为0。 (3)可以通过图示分析：加入什么物质发生什么反应剩下什么物质(通过粒子判断过程中到底发生哪些离子反应)。调高pH只能是弱酸根离子水解；依题意锰元素从4价变成2价，MnO2作氧化剂，与亚铁离子发生氧化还原反应；氢离子浓度为102 mol/L，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积就得到K。【变式训练】3锆(Zr)元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，二
20、氧化锆(ZrO2)可以制造耐高温纳米陶瓷。我国有丰富的锆英石(ZrSiO4)，含 Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质，生产锆的流程之一如下： (1)写出上述流程中高温气化的反应方程式(碳转化成 CO)：_。4C4Cl2ZrSiO4 ZrCl4SiCl44CO高温(2)写出 ZrOCl28H2O 在 900 生成 ZrO2 的反应方程式：_。(3) 关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是_(填序号)。A二氧化锆纳米陶瓷是一种新型材料B纳米级二氧化锆是一种胶体C锆合金的硬度比纯锆要高D日本福岛核电站爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气引起ZrOCl28H2O ZrO22HCl7H2O900 B (4)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入甲烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态极移动。电池正极反应式为：_；负极反应式为：_。下能传导O2。 在熔融电解质中，O2向_(填“正”或“负”)负O24e=2O2CH48e4O2=CO22H2O
