高中化学一轮复习 第二单元 化工流程题解题指导课件.ppt

专题提升二化工流程题解题指导,1工业流程题的特点。,无机化工流程题，因其综合性强、思维容量大而成为高考化学学科的主流题型。化学工业流程题主要有以下几个特点：,(1)背景新颖，试题陌生度大，需要考生在陌生情境中灵活,应用所学知识，解决生产中的一些实际问题。,(2)知识覆盖面广，思维跨度大，综合性强，涵盖了元素及,其化合物的知识、反应原理以及实验基本操作。,(3)体现理论联系实际、学以致用的学习观，能有效体现新,课程的特点。,(4)能力考查要求较高，能考查学生的阅读能力、对信息的,加工处理能力以及知识应用能力。,2工业流程题的主要考查内容。,(1)元素及其化合物：物质转化的条件及反应。,(2)基本理论和原理：化学反应：复分解反应、氧化还原反应原理：电化学：原电池、电解池的工作原理；化学反应速率与平衡原理：影响速率与平衡的因素。,(3)实验基本操作。,一、原料预处理阶段,1目的：通过题干信息和化工流程图为载体，原料(或矿石)初步转化为中间产品(溶液离子、气体、固体、熔渣等)，可能有部分杂质会被除去。,2原料预处理阶段的常见术语及方法。(1)常见术语。,溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓盐酸等，有时,也用碱溶。,水洗：通常除去水溶性杂质。水浸：与水接触反应或溶解。,浸出：固体加水(酸)溶解得到离子。,浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少。酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶,物通过过滤除去的溶解过程。,灼烧、焙烧、煅烧：改变反应物结构，使物质转化为易溶的物质，或者使物质发生氧化、分解等反应，从而实现原料的初步转化，或者为原料进入水溶液作预处理。,(2)常见考点。,加快溶解(或反应)速率的方法：加热、搅拌、研磨(固液混,合时)、增大气体与溶液的接触面积、增大溶液浓度。,将样品粉碎的目的：增大反应物接触面积，加快反应速率，,提高浸出率。,提高浸出率：加热、二次浸出、增加酸的用量等。溶解时涉及的离子方程式。(逐一分析样品中的物质),浸出液中含有的离子，浸出渣中的主要成分。(明确进入溶液的离子有哪些，及时标注，弄清楚哪些要除去，哪些要保留),例1硫铁矿烧渣是一种重要的化工产业中间产物，主要成分是Fe3O4、Fe2O3、FeO和二氧化硅等。下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁Fe2(OH)n(SO4)3n/2m的流程图：,(1)实验室实现“操作”所用的玻璃仪器有_、玻,璃棒和烧杯等。,“操作”系列操作名称依次为_、_、过,滤和洗涤。,(2)“酸溶”过程中Fe3O4溶解的化学方程式：_。(3)硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是_,_。(4)实验室检验“反应”已经完全的试剂是_，现,象是_。,(5)加入适量H2O2溶液的目的是氧化Fe2，写出H2O2氧化Fe2为Fe3的离子方程式：_。,解析：(1)操作是固液分离，为过滤操作，因此还需要漏斗。操作是从溶液中分离出含结晶水的物质，因此需蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤。(2)酸溶往往是酸和碱或金属氧化物反应。(3)矿石的预处理中往往有煅烧、粉碎等，其中粉碎是为了增大固体物质的接触面积，加快反应速率和使反应更充分。,(4)反应加入废铁片将溶液中的Fe3转化为Fe2，检验反应是否完全，只需检验是否存在Fe3即可，检验Fe3的方法：加入KSCN溶液，溶液变成红色。,答案：(1)漏斗,蒸发浓缩,冷却结晶,(2)Fe3O44H2SO4=FeSO4Fe2(SO4)34H2O(3)增大烧渣与硫酸的接触面积，加快烧渣的溶解速率,(4)KSCN溶液,溶液不变红色,(5)2Fe2H2O22H=2Fe32H2O,变式训练,1净水剂液体聚合硫酸铝铁兼具铁盐和铝盐的双重絮凝特性，一般是以铁盐为主，铝盐为辅。现用铝土矿(其主要成分是Al2O3，含有少量杂质Fe2O3和SiO2，其他杂质忽略不计)来制备该净水剂，其工艺流程如下：,(1)H2SO4浓度的适宜范围是45%50%，反应的适宜温度是100，其目的是：_；Al2O3与H2SO4反应的化学反应方程式是：_。(2)操作I为：冷却静置、_、洗涤，所得到的溶液,I中的金属阳离子有_(填化学式)。,(3)溶液I中加入绿矾(FeSO47H2O)和过氧化氢的目的是：_，涉及反应的离子方程式为：_。,二、物质分离除杂阶段,1目的：将预处理阶段获得的中间产物(溶液离子、气体、固体、熔渣等)，运用物理方法、化学反应、实验操作等方式逐步除去杂质成分。,2分离除杂阶段的常见考点：,(1)试剂：加入试剂的作用是作氧化剂(如次氯酸钠、过氧化氢、氯气等)、还原剂(亚硫酸钠等)还是沉淀剂(氯化钡、硫酸钠等)。,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。,(3)试剂除杂。例如：除去NH4Cl溶液中的MgCl2，加入适,量的氨水即可。,(4)控制温度：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NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。,降温：防止某物质在高温时会挥发、分解或水解，使化,学平衡发生移动。,(5)陌生方程式：能掌握常见物质的性质与转化，如常见金属单质、氧化物、强酸弱酸、强碱弱碱、盐(强、弱、氧化性、还原性、溶解性、稳定性)等物质特性，利用特性写出化学方程式。,复分解反应：理解物质的溶解性差异、水解原理、沉淀溶解平衡原理，充分利用题给信息。反应发生条件一般是：溶解度大制小；沸点高制低；电离程度强制弱。,氧化还原反应：利用氧化还原原理，熟悉常见的氧化剂和还原剂，了解物质的氧化性、还原性与价态、生产目的的关系，要能从电子得失相等的角度选择反应物间的量的关系，并能进行简单的定量计算。,电化学装置中的电极反应：利用电解原理、电解装置设,问。,(6)难溶电解质：根据难溶电解质的生成与转化，判断物质成分的转化、书写沉淀方程式、计算沉淀形成的pH范围等。,例2(2015年河北保定月考)钡盐行业生产中排出大量的钡泥主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等。某主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2，其部分工艺流程如下：,(1)酸溶后溶液的pH1，Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为：_。,(2)酸溶时通常控制反应温度不超过70，且不使用浓硝酸，原因是_、_。(3)该厂结合本厂实际，选用的X为_(填化学式)；中和使溶液中_(填离子符号)的浓度减小(中和引起的溶液体积变化可忽略)。,(4)上述流程中洗涤的目的是_。,Fe3+、H+,解析：本题主要考查钡泥的综合利用。(1)Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为：Ba(FeO2)28HNO3=Ba(NO3)22Fe(NO3)34H2O；(2)温度越高反应速率越快，故控制温度不超过70是为了防止反应速率过快，且浓硝酸越浓越易分解，温度高既易挥发，也易分解，故不用浓硝酸；(3)X既要能中和硝酸，又不产生新杂质，故可用BaCO3；中和使溶液中的Fe3+,形成沉淀、H浓度减小；(4)因为钡盐是重金属盐，有毒，故,答案：(1)Ba(FeO2)28HNO3=Ba(NO3)22Fe(NO3)34H2O(2)防止反应速率过快浓HNO3易挥发、分解(合理答案均可),(3)BaCO3,(4)减少废渣中可溶性钡盐对环境的污,染(合理答案均可),洗涤的目的是减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染。,变式训练,2(2015年浙江卷)某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO47H2O)，设计了如下流程：,A溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉B固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3转化为Al(OH)3，进入固体2C从溶液2得到FeSO47H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解D若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO47H2O,解析：烧渣中加入足量硫酸，Fe2O3、Al2O3与酸反应生成的硫酸铁、硫酸铝，二氧化硅不反应，过滤，固体1为二氧化硅；在溶液1中加入铁粉将铁离子还原为亚铁离子，调节pH值使铝离子完全生成氢氧化铝沉淀，过滤，固体2为氢氧化铝，溶液2为硫酸亚铁，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到硫酸亚铁晶体。答案：D,三、产品提纯阶段,1目的：将除杂阶段获得的滤液(或滤渣、气体等)进行分离提纯，获得最终产品，同时可能还有副产品(母液、可循环再用的物质等)。,2产品提纯阶段的常见考点：,(1)蒸发结晶：一般适用于溶质溶解度随温度升高变化不大且该物质热稳定性较好(不会受热分解)的晶体析出的方法。蒸发浓缩、冷却结晶：一般适用于溶质溶解度随温度变化较大，且为了获得带结晶水的固体。如从硫酸铜溶液中获得五水硫酸铜晶体。,蒸发浓缩、趁热过滤、冷却结晶：趁热过滤目的是分离出溶解度随温度变化小的溶质，如除去硝酸钾溶液中的氯化钠。趁热过滤的过滤器可用热滤漏斗或用热毛巾捂住漏斗的外壁。冷却结晶对象是趁热过滤后的滤液。,重结晶：目的是提高产品的纯度。一般包含溶解、结晶、,过滤三个操作,减压蒸发：压强小，液体物质的沸点降低，低温蒸馏可以防止物质的分解、损失等。(高温有可能引发物质的分解、水解、氧化等副反应发生，这由物质的性质决定，应注意题给物质的相关性质，如H2O2高温下易分解、FeCl3高温下易水解),(2)洗涤(冰水、热水)：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。,(3)蒸发、反应时的气体氛围：有些金属阳离子易水解，控制在酸性条件或酸性气体氛围中以抑制水解。如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气氛中加热，以抑制水解。,(4)副产品和可循环利用的物质：利用物质的转化关系判断副产品的成分，再结合流程图判断哪些物质能够循环利用。,(5)滤渣、母液的成分。,(6)定量计算及误差分析：计算产品纯度、产率、产量、滴,定计算以及误差分析等。,(7)化学实验的基本操作：pH的测定；检验沉淀是否完全；沉淀的洗涤及检验沉淀是否洗涤干净；中和滴定等。,例3绿矾(FeSO47H2O)的一种综合利用工艺如下：,(1)绿矾与NH4HCO3在溶液中按物质的量之比12反应，有CO2生成，反应的离子方程式为：_。,(2)隔绝空气进行“焙烧”，铁元素的转化途径是,FeCO3,FeO,Fe，实际作还原剂的是CO。写出“焙烧”,过程中各步反应的化学方程式：_。(3)“除杂”步骤为：向母液中通入含臭氧的空气，调节pH，过滤，除去的杂质离子是_。(4)母液“除杂”后，欲得到(NH4)2SO4粗产品，操作步骤依次为真空蒸发浓缩、冷却结晶、_。浓缩时若温度过高，产品中将混有NH4HSO4，运用化学平衡移动原理解释其原因：_。,(5)绿矾的另一种综合利用方法是：绿矾脱水后在有氧条件下焙烧，FeSO4转化为Fe2O3和硫的氧化物。分析下表实验数据，为了提高SO3的含量，可采取的措施是_。,变式训练,3硫酸锰可用于饲料营养强氧化剂和媒染剂，其生产原材料软锰矿(MnO2)、菱锰矿(MnCO3)中常混有硫酸亚铁和硫酸镁等杂质。其生产工艺如下：,(离子完全沉淀的pH：Fe3为3.5，Fe2为9.5，Mn2为10.8，,Mg2为11.6),(1)酸浸前需将原材料研碎，其目的是_，酸浸中加入的酸是_(填化学式，下同)，从经济效益考虑，试剂A可能是_。,(2)反应器中发生反应的离子方程式是：_。(3)硫酸锰和硫酸镁的溶解度曲线如下图所示：,操作为：在_下蒸发结晶、趁热过滤。其趁热过滤目的是_。为了得到更纯净的一水合硫酸锰，需将晶体置于过滤器中，用_进行洗涤(填序号)。,A蒸馏水C饱和硫酸锰溶液,B稀硫酸D氢氧化钠溶液,(4)MnSO4H2O在1150高温下易分解，产物是Mn3O4、含硫化合物、水，在该条件下硫酸锰晶体分解反应的化学方程式是：_。,解析：(1)从不引入新杂质的角度考虑，酸浸用硫酸，试剂A选用能调节pH又不引入新杂质的MnCO3或MnO或Mn(OH)2；(3)读溶解度曲线知，60前MgSO4溶解度未达到最大，60后开始饱和析出，而MnSO4在此温度下溶解度变化不大，所以选定60；为避免洗涤硫酸锰晶体的溶解损耗，用饱和硫酸锰溶液洗涤较理想；(4)MnSO4既是氧化剂又是还原剂，氧化产物为Mn3O4，还原产物为SO2，考虑原子守恒应还有SO3。,1(2015年吉林长春三模)工业合成氨技术是对人类的巨大贡献之一。下面是合成氨的简要流程示意图：(1)设备的名称是_，沿X路线循环的物质是_(填字母)。,AN2和H2,B催化剂,CNH3,DN2、H2和NH3,(2)合成氨中H2可以由焦炭和水蒸气反应获得，请写出该反应的化学方程式：_。,(3)原料气中往往含有H2S、CO、CO2等杂质，必须除去这些杂质的目的是_，常用K2CO3溶液除去CO2，其反应的离子方程式为：_。(4)近年有人将电磁场直接加在氮气和氢气反应的容器内，在较低的温度和压强条件下合成氨，获得了较高的产率。电磁场对合成氨反应本质的影响是_。(5)合成氨工业往往含有大量含氨废水，为了防止对环境造成污染，可以利用电解法将NH3H2O转化为对环境无污染的物质。电解时以石墨做电极，以硝酸作为电解质，则理论上处理1molNH3H2O，电路中转移电子_mol，阳极的电极反应式为：_。,2(2015年广东卷)七铝十二钙(12CaO7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石(主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：,(1)煅粉主要含MgO和_，用适量NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶，或滤液中c(Mg2)小于5106molL1，则溶液pH大于_Mg(OH)2的Ksp51012；该工艺中不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是_。,(2)滤液中阴离子有_(忽略杂质成分的影响)；若滤液中仅通入CO2，会生成_，从而导致CaCO3产率降低。,(3)用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离,子方程式为：_。,(4)电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为：_。,3炼锌厂产生的工业废渣锌渣(除了含Zn外，还含有Fe、Al、Cd和SiO2等杂质)，利用锌渣制取并回收ZnSO47H2O和金属镉(Cd)是一个有益的尝试，其流程如下：,(1)浸出时用到的试剂X为_，写出溶解过程中加快浸出速率和提高浸出率的两点措施：_，_。,(2)写出加入Ca(ClO)2反应的离子方程式：_。(3)调节pH过程可以选用_(填“ZnO”或“NaOH”)；本流程的pH调节一般调至5，其目的是_。,(4)写出过滤后加入过量的锌粉反应的离子方程式：_,_。,(5)在蒸发浓缩操作时，要采取的实验措施是：_。,4MnO2与过量固体KOH和KClO3在高温下反应，生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl，K2MnO4溶液经酸化后转化为MnO2和KMnO4。一种由MnO2制备KMnO4的方法如下：,(1)写出“熔化氧化”的化学反应方程式：_。(2)从溶液中得到KMnO4粗晶体的方法是_。(3)上述流程中可以循环使用的物质是_。,(4)理论上(若不考虑制备过程中的损失与物质循环)1mol,MnO2可制得_molKMnO4。,(5)已知293K时醋酸钾的溶解度为217g，硫酸钾的溶解度为11.1g，请解释酸化过程中采用醋酸而不采用盐酸或硫酸的原因：,不采用盐酸的原因：_；不采用硫酸的原因：_。,答案：(1)3MnO26KOHKClO3,3K2MnO4KCl,3H2O(2)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(3)MnO22(4)3(5)盐酸具有还原性，会被高锰酸钾氧化产生Cl2硫酸钾溶解度低，在蒸发浓缩过程中容易析出而造成高锰酸钾产品纯度下降,5工业上用闪锌矿(主要成分为ZnS，还含有Fe2O3等杂质),为原料生产ZnSO47H2O的工艺流程如下：,(1)从滤渣A中可获得一种淡黄色非金属单质的副产品，其,化学式为_。,(2)浸取过程中Fe2(SO4)3的作用是_，浸取时Fe2(SO4)3与ZnS发生反应的化学方程式为：_。,(3)除铁过程控制溶液的pH在5.4左右，该反应的离子方程式为：_。该过程在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置，其目的是_。,(4)置换法除重金属离子所用物质C为_。(5)硫酸锌的溶解度与温度之间的关系如下表：,从除重金属后的硫酸锌溶液中获得硫酸锌晶体的实验操作,为_、_、过滤、干燥。,答案：(1)S,(2)作氧化剂,Fe2(SO4)3ZnS=ZnSO42FeSO4S,增大空气与溶液,(3)4Fe2O26H2O=4FeOOH8H的接触面积，加快反应速率(4)Zn,(5)60条件下蒸发浓缩,降温结晶,6无水AlCl3可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。,工业制备无水AlCl3的流程如下：,(1)氯化炉中通入O2的目的是_。(2)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式是：_,_。,(3)氯化炉中导出的气体，通常用亚硫酸钠溶液来吸收，请写出用Na2SO3溶液处理尾气时发生反应的离子方程式：_。,(4)在升华器中加入铝粉的目的是_。(5)用氯化铝晶体(AlCl36H2O)在HCl气体中加热也能进行无水氯化铝的制备。但若实验条件控制不当，最终得到的物质是碱式氯化铝化学式为Al2(OH)nCl(6n)，且质量是原氯化铝晶体(AlCl36H2O)的40%，则可推算n的值为_。,解析：(1)由流程图中的产物推断，通入氧气与C反应，同时放热提供能量；(2)根据流程图中箭头指向，C被氧化为CO，Cl2被还原成AlCl3，即Al2O33Cl23C=2AlCl33CO；(3)分析流程图信息，用亚硫酸钠溶液吸收的气体为Cl2，亚硫酸根离子被氧化为硫酸根离子，根据电子得失守恒可以配平；(4)分析流程图信息可以看到FeCl3被Al粉还原成Fe而除去；(5)由2AlCl36H2OAl2(OH)nCl(6n)可知，2(2735.53618)40%272