南方新高考高中化学一轮复习 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 3 n 2 m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 fe3o4 4h2so4 feso4 fe2 so4 3 4h2o 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 2fe2 h2o2 2h 2fe3 2h2o 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 feso4 7h2o 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ph 1 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 2 8hno3 ba no3 2 2fe no3 3 4h2o 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 2 8hno3 ba no3 2 2fe no3 3 4h2o 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 feso4 7h2o 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feso4 7h2o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feso4 7h2o 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 feso4 7h2o 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1 2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 mnso4 h2o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 a n2和h2 b 催化剂 c nh3 d n2 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nh3 h2o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1molnh3 h2o 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 12cao 7al2o3 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5 10 6mol l 1 则溶液ph大于 mg oh 2的ksp 5 10 12 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znso4 7h2o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 4 mno2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 3mno2 6koh kclo3 3k2mno4 kcl 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znso4 7h2o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 3 zns znso4 2feso4 s 增大空气与溶液 3 4fe2 o2 6h2o 4feooh 8h 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 alcl3 6h2o 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 6 n 且质量是原氯化铝晶体 alcl3 6h2o 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al2o3 3cl2 3c 2alcl3 3co 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2 alcl3 6h2o al2 oh ncl 6 n 可知 2 27 35 5 3