优化方案2020版高考化学大一轮复习 第三章 金属及其重要化合物 专题讲座（二）无机化学工艺流程题的解题策略

专题讲座(二)无机化学工艺流程题的解题策略工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图题的创新，题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。一、题型结构1化工流程线路示意图(1)箭头：箭头进入的是投料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物)。(2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。2涉及问题(1)原料的预处理。(2)反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)。(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)。(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等)。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。二、解题思路及方法1解题方法(1)首尾分析法：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。(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。2答题步骤(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。 (3)分析流程中的每一步骤，并获取以下信息：知道“四个什么”。反应物是什么，发生了什么反应，该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住“一个关键”。 一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，帮助解题。3规范解答(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分。例如：如何洗涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待蒸馏水自然流下后，重复以上操作23次。如何证明沉淀完全：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。如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。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。(2)认真审题，不要因审题不细致而失分。例如：填“化学方程式”还是“离子方程式”。填“名称”“符号”还是“代号”“序号”等。填“大于”还是“”“增大”还是“变大”等。填“化学式”“分子式”“结构式”“结构简式”“最简式”还是“电子式”等。书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“”“=”“”“”“”等。化学工艺流程题充分体现元素化合物与自然界和社会生活的密切联系，体现其社会应用价值。此外，这类题目能考查学生的化学基础知识和基本技能，又有较好的区分度，受到命题者的青睐。该类试题有如下几个命题角度。命题角度一原料预处理方式命题角度二必考的反应条件反应条件条件内容调节溶液的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：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新的杂质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命题角度三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法如除去酸性铜溶液中的Fe3等命题角度四分离方法(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、CuSO45H2O、FeSO47H2O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(2020高考山东卷)毒重石的主要成分为BaCO3(含Ca2、Mg2、Fe3等杂质)，实验室利用毒重石制备BaCl22H2O的流程如下：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是_。实验室用37%的盐酸配制15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的_。a烧杯b容量瓶c玻璃棒d滴定管(2)加入NH3H2O调pH8可除去_(填离子符号)，滤渣中含_(填化学式)。加入H2C2O4时应避免过量，原因是_。Ca2Mg2Fe3开始沉淀时的pH11.99.11.9完全沉淀时的pH13.911.13.2已知：Ksp(BaC2O4)1.6107，Ksp(CaC2O4)2.3109(3)利用间接酸碱滴定法可测定Ba2的含量，实验分两步进行。已知：2CrO242H=Cr2O27H2OBa2CrO24=BaCrO4步骤：移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V0 mL。步骤：移取y mL BaCl2溶液于锥形瓶中，加入x mL与步骤相同浓度的Na2CrO4溶液，待Ba2完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用b molL1盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为V1 mL。滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的_(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的浓度为_molL1。若步骤中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba2浓度测量值将_(填“偏大”或“偏小”)。解析：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与盐酸的接触面积，加快反应速率。实验室配制一定质量分数的溶液时，需用到的仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。(2)由流程图和表中数据可知，pH8时，可除去Fe3；调节pH12.5时，Mg2完全沉淀，Ca2部分沉淀，故滤渣中含有Mg(OH)2和Ca(OH)2；加入H2C2O4的目的是除去溶液中剩余的Ca2，使Ca2(aq)C2O(aq)=CaC2O4(s)，当H2C2O4过量时，也可能使c(Ba2)c(C2O)Ksp(BaC2O4)，而生成BaC2O4沉淀，导致产品BaCl22H2O的量减少。(3)由方程式2CrO2H=Cr2OH2O知，步骤中加入的CrO的总物质的量为b molL1 L mol。步骤中，加入BaCl2充分反应后，剩余的CrO的物质的量为b molL1 L mol，与Ba2反应的CrO的物质的量为 mol mol mol，由方程式Ba2CrO=BaCrO4得，n(Ba2)n(CrO)，所以BaCl2溶液的浓度：c(BaCl2) molL1。若步骤中滴加盐酸时，有少量待测液溅出，造成V1的用量减小，所以的测量值将偏大。答案：(1)增大接触面积从而使反应速率加快ac(2)Fe3Mg(OH)2、Ca(OH)2H2C2O4过量会导致生成BaC2O4沉淀，产品产量减少(3)上方偏大2(2020高考安徽卷)LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：已知：HCl的沸点是85.0 ，HF的沸点是19.5 。(1)第步反应中无水HF的作用是_、_。反应设备不能用玻璃材质的原因是_(用化学方程式表示)。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的_溶液冲洗。(2)该流程需在无水条件下进行，第步反应中PF5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式：_。(3)第步分离采用的方法是_；第步分离尾气中的HF、HCl采用的方法是_。(4)LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为_mol(用含w、n的代数式表示)。解析：(1)由流程可知，第步反应中无水HF除作为反应物外，还起到溶剂的作用。玻璃中含有SiO2，可与HF发生反应而被腐蚀，化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O。HF具有酸性，沾到皮肤上，可选用碱性较弱的NaHCO3溶液进行冲洗。(2)PF5中P元素显5价，F元素显1价，迁移应用盐类水解反应知识推出PF5发生水解反应应生成H3PO4和HF，化学方程式为PF54H2O=H3PO45HF。(3)第步分离得到滤液和LiPF6固体，显然该步操作为过滤。HCl、HF的沸点分别为85.0 和19.5 ，第步分离尾气中的HCl和HF，可采用冷凝的方法，使HF液化，再予以分离。(4)由题意可知，152 gmol1n(LiPF6)26 gmol1n(LiF)w g，n(LiPF6)n(LiF)n mol，解得 n(LiPF6)(w26n)/126 mol。答案：(1)反应物溶剂SiO24HF=SiF42H2ONaHCO3(2)PF54H2O=H3PO45HF(3)过滤冷凝(4)(w26n)/126(本题部分小题属于开放试题，合理答案均可)排查落实练三金属及其化合物学生用书单独成册一、重要化学方程式的书写(是离子反应的仅写出离子方程式)1(1)Na与H2O的反应_；(2)Na在空气中燃烧_；(3)Na2O2与H2O的反应_；(4)Na2O2与CO2反应_；(5)向NaOH溶液中通入过量CO2_；(6)将Na2CO3溶液与石灰乳混合_；(7)向Na2CO3稀溶液中通入过量CO2_；(8)将NaHCO3溶液和NaOH溶液等物质的量混合_；(9)将NaHCO3溶液与足量澄清石灰水混合_。(10)将NaHCO3溶液与少量澄清石灰水混合_。答案：(1)2Na2H2O=2Na2OHH2(2)2NaO2Na2O2(3)2Na2O22H2O=4Na4OHO2(4)2Na2O22CO2=2Na2CO3O2(5)OHCO2=HCO(6)COCa(OH)2=CaCO32OH(7)COCO2H2O=2HCO(8)HCOOH=COH2O(9)HCOCa2OH=CaCO3H2O(10)2HCOCa22OH=CaCO3CO2H2O2(1)Al与NaOH溶液的反应_；(2)Al(OH)3与NaOH溶液的反应_；(3)Al(OH)3与盐酸的反应_；(4)Al2O3与NaOH溶液的反应_；(5)Al2O3与盐酸的反应_；(6)NaAlO2与过量盐酸的反应_；(7)向NaAlO2溶液中通入过量CO2气体_；(8)将NaAlO2溶液与NaHCO3溶液混合_；(9)将NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合_；(10)向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液_；(11)向AlCl3溶液中加入过量氨水_；(12)将AlCl3溶液与NaHCO3溶液混合_。答案：(1)2Al2OH2H2O=2AlO3H2(2)Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)Al(OH)33H=Al33H2O(4)Al2O32OH=2AlOH2O(5)Al2O36H=2Al33H2O(6)AlO4H=Al32H2O(7)AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(8)AlOHCOH2O=Al(OH)3CO(9)3AlOAl36H2O=4Al(OH)3(10)Al34OH=AlO2H2O(11)Al33NH3H2O=Al(OH)33NH(12)Al33HCO=Al(OH)33CO23(1)Fe与过量稀HNO3的反应_；(2)Fe在高温条件下与水蒸气的反应_；(3)Fe2O3与Al的反应_；(4)FeCl3溶液与Cu的反应_；(5)Fe(OH)3与HI的反应_；(6)Fe(OH)2长时间露置于空气中_；(7)FeO与HCl的反应_；(8)FeO与稀HNO3的反应_。答案：(1)Fe4HNO=Fe3NO2H2O(2)3Fe4H2O(g)Fe3O44H2(3)Fe2O32Al2FeAl2O3(4)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(5)2Fe(OH)36H2I=2Fe2I26H2O(6)4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3(7)FeO2H=Fe2H2O(8)3FeO10HNO=3Fe3NO5H2O4(1)Cu在硫蒸气中燃烧_；(2)铜在空气中生成铜绿_；(3)惰性电极电解硫酸铜溶液_；(4)Cu与浓HNO3的反应_；(5)Cu与稀HNO3的反应_；(6)Cu与浓H2SO4的反应_。答案：(1)2CuSCu2S(2)2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3(3)2Cu22H2O2Cu4HO2(4)Cu4H2NO=Cu22NO22H2O(5)3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O(6)Cu2H2SO4(浓)Cu2SOSO22H2O二、简答类语言规范再落实1向饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，有什么现象？为什么？答案：有晶体析出。因为反应生成的NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，且反应过程中消耗水，反应方程式为Na2CO3CO2H2O=