高考评价体系下2020-2021届高三化学工业流程题解题模型讲座课件

高考评价体系下2020-2021届高三化学工业流程题解题模型讲座高考评价体系下2020-2021届高三化学工业流程题解题模型1

一、工业流程题的特点以真实的化工生产过程为背景设计试题，主要解决以下问题：1.解决将原料转化为产品的生产原理；2.除去所有杂质并分离提纯产品；3.提高产量与产率；4.减少污染，考虑绿色化学生产；5.生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产过程

2二、为什么要考工业流程题？命题立足学科主干知识（《考试大纲》标记为“理解（掌握）”层次的知识），联系实际，能力立意，注重考查综合运用能力，考查学科素养。

知识点的内涵、外延和相关知识的联系和应用是命题的视角。

学以致用——知识的价值体现！二、为什么要考工业流程题？3三、怎样考？1.流程题设计的基本思路

（1）试题素材：以某种无机或有机产品的实际工业或实验流程为命题素材；

（2）试题考查内容：元素及其化合物知识、基本概念与基本理论、基本实验知识；

（3）试题考查能力：获取信息与处理信息的能力、实验探究能力、语言表达能力、抽象思维能力、计算能力；三、怎样考？42.流程题试题的一般形式原料原料溶解分离成分分离物质副产物纯物质试剂浸溶分离试剂副产物的循环利用2.流程题试题的一般形式原料原料溶解分离成分分离副产物纯物质5四、怎么做？（即如何解答？）1.首先要明确原料是什么物质，含有哪些成分，目标产物是什么物质，含有什么成分

利用试题关键信息及每一步流程后产生物质的形态、组成，仔细分析有关过程，结合物质的物理和化学性质（含一些特性），应用化学反应原理，仔细分析工艺或试剂的作用

自始至终都要关注：要保留什么元素，要除掉什么元素！四、怎么做？（即如何解答？）6工艺或试剂在不同环节的不同作用：（1）原料处理阶段：除去杂质，避免干扰核心反应，为核心反应提供合适的条件如温度、压强、酸碱性、增大反应的接触面积等；（2）在核心反应阶段：使核心反应发生，防止副反应发生；（3）在产品精制阶段：减少产品中的杂质、减少产品损失、提高原料利用率、防止产品变质等涉及的化学反应原理：常常是影响化学反应速率和化学平衡的因素工艺或试剂在不同环节的不同作用：（1）原料处理阶段：72.两个高度关注：①元素的去向②元素化合价的变化；由原料和产品的组成，迅速判断哪些元素或者物质是要在工艺过程中保留的，要除去哪些元素或物质并铭记在心，同时关注这些元素的化合价的变化情况，这样就能知道在工艺过程中是否需要加入氧化剂或者还原剂。3.高度关注箭头：①主线——主产品②支线——副产品③回头——循环品2.两个高度关注：①元素的去向②元素化合价的变化；84.针对性地答题（1）信息优先：准确理解试题中的信息：若与已学过的知识矛盾或相冲突，一定要“信息优先”！按照题给信息作答；（2）相似类推：根据元素周期律，利用元素及其同类化合物性质的相似性推断陌生物质的性质和相关反应（3）表达：①切忌空洞②围绕目的答题如2017年全国III卷第26题③形成一些答题的范式（如：从平衡的角度分析有关的变化，答题模版）④杜绝答非所问（如误将化学方程式写成离子方程式等）（4）充分考虑工艺的酸碱性环境和温度环境4.针对性地答题92016年全国III卷第26题（节选）绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：（1）在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：______________、_______________。【答案】（1）样品中无Fe2+；Fe2+可以被空气氧化为Fe3+；欠佳的答案：Fe3+能使SCN-显红色。2016年全国III卷第26题（节选）绿矾是含有一定量结晶水10酸碱性控制：①据题意提供的反应条件（酸碱性、pH）作答②从促进水解、抑制水解的角度作答③从题目提供的物质引起的副反应作答

温度的控制：①据题意提供的反应条件，一些反应物或生成物的熔沸点及性质联系反应原理作答（如控制某些物质为固态、液态，另一些物质为气态等，又如温度过高H2O2易分解、氨水易挥发等）；②从促进或抑制水解的角度作答；③从某些反应物或生成物在某个温度下会发生不利于生产流程的副反应角度作答；④从运用化学反应速率、化学平衡的理论控制适宜化工生产条件的角度作答。酸碱性控制：①据题意提供的反应条件（酸碱性、pH）作115.其他补充说明（1）矿样的预处理方式：①粉碎及目的：减小粒径以增大反应的接触面积、加快反应速率（生产中搅拌也能加快反应速率）、提高反应物的转化率；②煅烧及目的：除去有机物杂质或含碳杂质、使一些具有还原性的物质被空气中氧气氧化；③溶解：酸溶（浸）——与酸反应；碱溶（浸）——与碱反应；水溶（浸）——溶解于水或者与水反应；氧化还原溶——通过改变价态溶解难溶物5.其他补充说明12（2）沉淀的生成顺序与沉淀的转化：①不一定是Ksp小的先沉淀，只有“同元”难溶电解质才可用Ksp比较离子浓度的大小；②Ksp略小的难溶电解质也可转化成Ksp稍大的难溶电解质，如AgBr→AgCl；③应用Ksp选择正确的沉淀顺序，进行混合物的分离；④关注选修四P.66的“练习”，详细讲解了除去Cu2+溶液中Fe2+的方法（常考！）；⑤建议同学们掌握以下常见离子完全沉淀时大约的pH的计算方法并记住它们，在除杂或提纯的流程题中常会用到：金属离子Fe3+Al3+Cu2+Zn2+Fe2+、Ni2+、Pb2+Mg2+沉淀完时的pH3578911（2）沉淀的生成顺序与沉淀的转化：①不一定是Ksp小的先沉13（3）制备提纯类流程题常用的六种分离方法：①过滤、洗涤、干燥②蒸发结晶③蒸发浓缩，冷却结晶④萃取、分液⑤蒸馏与分馏⑥冷却或冷凝（补充：冷凝时常采用的两种方式：a.若生成物的沸点比反应物更低，一般使用直形冷凝管而不能用球形或蛇形冷凝管，仪器的组装特点：略；b.若生成物的沸点比反应物更高，一般使用球形或蛇形冷凝管比使用直形冷凝管效果更好，仪器的组装特点：略；）（3）制备提纯类流程题常用的六种分离方法：14（4）氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行：①根据元素及其化合物的性质以及元素化合价的变化写出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物→②根据最小公倍数法配平得失电子→③完善，完善的顺序一般是使左右电荷守恒→化合价未变的金属→酸根离子→H→O常见的氧化剂及其主要的还原产物以及1mol该氧化剂反应时转移的电子数：KMnO4（H+）→Mn2+(5mole-)；O2→2O2-（4mole-）；浓HNO3→NO2（1mole-）；稀HNO3→NO（3mole-）；浓H2SO4→SO2（2mole-）；X2→2X-（2mole-）；HClO→Cl-（2mole-）；Fe3+→Fe2+（1mole-）；H2O2→2H2O（2mole-）（4）氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行：15（5）非氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行：①因为所有元素的化合价均没有变化，所以先根据题给信息写出主要反应物和主要生成物→②配平主要元素→③完善，完善的顺序一般是使左右电荷守恒→酸根离子→H→O（6）H2O2专题：1.受热容易分解（所以在涉及H2O2的试题时，若温度太高H2O2会分解，其作用会减弱）2H2O2=2H2O+O2↑；2.体现氧化性，如可以将Fe2+氧化为Fe3+；3.有时也体现还原性，如H2O2遇KMnO4（H+）时，会被氧化为O2；4.在复分解反应中，制备过氧化物，如CaCl2溶液和H2O2在氨水存在下会反应生成CaO2；5.有时也会体现广义的酸性（弱酸性）：H2O2H++HO2-；HO2-H++O22-（5）非氧化还原反应方程式的书写程序一般可以参照如下步骤进行16典型例题分享：例1.硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：铁硼矿粉→硫酸浸出→过滤→净化除杂→过滤→蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→粗硼酸↓↓↓浸渣浸渣含镁盐母液回答下列问题：（1）写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_____________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_________（写出两条）。（2）利用_______的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是______（写化学式）。（3）“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_______。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_________。（4）“粗硼酸”中的主要杂质是________（填名称）。（5）以硼酸为原料可制得硼氢化钠（NaBH4），它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_______。（6）单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程___________。（体会“信息优先”！）Mg2B2O5·H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径Fe3O4SiO2和CaSO4将Fe2+氧化成Fe3+（七水）硫酸镁使Fe3+和Al3+形成氢氧化物沉淀而除去2H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+3Mg=2B+3MgO略典型例题分享：Mg2B2O5·H2O+2H2SO4=2H3B17例2.酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：化合物Zn（OH）2Fe（OH）2Fe（OH）3Ksp近似值10-1710-1710-39例2.酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳18回答下列问题：（1）该电池的正极反应式为

，电池反应的离子方程式为

（2）维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论上消耗Zn

g。（已经F＝96500C/mol）（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过____分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、__和

，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是

，其原理是

。（4）用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为

时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱至pH为__时，锌开始沉淀（假定Zn2＋浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H2O2后果是

，原因是

。MnO2+e-+H+=MnOOH2MnO2+2H++Zn=Zn2++2MnOOH0.05蒸发浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH空气中加热碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2Fe3+2.76Zn2+和Fe2+分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近回答下列问题：MnO2+e-+H+=MnOOH2MnO2+219例3.

NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为_____。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式_______。(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2+和Ca2+，要加入的试剂分别为_____、______。“电解”中阴极反应的主要产物是______。(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为____，该反应中氧化产物是___。(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为____。(计算结果保留两位小数)+3价2NaClO3+SO2+H2SO4=2NaHSO4+ClO2↑NaOH

Na2CO3NaClO22:1O21.57g例3.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物20例4.以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.2~2.92.8~3.122~2860~651~2<1例4.以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸21回答下列问题：（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为_______

，同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是____。（2）“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为___mol。（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______。（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+V4O124−R4V4O12+4OH−（以ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈__性（填“酸”“碱”“中”）。（5）“流出液”中阳离子最多的是__。（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式___________

_。V2O5+2H+=2VO2++H2OSiO20.5Fe（OH）3和Al（OH）3碱K+2NH4VO3=V2O5+2NH3↑+H2O↑V2O5+2H+=2VO2++H2OSiO20.5Fe（O22例5.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：例5.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极23回答下列问题：（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为________________。（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，写出相应反应的离子方程式__________。100℃，2h或90℃，5hFeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O回答下列问题：（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示24（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为____。（5）若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5mol/L，此时是否有Mg3(PO4)2

沉淀生成？

。（列式计算）。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24

。（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4

制备LiFePO4的化学方程式

。低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加，超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降4Fe3+恰好沉淀时，c(Fe3+)·c(PO43-)=1.3×10-22，c(PO43-)==1.3×10-17，此时c(Mg2+)=10-2mol/L,Qc=c3(Mg2+)·c2(PO43-)=(10-2)3×(1.3×10-17)2=1.69×10-40＜1×10-24,所以无Mg3(PO4)2沉淀生成2FePO4+H2C2O4+Li2CO3=2LiFePO4+3CO2↑+H2O（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所25

【体会】做工业流程题时不一定要每一个步骤、每一个环节都搞得清清楚楚后才能做题，事实上工业生产中很多环节是十分复杂的，中学阶段所学的这些化学知识是不足以彻底搞清楚每一个环节的，命题者会充分考虑到这一点，大胆地运用所学知识去解释命题者预留的空白即可。【体会】做工业流程题时不一定要每一个步骤26例6.水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是__________，还可使用___________代替硝酸。将Fe2+氧化为Fe3+H2O2或氯水等例6.水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、Si27（2）沉淀A的主要成分是____，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_________________。（3）加氨水过程中加热的目的是___________。沉淀B的主要成分为______、______（写化学式）。（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：MnO4-+H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O（未配平）。实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol·L−1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为____。SiO2SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O防止胶体生成，易沉淀分离Fe(OH)3Al(OH)345%（2）沉淀A的主要成分是____，其不溶于强酸但可与一种弱酸28例7.重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：（1）步骤①的主要反应为：FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3=Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2例7.重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿29上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为___。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________

。（2）滤渣1中含量最多的金属元素是___，滤渣2的主要成分是_______及含硅杂质。（3）步骤④调滤液2的pH使之变___（填“大”或“小”），原因是___________________（用离子方程式表示）。（4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到____（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。2:7高温下陶瓷容器会与Na2CO3发生反应FeAl(OH)3小2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2Od上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为___30a．80℃ b．60℃ c．40℃ d．10℃步骤⑤的反应类型是__________。（5）某工厂用m1kg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为_____________。复分解反应复分解反应31例8.氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗．纯化工业级氧化锌[含有Fe（II）、Mn（II）、Ni（II）等杂质]的流程如下图所示：提示：在本实验条件下，Ni（II）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2．回答下列问题：例8.氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗．纯化工32（1）反应②中除掉的杂质离子是______，发生反应的离子方程式为