大题专攻(一)　“化学工艺流程”类主观题常考题点与增分策略

大题专攻(一)“化学工艺流程”类主观题

常考题点与增分策略以化学工艺流程为主线，采用“化工流程＋”的组合命题形式，考查学生的迁移融会、综合应用能力是新高考的主流命题方向。高考试题中常以陌生元素为主要载体，再现工业生产中的工艺流程，情境真实有用。不仅考查的元素陌生，而且各工序的转化过程也相当陌生。对学生的分析与推测能力要求较高，学生常因各工序过程中物质变化分析不清而不能正确答题。运用“气—液—固”三线分析法，能有效区分清各工序中物质的三态变化，理清工艺流程中的物质变化和转化关系，提高解题效率，实现稳增分。已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。(3)精制Ⅰ加入的生石灰过量，精制Ⅱ加入纯碱(过量)的目的是除去溶液中Ca2＋，操作X是为了除去过量的碳酸钠，结合“浓缩”时得到NaCl可知，加入的试剂为盐酸，若不进行该操作而直接浓缩，由于Na2CO3水解使溶液呈碱性，则会有LiOH析出。2．(2023·湖南等级考)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装等一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；③相关物质的沸点：物质Ga(CH3)3Et2OCH3INR3沸点/℃55.734.642.4365.8回答下列问题：(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是__________________________________。(2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45℃的原因是___________________________________________________________________________________________，阴极的电极反应式为___________________________________________________________________________。(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是_______________。(5)下列说法错误的是________。A．流程中Et2O得到了循环利用B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(7)比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“＝”)，其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)晶体Ga(CH3)3的沸点较低，为分子晶体。(3)根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)分析可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可知

，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。(5)由已知②③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时Et2O得以循环利用，A项正确；Ga和Al的性质相似，Al能与H2O、O2反应，因此高纯Ga也能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH3)3

能与水反应，有机物能与O2反应，故B项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，则“工序X”为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH3)3，C项正确；Ga(CH3)3

和CH3I中均只有1种氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。(7)Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化，因此C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。(4)CH4

(5)D

(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以分离出Ga(CH3)3(7)>

Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化[把握考情]一、组合命题是大趋势新高考命题为更好地体现综合应用考法，彰显反规律、反套路化命题原则，原来的知识边界清晰，考查相对独立的考法(题目的设问大多围绕化工知识展开)正逐步向模糊知识界线、“拼盘”融合无缝的方向演进。“化工流程＋原理”“化工流程＋实验”“化工流程＋物质结构”等一些创新考法出现在2023各省市的自主命题中，给人久违的清新之感。二、化工流程涉及的考查点基本稳定考法常考题点基础考法1.加快浸取效率或速率的措施及分析；2.指定物质的结构如电子式、化合价、化学键的分析；3.流程中涉及的指定溶液或滤渣中的成分判断综合考法1.流程中转化的化学(离子)方程式或指定物质发生某反应的化学(离子)方程式；2.除杂质离子的pH调节；3.分离、提纯的原理、操作方法及仪器名称及选择；4.转化率或产率的有关计算；5.Ksp的有关计算及Ksp的应用应用创新考法1.涉及图像的反应条件选择；2.萃取与反萃取；3.涉及电化学的电极反应及有关计算续表二、透析题型——学方法(一)审题——明确“制什么”“怎么制”化工流程题的题干一般由“题头”和“流程图”两部分内容组成，题头主要点明“制什么”明确制取的产品；“流程图”则展示制备的过程即“怎么制”。1．审题头——明确制什么如上面的2023山东高考题、2023湖南高考题题头信息制备物质一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下Li2CO3工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下超纯Ga(CH3)32．审流程图——明确怎么制化工流程一般取材于真实的生产、生活中的实际问题，通过简洁可视的工艺流程图将其展示出来，其制备模式图如下：在审流程图时，主要审清原料预处理、反应条件的控制、核心反应、物质的分离与提纯等。(二)析题——逐环节审清“有什么”“是什么状态”“化学工艺流程”题因涉及到多环节、多物质、多操作，学生在解题时往往会心浮气躁思维紊乱，难以聚神理出头绪。解此类题目，可采用逐环节理清“气—液—固”三条主线法。“气—液—固”三线法是指：审清化工流程中每一道工序或操作中的物质状态，然后进行三态分开记录，其目的是对每一种物质的来龙去脉实现有效跟踪，进而捋清思维主线。其呈现模式如右(即卡片形式。每一工序或操作为一个记录卡片，最上端一栏为气体，第二栏为液体，最下端一栏为固体)。此种模式非常详细地记录了每一工序或操作中涉及的三态物质，从而提高了分析工艺流程中各试剂、操作、物质转化的情况的准确率。能有效帮助考生尽快分析流程，提高答题速度和正确率，示例如下。[典例]

(2023·全国甲卷)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是______________________________________________________________________________________。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为___________________________。(3)“酸化”步骤应选用的酸是______(填标号)。a．稀硫酸 b．浓硫酸c．盐酸 d．磷酸(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？其原因是________________________________________________________________________________________________________________________。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝________________。[解题观摩]第一步：采用“气—液—固”三线法，理清各环节物质的转化题目中经常出现一些蕴含答题方向的词语，挖掘这些词语的隐性信息，能够及时锁定思考方向、找到答题着力点。第二步：依据设问沿循物质转化的“三线”，精准析题(1)结合“三线法”中焙烧过程中的生成物质，可知碳粉的主要作用是作还原剂，使BaSO4转化成BaS。(2)“浸取”时易溶于水的BaS和过量的CaCl2反应生成微溶于水的CaS，反应的离子方程式为S2－＋Ca2＋===CaS↓。(4)焙烧后的产物中含BaS、CaS，如果直接用盐酸浸取，CaS会和盐酸反应生成有毒的H2S气体和CaCl2，从而影响产品纯度，故不能直接用盐酸浸取。(5)结合图示流程、题中信息及原子守恒可写出“沉淀”时BaCl2、TiCl4、(NH4)2C2O4反应的化学方程式为TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。[答案]

(1)作还原剂，将BaSO4转化成BaS

(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓

(3)c

(4)不可行，酸与CaS能产生有毒气体H2S和CaCl2，从而影响产品纯度(5)TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl

(6)1∶1三、重点强化——补缺漏(一)审题注意挖隐含，找准思维趋向题目中经常出现一些蕴含答题方向的词语，挖掘这些词语的隐性信息，能够及时锁定思考方向、找到答题着力点。条件目的思维趋向控制较低温度从物质的挥发性和不稳定性等考虑加过量试剂从反应完全或增大转化率、产率等考虑能否加其他物质从引入杂质或影响产物的纯度考虑分离、提纯从过滤、蒸发，萃取、分液和蒸馏等常规操作考虑溶液呈酸性或碱性从电离或水解产生的H＋或OH－考虑，使溶液呈酸性或碱性在一恒定温度下反应恒温加热，可以根据温度的大小选择“水浴”“油浴”或“沙浴”等浴热方式在空气中或在其他气体中从O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的进行考虑续表判断沉淀是否洗净取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子检验某种物质的设计方案取少量液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，从而得出结论控制pH从防水解、促进生成沉淀或除去杂质等方向考虑用某些有机试剂清洗从降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等方向考虑控制温度可考虑加热加快反应速率或温度过高使物质会分解或挥发续表(二)记牢一些常用试剂的作用，确保思维方向“不跑偏”类别物质作用氧化剂H2O2、HNO3、空气、次氯酸盐、KMnO4、MnO2等氧化某些还原性物质，便于后续分离，如氧化Fe2＋、Co2＋等还原剂SO2、Na2SO3、I－、金属单质等还原某些氧化性物质，便于后续分离，如还原Fe3＋等续表续表硫化物H2S、Na2S、(NH4)2S等沉淀某些离子，如Cu2＋、Cu＋、Pb2＋、Ag＋、Sn2＋等氟化物HF、NaF沉淀某些离子，如Ba2＋、Ca2＋、Mg2＋等续表(三)内化溶度积计算的三类模型，突破失分题点1．是否有沉淀生成的判断模型第一步根据题目要生成的沉淀，判断需要求出的离子浓度第二步根据题目所提供的条件计算出对应的离子浓度(一般题目中会提供两种或两种以上的Ksp值，存在两组Ksp值中有一共同的离子，则可以根据Ksp值求出对应的离子浓度)第三步根据方程式AnBm(s)＝nAm＋＋mBn－，求出cn(Am＋)·cm(Bn－)的值，再与题目中所提供的Ksp(AnBm)做比较，大于则生沉淀；小于则无沉淀生成续表[例1]

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，工艺流程如图所示：若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02mol·L－1，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＋)＝1.0×10－5mol·L－1，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。2．溶液中离子浓度求算模型[例2]镧系金属元素铈(Ce)常见有＋3、＋4两种价态，铈的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。铈元素在自然界中主要以氟碳铈矿的形式存在，其主要化学成分为CeFCO3。工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如图所示：常温下，当溶液中的某离子浓度≤1.0×10－5mol·L－1时，可认为该离子沉淀完全。据此，在生成Ce(OH)3的反应中，加入NaOH溶液pH至少达到________时，即可视为Ce3＋已完全沉淀。{Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20}[解题流程]

第一步：所求为c(OH－)，与Ksp[Ce(OH)3]的关系为Ksp[Ce(OH)3]＝c3(OH－)·c(Ce3＋)第二步：根据题目给的条件，Ce3＋要完全沉淀，在溶液中的浓度要≤1.0×10－5mol·L－1，所以得出c(Ce3＋)＝1.0×10－5mol·L－1[答案]

93．离子浓度之比模型第一步写出离子与Ksp之间的关系式第二步根据关系式，将浓度比换算为Ksp之比(分式上下同时乘以相同离子浓度)，再代入数据计算即可[例3]实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如图所示：

[答案]

1.6×104四、精训一题——全练通[标杆原题]

(2023·吴忠市联考)硫酸锰是一种重要的化工中间体。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿(主要成分为MnO2等锰的氧化物)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下：已知：①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。②金属离子在水溶液中沉淀的pH范围如下表所示(25℃)：③离子浓度≤10－5mol·L－1时，离子沉淀完全。物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Al(OH)3开始沉淀的pH1.97.67.33.0完全沉淀的pH3.29.69.35.2(1)“混合焙烧”的主要目的是____________________________________。(2)若试剂a为MnO2，则氧化步骤发生反应的离子方程式为____________________________________________________________，若省略“氧化”步骤，造成的影响是__________________________________________________________________________________________。(3)“中和除杂”时，应控制溶液的pH范围是________。(4)“氟化除杂”后，若使溶液中Mg2＋沉淀完全，需维持c(F－)不低于________________________。[已知：Ksp(MgF2)＝6.4×10－10](5)“碳化结晶”时发生反应的离子方程式为____________________________________________，最后一步系列操作主要是________________________________________________________________________________________________________________。[解析]

(1)高硫锰矿含有FeS，“混合焙烧”可以将金属硫化物转化为金属氧化物，同时除去硫元素。(2)若试剂a为MnO2，氧化时用二氧化锰氧化亚铁离子生成三价铁离子，本身被还原成二价锰离子，则氧化步骤发生反应的离子方程式为MnO2＋4H＋＋2Fe2＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；若省略“氧化”步骤，则铁元素只能以Fe2＋形式除去，但是由表格可知除去亚铁离子的同时锰离子也除去了，即造成的影响是Fe2＋完全沉淀时Mn2＋已经完全沉淀，造成Mn2＋损失。(3)“中和除杂”的目的是使铝离子、铁离子完全沉淀且锰离子不沉淀，则由表格可知要控制溶液的pH范围是5.2≤pH<7.3(或5.2～7.3)。[发掘命题]

第(1)问拓展延伸(1)为了提高“浸出”的速率，可采取的措施有________________________(写两种即可)。(2)为了加快焙烧速率可以采取的措施有______________，焙烧时FeS转化为Fe2O3和一种具有刺激性气味的气体X，反应的化学方程式为________________________。第(2)问拓展延伸(3)若试剂a为MnO2，氧化步骤中氧化剂和还原剂物质的量之比为________。(4)若试剂a为H2O2，过氧化氢的实际消耗量大于理论消耗量的原因是____________________________________。第(3)问拓展延伸(5)用化学平衡移动原理解释加入碳酸钙除去铁元素的原理：________________________________________________________________________