10.0 第10专题.ppt

1、第10专题,主编,第2专题,主编,AH,化学,化学,化学,化学,专案突破,名师诊断,【考情报告】,【考向预测】,2013年福建化学卷预计以常见的原料和生产工艺为载体,考查物质转化观、应用化学反应原理(特别是化学平衡原理及计算的延伸和拓展)、化学物质的转化分析、离子方程式的书写、绿色化学思想。,【应对策略】,一、化工流程题型的特点,化工流程题主要考查学生应用化学反应原理、物质制备和分离知识、绿色化学的观点及经济的视角分析实际化工生产中各种问题的能力,具有考查知识面广、综合性强、思维容量大等特点。,(一)结构,从内容组织形式上看化工流程题型的结构通常是从生产原料到产品的整个流程以简单的文字加框图和

2、箭线形式呈现,同时流程中还会形成一些“环状”,意为物质的循环利用,以展现“绿色化学”的理念。如图所示:,二、化工流程题型的结构、涉及问题及解题顺序,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)。,三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环使用。,(二)涉及问题,1.原料的预处理(研磨、浸取、酸化、煅烧、过滤、蒸发结晶、水洗等)。,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

3、安全(防爆、防污染、防中毒等)。,三、化工流程题的类型及解题方法与思路,按知识考查板块的主要角度来看,化工流程题包括三种题型,即实验,(三)解题顺序,型化工流程题、元素化合物型化工流程题和原理型化工流程题。,(一)实验型化工流程题,实验型化工流程题是以考查考生实验基础知识、基本操作及基本技能为主要目的的一类化工流程题。解答此类题时,应认真审题,找到该实验的目的。一般来说,该流程题只有两个目的:一是从混合物中分离、提纯某一物质;另一目的就是利用某些物质制备另一物质。,1.对于以提纯某一物质为实验目的的流程题,其实就是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关知识。当遇到这一类题时,要求考生一定要认真在流

4、程中找出得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些;认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发,生反应,生成了什么产物,要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。,2.对于以制备某一物质为实验目的的流程题,要求考生注意以下几个方面:,(1)明确要制备的是什么物质,从题干或问题中获取有用信息,了解产品的性质。题目中的信息往往是制备该物质的关键所在。若产物具有某些特殊性质(由题目信息获得或根据所学知识判断),则要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其他杂质。一般来说主要有如下几种情况:,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:侯德榜制

5、碱中的NaHCO3,还有H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。,如果产物是一种会水解的盐,且水解产物中有挥发性的酸产生,则要加相对应的酸来防止水解。如:制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、 Cu(NO3)2等物质,蒸干其溶液得到固体溶质时,都要加相对应的酸或在酸性气流中干燥以防止其水解。,如果产物是一种强氧化剂或强还原剂,则要防止可以与其发生氧化还原反应的物质,如:含Fe2+、S2-等离子的物质,要防止其与氧化性强的物质接触。,如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水而变质的物质(如NaOH固体等),在制备过程中则要将CO2或水除去,同时也要防止空气中的

6、,CO2或水进入装置。,如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息,则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况,根据它们的不同变化,找出合适的分离方法。,(2)寻找在制备过程中所需的原料,写出主要的化学方程式或制备原理,从中了解流程图。若题目已给出制备物质时所需的原料,则一般会涉及物质的分离、提纯等操作,所以在明确实验目的之后,再写出主要的化学方程式,观察有没有副产物,如果有,则剩余的步骤就是分离和提纯了。,该题型解题思路可简化为下图:,元素化合物型化工流程题是以物质制备流程为主线,主要考查元素及其化合物、物质结构、元素周期律、氧化还原反应等知识。其题型特点决定了其解题时要注意从题

7、干中获取有用信息,了解生产的产品;注意分析流程中的每一步骤,如:每一步骤中反应物是什么,原理型化工流程题是以物质制备流程为主线,主要考查考生运用化学平衡原理、化学反应与能量变化、电化学等知识来解决化工生产中实际问题的能力。解答此类型题目要注意从题中获取信息,运用化学反应原理分析制备产品的最佳条件,帮助解题。,在很多的化工流程题中,我们会看到压强、温度等外界条件的出现,发生了什么反应,该反应造成了什么后果,对制取产品有什么作用。其解题思路基本与原理型化工流程题相同,如下图:,不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求,其所起的作用也不一样,但却都是能否达到实验目的的关键所在,也是命题专家们经常

8、考查考生的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响这两个方面着手。如外界条件温度可从以下几个方面来考查:,1.趁热过滤(或冰水洗涤)的目的:防止某物质降温时会析出(或升温时会溶解)而损失或带入新的杂质。,2.冰水中反应(或降温反应)的目的:防止某物质在高温时溶解或使化学平衡向着题中要求的方向移动。,3.反应中采取加热措施的目的:一般是加快反应速率或加速某固体的溶解。,4.如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内(可用水浴或油浴来控制),一般有以下几个目的:,防止某种物质温度过高时会分解或挥发,也可能是使某物质达到沸点挥发出来,具体问题要具体分析。如Br2的制取过程中,出溴口

9、的温度控制在8090 ,目的是使Br2挥发出来同时减少水蒸气混入Br2中。,使催化剂的活性达到最高:如工业合成氨或SO2的催化氧化反应,选择的温度是500 左右,原因之一就是使催化剂的活性达到最高。,防止副反应的发生:如乙醇的消去反应温度要控制在170 ,原因是在140 时会有乙醚产生。,对于一些工艺来说,降温或减压都可以减少能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的目的。,四、相关知识储备,1.元素化合物知识,化学工艺流程题核心是物质的转化,所以,元素化合物知识是解题的基础和关键。课程标准和考试说明要求掌握的元素化合物知识必须熟练掌握,这样才有了解题工具。,2.常见实验操作,3.物质的制备,

10、(1)制金属:电解法制Na、Mg、Al;还原法(CO或H2)制Zn、Fe、Cu;铝热法制Mn、Cr、V;热分解法制Hg、Ag。,(2)海水提碘:海带海带灰滤液氧化I-为I2萃取蒸馏,(续表),碘。,(3)粗盐提纯:粗盐溶解过量BaCl2溶液过量NaOH溶液过量Na2CO3溶液过滤适量盐酸蒸发结晶。,(4)制胆矾(CuSO45 H2O):粗铜粉、O2+稀硫酸过滤蒸发制热饱和溶液冷却结晶。,(5)制绿矾(FeSO47H2O):废铁屑热饱和Na2CO3溶液除油污稀硫酸(5070 )趁热过滤冷却结晶洗涤吸干水。,4.根据信息正确书写化学方程式,5.化学反应原理的核心考点,(1)考查热化学方程式书写、反

11、应热的计算;,(2)燃料电池的构造、电极名称与电极反应的书写等等;,(3)平衡常数K或与溶度积常数Ksp的有关计算。,【题型示例】,一、实验型化工流程,例1碱式碳酸镁用途广泛,如可作干燥剂、护色剂、载体、抗结块剂,在医药上作解酸剂。以水氯镁石(主要成分为MgCl26H2O)为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如下:,(1)写出预氨化时发生的主要反应的离子方程式:。,(2)沉淀镁时反应的温度不宜过高,原因是。,(3)上述流程中的滤液浓缩结晶,所得主要固体物质的化学式为。,18.2 g产品完全分解后,产生6.6 g CO2和8.0 g MgO,由此可知,产品的化学式中:,a=;b=;c=。,(5)从水氯

12、镁石中可以提取无水氯化镁,电解熔融态的无水氯化镁可以得到金属镁。有同学认为:电解熔融的MgO也可制金属镁,在实际生产中可简化生产步骤,体现生产的简约性和经济性原则。你同意该同学的想法吗?为什么?你的观点是,。,(4)设计一个实验,确定产品碱式碳酸镁aMgCO3bMg(OH)2cH2O中a、b、c的值,请完善下列实验步骤(可用试剂:浓硫酸、碱石灰):样品称量;高温分解;测出的质量,再测出的质量(根据反应的先后顺序填);称量MgO。,【解析】(1)水氯镁石加水溶解后溶液中主要离子为Mg2+和Cl-,故通入氨气进行预氨化时发生的主要反应的离子方程式为Mg2+2NH3H2O Mg(OH)2+2N。(2

13、)碳酸氢铵受热易分解,则沉淀 镁时反应的温度不宜过高。(3)滤液中主要离子为N 和Cl-,滤液 浓缩结晶,所得主要固体物质的化学式为NH4Cl;(4)测定一定质量碱式碳酸镁分解生成的CO2、水蒸气和MgO的质量,求出物质的量之比即可确定其化学式。18.2 g碱式碳酸镁分解的产物中,n(MgO),= =0.2 mol,n(CO2)= =0.15 mol,n(H2O)= =0.2 mol。所以,n(MgO)n(CO2)n(H2O)=0.20.150.2=434,碱式碳酸镁用氧化物表示的化学式为4MgO3CO24H2O,即3MgCO3Mg(OH)23H2O。(5)MgO熔点很高,熔融时耗费大量的能量

14、而增加生产成本。,【答案】(1)Mg2+2NH3H2O Mg(OH)2+2N,(2)防止碳酸氢铵分解,(3)NH4Cl,(4)H2O;CO2;3;1;3,(5)不同意,因为MgO熔点很高,熔融时耗费大量的能量而增加生产,成本,二、原理型化工流程,例2硝酸铜常用做分析锶和芳香有机硅化合物的硝化剂、有机反应的催化剂。一种以辉铜矿石(主要含有Cu2S及少量SiO2)为原料制备硝酸铜的工艺流程如下:,(1)写出浸取过程中Cu2S溶解的离子方程式:。,(2)回收S过程中温度控制在5060 之间,不宜过高或过低的原因是、。,(3)气体NOx 与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质,该反应的化

15、学方程式为;向滤液M中加入(或通入)下列(填字母)物质,得到另一种可循环利用的物质。,a.铁b.氯气c.高锰酸钾,(4)保温除铁过程中加入CuO的目的是;蒸发浓缩时,要用硝酸调节溶液的pH,其理由是。,【解析】本题以“辉铜矿为原料制取硝酸铜的工艺流程”为背景设计问题,将离子方程式的书写、控制反应条件的目的、化学反应原理(反应速率、盐类水解)等知识融合在实际生产工艺中加以考查。(1)用FeCl3溶液浸取辉铜矿的原理是利用Fe3+氧化Cu2S生成可溶性的Cu2+和Fe2+,不溶的单质S可以用苯溶解回收,根据氧化还,原反应的原理写出该离子方程式:Cu2S+4Fe3+ 2Cu2+4Fe2+S。 (2)

16、回收S的温度控制在5060 的原因是:如温度过低则溶解速率太小,而温度过高则易导致溶剂苯挥发损失。(3)置换所得Cu及过量的Fe加HNO3后生成氮氧化物NOx,与氧气、水反应生成硝酸可循环利用,化学方程式为4NOx+(5-2x)O2+2H2O 4HNO3;用Fe置 换浸取液所得的滤液M中含Fe2+,可以通入Cl2将其氧化生成FeCl3而循环利用,且不会引入新的杂质。(4)保温除铁过程中加入CuO的目的是调节溶液的pH,使溶液中Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而除去,并且不会引入新的杂质离子;蒸发浓缩Cu(NO3)2时加入硝酸调节溶液的pH,可以抑制Cu2+的水解。,【答案】(1)Cu2S+

17、4Fe3+ 2Cu2+4Fe2+S,(2)温度高苯容易挥发;温度低溶解速率小,(3)4NOx+(5-2x)O2+2H2O 4HNO3;b,(4)调节溶液的pH,使铁元素(Fe3+)完全转化为Fe(OH)3沉淀;抑制Cu2+的水解(不带入其他杂质),已知:部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:,三、元素化合物型化工流程,例3新型高效絮凝剂Fe(OH)SO4(碱式硫酸铁)常用于污水处理,在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下:,请回答下列问题:,(1)加入少量NaHCO3的目的是调节pH,使溶液中的沉淀,该工艺中“搅拌”

18、的作用是。,(2)在实际生产中,反应常同时通入O2以减少NaNO2的用量,O2与NaNO2在反应中均作。若参与反应的O2有11.2 L(标准状况),则相当于节约NaNO2的物质的量为。,(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+离子,可部分水解生成Fe2(OH聚合离子。该水解反应的离子方程式为 。,(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准,产品中不得含有Fe2+及N 。为检验所得 产品中是否含有Fe2+,应使用的试剂为(填字母)。,A.氯水B.KSCN溶液,C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液,化学反应速率的因素、离子的检验、有关氧化还原反应的计算等知识。,(1)硫酸浸取废铁屑后所得溶液中含Fe2+和少量Al3+,根据工艺流程该步操作是为保留Fe2+,除去杂质Al3+,故加入少量NaHCO3调节pH可以使Al3+沉淀而除去, “搅拌”可以加快反应速率;(2)反应通入的O2与NaNO2均作氧化剂,根据得失电子守恒,可以计算出标准状况下11.2 L O2与2 mol NaNO2得到的电子数相等; (3)依据原子守恒及电荷守恒可以写出Fe(OH)2+水解生成Fe2(OH的离子方