第11課時題型研究化學(xué)工藝流程綜合題無機(jī)化工流程題是以實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景，以解決化學(xué)實(shí)際問題為思路設(shè)置問題，通常以流程圖的形式呈現(xiàn)生產(chǎn)過程，有時還結(jié)合表格和圖像提供多種信息。試題的結(jié)構(gòu)通常分為題頭、流程和設(shè)問三部分。題頭一般是簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的(包括副產(chǎn)品)；流程部分主要用框圖形式將原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來；設(shè)問主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及的化學(xué)知識來設(shè)置，從而組成一道完整的化學(xué)試題。從要解決的問題看，這類試題通常有兩個目的：一是從混合物中分離、提純某種物質(zhì)；二是利用某些物質(zhì)制備另一物質(zhì)。技法點(diǎn)撥1化工生產(chǎn)的一般流程2試題的設(shè)問角度化工流程題的考點(diǎn)主要從以下6點(diǎn)設(shè)置： (1)基本操作除雜、分離、檢驗(yàn)、洗滌、干燥等實(shí)驗(yàn)操作的步驟描述；加入某些試劑或某個操作步驟的目的描述。(2)物質(zhì)的分離與提純通過調(diào)節(jié)pH使溶液中的金屬離子沉淀達(dá)到分離除雜的目的，據(jù)此選擇需要加入的化學(xué)試劑；加入某種物質(zhì)使難溶物轉(zhuǎn)化為更難溶的物質(zhì)后，通過過濾除去等。(3)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡理論的運(yùn)用例如，研磨使反應(yīng)物顆粒變小，增大反應(yīng)物間的接觸面積，從而增大反應(yīng)速率，提高原料利用率；升高溫度能增大反應(yīng)速率，使吸熱反應(yīng)平衡正向移動等。(4)化學(xué)方程式或離子方程式的書寫根據(jù)流程圖及設(shè)問中的信息找出反應(yīng)物和生成物，書寫指定的化學(xué)方程式或離子方程式。(5)環(huán)境與綠色化學(xué)思想流程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)、資源的回收和利用、“三廢”的來源、對環(huán)境的影響及處理措施等。(6)化學(xué)計(jì)算聯(lián)系原料純度、轉(zhuǎn)化率、損失率、產(chǎn)物產(chǎn)率等計(jì)算產(chǎn)品質(zhì)量；聯(lián)系溶液配制、滴定操作測定樣品中某元素含量或產(chǎn)品純度；聯(lián)系溶度積常數(shù)，計(jì)算溶液中某離子濃度或完全沉淀時的pH等。3工藝流程中的常見專業(yè)術(shù)語釋義研磨、霧化將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末或?qū)⒁后w分散成微小液滴，增大反應(yīng)物接觸面積，以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分灼燒(煅燒)使固體在高溫下分解或改變結(jié)構(gòu)、使雜質(zhì)高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦浸取向固體中加入適當(dāng)溶劑或溶液，使其中可溶性的物質(zhì)溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的過程浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少滴定定量測定，可用于某種未知濃度物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度的測定酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質(zhì)離子等堿作用去油污、去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅、調(diào)節(jié)pH、促進(jìn)水解(沉淀)4物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中分離提純階段的主要操作除雜加入沉淀劑或控制溶液的酸堿性使形成氫氧化物沉淀。如：除去含Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等來調(diào)節(jié)溶液的pH加熱加快反應(yīng)速率或使平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物，則要注意對溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)降溫防止某物質(zhì)在高溫時會分解或使平衡向著題目要求的方向移動分離固液分離過濾液液分離：a.有溶解度差異結(jié)晶或重結(jié)晶(蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干；蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾)b.有溶解性差異(萃取)分液c.有沸點(diǎn)差異蒸餾5獲得產(chǎn)品階段的主要操作洗滌(冰水、熱水、有機(jī)溶劑)水洗：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子(適用于溶解度小的物質(zhì))冰水洗滌：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗(適用于高溫溶解度大、低溫溶解度小的物質(zhì))醇洗(常用于溶解度較大的物質(zhì))：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗(若對溶解度小的物質(zhì)進(jìn)行醇洗，則是為了洗去雜質(zhì)離子，并使其盡快干燥)蒸發(fā)時的氣體氛圍抑制水解如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若將混合溶液加熱蒸發(fā)后再降溫，則析出的固體主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，這樣就可分離出大部分K2Cr2O7；同樣原理可除去KNO3中的少量NaCl蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若將混合溶液蒸發(fā)一段時間，析出的固體主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同樣原理可除去NaCl中的少量KNO3提醒趁熱過濾：若目的是獲得固體，則為防止其他物質(zhì)析出導(dǎo)致產(chǎn)品不純或防止溫度降低固體溶解；若目的是獲得液體，則為防止溫度降低析出固體，造成損耗。6工藝流程題中常見問題的答題方向常見問題答題要考慮的角度分離、提純過濾、蒸發(fā)、萃取、分液、蒸餾等常規(guī)操作，如從溶液中得到晶體的方法：蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶過濾(洗滌、干燥)提高原子利用率綠色化學(xué)(物質(zhì)的循環(huán)利用、廢物處理、原子利用率、能量的充分利用)在空氣中或特定氣體中進(jìn)行的反應(yīng)或操作要考慮O2、H2O、CO2或特定氣體是否參與反應(yīng)或能否達(dá)到隔絕空氣，防氧化、水解、潮解等目的洗滌沉淀方法：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作23次判斷沉淀是否洗滌干凈取最后洗滌液少量，檢驗(yàn)其中是否還有某種離子存在等控制溶液的pH調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，抑制水解(或使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀)“酸作用”還可除去氧化物(膜)“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅等特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件(或堿性條件)控制溫度(常用水浴、冰浴或油浴)使化學(xué)平衡移動；控制化學(xué)反應(yīng)的方向控制固體的溶解與結(jié)晶控制反應(yīng)速率：使催化劑達(dá)到最大活性升溫：促進(jìn)溶液中的氣體逸出，使某物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)揮發(fā)加熱煮沸：促進(jìn)水解，聚沉后利于過濾分離典例剖析典例1(2018全國卷)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家。一種以閃鋅礦(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質(zhì))為原料制備金屬鋅的流程如圖所示：相關(guān)金屬離子c0(Mn)0.1 molL1形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Fe3Fe2Zn2Cd2開始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4回答下列問題：(1)焙燒過程中主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(2)濾渣1的主要成分除SiO2外還有_；氧化除雜工序中ZnO的作用是_，若不通入氧氣，其后果是_。(3)溶液中的Cd2可用鋅粉除去，還原除雜工序中反應(yīng)的離子方程式為_。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質(zhì)鋅時，陰極的電極反應(yīng)式為_；沉積鋅后的電解液可返回_工序繼續(xù)使用。解題流程答案(1)ZnSO2ZnOSO2(或2ZnS3O22ZnO2SO2)(2)PbSO4調(diào)節(jié)溶液的pH無法除去雜質(zhì)Fe2(3)Cd2Zn=CdZn2(4)Zn22e=Zn溶浸典例2(2016全國卷)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2.22.92.83.122286065121以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：回答下列問題：(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO，反應(yīng)的離子方程式為_，同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2?！皬U渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2變?yōu)閂O，則需要氧化劑KClO3至少為_ mol。(3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有_。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈_性(填“酸”“堿”或“中”)。(5)“流出液”中陽離子最多的是_。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。解題流程答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)堿(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3備考方略解答化工流程題的基本步驟(1)從題干中獲取有用信息，閱讀題干時要隨手畫出目的及相關(guān)信息，了解反應(yīng)物是什么，產(chǎn)品是什么，主要分析出產(chǎn)品中各個元素的來源，即分析“元素流向”。(2)了解流程中一些實(shí)驗(yàn)操作的目的，通常都是為了凈化原料或者提純產(chǎn)品。(3)對反應(yīng)條件的分析可從以下幾個方面著手：對反應(yīng)速率有何影響；對平衡轉(zhuǎn)化率有何影響；對綜合生產(chǎn)效益有何影響(從原料來源、能源成本、環(huán)境保護(hù)、循環(huán)利用方面考慮)。對點(diǎn)練13PbOPbSO4H2O化學(xué)名：三鹽基硫酸鉛，簡稱三鹽，M990 gmol1。不溶于水，微黃色粉末，可用作聚氯乙烯穩(wěn)定劑。以鉛泥(含PbO、Pb及PbSO4等)為原料制備三鹽基硫酸鉛的工藝流程如圖所示。請回答下列問題：(1)步驟轉(zhuǎn)化的目的是_，將濾液1、濾液3合并，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾等操作，可得到一種結(jié)晶水合物(M322 gmol1)，其化學(xué)式為_；濾液2中可循環(huán)利用的溶質(zhì)為_(填化學(xué)式)。(2)步驟合成三鹽的化學(xué)方程式為_；步驟洗滌沉淀時的操作是_；若以100.0 t鉛泥為原料制得純凈干燥的三鹽49.5 t，假設(shè)鉛泥中的鉛元素有90%轉(zhuǎn)化為三鹽，則鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。解析：(1)步驟加入Na2CO3溶液能將PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3，可以提高鉛元素的利用率。結(jié)合上述分析可知濾液1、濾液3中均含有Na2SO4，再結(jié)合所得晶體的摩爾質(zhì)量可知析出的晶體為Na2SO410H2O。濾液2中的HNO3可循環(huán)使用。(2)步驟中加入NaOH溶液，使PbSO4轉(zhuǎn)化成三鹽，化學(xué)方程式為4PbSO46NaOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O。沉淀表面有Na2SO4等雜質(zhì)，洗滌沉淀時，向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，讓蒸餾水自然流下，并重復(fù)上述操作23次即可。設(shè)鉛泥中鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，根據(jù)關(guān)系式：4Pb3PbOPbSO4H2O4 mol207 gmol1 990 g1000 tx90%49.5 t則，解得x46.0%。答案：(1)將PbSO4轉(zhuǎn)化為PbCO3，提高鉛元素的利用率Na2SO410H2OHNO3(2)4PbSO46NaOH3PbOPbSO4H2O3Na2SO42H2O向漏斗中加蒸餾水至浸沒沉淀，讓蒸餾水自然流下，并重復(fù)上述操作23次46.0%對點(diǎn)練2濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣主要含鋅、鎘(Cd)、銅、鐵、鈷(Co)等金屬單質(zhì)。利用銅鎘渣可生產(chǎn)Cu、Cd及ZnSO47H2O 等，其生產(chǎn)流程如圖：如表是部分金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1 molL1計(jì)算)：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cd(OH)2Zn(OH)2開始沉淀的pH1.97.07.25.4沉淀完全的pH3.29.09.58.2請回答下列問題：(1)提高銅鎘渣的“浸出”速率的措施有_(寫出1條即可)。(2)Fe的金屬性比Co強(qiáng)，該流程中“除鈷”_(填“能”或“不能”)用Zn代替Fe，“除鈷”中Fe發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_。(3)“除鐵”操作中加入H2O2的目的是_，加入ZnO的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，以除去溶液中的鐵元素，調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_，“除鐵”操作中的沉淀成分是_(寫化學(xué)式)。(4)“電解”后的電解廢液是ZnSO4溶液，用該電解廢液制備ZnSO47H2O的方法是_。(5)“除鈷”后的含鈷廢渣在空氣中煅燒，煅燒后的成分測定如表：元素CoZnCuFe含量/%59.000.520.2013.16則煅燒后所得固體混合物中，鈷氧化物的化學(xué)式是_。解析：(1)升高溫度、增大反應(yīng)物表面積等均可提高反應(yīng)速率。(2)因Zn的金屬性比Fe強(qiáng)，故可用Zn代替鐵除鈷。除鈷中Fe與Co2發(fā)生置換反應(yīng)生成Fe2和Co。(3)H2O2可氧化Fe2，使之轉(zhuǎn)化為Fe3。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，可知欲除去溶液中的鐵元素，需加入ZnO調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3.25.4，此時Fe3完全轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3 沉淀。(4)從ZnSO4溶液中制備ZnSO47H2O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。(5)由題意知，煅燒后所得固體為鈷氧化物、ZnO、CuO、Fe2O3的混合物，設(shè)煅燒后所得固體質(zhì)量為100 g，結(jié)合題表中的數(shù)據(jù)可知，鈷氧化物中m(O)100 g59.00 g81 gmol180 gmol1160 gmol121.302 g，則鈷氧化物中n(O)1.33 mol，n(Co)1.00 mol，故鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。答案：(1)適當(dāng)升高浸取液溫度(或?qū)~鎘渣磨制成粉末等)(2)能FeCo2=Fe2Co(3)將Fe2氧化成Fe33.25.4Fe(OH)3(4)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(5)Co3O4