2019届一轮复习人教版工艺流程题解题方法与策略学案

2019届一轮复习人教版工艺流程题解题方法与策略学案

工艺流程题解题方法与策略 导学案 考点梳理 ‎1．对原料进行预处理的常用方法及其作用 ‎（1）研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。‎ ‎（2）水浸——与水接触反应或溶解。‎ ‎（3）酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。‎ ‎（4）灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。‎ ‎（5）煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。‎ ‎2．常用的控制反应条件的方法 ‎（1）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：‎ ‎①能与H＋反应，使溶液pH增大；‎ ‎②不引入新杂质。 ‎ 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。‎ ‎（2）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。‎ ‎（3）控制压强。改变速率，影响平衡。‎ ‎（4）使用正催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。‎ ‎（5）趁热过滤。防止某些物质降温时析出。‎ ‎（6）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。 ‎ ‎3．明确常用的提纯方法 ‎（1）水溶法：除去可溶性杂质。‎ ‎（2）酸溶法：除去碱性杂质。‎ ‎（3）碱溶法：除去酸性杂质。‎ ‎（4）氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。‎ ‎（5）加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。 ‎ ‎（6）调节溶液的pH法：如除去酸性含铜溶液中的Fe3＋等。‎ ‎4．明确常用的分离方法 ‎（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、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O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。‎ ‎5．物质分离、提纯的原则 ‎（1）不增：不引入新的杂质。‎ ‎（2）不减：不减少被提纯物。‎ ‎（3）易分离：被提纯物与杂质容易分离。‎ ‎（4）易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。‎ ‎6．物质分离、提纯注意事项 ‎（1）除杂试剂需过量。‎ ‎（2）过量试剂需除去。‎ ‎（3）除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。‎ ‎（4）选择最佳除杂途径。‎ 考向分析 考向一、物质制备类化工流程题 典例1、KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。实验室中，采用废易拉罐(主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：‎ ‎（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用___(填标号)。‎ A．HCl溶液 B．H2SO4溶液 C．氨水 D．NaOH溶液 ‎（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________。‎ ‎（3）沉淀B的化学式为________；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是__________。‎ ‎（4）已知：Kw=1.0×10-14，Al(OH)3AlO2-+H++H2O K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于_________。‎ ‎【答案】（1）d ‎ ‎（2）2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑ ‎ ‎（3）Al(OH)3 Al3+水解，使溶液中H+浓度增大 ‎（4）20 ‎ 考点：考查铝的性质及物质制备工艺流程的知识。‎ 方法指导：工艺流程题，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即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，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。‎ 考向二、以分离、提纯为目的的工艺流程题 典例2、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：‎ 物质 V2O5‎ V2O4‎ K2SO4‎ SiO2‎ Fe2O3‎ Al2O3‎ 质量分数/%‎ ‎2.2~2.9‎ ‎2.8~3.1‎ ‎22~28‎ ‎60~65‎ ‎1~2‎ ‎<1‎ 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：‎ 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3 mol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____________。‎ ‎【答案】（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱；（5）K＋ ；（6）2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。‎ ‎【解析】（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，V元素化合价不变，说明不是氧化还原反应，根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2‎ O；二氧化硅与酸不反应，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。‎ ‎（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，V元素化合价从＋4价升高到＋5价，而氧化剂KClO3中氯元素化合价从＋5价降低到－1价，则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为少3mol÷6＝0.5mol。‎ ‎（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中，同时生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，则“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。‎ ‎（4）根据方程式可知为了提高洗脱效率，反应应该向逆反应方向进行，因此淋洗液应该呈碱性。‎ ‎（5）由于前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。‎ ‎（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵(NH4VO3 “煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑。‎ 指导：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：‎ ‎①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。‎ ‎②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。‎ 对点训练 ‎1．绿矾(FeSO4•7H2O)可用于色谱分析剂、净水、照相制版等方面．下面是以铁屑(含少量锡等杂质)生产绿矾的一种方法：‎ 已知：在H2S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为5.5．‎ ‎（1）操作Ⅱ中用pH试纸测定溶液pH的操作是____________________________；‎ ‎（2）操作Ⅱ中用硫酸酸化至pH=2的目的是 ______________；‎ ‎（3）操作Ⅲ中需要的玻璃仪器是烧杯、 ______________；‎ ‎（4）通入硫化氢至饱和的目的是：①除去操作I所得溶液中含有的Sn2+等杂质离子；②_________________；‎ ‎（5）操作Ⅳ的顺序依次为：________________________、冷却结晶、_______________；‎ ‎（6）操作Ⅳ得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②__________________________。‎ ‎【答案】（1）将一小块pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，再与标准比色卡对照 ‎ ‎（2）使Sn2+完全沉淀，而Fe2+不沉淀 ‎ ‎（3）玻璃棒、漏斗 ‎ ‎（4） 防止Fe2+被氧化 ‎ ‎（5） 蒸发浓缩；过滤； ‎ ‎（6）减少绿矾晶体洗涤中的损耗 解析：（1）(2)略（3）分离不溶于水的固体和液体，用过滤的方法，过滤操作用到的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒；‎ ‎（4）②硫化氢具有强还原性，可以防止亚铁离子被氧化；‎ ‎（5）溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，结晶析出，过滤洗涤等，所以操作IV的顺序依次为：蒸发、浓缩冷却结晶、过滤；‎ ‎（6）冰水温度低，物质溶解度减小，可以洗去沉淀表面的杂质离子，避免绿矾溶解带来的损失。3．某混和物A，含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现如图所示的物质之间的变化：‎ 据此判断：‎ ‎（1）固体B的所含物质的化学式__________________________；‎ ‎（2）反应①的离子方程式__________________________；‎ ‎（3）反应②的离子方程式__________________________；‎ ‎（4）反应③的离子方程式__________________________。‎ ‎【答案】（1）Al2O3 ‎ ‎（2）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O （‎ ‎3）Al3++3NH3•H2O═Al(OH)3↓+3NH4+ ‎ ‎（4）AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-‎ ‎3．砷为第ⅤA族元素，金属冶炼过程中产生的含砷有毒废弃物需处理与检测。‎ Ⅰ.冶炼废水中砷元素主要以亚砷酸(H3AsO3)的形式存在，可用化学沉降法处理酸性高浓度含砷废水，其工艺流程如下：‎ 已知：①As2S3与过量的S2－存在以下反应：As2S3(s)＋3S2－(aq) 2AsS(aq)；‎ ‎②亚砷酸盐的溶解性大于相应砷酸盐。‎ ‎(1)亚砷酸中砷元素的化合价为________；砷酸的第一步电离方程式为___________________________。‎ ‎(2)“一级沉砷”中FeSO4的作用是 _______________________；“二级沉砷”中H2O2与含砷物质反应的化学方程式为____________________________。‎ ‎(3)沉淀X为____________(填化学式)。‎ Ⅱ.冶炼废渣中的砷元素主要以As2S3的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测(As的最低检出限为3.0×10－6 g)。‎ 步骤1：取10 g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H2SO4共热，生成AsH3气体。‎ 步骤2：将AsH3气体通入AgNO3溶液中，生成银镜和As2O3。‎ 步骤3：取1 g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成。‎ ‎(4)AsH3的电子式为________________。‎ ‎(5)步骤2的离子方程式为_______________________________。‎ ‎(6)固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0×10－5g·kg－1，请通过计算说明该排放的废渣中砷元素的含量________(填“符合”或“不符合”)排放标准，原因是 _____________________。‎ 解析：(1)亚砷酸(H3AsO3)中，氧元素化合价为－2价，氢元素化合价为＋1价，砷元素化合价设为x，＋1×3＋x＋(－2)×3＝0，x ‎＝＋3；第ⅤA族非金属元素形成的最高价含氧酸中磷、砷形成的含氧酸都是弱酸，在水溶液中分步电离，第一步电离方程式为H3AsO4 H＋＋H2AsO。‎ ‎(2)“一级沉砷”中FeSO4的作用是除去过量的S2－，使As2S3＋3S2－2AsS平衡逆向进行，提高沉砷效果；“二级沉砷”中H2O2与含砷物质发生氧化还原反应，亚砷酸被氧化为砷酸，反应的化学方程式为H3AsO3＋H2O2===H3AsO4＋H2O。‎ ‎(3)分析流程可知，加入CaO和水反应生成Ca(OH)2，Ca(OH)2和砷酸反应生成Ca3(AsO4)2沉淀、和Fe3＋反应生成Fe(OH)3沉淀，Ca2＋结合SO形成CaSO4沉淀，所以沉淀X为CaSO4。‎ ‎(4)AsH3和NH3分子结构相同为共价化合物，砷原子和三个氢原子形成三个As—H键，电子式为。‎ ‎(5)将AsH3气体通入AgNO3溶液中，生成银镜和As2O3，结合电荷守恒、原子守恒配平离子方程式：12Ag＋＋2AsH3＋3H2O===12Ag↓＋As2O3＋12H＋。‎ ‎(6)As的最低检出限为3.0×10 －6 g，取1 g废渣样品，重复上述实验，未见银镜生成，取10 g废渣样品最后生成银镜和As2O3。则10 g废渣含砷量最少为3.0×10 －6 g，含砷量为×1 000 g·kg－1＝3.0×10－4 g·kg－1＞4.0×10一5 g·kg－1，不符合排放标准。‎ 答案：(1) ＋3 H3AsO4H＋＋H2AsO ‎(2)沉淀过量的S2－，使As2O3(s)＋3S2－(aq) 2AsS(aq)平衡左移，提高沉砷效果 H3AsO3＋H2O2===H3AsO4＋H2O ‎(3)CaSO4 ‎ ‎(4) ‎ ‎(5)12Ag＋＋2AsH3＋3H2O===12Ag＋As2O3＋12H＋‎ ‎(6)不符合 因为该废渣砷含量最少为()×1 000 g·kg－1＝3.0×10－4 g·kg－1，大于排放标准4.0×10－5 g·kg－1‎