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1、專項突破一化學反應與化工 流程題復習策略,類型一 以物質制備為目的的化學工藝流程,類型二 以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W工藝流程,考 法 突 破,化學工藝流程題是將化工生產中的生產流程用框圖形式表示出來,并根據生產流程中有關的化學知識步步設問,是無機框圖題的創(chuàng)新。它以現代工業(yè)生產為基礎,與化工生產成本、產品提純、環(huán)境保護等相融合,考查物質的制備、檢驗、分離、提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用,要求考生依據流程圖分析原理,緊扣信息、抓住關鍵、準確答題。這類試題具有較強的實用性和綜合性,是近幾年高考化學試題的?？碱}型。,考法突破,類型一以物質制備為目的的化學工藝流程 1.工藝流程圖,2.原料處理階段

2、的常見考查點 (1)加快反應速率的方法。 (2)溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸等。 (3)灼燒、焙燒、煅燒:改變結構,使一些物質在高溫下被氧化或分解。,3.分離提純階段的常見考查點 (1)調pH除雜 控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如除去含Al3+、Mn2+溶液中混有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調節(jié)溶液的pH。 調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點:一是能與H+反應,使溶液pH增大;二是不引入新雜質。例如,若要除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH。,(2)加熱:加快反應速率或促進

3、平衡向某個方向移動。 如果在制備過程中出現一些受熱易分解的物質,則要注意對溫度的控制。如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、濃硝酸等物質。 (3)降溫:防止某物質在高溫時分解或使化學平衡向題目要求的方向移動。,4.獲得產品階段的常見考查點 (1)洗滌(冰水、熱水或乙醇):洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 (2)蒸發(fā)時在某氣體氛圍中進行以抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時,應在HCl的氣流中加熱,以抑制Fe3+、Al3+、Mg2+等的水解。,(3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶:如NaCl和KNO3混合溶液,若將混合溶

4、液加熱蒸發(fā)后再降溫結晶,則析出的固體主要是KNO3,這樣就可分離出大部分 KNO3。 (4)蒸發(fā)結晶:如NaCl和KNO3混合溶液,若將混合溶液蒸發(fā)至析出固體,析出的固體主要是NaCl。,典例1硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為 Mg2B2O5H2O和Fe3O4,還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示: 回答下列問題:,(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式:。為提高浸出速率,除適當增加硫酸濃度外,還可采取的措施有(寫出兩條)。 (2)利用的磁性,可將其從“浸渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質

5、是(寫化學式)。 (3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,作用是。然后再調節(jié)溶液的pH約為5,目的是。 (4)“粗硼酸”中的主要雜質是(填名稱)。,(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4),它是有機合成中的重要還原劑,其電子式為。 (6)單質硼可用于生產具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼,用化學方程式表示制備過程:。,,解題流程,答案(1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4提高反應溫 度、減小鐵硼礦粉粒徑 (2)Fe3O4SiO2和CaSO4 (3)將Fe2+氧化成Fe3+使Fe3+與Al3+形成氫氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸鎂(

6、5)Na+H：：H- (6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO,解析(1)硫酸可與硼酸鹽反應制取酸性較弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式為Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。為提高浸出速率,除適當增加硫酸濃度外,還可采取提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑等措施。(2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性將其從“浸渣”中分離;“浸渣”中還剩余的物質是SiO2和CaSO4。(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化為Fe3+,然后調節(jié)溶液的pH約為5,使Al3+和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉

7、降而除去。(4)“粗硼酸”中所含雜質主要是沒有除去的易溶性鎂鹽,故為(七水)硫酸鎂。(5)硼氫,化鈉的電子式為Na+H：：H-。(6)利用Mg的還原性制取硼的化學方程 式為2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO。,1.(2017課標,27,14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備。工藝流程如下:,回答下列問題: (1)“酸浸”實驗中,鐵的浸出率結果如圖所示。由圖可知,當鐵的浸出 率為70%時,所采用的實驗條件為。,(2)“酸浸”后,鈦主要以TiOC形式存在,寫出

8、相應反應的離子方程式 。 (3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示:,分析40 時TiO2xH2O轉化率最高的原因。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數目為。 (5)若“濾液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5 molL-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?(列式計算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.310-22、1.010-24。 (6)寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式

9、 。,答案(1)100 、2 h,90 、5 h (2)FeTiO3+4H++4Cl- Fe2++TiOC+2H2O (3)低于40 ,TiO2xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加;超過40 ,雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉化反應速率下降 (4)4,(5)Fe3+恰好沉淀完全時,c(P)= molL-1=1.310-17molL-1,c3(Mg2+) c2(P)值為0.013(1.310-17)2=1.710-40

10、流程為依托,考查圖表分析能力和有關Ksp的計算等。(1)由圖可知,當鐵的浸出率為70%時,所采用的實驗條件為100 、2 h或90 、5 h。(2)“酸浸”后,鈦主要以形式存在,反應的離 子方程式為FeTiO3+ 4H++ 4Cl- Fe2+ + TiOCl2- 4+ 2H2O。(3)TiO2xH2O 轉化反應速率受溫度、反應物濃度等因素的影響。低于40 ,TiO2xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加;超過40 ,雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉化反應速率下降。(4)Li2Ti5O15中Ti為+4價,Li為+1價,設過氧鍵的數目為x,則12+45=2(15-2x)+2x,x=4。(6

11、)高溫下FePO4與,Li2CO3和H2C2O4反應制備LiFePO4,根據得失電子守恒和原子守恒可得化學方程式:2FePO4 +Li2CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H2O+3CO2。,思維建模無機物制備工藝流程題的破解方法 1.首尾分析法 對一些線型流程工藝(從原料到產品為“一條龍”的生產工序)題,首先對比分析流程圖中第一種物質(原材料)與最后一種物質(產品),從對比分析中找出原料與產品之間的關系,弄清生產過程中原料轉化為產品的基本原理和分離、提純產品的化工工藝,然后結合題設的問題,逐一推敲解答。,2.截段分析法 對于用同樣的原材料生產多種(兩種或兩種以上)產品(包括副產品)的工藝

12、流程題,用截段分析法更容易找到解題的切入點。用截段分析法解工藝流程題關鍵在于看清主、副產品是如何分開的,以此確定如何截段,截幾段更合適,一般截段以產品為準點。,類型二以分離提純?yōu)槟康牡幕瘜W工藝流程 1.物質分離提純的原則 (1)不增:不引入新的雜質。 (2)不減:不減少被提純的物質。 (3)易分離:被提純物與雜質易于分離。 (4)易復原:被提純的物質易恢復原來的組成、狀態(tài)。,2.常用的提純方法,3.常用的分離方法,典例2(2016課標,28,14分)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產硫酸的催化劑。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

13、為:,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轉化為V,反應的離子方程式為 ,同時V2O4轉化成VO2+。“廢渣1”的主要成分是。,(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂,則需要氧化劑KClO3至少為 mol。 (3)“中和”作用之一是使釩以V4形式存在于溶液中?！皬U渣2”中 含有。 (4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為:4ROH+V4 R4V4 O12+4OH-(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應該呈性(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“

14、煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式。 解題流程,,答案(1)V2O5+2H+ 2V+H2OSiO2 (2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)堿(5)K+ (6)2NH4VO3 V2O5+2NH3+H2O,解析(1)V2O5及V中的V化合價均為+5價,“酸浸”時,發(fā)生非氧化還 原反應,根據原子守恒及電荷守恒不難寫出離子方程式;“酸浸”時,V2O5轉化成V,V2O4轉化成VO2+,K2SO4可溶于水,Fe2O3及Al2O3分別轉化 成Fe3+和Al3+,所以“廢渣1”的主要成分是SiO2。,(2)欲使3 mol VO2+變?yōu)閂需轉移3 mol e-,1 mol KClO3作氧化劑生成Cl-

15、 轉移6 mol e-,所以需KClO3至少0.5 mol。 (3)“中和”時加入KOH溶液,釩以V4形式存在于溶液中,K2SO4可溶, Fe3+和Al3+分別轉化成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀進入“廢渣2”。,(4)該反應的逆反應為洗脫過程,增大c(OH-),有利于平衡向左移動,所以淋洗液應呈堿性。 (5)由流程圖可以看出,H+在酸浸時損耗,釩轉化為V4(陰離子),Fe3+及 Al3+轉化為沉淀,所以“流出液”中陽離子最多的是K+。 (6)“煅燒”時肯定得到V2O5,其他物質自然寫出。,2.(2017課標,26,14分)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有

16、一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示:,回答下列問題: (1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾 滴硝酸。加入硝酸的目的是,還可使用代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是,其不溶于強酸但可與一種弱酸反應,該反應的化學方程式為。 (3)加氨水過程中加熱的目的是。沉淀B的主要成分為、(寫化學式)。,(4)草酸鈣沉淀經稀H2SO4處理后,用KMnO4標準溶液滴定,通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量,滴定反應為:Mn+H++H2C2O4Mn2++CO2 +H2O。實驗中稱取0.400 g水泥樣品,滴定時消耗了0.050 0 molL-1的

17、KMnO4溶液36.00 mL,則該水泥樣品中鈣的質量分數為。 答案(1)將樣品中可能存在的Fe2+氧化為Fe3+H2O2 (2)SiO2(或H2SiO3)SiO2+4HF SiF4+2H2O(或H2SiO3+4HFSiF4 +3H2O) (3)防止膠體生成,易沉淀分離Al(OH)3Fe(OH)3 (4)45.0%,解析本題以物質轉化流程為主線,考查Ca、Al、Fe、Mg、Si等元素 及其化合物的相關知識。加入鹽酸及氯化銨和硝酸后,只有SiO2不溶,故沉淀A為SiO2。濾液中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等離子,加入氨水調節(jié)pH至45時,Fe3+轉化為Fe(OH)3,Al3+轉化為

18、Al(OH)3,故沉淀B主要為Fe(OH)3、Al(OH)3。 (1)加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2+氧化為Fe3+,還可以用 H2O2代替硝酸。 (2)SiO2可以溶于氫氟酸,反應方程式為4HF+SiO2SiF4+2H2O。,(3)加入氨水時加熱可以促進Fe3+、Al3+等水解,形成沉淀,沉淀B主要為 Fe(OH)3、Al(OH)3。 (4)配平方程式可得對應關系式: 2KMnO45H2C2O45CaC2O45Ca2+ 2 mol 540 g 0.050 036.0010-3 mol m(Ca2+) m(Ca2+)=0.180 g 故(Ca2+)=100%=45.0%。,