2018届二轮复习高考非选择题五大题型突破题型2化学工艺流程教案（全国通用）
题型2 化学工艺流程
■题型特点解读·
1．化学工艺流程题由题引、题干和题设三部分构成。
(1)制备型题型特点
(2)提纯型题型特点
题引一般简单介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品(包括副产品)；题干以工业生产为主要背景，以文字、工艺流程图、表格相结合的形式呈现；题设主要是根据生产过程中涉及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，主要涉及原料的选择、循环利用、绿色化学、环境保护、分离提纯、反应原理、实验操作、产率计算等。
2．试题陌生度高，以陌生的新物质为背景，贴近工业生产(如会出现更多的工业术语和设备名称等)，试题文字信息量大，综合性强，对能力要求高。
■解题策略指导·
1．解题思路
(1)粗读题干，挖掘图示
关注关键字，弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
(2)携带问题，精读信息
抓三方面：一是主干，二是流程图示，三是设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
(3)跳跃思维，规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。
2．破题关键
(1)看原料：明确化工生产或化学实验所需的材料。
(2)看目的：把握题干中的“制备”或“提纯”等关键词，确定化工生产或化学实验的目的。
(3)看箭头：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)。
(4)看三线：主线主产品；分支副产品；回头为循环。
(5)找信息：明确反应条件的控制和分离提纯方法。
(6)关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。
3．破题方法
(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。
■典例剖析示范·
制备型工艺流程题
(2017·全国Ⅰ卷)①都是锂离子电池的电极材料，可利用②来制备。工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。④，所采用的实验条件为______________。
(2)“酸浸”后，钛主要以⑤形式存在，写出相应反应的离子方程式_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析⑥的原因__________________________。
(4)Li2 Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，⑦，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________⑦。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×
10－24。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式__________
________________________________________________________________。
①明确目的：生产目的是制备Li4Ti5O12和LiFePO4。
②明确原料：明确主要成分和杂质。
③核心反应：盐酸酸浸、双氧水氧化(氨水、磷酸)、高温煅烧等。
④识图像：坐标含义，关键点。从关键点分析条件为“100 ℃、2h或90 ℃、5h”。
⑤信息理解：从生成物分析钛的化合价变化，进而确定反应情况。
⑥表格信息：结合物质性质，温度过高H2O2及NH3·H2O分解。
⑦关注细节：溶液体积加倍，离子浓度变为原来的一半；列式计算，不能直接写出计算结果。
【解析】 (1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h,90 ℃、5 h。
(2)“酸浸”时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O。
(3)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
(4)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。
(5)根据Ksp(FePO4)＝1.3×10－22及Fe3＋恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，可得c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1。c(Mg2＋)＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1，则c3(Mg2＋)·c2(PO)＝0.013×(1.3×10－17)2＝1.69×10－40≈1.7×10－40
________ mol·L－1(写出计算式即可)。
(5)操作a的内容是________________________________________________。
【解析】 (1)把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸的浓度或提高搅拌速率等都可以提高酸浸速率。
(2)试剂a是过氧化氢，故“氧化”时反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O。
(3)因为铁、铝是以氢氧化铁和氢氧化铝的形式沉淀下来的，并且不能使镍离子形成沉淀，故pH范围为5.0≤pH<6.8；其反应的原理为加入Ni(OH)2消耗溶液中的氢离子，促使铁离子、铝离子的水解平衡向右移动，使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀而除去。
(4)加入草酸铵后生成的固体是NiC2O4·2H2O，因此有水参加反应，故反应的离子方程式为Ni2＋＋C2O＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓。若镍离子没有完全沉淀，则继续加入草酸铵，仍会有沉淀生成，所以证明Ni2＋已经沉淀完全的操作及实验现象是：取适量上层清液于试管中，继续滴加(NH4)2C2O4溶液，无沉淀生成。钙离子沉淀完全的标志是溶液中钙离子的物质的量浓度小于1.0×10－5 mol·L－1，根据Ksp(CaF2)可求出c(F－)> mol·L－1。
(5)从溶液中分离出晶体需要进行过滤、洗涤、干燥。
【答案】 (1)把废镍催化剂粉碎(或适当加热、适当增大硫酸的浓度或提高搅拌速率等)
(2)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
(3)5.0≤pH<6.8 加入Ni(OH)2消耗溶液中的H＋，促使铁离子、铝离子的水解平衡右移，使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀
(4)Ni2＋＋C2O＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓ 取适量上层清液于试管中，继续滴加(NH4)2C2O4溶液，无沉淀生成
(5)过滤、洗涤、干燥
3．(2017·黄冈质检)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7·10H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的七水硫酸镁在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用。硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：
(1)滤渣A能溶于氢氟酸，写出其反应的化学方程式：__________________
________________________________________________________________。
(2)滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体，则滤渣B含有的成分有______________，加MgO并煮沸的目的是______________________。
(3)写出加NaClO过程中发生反应的离子方程式：______________________
________________________________________________________________。
(4)趁热过滤的目的是______________________________________________。
(5)因B2O3溶于硫酸，所以此法制备的七水硫酸镁含有少量硼酸(H3BO3)，硼酸与NaOH溶液反应可制得硼砂，写出该反应的化学方程式：________________________。失去结晶水的硼砂与金属钠、氢气及石英砂一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”和另一种钠盐，写出其反应的化学方程式：____________________________________________
________________________________________________________________。
【解析】 (1)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7·10H2O)时的废渣，其主要成分是MgO，还含有CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、B2O3、SiO2等杂质，在硼镁泥中加硫酸，二氧化硅不溶，所以过滤后的滤渣A为二氧化硅，二氧化硅和氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)加次氯酸钠的目的是为了将Fe2＋和Mn2＋氧化，氧化后加氧化镁是为了调节pH，让铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀除去，滤渣B中含有不溶于稀盐酸的黑色固体是二氧化锰，所以滤渣B的成分为Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2。(3)加NaClO过程中发生反应的离子方程式为Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋、2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。
(4)蒸发浓缩、趁热过滤是为了除去硫酸钙，温度降低后，即冷却结晶后析出了硫酸镁，所以趁热过滤是为了防止硫酸镁析出。(5)4H3BO3＋2NaOH＋3H2O===Na2B4O7·10H2O；失去结晶水的硼砂(Na2B4O7)与金属钠、氢气及石英砂(主要成分是SiO2)一起反应可制备有机化学中的“万能还原剂——NaBH4”和另一种钠盐，这种钠盐应该是硅酸钠，反应的化学方程式为Na2B4O7＋16Na＋8H2＋7SiO2===4NaBH4＋7Na2SiO3。
【答案】 (1)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(2)Al(OH)3、Fe(OH)3、MnO2 调节溶液pH，促进Al3＋、Fe3＋完全水解成氢氧化物沉淀而除去 (3)Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋、2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O (4)防止MgSO4在温度降低时结晶析出 (5)4H3BO3＋2NaOH＋3H2O===Na2B4O7·10H2O Na2B4O7＋16Na＋8H2＋7SiO2===4NaBH4＋7Na2SiO3
4．(2017·合肥模拟)高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级氧化锌(含Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：
已知Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。
回答下列问题：
(1)浸出时，为了提高浸出效率可采取的措施有(写两种)：________________。
(2)氧化时，加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋(溶液中Mn元素全部转化为MnO2)，请配平下列除去Fe2＋的离子方程式：
MnO＋Fe2＋＋________===MnO2↓＋Fe(OH)3↓＋H＋
(3)加入锌粉的目的是______________________________________________。
(4)已知H2SO4浸出液中，c(Fe2＋)＝5.04 mg·L－1、c(Mn2＋)＝1.65 mg·L－1。
①加入KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中c(Fe3＋)＝0.56 mg·L－1，若溶液pH＝3，则此时Fe3＋________(填“能”或“不能”)生成沉淀。
②若要除尽1 m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋，需加入________g KMnO4。
【解析】 (1)为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。(2)锰元素由＋7价降低到＋4价，而铁元素由＋2价升高到＋3价，根据得失电子守恒、元素守恒和电荷守恒配平方程式。(3)加入锌粉的目的是消耗溶液中的H＋，调节溶液pH，促进溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3＋)＝＝1.0×10－5 mol·L－1，
此时溶液中c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，c(Fe3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－38
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