专题解密(三)-无机化工流程题(考点考法剖析)(原卷版)

专题解密（三）无机化工流程题【关键能力及高考要求】关键能力要求：理解辨析能力、探究创新能力、实验探究能力。高考要求：无机化工流程题是近年来高考中每年必考的一种题型，该类题源于生产实际，以解决化学实际问题为目的，将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式展示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，使问题情境真实，构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。试题新颖，内容丰富，阅读量大。其结构分题头信息、解题信息（流程图及相关说明）和设问三部分。题头信息一般简单介绍该工艺生产的原料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺展示出来，设问部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列的问题。【学科核心素养解析】1.证据推理与模型认知：将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。2.变化观念与平衡思想：能多角度将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合等多种方法，解决简单工艺问题的能力。3.科学探究与创新意识：能从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。【知识必备】一、工业流程试题的基本特点及解题思路

1、无机化工流程题的结构：头部信息、流程图及相关说明和设问三部分。（1）题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；

（2）题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；

（3）设问主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。

2、呈现形式：流程图、数据表格、图像、实验装置。

3、解决本类题目的三步骤:(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程,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,从以下几个方面了解流程:①反应物是什么;②发生了什么反应;③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;④抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。二、工艺流程题的常见专业术语和答题方向（1）工艺流程中的常见专业术语释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)（2）工艺流程题中常见问题的答题方向常见问题答题要考虑的角度分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)在空气中或特定气体中进行的反应或操作要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的pH①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)①使化学平衡移动；控制化学反应的方向②控制固体的溶解与结晶③控制反应速率：使催化剂达到最大活性④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离三、工艺流程题的主线分析方法1.分析主线如按照主线分析法分析如下：2、识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。四、原料预处理的常用方法及其作用(1)研磨:减小固体颗粒度,增大物质间接触面积,加快反应速率,提高浸出率。(2)水浸或酸浸:与水接触反应或溶解;与酸接触反应或溶解,得可溶性金属离子溶液,不溶物过滤除去。(3)浸出:固体加水溶解、酸浸（或碱浸）得到溶液(离子)。(4)灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。(5)煅烧:改变结构,使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。五、无机化工流程题中的除杂、净化：发生主要反应之前，要除杂；生成粗品之后，要净化。1．常用的方法(1)过滤法：除去不可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。（4）沉淀法：EQ\o\ac(○,1)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋，生成氢氧化铁沉淀。EQ\o\ac(○,2)加入沉淀剂(5)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(6)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。2．除杂、净化都要分离，常用的分离操作(1)过滤(热滤或抽滤)：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，如从溶液中提取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，如分离乙醇或甘油。3、结晶或沉淀的形成或净化(1)洗涤(冰水、热水):洗去晶体表面的杂质离子;EQ\o\ac(○,1)为什么洗;因为晶体表面的有杂质离子;EQ\o\ac(○,2)怎样洗：在过滤器上的漏斗中，加入少量的水，待水面浸没沉淀，等水滤去，反复操作2-3次。EQ\o\ac(○,3)洗涤试剂的选择乙醇洗涤、冰水洗涤、某溶液洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体损耗。(2)过滤：沉淀或晶体，都要过滤EQ\o\ac(○,1)是否完全沉淀；EQ\o\ac(○,2)沉淀是否洗净？(3)冷却结晶:提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等;(4)蒸发结晶:提取溶解度随温度的变化不大的溶质,要蒸发结晶,趁热过滤;防止某物质降温时会大量析出。(5)避免形成胶体的方法,易形成沉淀.EQ\o\ac(○,1)加热;EQ\o\ac(○,2)摩擦试管壁;EQ\o\ac(○,3)加入过量的某电解质.六、制备过程中应注意的条件控制1.溶液的pH:（1）控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。（2）常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。（3）调节PH所要的试剂选择：酸性溶液中要调节PH，加入的试剂要符合的条件：EQ\o\ac(○,1)能消耗H+，能与酸反应的物质；EQ\o\ac(○,2)不能引入新的杂质EQ\o\ac(○,3)要保留溶液中所需要的离子EQ\o\ac(○,4)调节PH，使溶液中的有用离子沉淀出来，则可以加入杂质离子。（4）计算PH值EQ\o\ac(○,1)运用Ksp计算反应所需要的pH条件；EQ\o\ac(○,2)根据题目要求计算某条件下的离子浓度、需要加入的试剂量等。2.温度:根据需要选择适宜温度,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动,减少副反应的发生,确保一定的反应速率,控制溶解度便于提纯。温度过高：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。温度过低：反应速率太慢；有些物质可能从溶液中析出晶体。3.浓度:①根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。②过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。七、化工流程中陌生的化学反应方程式的书写第1步：根据题干信息或流程图，判断是氧化还原反应，还是非氧化还原反应。信息有无氧化剂、还原剂。第2步：若是氧化还原反应，按“氧化剂+还原剂-还原产物+氧化产物”写出方程式，根第3步：若是非氧化还原反应，化合价没有变化，是酸碱反应、还是沉淀反应。第4步：根据电荷守恒和溶液的酸碱性，通过在反应方程式的两端添加H＋或OH－的形式使方程式的两端的电荷守恒。第5步：根据原子守恒，通过在反应方程式两端添加H2O(或其他小分子)使方程式两端的原子守恒。八.工艺流程题的答题模板(1)除杂：除去……中的……(2)干燥：除去……气体中的水蒸气，防止……(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。(4)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。(5)温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。(8)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等，以避免引入新的杂质；沉淀时pH范围的确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。(11)洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。(13)洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。(14)冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。(15)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。(16)蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。(17)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气)，防止某物质被氧化。高频考点1以矿石为原料的制备物质的工艺流程题【高考实例】例1．（2022年全国高考甲卷）硫酸锌（ZnSO4）是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如图：本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：离子Fe3+Zn2+Cu2+Fe2+Mg2+Ksp4.0×10﹣386.7×10﹣172.2×10﹣208.0×10﹣161.8×10﹣11回答下列问题：（1）菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为。（2）为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有、。（3）加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是（填标号）。A.NH3•H2OB.Ca（OH）2C.NaOH滤渣①的主要成分是、、。（4）向80～90℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为+。（5）滤液②中加入锌粉的目的是。（6）滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是、。【考点演练】1.（2022年河北高考试题）以焙烧黄铁矿(杂质为石英等)产生的红渣为原料制备铵铁蓝颜料。工艺流程如下：回答下列问题：（1）红渣的主要成分为_______(填化学式)，滤渣①的主要成分为_______(填化学式)。（2）黄铁矿研细的目的是_______。（3）还原工序中，不生成S单质的反应的化学方程式为_______。（4）工序①的名称为_______，所得母液循环使用。（5）沉铁工序产生的白色沉淀中的化合价为_______，氧化工序发生反应的离子方程式为_______。（6）若用还原工序得到的滤液制备和，所加试剂为_______和_______(填化学式，不引入杂质)。高频考点2以工业废料为原料的物质分离提纯的工艺流程题【高考实例】例2．（2022年全国统一高考化学试卷（乙卷））废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等。为了保护环境、充分利用铅资源，通过如图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.5×10﹣87.4×10﹣141.1×10﹣102.6×10﹣9一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3Pb（OH）2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：（1）在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因。（2）在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是。（3）在“酸浸”中，除加入醋酸（HAc），还要加入H2O2。（ⅰ）能被H2O2氧化的离子是；（ⅱ）H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb（Ac）2，其化学方程式为；（ⅲ）H2O2也能使PbO2转化为Pb（Ac）2，H2O2的作用是。（4）“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是。（5）“沉铅”的滤液中，金属离子有