高中化学微专题-专题八 工艺流程图(讲)

专题八 工艺流程图 把化学工艺流程题改造成选择题是近几年高考试题出现大题小考的命题倾向，解答时，要明白命题人的命题意图，明确将原料转化为产品的生产原理、除杂并分离提纯产品的方法、提高产量和产率的措施、减少污染注意环保的“绿色化学”思想、原料的来源丰富和经济成本等。解答时，要注意分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A．反应物是什么，B．发生了什么反应，C．该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：一切反应或操作都是为了获得产品；从选项中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题；对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑)。 一、化工流程线路示意图 (1)箭头：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)。 (2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。 二、化学工艺流程分析型实验题的解题策略 1.明确原始物质及目标产物。 2. 一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点： 3.熟悉常用的操作方法及其作用 (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： a．能与H＋反应，使溶液pH增大； b．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。防止某物质降温时会析出。 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。 4.熟悉中学化学中出现的重要的化工生产的生产原理、工艺设计原理、相关思想、知识细节等；如工业合成氨、金属的冶炼、海水的开发利用、化石燃料的综合利用等。 【例题1】 1．某工厂用提取粗盐后的盐卤(主要成分为MgCl2) 制备金属镁，其工艺流程如下，下列说法中，错误的是    A．若在实验室进行操作①只需要漏斗和烧杯两种玻璃仪器 B．操作②是蒸发浓缩、降温结晶过滤、洗涤等步骤 C．操作③通入HCl气流是为了抑制MgCl2的水解 D．在整个制备过程中，未发生置换反应 【举一反三】 2．实验室模拟用工业废弃固体(含有Cu2S、Al2O3、Fe2O3、SiO2等)制取粗铜、绿矾的操作流程如下： 下列说法正确的是（   ） A．气体 X 能使酸性 KMnO4溶液褪色，表现出漂白性 B．试剂 a 是过量 Fe，为了提高反应速率可用浓硫酸代替稀硫酸② C．溶液B 可经过一系列反应和操作得到明矾 D．溶液C 获得绿矾的实验操作是蒸发结晶 【例题2】 3．以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3，还含有少量FeS2)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图，下列叙述不正确的是 A．加入CaO可以减少SO2的排放同时生成建筑材料CaSO4 B．向滤液中通入过量CO2、过滤、洗涤、灼烧沉淀可制得Al2O3 C．隔绝空气焙烧时理论上反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶5 D．烧渣分离可以选择用磁铁将烧渣中的Fe3O4分离出来 【举一反三】 4．以工业级氧化锌(含Fe2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+等)为原料制备氧化锌的流程如下：    其中“氧化”加入KMnO4是为了除去浸出液中的Fe2+和Mn2+。下列有关说法错误的是 A．浸出时通过粉碎氧化锌提高了浸出率 B．“氧化”生成的固体是MnO2和Fe(OH)3 C．“置换”加入锌粉是为了除去溶液中的Cu2+、Ni2+等 D．“煅烧”操作用到的仪器：玻璃棒、蒸发皿、泥三角 【例题3】 5．实验室从含碘废液(除H2O外，含有CCl4、I2、I−等)中回收碘，其实验过程如下：    下列叙述不正确的是 A．“操作X”的名称为萃取，可在分液漏斗中进行 B．“还原”步骤发生的反应为：SO32−+I2+H2O == 2I−+SO42−+2H+ C．“氧化”过程中，可用双氧水替代氯气 D．“富集”即I2富集于有机溶剂，同时除去某些杂质离子 【举一反三】 6．多彩水泥的添加剂是CoCl2·6H2O。工业上是以含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取CoCl2·6H2O的一种新工艺流程如下图： 下列说法错误是(   ) A．含钴废料在加入盐酸过程中金属钴发生的离子方程式为：2Co＋6H＋＝2Co3＋＋3H2↑ B．溶液1中加入NaClO3的目的是将Fe2＋氧化至Fe3＋ C．操作I为过滤 D．操作II为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．A 【详解】A项，盐卤中加入足量的石灰浆，盐卤中的Mg2+完全转化为Mg（OH）2沉淀，用过滤法进行分离，需要的主要玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒，错误；B项，从MgCl2溶液中获得MgCl2·6H2O的操作是：蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤，正确；C项，若直接加热MgCl2·6H2O，MgCl2水解生成Mg（OH）2和HCl，加热由于HCl的挥发促进MgCl2的水解，最终不能获得无水MgCl2，为了抑制MgCl2的水解在HCl气流中加热，正确；D项，盐卤中加入足量石灰浆、Mg（OH）2与盐酸的反应都为复分解反应，MgCl2·6H2O→MgCl2以及MgCl2→Mg为分解反应，整个制备过程未发生置换反应，正确；答案选A。 2．C 【分析】废弃固体灼烧，Cu2S和O2反应生成CuO和SO2，气体X为SO2，固体A为Al2O3、Fe2O3、SiO2、CuO的混合物；固体A加KOH溶液，Al2O3、SiO2分别和KOH反应生成NaAlO2和水、Na2SiO3和水，溶液B为NaAlO2、Na2SiO3、KOH混合溶液，固体B为Fe2O3、CuO混合物；固体B和稀硫酸反应生成Fe2(SO4)3、CuSO4和水，试剂a为过量的Fe，Fe2(SO4)3、CuSO4和Fe反应生成FeSO4和Cu，固体C为Cu和Fe的混合物，溶液C、D为FeSO4溶液，据此解答。 【详解】A．气体X为SO2，SO2有还原性，能和酸性高锰酸钾溶液发生氧化还原反应而使酸性高锰酸钾溶液褪色，而不是漂白性，A错误； B．浓硫酸有强氧化性，剩余的浓硫酸可能使Fe钝化，反应速率减慢甚至停止；因为反应放热，还可能将铜溶解得不到FeSO4单一溶液，B错误； C．溶液B为NaAlO2、Na2SiO3、KOH混合溶液，可以加入一定量的硫酸、过滤、将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等一系列操作得明矾，C正确； D．溶液C获得绿矾的实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等一系列操作，D错误。 答案选C。 3．C 【分析】焙烧步骤中， Fe2O3为碱性氧化物，不与CaO反应，FeS2与氧气反应生成Fe2O3和SO2，SO2与CaO、O2反应生成CaSO4，Al2O3能与CaO反应生成Ca(AlO2)2，但CaO为少量，氧化铝不参与反应，因此焙烧后物质为CaSO4、Al2O3、Fe2O3，氧化铝为两性氧化物，碱浸时，氧化铝与NaOH溶液反应生成NaAlO2，隔绝空气焙烧，根据流程，发生的反应为FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑，据此分析； 【详解】A．SO2是酸性氧化物且有还原性，可与CaO及空气中O2反应，生成CaSO4固体，减少污染，故A说法正确； B．Al2O3是两性氧化物，可与NaOH溶液反应生成NaAlO2，通入过量CO2，与NaAlO2反应生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3，过滤后得到Al(OH)3固体灼烧发生分解反应生成Al2O3和H2O，故B说法正确； C．由流程图可知，过滤后的固体中含Fe2O3、FeS2，在隔绝空气条件下焙烧，发生反应的化学方程式为：FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2↑，理论上反应消耗的n(FeS2)：n(Fe2O3)=1：16，故C说法错误； D．Fe3O4有磁性，可用磁铁吸引，将其从烧渣中分离，故D说法正确； 答案为C。 4．D 【详解】A.浸出时通过粉碎固体氧化锌，使物质颗粒变小，扩大了与硫酸的接触面积，反应速率加快，因而也可以提高了浸出率，A正确； B.向硫酸浸取工业级ZnO后的溶液中存在Fe2+、Mn2+、Zn2+和Ni2+，加入KMnO4溶液，Ni2+不能被氧化，Fe2+、Mn2+被氧化而形成MnO2和Fe(OH)3除去，KMnO4被还原形成MnO2，B正确； C.由于金属活动性Zn>Ni>Cu，所以“置换”加入锌粉可以与溶液中的是为了与溶液中Ni2+、Cu2+发生主反应，除去溶液中的Cu2+、Ni2+等，C正确； D. “煅烧”操作用到的仪器：玻璃棒、坩埚、泥三角，D错误； 故合理选项是D。 5．A 【详解】A. “操作X”为分离CCl4层和水层名称为分液，可在分液漏斗中进行，A错误； B. “还原”步骤为使溶液中的碘单质变为碘离子，用亚硫酸吸收，发生的反应为：SO32−+I2+H2O == 2I−+SO42−+2H+，B正确； C. “氧化”过程中，双氧水为绿色氧化剂，可氧化碘离子为单质，则可用双氧水替代氯气，C正确； D. “富集”即I2富集于有机溶剂，碘单质易溶于有机溶剂，而杂质离子易溶于水，利用碘的富集，除去某些杂质离子，D正确； 答案为A 6．A 【分析】向含钴废料中加入过量稀盐酸，Fe、Al和稀盐酸反应生成FeCl2、AlCl3、CoCl2，向溶液1中加入NaClO3溶液，NaClO3具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，溶液2中加入Na2CO3调节溶液的pH，使Fe(OH)3、Al(OH)3生成沉淀，然后过滤，滤渣为Fe(OH)3、Al(OH)3，溶液3中含有CoCl2，然后向溶液3中加入稀盐酸调节溶液的pH，抑制CoCl2水解，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶和过滤方法得到CoCl2•6H2O，以此解答该题。 【详解】A．结合分析，含钴废料在加入盐酸过程中，金属钴、铁、铝均与盐酸反应，发生的离子方程式为：2Co＋6H＋＝2Co3＋＋3H2↑、2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑、Fe＋2H＋＝Fe 2＋＋H2↑，故A错误； B．结合分析，溶液1中加入NaClO3的目的是将Fe2＋氧化至Fe3＋，故B正确； C．根据分析，操作I为过滤，故C正确； D．根据分析，操作II为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，故D正确； 答案选A。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$