内容正文:
题型四 工艺流程图题(必考,5~6分)
一、解题思路
第1步:审题干。①明确流程的目的;②明确原料和产品。
第2步:审流程。①明确流程中从原料到产品依次发生了什么反应,操作进行到什么程度;②明确反应物、生成物、主产品及副产品、可循环利用的物质。各环节如下:
第3步:审设问。结合流程信息,规范作答。①反应原理(化学方程式);②实验操作(名称、作用);③可循环利用的物质的判断;④工艺流程评价、改进(资源、环境方面)。
二、知识储备
1.原料预处理的方法及目的
(1)研磨、粉碎、喷淋:增大反应物的接触面积,使反应更充分 。
(2)灼烧、煅烧:使固体在高温下分解、氧化;除去可燃性杂质等。
(3)酸浸:溶解金属、金属氧化物(如氧化铝等)、难溶性碱或碳酸盐等。
2.核心化学反应
(1)物质成分的分析
①判断所加试剂成分:先看原料和产物的组成,再利用元素守恒推断所加试剂的成分,如例题(1)。
②判断未知产物:根据流程中的反应物判断发生的反应,再结合已知生成物及质量守恒定律分析未知产物。
举例:,物质X的化学式为H2O 。
③判断未知产物的元素组成:依据质量守恒定律(化学反应前后元素种类不变),再结合其他产物的元素组成来判断未知产物的元素组成。
举例:,物质X中一定含有的元素是N (填元素符号)。
(2)化学方程式的书写及基本反应类型的判断
根据题目要求及箭头方向在流程图中找到反应物、生成物,根据所学知识判断其可能发生的反应,写出化学方程式,根据“多变一(化合反应)、一变多(分解反应)、单换单(置换反应)、双交换,价不变(复分解反应)”的特点判断反应的类型,如例题(3)。
3.产品的分离、提纯
(1)过滤:经过某一操作后得到固体(或滤渣或沉淀)和溶液(或滤液)。用到的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗、烧杯,玻璃棒的作用是引流 。
(2)蒸发结晶:溶液“变”晶体(或固体)中间只经过一个操作。用到的仪器有铁架台(带铁圈)、酒精灯、蒸发皿 、玻璃棒,玻璃棒的作用是搅拌,防止因局部温度过高,造成液滴飞溅 。
4.工艺流程的评价
(1)从成本角度考虑:所用原料价格低廉或将废弃物转化为有用的物质,流程中耗能较少,实现了物质、能量的循环利用,如例题(4)。
(2)从环保角度考虑:无污染、无腐蚀、三废(废气、废渣、废水)的处理;利用绿色能源等。
三、典例分析
(2021安徽15题)某燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰中含有较多的氧化铝。从粉煤灰中提取氧化铝的工艺流程如下。
(1)“酸浸”中使用的酸是B (填字母序号)。
A. HCl B. H2SO4 C. Na2SO4
(2)流程中涉及到的氧化物有Al2O3(或H2O) (写出1种即可)。
(3)“煅烧”过程发生反应的化学方程式为2Al(OH)3 Al2O3+3H2O ,反应类型是分解反应 。
(4)该工艺的价值在于废物再利用(合理即可) 。
类型1 物质的生产与制备(5年3考)
1.硫酸亚铁晶体是重要的化学试剂。传统制备方法是用铁屑与稀硫酸反应,因铁屑中含有硫、磷等杂质,与稀硫酸反应会产生刺鼻、呛人的有毒气体。某科技小组改用铁屑与硫酸铜溶液反应制备硫酸亚铁晶体,流程如下:
(1)步骤①中反应的化学方程式为Fe+CuSO4 FeSO4+Cu 。
(2)步骤②从FeSO4溶液中析出硫酸亚铁晶体的方法是蒸发结晶 ,进行该操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、酒精灯、玻璃棒、蒸发皿 。
(3)用硫酸铜溶液代替稀硫酸制备硫酸亚铁晶体,优点是避免有毒气体的产生(合理即可) 。
2.(2024安徽15题)碳酸锂(Li2CO3)是制备新能源汽车电池的重要原料。我国盐湖卤水中主要含有氯化锂、氯化钠、硫酸镁等溶质,一种以化学沉淀法从卤水中生产碳酸锂的工艺如图:
回答下列问题。
(1)步骤①发生反应的化学方程式为CaO+H2O Ca(OH)2 。
(2)步骤②操作a的名称是过滤 。
(3)步骤③中加入草酸钠,其中草酸根(C2)的化合价是-2价,则草酸钠的化学式为Na2C2O4 。
(4)滤液2中含有LiCl,步骤④中生成Li2CO3的反应类型是复分解反应 。
(5)该工艺中用到的氧化物有CaO(或H2O) (写1种即可)。
3.(2023安徽15题)活性氧化铜用于印刷电路板制造,由普通氧化铜制备活性氧化铜的工艺流程如下。
回答下列问题:
(1)步骤①发生反应的化学方程式是CuO+2HCl CuCl2+H2O 。
(2)下列说法正确的是BD (填字母序号)。
A.过滤时用玻璃棒在漏斗中不断搅拌
B.步骤②溶液中的水参加了反应
C.Cu2(OH)2CO3易溶于水
D.Na2CO3的俗名是纯碱
(3)步骤②加入Na2CO3溶液时有气泡产生,原因是碳酸钠与过量的盐酸反应生成了二氧化碳气体 。
(4)步骤③发生反应的反应类型是分解反应 。
类型2 废弃物的回收利用(5年2考)
4.某电镀厂排放的污水中含有CuSO4、ZnSO4、FeSO4,为减少水污染及节约成本,回收重要物质硫酸锌及有关金属,设计如下实验:
(1)操作Ⅰ的名称是过滤 。
(2)加入乙溶液时发生的化学方程式为Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑(或Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑) (写一个即可),可以观察到的现象是固体部分溶解,产生气泡,溶液由无色变为浅绿色 。
(3)若操作I中加入的是一定量的甲,则固体A中所含成分共有3(或三) 种情况,滤液B中一定含有的溶质是ZnSO4 (填化学式)。
5.(2024合肥瑶海区一模改编)硫化氢(H2S)气体有剧毒,且易燃、易爆,不能直接排放。我国回收硫化氢气体的方法主要是生产硫酸(H2SO4)。其主要生产流程如图:
(1)H2S中硫元素的化合价为-2 。
(2)在高温条件下,转化器中发生反应的化学方程式为2SO2+O2 2SO3 ,该反应属于化合反应 (填基本反应类型)。
(3)为加快冷凝器中反应的速度,可进行的操作是将冷凝器上方浓硫酸以雾状喷出(合理即可) 。
(4)实验室稀释浓硫酸的操作是把浓硫酸沿器壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌 。
6.(2025合肥寿春中学三模)某机械厂加工车间的废铁屑(主要成分是铁,同时含有少量铁锈和油污及少量不参与反应的难溶性杂质)。某工厂利用废铁屑和废硫酸生产化工原料硫酸亚铁,其生产流程如图所示。
【查阅资料】①Fe2(SO4)3+Fe 3FeSO4;
②FeSO4的溶解度随温度升高而增大。
(1)废铁屑需经过碱洗才能进入水洗器,碱洗的目的是除去废铁屑表面的油污 。
(2)水洗器中将水从顶端喷淋注入而不是直接倒入的原因是增大水与废铁屑的接触面积,使清洗更充分 。
(3)反应器中发生的置换反应的化学方程式为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑ 。
(4)结晶池中所得固体需要洗涤、干燥后再得到产品,为了得到更多的产品在洗涤时需使用冷水洗涤的原因是硫酸亚铁的溶解度随温度升高而增大,冷水洗涤可减少其溶解损失 。
(5)该流程具有的意义是实现废物利用,减少环境污染,生产化工原料 。
类型3 与流程有关的综合题(2025.15)
7.(2025佛山禅城区二模)石墨烯锂电池有优良性能。某品牌石墨烯锂电池的主要制备工艺流程如图1所示。
图1
【查阅资料】锂是一种比锌更活泼的金属;SO2的化学性质与CO2相似。
(1)制备前将石墨粉碎的目的是增大反应物的接触面积,使反应更快更充分 。
(2)在氩气保护下,“氧化设备”内的H2O2在酸性环境下能氧化石墨,该过程温度不宜超过50 ℃的原因是温度过高,过氧化氢受热分解 。可用石灰浆吸收产生的SO2生成CaSO3,该反应的化学方程式为Ca(OH)2+SO2 CaSO3+H2O 。
(3)“组装”过程不选用酸性电解液的原因是锂会与酸性溶液反应 。
(4)图2是两种电池的性能数据,在珠穆朗玛峰的救援小组所使用的无人机适合的电池为石墨烯锂电池 。
图2
8.(2025合肥包河区一模)FeSO4∙7H2O是一种重要的净水原料。某实验室用工业废渣(主要成分是Fe2O3,还含有SiO2)制备FeSO4∙7H2O的流程及硫酸亚铁的溶解度曲线如图所示(已知:SiO2不溶于水且不与硫酸反应)。
图1 图2
(1)废渣中氧化铁与稀硫酸反应的化学方程式为Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O 。
(2)经过操作②,滤液仍然浑浊的原因可能是滤纸破损(合理即可) (答一点即可)。
(3)该流程中没有涉及到的基本反应类型是分解反应 。
(4)待结晶完毕后,滤出晶体,为除去晶体表面附着的杂质,用少量冰水洗涤晶体2~3次,选用冰水的原因是防止过多的硫酸亚铁溶于水 。
(5)假设过程中Fe无损耗,制得的FeSO4∙7H2O中的铁元素质量> (填“>”“<”或“=”)废渣中的铁元素质量。
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