1、化学工艺流程题类型及其解题策略化学工艺流程题类型及其解题策略【方法总述】1无机化工流程题的特点无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像等。这类题常围绕以下几个知识点进行设问：（1）化学反应速率与平衡理论的运用 反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等。 温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等。 （2）化学式的判断。（3）氧化还原反应化学方程式或离子方程式的书写。（4）通过调节溶液的pH达到分离除杂的目的
2、。（5）化学反应的能量变化。（6）化学实验室的常用仪器的用途和使用方法。（7）化学实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等。（8）元素守恒、得失电子守恒等化学观念。（9）根据物质之间的反应关系进行的简单计算。（10）“流程”中的物质成分的判断，物质的转化和循环，资源的回收和利用。（11）环境保护与绿色化学评价（是否污染环境、原子经济性、节约资源、安全性、资源再生）。2工业生产流程主线规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。【解题策略】1解答无机化工流程试题的程序基本步骤：（1）首先要通过阅读文字说明，清楚试题背景是工业生产还是实验
3、室研究，准确抓住工艺（实验）的目的是什么？还提供了哪些信息（原料成分，含量，产品成分，从用途能看出什么性质）？（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：反应物是什么；发生了什么反应；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获得产品而服务。（4）从设问中获取信息，使下一步的深入分析重点更明确。解题思路：明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点。2熟悉工业流程常见的操作与名词工业流程题目在流
4、程上一般分为3个过程：（1）原材料的预处理阶段的常见考点与常见名词加快反应速率： 研磨将固体粉碎，增大表面积，加快反应速率；溶解浸出：通常用酸或碱溶。如用硫酸、盐酸或氢氧化钠溶液等。浸出固体加水（酸或碱）溶解得到离子。【浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少（更多转化）】水浸与水接触反应或溶解。水洗除去水溶性杂质。酸浸（或酸洗）在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。碱浸（或碱洗）除去油污或氧化膜；溶解铝和二氧化硅灼烧（焙烧或煅烧）使一些物质在高温下氧化、分解。（2）反应条件的控制的常见考点加热加快反应速率；加速固体溶解；平衡向吸热方向移动。如果在制备过程中
5、出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。降温（冰水中）防止某物质在高温时会溶解（或分解）；使化学反应速率下降；为使化学平衡向放热的方向移动。控温温度过高，物质会分解或杂质会挥发；温度过低，物质无法挥发或者反应。趁热过滤防止某物质降温时会析出晶体。洗涤（冰水、热水）洗去晶体表面附着或包夹的可溶性离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。蒸发时的酸性氛围抑制金属阳离子的水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。、pH
6、值的控制a控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。b调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。（3）产品的分离提纯阶段的常见考点过滤基
7、本操作：一贴二低三靠；结晶：、当溶液为单一溶质时：所得晶体不带结晶水，如NaCl、KNO3等：蒸发结晶；所得晶体带结晶水，如胆矾等：将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。、当溶液为两种以上溶质时：要得到溶解度受温度影响小的溶质：蒸发浓缩结晶，趁热过滤。如除去NaCl中少量的KNO3。要得到溶解度受温度影响大的溶质：蒸发浓缩、冷却结晶，过滤。如除去KNO3中少量的NaCl。重结晶蒸发浓缩、冷却结晶，过滤（重复操作）。沉淀的洗涤向过滤器中的滤渣加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以上操作23次。灼烧（焙烧或煅烧）固体在坩埚中进行加热：干燥在干燥器隔绝空气的条件下低温烘干。萃取、分液在分液漏斗中进行
8、操作。下层液体从下口放出；上层液体从上口倒出。重复操作23次保证实验的准确性。（4）其他常见考点化学方程式的书写：离子型氧化还原反应。实验仪器。计算：守恒法、关系式法等。3注重答案的文字叙述规范（1）洗涤沉淀：向过滤器中的滤渣加入蒸馏水至浸没滤渣，待水自然流下后，重复以上操作23次。检验沉淀是否洗涤干净：取最后一次洗涤滤出液，滴加AgNO3溶液和稀硝酸（检验氯离子）或者BaCl2溶液（检验硫酸根离子），若无沉淀产生，则证明已洗涤干净；反之，则未洗涤干净。（2）从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。（3）在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去某某杂质”，只写“除杂”等笼统的回答
9、是不给分的。（4）化学用语的书写要规范（分子式书写；化学方程式的书写；完成符号或可逆符号；沉淀、气体、固态、水溶液等符号）；评价或比较要全面（反应物、产物种类，目标产物的分离和提纯；反应条件、仪器、设备、步骤）。例题【2012山东卷】工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的 吸收。a浓H2SO4 b稀HNO3 cNaOH溶液 d氨水（2）用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在 （填离子符号），检验溶液中还存在Fe2的方法是 （注明试剂、现象）。（3）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为 。（
10、4）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是 。a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c溶液中Cu2向阳极移动d利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属（5）利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为 。变式题【2011福建卷】四氯化钛（TiCl4）是制取航天航空工业材料钛合金的重要原料。由钛铁矿（主要成为是FeTiO3）制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：回答下列问题：（1）往中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应
11、发生： 2Fe3Fe=3Fe22TiO2(无色)Fe4H=2Ti3(紫色)Fe22H2OTi3(紫色)Fe3H2O=TiO2(无色)Fe22H加入铁屑的作用是 。（2）在工艺过程中需要控制条件以形成TiO2nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在 范围。（3）若把中制得的固体TiO2nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可以制得钛白粉。已知25时，KspFe(OH)32.791039，该温度下反应Fe(OH)33HFe33H2O的平衡常数K 。（4）已知：TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(l)O2(g) H140 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJ
12、mol1写出中TiO2和焦炭、氯气反应生成TiCl4和CO气体的热化学方程式： 。（5）上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是 （只要求写出一项）。【2009安徽卷2712分】某工厂废水中含5.00103 molL1的 Cr2O72，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为 3，2），设计了如下实验流程：（1）第步反应的离子方程式是 。（2）第步中用pH试纸测定溶液pH的操作是 。（3）第步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr(OH)3外，还有 。（4）欲使1L该废水中的C
13、r2O72完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，理论上需要加入 g FeSO47H2O。【2010安徽卷2714分】锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题。某研究性小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第步反应得到的沉淀X的化学式为 。（2）第步反应的离子方程式是 。（3）第步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因： 、 。（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1g，第步反应中加入20.0mL 3.0molL1的H2SO4
14、溶液，假定正极材料中的锂经反应和完全转化为Li2CO3，则至少有 g Na2CO3参加了反应。【2011安徽卷2714分】MnO2是一种重要的无机功能材料，粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）样品转化为纯MnO2的实验，其流程如下：（1）第步加稀H2SO4时，粗MnO2样品中的 （写出化学式）转化为可溶性物质。（2）第步反应的离子方程式是 ClO3 MnO2Cl2 。（3）第步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、 、 、 ，已知蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH，则一定还含有 （写化学式）。（4）若粗MnO2样品的质量
15、12.69g，第步反应后，经过滤得到8.7g MnO2，并收集到0.224L CO2（标准状况下），则在第步反应中，至少需要 mol NaClO3。【2012安徽卷2715分】亚硫酸盐是一种常见食品添加剂。为检测某食品中亚硫酸盐含量（通常以1 kg样品中含SO2的质量计），某研究小组设计了如下两种实验流程：（1）气体A的主要成分是 。为防止煮沸时发生暴沸，必须先向烧瓶中加入 ；通入N2的目的是 。（2）写出甲方案第步反应的离子方程式： 。（3）甲方案第步滴定前，滴定管需用NaOH 标准溶液润洗，其操作方法是 。（4）若用盐酸代替稀硫酸处理样品，则按乙方案实验测定的结果 （填“偏高”“偏低”或“
16、无影响”）。（5）若取样品w g ，按乙方案测得消耗 0.01000 molL1 I2溶液V mL ，则1kg 样品中含SO2的质量 g （用含wV的代数式表示）。【2013安徽卷2713分】二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO2Fe2O3CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质）。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：（1）洗涤滤渣A的目的是为了除去 （填离子符号），检验该离子是否洗涤的方法是 。（2）第步反应的离子方程式是 ，滤渣B的主要成分是 。（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水
17、溶液中萃取出来，TBP （填“能”或“不能”）与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有 、烧杯、玻璃棒、量筒等。（4）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.1000 molL1 FeSO4标准溶液滴定终点时（铈被还原为Ce3），消耗25.00 mL标准溶液，该产品中Ce(OH)4的质量分数为 。【2014安徽卷2714分】LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用LiF、PCl5为原料，低温反应制备LiPF6，其流程如下：已知：HCl的沸点是85.0 ，HF的沸点是19.5 。（1）第步反应中无水HF的作用是 、 。反应设备不能用玻璃材质的原
18、因是 （用化学方程式表示）。无水HF有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将HF沾到皮肤上，可立即用2%的 溶液冲洗。（2）该流程需在无水条件下进行，第步反应中PCl5极易水解，其产物为两种酸，写出PF5水解的化学方程式： 。网（3）第步分离采用的方法是 ；第步分离尾气中HF、HCl采用的方法是 。（4）LiPF6产品中通常混有少量LiF。取样品w g，测得Li的物质的量为n mol，则该样品中LiPF6的物质的量为 mol（用含有w、n的代数式表示）。参考答案【例题参考答案】（1）c、d （2）Fe3 取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4褪色（3）3Cu2O2AlAl2O36Cu
19、 （4）b、d （5）4HO24e=2H2O【变式题参考答案】（1）使Fe3还原为Fe2；生成Ti3，保护Fe2不被氧化（2）109m107m（或1nm100nm） （3）2.79103（4）TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)TiCl4(l)2CO(g)H81 kJmol1（5）产生三废（其他合理答案也可）【2009安徽卷2712分】【参考答案】（1）Cr2O726Fe214H=2Cr36Fe37H2O（2）将一小块pH试纸放在洁净干燥的表面皿上，用洁净的玻璃棒蘸取少量待测液点在pH试纸的中部，待试纸变色后再与标准比色卡对照读数。（3）Fe(OH)3、Fe(OH)2（4）13.9【2010
20、安徽卷2714分】【参考答案】（1）Al(OH)3 （2）4LiMn2O44HO2 = 4Li8MnO22H2O（3）烧杯、漏斗、玻璃棒 玻璃棒下端未靠在三层滤纸处而靠在单层处，导致滤纸破损、漏斗中液面高于滤纸边缘，使液体沿着滤纸与漏斗的缝隙流出（其他合理答案均可）（4）6.4（或6.36）【2011安徽卷2714分】【参考答案】（1）MnO、MnCO3 （2）5Mn2 2 4H2O 5 1 8H （3）酒精灯、蒸发皿、玻璃棒 NaCl （4）0.02【2012安徽卷2715分】【参考答案】（1）SO2 和N2 碎瓷片（或沸石） 将生成的SO2全部赶出（2）SO2H2O2 = 2HSO42（3
21、）滴定管用蒸馏水洗涤干净后，加入少量NaOH标准液，将滴定管横放，轻轻转动，均匀润洗滴定管内壁后，再将润洗液从下端尖嘴处放出，重复操作23次（4）无影响 （5）0.64V/w【2013安徽卷2713分】【参考答案】（1）滤渣上附着的Fe3、Cl，取最后一次洗涤液少量，滴加KSCN溶液，如不出现血红色，则已洗净；反之，未洗净（其他合理答案均可）。（2）2CeO2H2O26H= 2Ce3O24H2O SiO2（其他合理答案均可）（3）不能 分液漏斗 （4）97.01%【2014安徽卷2714分】【参考答案】（1）反应物 溶剂 SiO24HF = SiF42H2O NaHCO3（2）PF53H2O
22、= H3PO45HF（3）过滤 冷凝 （4）（本题部分小题属于开放试题，合理答案均给分）【例题解析】（1）焙烧时冰铜中的硫元素转化为SO2，所以气体A为SO2，应用碱液吸收SO2。（2）滴加KSCN溶液变红色说明溶液中含有Fe3，用KMnO4溶液检验含有Fe3的溶液中的Fe2。（3）高温下泡铜中的Cu2O与Al发生置换反应。（4）电解精炼粗铜，粗铜接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，b对；电解时电解质溶液中的阳离子(Cu2)向阴极移动，c错；阳极上比Cu活泼的Al、Zn优先失电子变成离子进入电解质溶液，而比Cu不活泼的Ag、Pt、Au则不能参与电极反应，以单质的形式沉积在阳极下方形成阳极泥，d
23、对；电解时有一小部分电能转化为热能，a错。（5）电池反应的总方程式为：2CuO24H=2Cu22H2O，负极电极反应式为： 2Cu4e=2Cu2，将电池反应的总方程式与负极电极反应式相减得正极电极反应式： 4HO24e=2H2O。【变式题解析】 （1）该流程副产物之一为绿矾，加入铁屑后可以将Fe3还原为Fe2，而且还可以与TiO2反应生成还原性更强的Ti3，起到保护Fe2不被氧化的作用。（2）胶体分散质微粒直径在1 nm100 nm之间。（3）根据氢氧化铁的平衡常数表达式：KspFe(OH)3c(Fe3)c3(OH)，而该反应的K的表达式为K，又由于水的离子积KW11014，从而推得K，即K2
24、.79103。（4）根据盖斯定律，由反应1加反应2可得热化学方程式：TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(l)2CO(g)H81 kJmol1（5）由反应流程图可以看出，该过程产生了废渣、废液和废气，违背绿色化学理念。 【2009安徽卷27】【解析】第27题是一道类似于无机推断的信息框图题。第（1）题：“含Cr2O72的酸性废水”经过第步加FeSO47H2O后得到“含Cr3、Fe2、Fe3的溶液”，根据信息很容易就能写出该步反应的离子方程式：Cr2O726Fe214H=7H2O2Cr36Fe3。第（2）题：使用pH试纸测定溶液pH值是中学生必须掌握的基本操作之一，这个问题很简单。
25、即：将一小块pH试纸放在洁净干燥的表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液点在pH试纸的中部，待试纸变色后再与标准比色卡对照读数。第（3）题：“第步加NaOH溶液至pH为9，过滤”，因这一步之前得到的是“Cr3、Fe2、Fe3的溶液”，故滤渣的主要成分是Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2。第（4）题：根据组成Cr0.5Fe1.5FeO4，知Cr元素与Fe元素物质的量比为0.5(1.51)=15，可列式计算5103 molL1 1L25278gmol1=13.9g。【2010安徽卷27】【解析】本题通过锂离子电池的回收综合考察了离子方程式的书写、过滤仪器的选择、浑浊原因的分析、氧化还原反应的
26、有关计算。（1）根据信息可知正极材料上有铝箔，因此与过量的NaOH溶液反应生成NaAlO2， NaAlO2与CO2反应生成Al(OH)3。（2）根据信息可知反应物有LiMn2O4、H2SO4和O2，而产物有MnO2、Li2SO4和H2O，因此其离子方程式为4LiMn2O44HO2 = 4Li8MnO22H2O。（3）过滤所用到的玻璃仪器主要有漏斗、玻璃棒和烧杯。过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度分析可能的原因有：漏斗液面高于滤纸的边缘，使液体沿着滤纸与漏斗的缝隙流出；也可能是玻璃棒下端未靠在三层滤纸处而靠在单层处，导致滤纸破损。（4）根据信息可知，生成的Li2SO4 和过量的H2SO
27、4都和Na2CO3反应，最终生成了Na2SO4，因此根据原子守恒Na2CO3的物质的量与Na2SO4、H2SO4的物质的量都相等，即n(Na2CO3)=n(H2SO4)=0.02L3.0molL1=0.06mol，故至少参加反应的Na2CO3有0.06mol106 gmol1 = 6.36g。【2011安徽卷27】【解析】本题通过MnO2的提纯综合考察了常见的基本实验操作、氧化还原方程式的配平、产物的判断及有关计算。（1）MnO2不溶于硫酸，所以加稀硫酸时样品中的MnO和MnCO3分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，所以答案是粗MnO2样品中的MnO和MnCO3转化为可溶性物质；（2）MnS
28、O4要转化为MnO2，需失去电子，故需要加入NaClO3做氧化剂，依据得失电子守恒可以配平，所以反应的化学方程式是：5MnSO42NaClO34H2O = 5MnO2Cl2Na2SO44H2SO4，因此反应的离子方程式是：5Mn22ClO34H2O = 5MnO2Cl28H。（3）第属于蒸发，所以所需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；Cl2通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应，且氯气既做氧化剂又做还原剂，NaClO3属于氧化产物，因此一定有还原产物NaCl。（4）由题意知样品中的MnO和MnCO3质量为12.69g8.7g=3.99g。由方程式H2SO4MnCO3 = M
29、nSO4H2OCO2可知MnCO3的物质的量为0.01mol，质量为115gmol10.01mol=1.15g，所以MnO的质量为3.99g1.15g=2.84g，其物质的量为，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO4的物质的0.05mol， 根据方程式5MnSO42NaClO34H2O = 5MnO2Cl2Na2SO44H2SO4，可计算出需要NaClO3的物质的量为0.02 mol。【2012安徽卷27】【解析】本题通过食品中亚硫酸盐含量的测定综合考查了离子方程式的书写、滴定管的润洗操作、误差分析、氧化还原反应的计算等。解答本题的关键点是SO2、NaHSO3的还原性。（1）亚硫酸盐中加入强酸会生成气体SO2；在加热时为了防止暴沸，应加入碎瓷片（或沸石）；通入N2的目的是将产生的SO2气体完全鼓出后用吸收剂吸收，从而提高实验的准确率。（2）SO2具有还原性，能被H2O2氧化成H2SO4，反应的离子方程式为：SO2H2O2 =2HSO42。（3）滴定管在洗涤后需用NaOH标准溶液润洗，方法是：向滴定管中注入少量的NaOH标准
