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工业流程题解题技巧


人教版 选修2

化工生产与工艺流程

解题技巧
2014级高二化学组 岳耘田

一、工业生产流程的基本特征
化学高考中的“化工生产流程题”首创于 2004年广东高考,来自于“无机框图题”的变 革与创新,是“化学是真实的”充分体现。 化学工艺流程题,就是将化工生产过程中 主要生产阶段即生产流程用框图

形式表示出来, 并根据生产流程中有关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,它 是将元素及其化合物的相互关系与化工生产流 程结合起来,考查元素及其化合物、化学反应 原理、化学实验等相关知识的试题。

【2004广东20】海水的综合利用可以制备金属镁,如下图所示:

(1)、若在空气中加热MgCl2?6H2O,生成的是Mg(OH)Cl或MgO, 写出相应反应的化学方程式:________________ 用电解法制取金属镁时需要无水氧化镁。在干燥的HCl气流 中加热MgCl2?6H2O时,能得到无水MgCl2,其原因是:_______ (2)、Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去? 写出实验步骤 ___________________ (3)、实验室时将粗盐制成精盐的过程中,在溶解、过滤、蒸发 三个步骤的操作中都要用到玻璃棒,分别说明在这三种情况下使 用玻璃棒的目的: 溶解时: _______ 过滤时: _______ 蒸发时: _______

工艺流程题的结构分题头、题干和题问 三部分。 题头一般是简单介绍该工艺生产的原 材料和工艺生产的目的(包括附产品); 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;

题问主要是根据生产过程中涉及的化 学知识设置成系列问题,构成一道完整的 化学试题。

其基本特征有三: 一是试题源于生产实际,以解决化学实际 问题作思路进行设问,使问题情境真实,能培 养学生理论联系实际,学以致用的学习观;

二是试题内容丰富,涉及的化学基础知识 方方面面,能考查学生化学双基知识的掌握情 况和应用双基知识解决化工生产中有关问题的 迁移推理能力;
三是试题新颖,一般较长,阅读量大,能 考查学生的阅读能力和资料的收集处理能力。

常见的考查知识点:
氧化还原反应 离子或化学方程式的书写 速率及平衡原理(电离、水解、沉淀)

中和滴定(氧化还原滴定)
电化学原理 物质分离提纯 绿色化学理念 物质的性质和用途

基本实验操作等

呈现形式:
流程图、表格、图像

设问方式:
措施、成分、物质、原因

能力考查:
获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力

知识落点:
基本理论、元素化合物、实验
7

【2015全国Ⅰ卷27】硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁 硼矿(主要成分Mg2B2O5· H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、 CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的流程如图所示:

⑴、写出Mg2B2O5· H2O与硫酸反应的化学方程式 Mg2B2O5· H2O+2H2SO4= 2MgSO4+2H3BO3 。 ______________________________________________ 为提高浸出速率,除适当增硫酸浓度浓度外,还可采取的措施 升高温度 。 搅拌矿粉 ;_______________ 有(写出两条):_______________ Fe3O4 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。 ⑵、利用________

SiO2和CaSO4 (化学式) “浸渣”中还剩余的物质是_________________

【2015全国Ⅰ卷27】硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁 硼矿(主要成分Mg2B2O5· H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、 CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的流程如图所示:

氧化Fe2+ 。 ⑶、“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是___________ 除去溶液中的Al3+和Fe3+ 然后在调节溶液的pH约为5,目的是_____________________ 。
硫酸钙、硫酸镁 填名称)。 ⑷、“粗硼酸”中的主要杂质是_______________( ⑸、以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),是有机合成

中的重要还原剂,其电子式为_________。 ⑹、单质硼可用于生成具有优良抗冲击性能硼钢。以硼酸和 金属镁为原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程 2H3BO3+3Mg = 3MgO+2B+3H2O _____________________________________________________ 。

二、工业生产流程的主线与核心
原料预处理 除杂、净化 产品分离提纯

原料 无机矿物

化学 核心反应
反应条件 控制

所需产品
排放物的 无害化处理

原料循环利用

【规律】

主线主产品 分支副产品

回头为循环
核心考点: 1、物质的分离操作 2、除杂试剂的选择 3、生产条件的控制

【2015全国Ⅰ卷36(选)】氯化亚铜(CuCl)广泛应用于 化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水,可溶 于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。 以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用 硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下:

CuSO4或Cu2+ , ⑴、步骤①中得到的氧化产物是_______________
溶解温度应控制在60—70度,原因是:

温度低溶解速率慢,温度过高铵盐分解 _______________________________________。
⑵、写出步骤③中主要反应的离子方程式 2+ + SO 2- + 2Cl- + H O = 2CuCl↓ + SO 2- + 2H+ 2Cu________________________________________ 3 2 4 。

⑶、步骤⑤包括用pH=2的酸洗、水洗两步操作,酸洗 采用的酸是______ 硫酸 (写名称)。 ⑷、上述工艺中,步骤⑥不能省略,理由是 有利于加快除去CuCl表面的水分,防止其分解氧化 。 _____________________________________________ ⑸、步骤②、④、⑤、⑥都要进行固液分离。工业上 常用的固液分离设备有_______ BD (填字母) A、分馏塔 B、离心机 C、反应釜 D、框式压滤机

⑹ 、准确称取所制备的氯化亚铜样品 m g, 将其置于过量的FeCl3溶液中,待样品完全溶 解后,加入适量稀硫酸,用a mol/L的K2Cr2O7 溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液b mL,反 应中Cr2O72-被还原为Cr3+,样品中CuCl的质 量分数为 :__________。

0.597ab ×100% m

三、工业生产流程题的解题技巧
1、常见名词
浸出: 固体加溶剂溶解得到离子 浸出率:固体溶解后,离子在溶液中的 含量的多少 酸浸: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 水洗: 通常为除去水溶性杂质

【练习】

酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量,其目的是:

提高铁元素浸出率 、 抑制Fe3+水解 。

2、常见操作
⑴、原料预处理 ①溶解:通常用酸溶。如盐酸、浓硫酸等

②灼烧: 如从海带中提取碘
③煅烧: 如煅烧高岭土

目的?

改变结构,使一些物质能溶解。 并使一些杂质高温下氧化、分解。

④粉碎、研磨:增大表面积,加快后续 过程溶解或反应速率

⑵、控制反应条件的方法

①调pH值 通常用于使某些金属离子形成 氢氧化物沉淀。
【练习】:已知下列物质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)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Cu(OH)2 4.7 6.7 若要除去Cu2+溶液中含有的Fe2+,应该怎样做? 调pH值所有的试剂如何选择?

②蒸发(气体氛围) 如MgCl2溶液蒸干时防水解

③趁热过滤 防止物质降温时会析出
④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

⑤乙醇洗涤
避免水洗时晶体溶解而损失

【练习】

已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小, 趁热 。 最后一步过滤时应_______

【练习】Fe(NO3)3· 9H2O易溶于水,微溶于硝酸,用作 催化剂和媒染剂。工业上用细铁屑与硝酸反应制备, 主要流程如下:

铁屑与硝酸反应时温度控制在40~50℃,不宜过高 的原因是 。 硝酸易挥发、易分解,温度高会加快硝酸的挥发和分解。

3、答题技巧
⑴、答是所问 如:写离子方程式还是化学方程式, 写物质的名称还是化学式等; ⑵、准确、规范 回答问题的要准确全面,注意语 言表达的规范性; ⑶、注意答题的完整性及试剂的加入顺序 如:除杂:除去…中的…杂质,防止… 干燥:除去…气体中的水蒸汽,防止… 要答到对产品生产的影响这一步!

(4)、注意归纳答题的套路 ①、加试剂的目的或作用: 造成了什么结果,该结果对生产有什么影响。 ②、控制条件的目的或原因: 控制该条件的直接结果,以便…(防止…) ③、从溶液中得到晶体: 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 ④、滴定终点描述: 最后一滴…滴入,溶液由…色变为…色,且半 分钟不变回原来颜色 ⑤、洗涤沉淀: 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

(5)、信息条件下方程式的书写
①、借助题头信息或流程寻找反应物、生成物 ②、注意隐含条件,如空气中操作可能会用到 空气中所含气体O2、N2、CO2等 ③、缺项配平时要注意参考反应环境,如电解 质溶液的酸碱性等

④、可利用已有知识迁移效仿书写,如同主族 相似性、对角线规则等
⑤、氧化还原型方程式配平顺序:先化合价守 恒,再电荷守恒,最后原子守恒

【练习】现有一种湿法冶炼技术,以黄铜矿为主要原 料来生产铜、铁红颜料和可用于橡胶硫化的硫单质, 原料的综合利用率较高。其主要流程如下:
Na2CO3

空气 过滤
FeCO3 反应Ⅲ 铁红 水 反应Ⅴ Cu 溶液A

CuFeS2 FeCl3
反应Ⅰ 过滤

反应Ⅱ

NaCl溶液 CuCl(s) S(s) 过滤 Na[CuCl2] 反应Ⅳ

写出反应Ⅰ中FeCl3与CuFeS2所发生反应的化学方 程式: CuFeS2 + 3FeCl3 = CuCl↓+ 4FeCl2 + 2S↓ ; 写出反应Ⅳ中发生反应的离子方程式: Cl- + CuCl = [CuCl2]- ;

【练习】钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有 BaCO3 BaSiO3 BaSO3 Ba(FeO2)2等]。某主要生产BaCl2、 BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2,其部 分工艺流程如下:

模仿AlO2-与酸的反应
酸溶后溶液中pH=1 ,Ba(FeO2)2与HNO3的反应的 化学方程式为: Ba(FeO2)2+8HNO3 =Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O 。

(6)、关于实验方案的评价或比较
①、反应物种类多少、是否易得、是否对环境 有污染;

②、生成物种类多少,对产物的分离和提纯是 否有影响;
③、反应条件是否苛刻; ④、仪器、设备是否要求高; ⑤、工艺流程、实验步骤的多少。

注意描述语言的规范性和准确性; 从化学原理的角度、用化学语言作答。

【2015广东卷32】七铝十二钙(12CaO· 7Al2O3)是新 型的超导材料和发光材料,用白云石(主要含CaCO3 和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下:

⑴、煅粉主要含MgO和 CaO ,用适量的NH4NO3溶液 浸取煅粉后,镁化合物几乎不溶,若溶液I中c(Mg2+)小 于5×10-6mol· L-1,则溶液PH值应大于 11 (Mg(OH)2 的Ksp=5×10-12)该工艺不能用(NH4)2SO4代替NH4NO3, 原因是: 使用(NH4)2SO4会生成CaSO4沉淀,不利于CaO溶解。

⑵ 、滤液 I 中的阴离子有 NO3- OH-(忽略杂质成分 影响);若滤液 I 中仅通入CO2,会生成 Ca(HCO3)2, 从而导致CaCO3产率降低。 ⑶ 、用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜,反应 的离子方程式为: 2OH- + Al2O3=2AlO2- + H2O ⑷ 、电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨, 通电 电解总反应方程式为:2Al+6H2O===2Al(OH) 3↓+3H2↑ ⑸ 、一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4— 和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化,其它离子不 参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为: Al - 3e- + 7 AlCl4— = 4 Al2Cl7—

【小结】解决化工流程的方法
看图要有高度 ——明确整个流程及每一部分的目的。 读图要有深度 ——仔细分析每步发生的反应及产物。 思考要有方向 ——在理论框架下结合实际问题进行思考。 答题要有模式和要点 ——注意提升表达能力。

一起来感受

曾考过的化工流程题??


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