发布时间 : 星期五 文章高考经典必考题创新突破(三)无机化学工艺流程题的解题策略更新完毕开始阅读5b23fd22a100a6c30c22590102020740be1ecddb
高考经典必考题创新突破(三)无机化学工艺流程题的解题策略
题型特点 工艺流程题就是将化工生产中的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，是无机框图题的创新。题目常常以现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产成本、环境保护等相融合。考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。 [解题思维]
1．化工流程线路示意图及涉及问题
分值：14～16分 考情分析 2018，全国卷Ⅰ，7T 2018，全国卷Ⅱ，26T 2018，全国卷Ⅲ，27T 2017，全国卷Ⅰ，27T 2016，全国卷乙、丙，28T 命题趋势 2020年高考命题主要会从铝土矿中冶炼铝、从海水中提取镁和碘、从黄铜矿冶炼铜、从废铁屑制绿矾、从其他矿物质冶炼金属或非金属及化合物等设计考题。
2．获取解题信息的方法途径
(1)从题干中获取有用信息，了解生产的终产品。
(2)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，并获取以下信息：
①知道“四个什么”——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。
②抓住“一个关键”——一切反应或操作都是为获得产品而服务。 (4)从问题中获取信息，明确问题与哪些化学知识相关。 3．分析方法
(1)首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
(2)分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。
4．规范解答
文字叙述类的题目要严格按题目要求规范解答。
[真题剖析]
题型一 以制备某一物质为目的的工艺流程题
1．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(主要成分为ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn)＝0.1 mol·L–1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是________________________。
(3)溶液中的Cd2可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为__________________________。 (4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为__________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
解析 (1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2与SO24不能共存生成PbSO4
沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2氧化生成Fe3
＋
＋
＋
－
＋
＋
Fe3 1.5 2.8 ＋Fe2 6.3 8.3 ＋Zn2 6.2 8.2 ＋Cd2 7.4 9.4 ＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3完全水解。由题表知Fe2、Zn2开始沉淀和沉淀完全时的pH非
＋
＋
＋
＋＋＋
常接近，若不通入O2使Fe2氧化为Fe3，加入ZnO后无法除去Fe2，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋Zn===Cd＋Zn2。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋2e===Zn。沉积后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序中继续使用。
3＋＋答案 (1)ZnS＋ O2焙烧,ZnO＋SO2 (2)PbSO4 调节溶液的pH以除去Fe3 无法除去杂质Fe2
2
＋
＋
－
＋
＋
(3)Cd2＋Zn===Cd＋Zn2 (4)Zn2＋2e===Zn 溶浸
解题策略 制备类工艺流程题在流程上一般分为3个过程 原料处理―→分离提纯―→获得产品 (1)原料预处理的目的与作用 ＋＋＋－
(2)必考的反应条件与控制措施 反应条件 调节溶液 的pH 控制温度 控制压强 使用催化剂 趁热过滤 冰水或有机 溶剂洗涤 条件内容 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：能与H反应，使溶液的pH增大；不引入新的杂质 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；减少副反应的发生 改变速率，使平衡向需要的方向移动 加快反应速率，缩短达到平衡的时间 防止某物质降温时会大量析出 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 ＋(3)获得产品阶段的常见操作措施及原因 ①洗涤(冰水、热水)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：乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。 ②蒸发时的气体氛围抑制水解：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。 ③蒸发浓缩、冷却结晶：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液加热蒸发浓缩后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3溶液中的少量NaCl。 ④蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将K2Cr2O7蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl溶液中的少量KNO3。 题型二 以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题
2．(2018·江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐)为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：
(1)焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。 (2)添加1% CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃
?焙烧后矿粉中硫元素总质量?×100%
硫去除率＝?1－??焙烧前矿粉中硫元素总质量?
①不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________。②700 ℃焙烧时，添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)＝________。
解析 (1)二氧化硫是酸性氧化物，少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3，过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO3。(2)①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐，而多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃，如果不添加CaO的矿粉在低于500 ℃焙烧，则去除的硫元素主要来源于FeS2，具体的反应原理为4FeS2＋11O2===2Fe2O3＋8SO2。②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3，CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 ℃”，可知700 ℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中，从而导致添加1% CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低；(3)高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O；向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳，生成氢氧化铝：CO2(过量)＋2H2O＋NaAlO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3。(4)假定FeS2与Fe2O3的化学计量数分别是1、x，由元素守恒可知Fe3O4、SO2的化学计量数分别是(1＋2x)/3、4＋8x2，最后根据氧元素守恒得关系式：3x＝＋4，解得x＝16，从而快速得解。
3
答案 (1)OH＋SO2===HSO3
(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4因难以分解而留在矿粉中 (3)NaAlO2 Al(OH)3 (4)1∶16
－
－