专题8工艺流程图题

高三化学自由复习专题8

一、【考点分析】无机化工题实际上是考查考生使用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的水平。解此类型题目的基本步骤是：①从题干中获取有用信息，了解生产的产品②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获得产品而服务。③从问题中获取信息，协助解题。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（从绿色化学方面作答）。

二、【工业流程题中常用的关键词】

原材料：矿样（明矾石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、锰矿、高岭土，烧渣），合金（含铁废铜），药片（补血剂），海水（污水）

灼烧（煅烧）：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质：如海带中提取碘

酸：溶解、去氧化物（膜）、调节pH促动水解（沉淀）

碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促动水解（沉淀）

氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子

氧化物：调节pH促动水解（沉淀）

控制pH值：促动某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离

煮沸：促动水解，聚沉后利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气

趁热过滤：减少结晶损失；提升纯度

三、【工业流程常见的操作】

（一）原料的预处理

①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、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研磨：适用于有机物的提取如苹果中维生素C的测定等。

（二）控制反应条件的方法

①控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀——pH值的控制。

例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH 如下表所示

问题：若要除去Mn溶液中含有的Fe，应该怎样做？

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。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值

②蒸发、反应时的气体氛围

③加热的目的：加快反应速率或促动平衡向某个方向移动

④降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动

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

（三）物质的分离和提纯的方法

①结晶——固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）

重结晶是利用固体物质均能溶于水，且在水中溶解度差异较大的一种除杂质方法。

②过滤——固、液分离③蒸馏——液、液分离④分液——互不相溶的液体间的分离

⑤萃取——用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。

⑥升华——将可直接气化的固体分离出来。⑦盐析——加无机盐使溶质的溶解度降低而析出（四）常见名词

浸出：固体加水（酸）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

水浸：与水接触反应或溶解

四、【常见文字叙述套路】

1．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。

2．从溶液中得到晶体：蒸发浓缩－冷却结晶－过滤－（洗涤）。

注意：①在写某一步骤是为了除杂是，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。②看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。

五、【难点解析】要解好这类题，最重要的是要克服畏惧心理，认真审题，找到该实验的目的。一般来说，流程题只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质；另一目的就是利用某些物质制备另一物质。

一、对于实验目的为一的题目，其实就是对混合物的除杂、分离、提纯。

当遇到这个类题时，要求学生一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。这里特别提一提蒸发与结晶。蒸发与结晶方法都能够将溶液中的溶质以固体形式析出，具体采用何种方法，主要取决于溶质的溶解度。

有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较大，如NH4NO3、KNO3等物质，在蒸发过程中比较难析出来，所以要用冷却法使它结晶。而有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较小，如NaCl、KCl等，有少数物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2要使它们析出较多固体溶质时，则要用蒸发浓缩的方法。例如NaCl 和KNO3混合溶液，如果将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl ，母液中是KNO3和少量NaCl 。如果将混合溶液加热后再降温，则析出的固体主要是KNO3 ，母液中是NaCl 和少量KNO3。如果是除杂，杂质所含的量比较少，一般是让主要物质析出来。如KNO3溶液中含少量NaCl，常用升温冷却结晶法，再经过过滤、洗涤、烘干（不同的物质在烘干时采取的方法不同），就可得到KNO3固体了。如果NaCl溶液中含少量KNO3，则用蒸发浓缩结晶法，这种方法一般要经过趁热过滤才能得到主要物质，主要原因是如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来。

例1：碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠（纯度约98％）中含有Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl－和SO 42－等杂质，提纯工艺路线如下：

已知碳酸钠的溶解度(S）随温度变化的曲线如右上图图所示：回答下列问题：

（1）滤渣的主要成分为________________________。

（2）“趁热过滤”的原因是_______________________________。

（3）若在实验室实行“趁热过滤”，可采取的措施是__________________（写出1种）。

（4）若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是____________________________________。

（5）已知：Na2CO3·10H2O(s)＝Na2CO3(s)+10H2O(g) ΔH1＝+532.36 kJ·mol－1

Na2CO3·10H2O(s)＝Na2CO3·H2O(s)+9H2O(g) ΔH2＝+473.63 kJ·mol－1

写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式________________________________________。

分析：从题目中可知，该题中的实验目的是从工业碳酸钠中提纯出碳酸钠，工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2+，Fe3+，Ca2+，Cl－和SO42－等，所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水是使可溶物质溶于水，少量的Ca2+与CO32－生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液，很显然是将Mg2+、Fe3+转化成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，再通过过滤的方法除去。但这个步骤对Cl－和SO42－是没什么影响的。所以流程图中出现了一个蒸发浓缩结晶和趁热过滤的操作，这肯定是为了使一个随温度升高溶解度变化不大或减小的物质析出来，通过读图可得出

Na2CO3·H2O符合这个条件，这样能够通过趁热过滤除去Cl－、SO42－和一些沉淀不完全的离子。因为Na2CO3·10H2O的溶解度随温度的升高变化非常大，如果降温，一定会析出来而影响主要产物，所以要趁热过滤。

答案：（1）滤渣的主要成分为Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3。（2）使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长。

（3）用已预热的布氏漏斗趁热抽滤。（4）溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3混有杂质；原因：“母液”中，含有的离子有Ca2+，Na+，Cl－，SO42－，OH－，CO32－，当多次循环后，使用离子浓度持续增大，溶解时会生成CaSO4，Ca(OH)2，CaCO3等沉淀。

（5）Na2CO3·H2O(s)＝Na2CO3(s) + H2O(g) ΔH＝+58.3kJ/mol

二、对于目的为制备某一物质的流程题，要求学生注意以下几个方面：

1、明确题目目的是制什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。

只有知道了实验目的，才能非常清楚的知道整个流程的意义所在，题目中的信息往往是制备该物质的关键所在。而产物如果具有某些特殊性质（由题目信息获得或根据所学知识判断），则要采取必要的措施来避免在生产过程中产生其它杂质。一般来说主要有如下几种情况：

（1）如果在制备过程中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。

（2）如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生时，则要加相对应的酸来防止水解。如：制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu(NO3)2等物质时，要蒸干其溶液得到固体溶质时，都要加相对应的酸或在酸性气流中干燥来防止它水解，否则得到的产物分别是Fe2O3、Al2O3、MgO、CuO；而像Al2 (SO4 )3、NaAlO2、Na2CO3等盐溶液，虽然也发生水解，但产物中Al (OH) 3、H2SO4、NaHCO3、NaOH 都不是挥发性物质，在蒸发时，抑制了盐的水解，最后得到的还是溶质本身。（3）如果产物是一种强的氧化剂或强的还原剂，则要防止它们发生氧化还原的物质，如：含Fe2+、SO32－等离子的物质，则要防止与氧化性强的物质接触。

（4）如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水（潮解或发生反应）而变质的物质（如NaOH固体等物质），则要注意防止在制备过程中对CO2或水的除去，也要防止空气中的CO2或水进入装置中。（5）如果题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要注意对比它们的溶解度随温度升高而改变的情况，根据它们的不同变化，找出合适的分离方法。

2、寻找在制备过程中所需的原料，写出主要的化学反应方程式或制备原理，从中了解流程图。

从近几年的高考题目中会发现，绝大部分题目都会给出制备物质时所需的原料，但一般会涉及到物质的分离、提纯的操作。所以在明确了实验目的之后，再写出主要的反应方程式，观察有没有副产品，如果有，剩余的步骤就是分离提纯了。

例2：工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程如上图。

（1）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是____（填代号）。

a、84消毒液（NaClO溶液）

b、双氧水

c、二氧化硫

d、75%酒精

（2）高锰酸钾保存有棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_________（填代号）。

a、浓硝酸

b、硝酸银

c、氯水

d、烧碱

（3）上述流程中能够循环使用的物质有________________、______________ （写化学式）。（4）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得mol KMnO4。

（5）该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择（选填代号）。

a、石灰石

b、稀HCl

c、稀H2SO4

d、纯碱

（6）操作Ⅰ的名称是______________；操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在________________ （填性质）上的差异，采用__________________________ （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。

解析：MnO2与KOH混合并在空气中共熔，便可制得墨绿色的锰酸钾熔体：

2MnO2 + 4KOH + O2＝2K2MnO4 + 2H2O 锰酸钾在酸性或中性的环境下，MnO42－会发生反应，生成MnO4－和MnO2：3K2MnO4+2CO2＝2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3；过滤除去不溶于水的MnO2，利用溶解度的不同，采取浓缩结晶的方法使KMnO4从溶液中析出而分离出来。

答案：（1）ab （2）d （3）MnO2；KOH （4）2／3 （5）cd（6）过滤；溶解度，浓缩结晶。

3、注意外界条件对工艺流程的影响

在很多流程图的题目中，我们经常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对物质反应的温度或压强有不同的要求，它所起的作用也不一样，但却都是能否达到实验目的的关键所在，也是命题专家们经常要考察学生的地方。对外界条件的分析主要可从以下两个方面着手：

（1）对反应速率有何影响？

（2）对平衡转化率有何影响？这里主要说一说温度的影响，归纳总结之后，主要有以下几个方面的形式来考察学生：

①趁热过滤（或冰水洗涤）的目的：防止某物质降温时会析出（或升温时会溶解）而带入新的杂质；

②冰水中反应或降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动；

③反应中采取加热措施的作用：一般是为了加快反应速率或加速某固体的溶解；

④如果题目中要求温度控制在具体的一个温度范围内（可用水浴或油浴来控制）：一般有以下几个目的：a、防止某种物质温度过高时会分解或挥发，也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来，

具体问题要具体分析。如侯德榜制碱中，将CO2通入NaCl的氨溶液中，保持溶液的温度为（30+2）℃，可得NaHCO3晶体，温度控制在这个范围，目的就是防止NaHCO3分解。而在Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80－90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。

b、使催化剂的活性达到最好：如工业合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。

c、防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。

d、对于一些工艺来说，降温或减压能够减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。

以上相关温度的总结只能说是有这种可能来考，具体问题要具体分析

例3：实验室以氯化钾和硝酸钠为原料制备硝酸钾的实验流程如下：

氯化钾硝酸钠混合

溶解

蒸发

浓缩

趁热

过滤

冷却

结晶

过滤

滤液

洗涤干燥KNO

3

产品

滤液滤渣

硝酸钾等四种物质的溶解度随温度变化如右图所示。回答下列问题：

（1）为了加速固体溶解，可采取的措施是：。

（2）实验室实行蒸发浓缩操作时，将蒸发皿置于铁圈上，

用酒精灯加热。取用蒸发皿应使用__________（填仪器的名称），

为了防止液滴飞溅，实行的操作是__________________ 。

（3）“趁热过滤”操作中，滤渣的主要成分是（填化学式）

（4）“趁热过滤”后，有时先往滤液中加入少量水，加热至沸，然后再

“冷却结晶”，目的是________________________。

（5）制得的KNO3产品中常含NaCl，进一步提纯的方法是______ 。

解析：该题能够说得上是流程题中的经典题目，它很好的考察了物质的分离与提纯中的一些基本操作，也考察了不同性质的物质在分离提纯时所采取的不同方法，特别是考察了温度这个外界因素在制备产品时所起的关键作用，通过前面的分析，我们很快能够得出准确的答案：

（1）搅拌、加热；（2）用玻璃棒持续搅拌滤液坩埚钳；（3）NaCl；（4）稀释溶液，防止降温过程中NaCl析出，提升产品的纯度；（5）重结晶

工艺流程题因为它考察的知识点多，也非常灵活，对学生的审题水平、分析问题、解决问题、文字表达等方面的水平都要求非常高，所以学生得分往往不高，但只要大家在平时在做这个类题目时善于归纳、总结，认真审题，善于从题目或问题中获取信息来协助自己解题，同时在平时的学习中要熟记一些基本的实验操作，如沉淀的洗涤、沉淀是否完全的检验方法、从溶液得到晶体的方法、常见离子的检验方法等，文字表达时一定要做到规范，相信能够突破这个难关。

保温练习

1．【2016年高考北京卷】（12分）以废旧铅酸电池中的含铅废料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：

（1）过程Ⅰ中，在Fe2+催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是__________。

（2）过程Ⅰ中，Fe2+催化过程可表示为：

i：2Fe2++ PbO2+4H++SO42?＝2Fe3++PbSO4+2H2O ii：……

①写出ii的离子方程式：________________。

②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。

a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。

b.______________。

（3）PbO溶解在NaOH溶液中，存有平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO 2（aq），其溶解度曲线如图所示。

①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是_____(选填序号)。A．减少PbO的损失，提升产品的产率B．重复利用氢氧化钠，提升原料的利用率

C．增加Na2SO4浓度，提升脱硫效率

②过滤Ⅲ的目的是提纯，综合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作_______________________。2．【2016年高考江苏卷】以电石渣主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下：

（1）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右实行。氯化时存有Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2分解为CaCl2和O2。

①生成Ca(ClO)2的化学方程式为▲。

②提升Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有▲（填序号）。

A．适当减缓通入Cl2速率B．充分搅拌浆料C．加水使Ca(OH)2完全溶解（2）氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为6Ca(OH)2+6Cl2＝Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O 氯化完成后过滤。

①滤渣的主要成分为▲（填化学式）。

②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n Ca(ClO3)2] ∶n CaCl2] ▲1∶5（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3，若溶液中KClO3的含量为100g?L-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是▲。

3．【2016年高考新课标Ⅲ卷】（14分）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生成硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：

物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/% 2.2~2.9 2.8~3.1 22~28 60~65 1~2 <1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为___________，同时V2O4转成VO2+。“废渣1”的主要成分是__________________。

（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为______mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124?形式存有于溶液中。“废渣2”中含有_______。

（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH+ V4O124?R4V4O12+4OH?（以ROH为强碱性阴离子交换树脂）。为了提升洗脱效率，淋洗液应该呈_____性（填“酸”“碱”“中”）。（5）“流出液”中阳离子最多的是________。

（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。

高三化学自由复习专题8参考答案

1.【答案】（1）Pb + PbO2 + 2H2SO4==2PbSO4+ 2H2O。（2）①2Fe3＋+Pb+SO42—==PbSO4+2Fe2＋；

②取a中红色溶液少量，加入过量Pb，充分反应后，红色褪去。

（3）①A、B；②将粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加热至110℃，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤、洗涤并干燥得到PbO固体。

②根据PbO的溶解度曲线，提纯粗Pb的方法为将粗PbO溶解在35%NaOH溶液中配成高温下的

饱和溶液，降温结晶、过滤，洗涤并干燥即可得到PbO。

2.【答案】（1）①2Cl2＋2Ca(OH)2=Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O；②AB （2）①CaCO3、Ca(OH)2 ②＜；（3）蒸发浓缩、冷却结晶

3.【答案】（1）V2O5＋2H＋=2VO2＋＋H2O；SiO2；（2）0.5；（3）Fe(OH)3、Al(OH)3；（4）碱；（5）K＋；（6）2NH4VO3高温V2O5＋H2O＋2NH3↑。

（4）根据方程式可知为了提升洗脱效率，反应应该向逆反应方向实行，所以淋洗液应该呈碱性。

（5）因为前面加入了氯酸钾和氢氧化钾，则“流出液”中阳离子最多的是钾离子。

（6）根据原子守恒可知偏钒酸铵（NH4VO3“煅烧”生成七氧化二钒、氨气和水，发生反应的化学方程式为2NH4VO3高温V2O5＋H2O＋2NH3↑。