高考化学备考中等生百日捷进提升系列专题21以流程图为基础的化工工艺综合题(含解析)

专题二十一以流程图为基础的化工工艺综合题解题方法策略
考试方向
以流程图为基础的化工工艺综合题为近几年考查的高频题。

试题一般以物质制备、污水处理、物质分离等化工工艺为基础，考查元素及化合物性质、化学反应基本原理、物质的分离提纯、化学计算等相关知识。

在复习备考中，应该注重基础知识的掌握和基本的解题方法，在解题中应该从题设中新的信息中跳出来，找到考查的重点，运用相关知识，逐步解答。

经典题例析
【例题1】【2015四川卷】为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（铁主要以Fe2O3存在）转变成重要的化工原料FeSO4（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4，不考虑其他反应。

请回答下列问题：
（1）第Ⅰ步H2SO4与Fe2O3反应的离子方程式是。

（2）检验第Ⅱ步中Fe3+是否完全还原，应选择（填字母编号）。

A．KMnO4溶液 B．K3[Fe(CN)6]溶液 C．KSCN溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO3调溶液pH到5.8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5.2，此时Fe2+不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。

通入空气引起溶液pH降低的原因是。

（4）FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

∆=-1648kJ/mol 已知25℃，101kPa时：4Fe(s) + 3O2 (g) =2Fe2O3(s) H
∆=-393kJ/mol C(s)+O2(g)=CO2(g) H
∆=-1480kJ/mol 2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)=2FeCO3(s) H
FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是。

（5）FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。

该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+ FeS2= Fe +2Li2S，正极反应式是。

（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe2O3，其含量为50%。

将a kg质量分数为b%的硫酸加入到
c kg烧渣中浸取，铁的浸取率为96%，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微
酸性所残留的硫酸忽略不计。

按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO3 kg。

【答案】（1）Fe 2O 3+6H +＝2Fe 3++3H 2O （2）C （3）Fe 2+被氧化为Fe 3+，Fe 3+水解产生H +。

（4）4FeCO 3(s)+O 2(g) =2Fe 2O 3(s)+ 4CO 2(g) △H =－260kJ/mol 。

（5）FeS 2+4e －= Fe +2S 2－ （6）29ab 2450 －1131c 1750
kg 。

【考点定位】化学工艺流程 化学反应与能量 元素及化合物 化学计算
【名师点睛】近几年高考化学工艺流程题属于热点体系。

工艺流程题，顾名思议，就是将化工
生产过程中的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。

只要明确实验目的，理解装置的作用以及工艺流程的原理，吸收题目新信息并且能加以灵活运用，在高考中就一定会大获全胜。

工艺流程题设问的地方：反应速率与平衡理论的运用；氧化还原反应的判断、方程式书写；利用控制PH 分离除杂；利用溶解度分离；常用的分离方法、实验操作；流程中的物质转化和循环；绿色化学评价；电化学；计算产量、产率、产品纯度等。

【例题2】【2015江苏卷】以磷石膏(只要成分CaSO 4，杂质SiO 2、Al 2O 3等)为原料可制备轻质CaCO 3。

（1）匀速向浆料中通入CO 2，浆料清液的pH 和c(SO 42－
)随时间
变化见由右图。

清液pH>11时CaSO 4转化的离子方程式
_____________；能提高其转化速率的措施有____(填序
号)
A．搅拌浆料 B．加热浆料至100℃
C．增大氨水浓度 D．减小CO2通入速率
（2）当清液pH接近6．5时，过滤并洗涤固体。

滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为______和________(填化学式)；检验洗涤是否完全的方法是_________。

（3）在敞口容器中，用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体，随着浸取液温度上升，溶液中c(Ca2＋)增大的原因___________。

【答案】（1）CaSO4＋2NH3·H2O＋CO2=CaCO3＋2NH4＋或CaSO4＋CO32－=CaCO3＋SO42－，AC；（2）SO42－、HCO3－，取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全；（3）浸取液温度上升，溶液中c(H＋)增大，促进固体中Ca2＋浸出。

【考点定位】考查工艺流程、影响化学反应速率因素、沉淀洗涤、沉淀转化等方面的知识。

【名师点睛】本题考查工艺流程问题，在分析中首先要有很好的基本功，无论是基础知识还是审题方面，在工艺流程中，注重分析过程，知道哪些步骤发生什么样的反应，或者此实验操作怎样等，然后注重书写，书写要规范；此试题考查溶度积方面的知识，反应向着更难溶的方向进行，同时也考查了影响反应速率的因素，考查学生分析问题的能力。

解题方法与策略
1、制备型工艺流程题
（1）明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。

善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素及化合物知识，善于从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。

箭头进入的是投料(反应物)，箭尾是生成物。

（2）注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择。

读懂流程图，写
出主要的化学反应方程式或制备原理。

（3）要解决一个物质的制备、合成等实际的化学问题往往从成本角度、环保角度、现实角度等多角度考虑。

2、化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：
（1）沉淀溶解平衡的相关应用
①沉淀的最小浓度控制；②沉淀转化的条件。

（2）反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用
①反应速率控制；②化学平衡移动；③化学平衡常数的应用；④反应条件的控制。

（3）氧化还原反应的具体应用
①强弱规律；②守恒规律；③选择规律。

（4）盐类水解的具体应用
①水解规律；②水解反应的控制(抑制或促进)。

3、实验技术类
无机化工类实验题主要以无机化工流程图为载体，联系中学化学中基本实验方法，如装置气密性检查，混合物分离、提纯和检验以及产品收集与尾气处理等。

无机化工实验题的命题热点主要有：
（1）金属冶炼类，如冶炼铁、铜、锰和钨等金属，联系产品纯度测定、冶炼条件控制以及混合物分离和提纯等。

（2）中学重要化工产品的制备，如胆矾、绿矾、明矾、氧化铜、硝酸铜和碳酸钙等物质的制备。

（3）模拟化工原理，设计实验。

如探究接触法制硫酸、合成氨、氨催化氧化法制硝酸和硅的精炼等原理。

跟踪训练
1．氯化铁是常见的水处理剂，利用废铁屑可制备无水氯化铁，实验室制备装置和工业制备流程图如下：
已知：（1）无水FeCl3的熔点为555K、沸点为588K．
（2）废铁屑中的杂质不与盐酸反应
（3）不同温度下六水合氯化铁在水中的溶解度如下：
实验室制备操作步骤如下：
Ⅰ．打开弹簧夹K1，关闭弹簧夹K2，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸．
Ⅱ．当…时，关闭弹簧夹K1，打开弹簧夹K2，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a．Ⅲ．将烧杯中溶液经过一系列操作后得到FeCl3•6H2O晶体．
请回答：
（1）烧杯中足量的H2O2溶液的作用是______________________。

（2）为了测定废铁屑中铁的质量分数，操作Ⅱ中“…”的内容是______________________。

（3）从FeCl3溶液制得FeCl3•6H2O晶体的操作步骤是：加入_______后、__________、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

（4）试写出吸收塔中反应的离子方程式：_____________________。

（5）捕集器温度超过673K时，存在相对分子质量为325的铁的氯化物，该物质的分子式为____________。

（6）FeCl3的质量分数通常可用碘量法测定：称取m g无水氯化铁样品，溶于稀盐酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入几滴淀粉溶液，并用c mol•L-1Na2S2O3溶液滴定，消耗V mL（已知：I2+2S2O32-═2I-+S4O62-）．
①滴定终点的现象是：_____________________。

②样品中氯化铁的质量分数________________。

【答案】（1）把亚铁离子全部氧化成三价铁离子
（2）装置A中不产生气泡或量气管和水准管液面不变（其他合理答案也给分）（3）盐酸蒸发浓缩、冷却结晶
（4）2Fe2++Cl2=2Fe3+（5）Fe2Cl6
（6）①溶液由蓝色变无色，且半分钟内不变色②162.5cV/m%
【考点定位】考查学生对工艺流程的理解、物质的分离提纯等基本操作、氧化还原反应滴定应
用、溶度积有关计算等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力。

【名师点晴】本题主要是考查学生对实验原理与实验操作的理解、物质分离提纯、元素化合物
性质、氧化还原反应滴定、化学计算等，难度中等，明确实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力。

设计实验方案时，要注意用最少的药品和最简单的方法；关于对实验设计方案的评价，要在两个方面考虑，一是方案是否可行，能否达到实验目的；二是设计的方法进行比较，哪种方法更简便。

基本思路：
基本步骤：
（1）认真审题，明确实验目的，找出实验原理。

（2）根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。

（3）准确地记录实验过程中的实验现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论
2．2013年6月，我国“蛟龙”号再次刷新“中国深度”——下潜7062米，为我国深海矿物资
源的开发奠定了基础。

海洋深处有丰富的锰结核矿，锰结核的主要成分是MnO 2，同时还含有黄铜矿。

Ⅰ、“蛟龙”号外壳是用特殊的钛合金材料制成，它可以在7000m 的深海中承受重压，Ti 是以钛白粉（TiO 2）为原料进行生产，钛白粉是利用2TiO
+发生水解生成钛酸（H 2TiO 3）沉淀，再煅烧沉淀制得的。

2TiO +发生水解的离子方程式为____________________________。

Ⅱ、MnO 2是一种重要的无机功能材料，工业上从锰结核中制取纯净的MnO 2工艺流程如下图所示：
（1）步骤Ⅱ中以3NaClO 为氧化剂，当生成0.05mol 2MnO 时，消耗0.1mol /L 的3NaClO 溶液200ml ，该反应离子方程式为_______________________________。

（2）已知溶液B的溶质之一可循环用于上述生产，此物质的名称是____________。

Ⅲ、利用黄铜矿炼铜产生的炉渣（含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3等）可制备Fe2O3，方法为：（A）用过量的稀盐酸浸取炉渣、过滤；
（B）向滤液中加入5％的H2O2，再向其中加入过量的NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得到Fe2O3。

根据以上信息回答下列问题：
（1）（B）中向滤液中加入5%的H2O2，其目的是_________________________________。

（2）设计实验证明炉渣中含有FeO___________________________________________。

（3）将煅烧得到的Fe2O3还原为Fe单质，再将质量为m g的Fe单质分成相等的四份，分别与50mL、100mL、150mL、200mL的等浓度的稀硝酸反应，反应产物NO在标况下的体积见附表：
【答案】（每空2分共14分）Ⅰ、TiO2＋＋2H2O＝H2TiO3↓＋2H＋
Ⅱ、（1）2ClO3－＋5Mn2＋＋4H2O＝5MnO2＋8H＋＋Cl2↑（2）氯酸钠
Ⅲ、（1）氧化亚铁离子
（2）取炉渣少许，用稀硫酸浸取后的溶液使KMnO4溶液褪色（答案合理即可）
（3）①33.6 ②3：2
【考点定位】本题主要是考查工艺流程图的有关判断与计算、离子检验以及氧化还原反应的有关应用与计算等
【名师点晴】工艺流程题的解题方法与策略
1、制备型工艺流程题
（1）明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。

善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素及化合物知识，善于从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。

箭头进入的是投料(反应物)，箭尾是生成物。

（2）注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择。

读懂流程图，写出主要的化学反应方程式或制备原理。

（3）要解决一个物质的制备、合成等实际的化学问题往往从成本角度、环保角度、现实角度等多角度考虑。

2、化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：
（1）沉淀溶解平衡的相关应用：①沉淀的最小浓度控制；②沉淀转化的条件。

（2）反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：①反应速率控制；②化学平衡移动；
③化学平衡常数的应用；④反应条件的控制。

（3）氧化还原反应的具体应用：①强弱规律；②守恒规律；③选择规律。

（4）盐类水解的具体应用：①水解规律；②水解反应的控制(抑制或促进)。

3．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe- = Li x C6。

现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。

回答下列问题：
（1）LiCoO2中，Co元素的化合价为。

（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式。

（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是。

（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式。

（5）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-x CoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式。

（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是。

在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有（填化学式）。

+ 3H2↑或2Al + 2OH- + 2H2O＝2AlO2－+ 3H2↑【答案】（1）+3 （2）2Al + 2OH- + 6H2O＝2Al(OH)－
4
（3）2LiCoO2 + 3H2SO4 + H2O2△Li2SO4 + 2CoSO4 + O2↑+ 4H2O
2H2O2△2H2O + O2↑ ；有氯气生成，污染较大。

（4）CoSO4 + 2NH4HCO3＝CoCO3↓+ (NH4)2SO4 +CO2↑+ H2O
（5） Li1-x CoO2 + Li x C6＝LiCoO2 + 6C
（6）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中；Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
【考点定位】本题为生产流程题，涉及金属的回收、环境保护、氧化还原反应、物质的分离提纯和除杂等
【名师点晴】电极反应式的书写——“二判二析一写”
二判：①判断阴阳极；②判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。

二析：①分析溶液中离子的种类；②根据离子放电顺序，分析电极反应。

一写：根据电极产物，写出电极反应式。

4．污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。

某研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）．
请回答下列问题：
（3）已知：25℃、101kPa时，
Mn（s）+O2（g）═MnO2（s）△H=-520kJ•mol-1
S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-297kJ•mol-1
Mn（s）+S（s）+2O2（g）═MnSO4（s）△H=-1065kJ•mol-1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是
____________________________________。

（2）用离子方程式表示用MnCO3除去Al3+和Fe3+的原理（任选其一即可）：_______________。

（3）用离子方程式表示用MnS除去Cu2+和Ni2+的原理（任选其一即可）：___________________________。

（4）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料．碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是__________。

（5）MnO2可作超级电容器材料．用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是__________。

（6）假设脱硫的SO2只与软锰矿浆中MnO2反应．按照图示流程，将am3（标准状况）含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为ckg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2____________kg。

【答案】（1）MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s) △H=-248kJ/mol
（2）3MnCO3+2Al3+3H2O=2Al（OH）3↓+3C O2↑+3Mn2+或3MnCO3+2Fe3++3H2O=2Fe（OH）
2+；
3↓+3CO2↑+3Mn
（3）MnS+Cu2+=CuS↓+Mn2+或MnS+Ni2+=NiS↓+Mn2+
（4）MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-（5）Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+（6）
相当于MnO2的质量mol×87g/mol=（600c-0.4ab×87）g=
kg。

【考点定位】考查热化学方程式、原电池、电解池和化学计算等
【名师点晴】本题主要是考查学生结合工业流程，对实验原理与实验操作的理解、物质分离提纯、元素化合物性质、电化学理论、化学计算等，难度中等，明确实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力。

设计实验方案时，要注意用最少的药品和最简单的方法；关于对实验设计方案的评价，要在两个方面考虑，一是方案是否可行，能否达到实验目的；二是设计的方法进行比较，哪种方法更简便。

基本思路：
基本步骤：
（1）认真审题，明确实验目的，找出实验原理。

（2）根据实验原理选择仪器和药品，并设计出合理的实验装置和操作步骤。

（3）准确地记录实验过程中的实验现象和数据，并运用分析、计算、图表、推理等方法处理有关实验现象和数据，得出正确的结论。

5．【2015海南卷】铁在自然界分别广泛，在工业、农业和国防科技中有重要应用。

回答下列问题：
（1）用铁矿石（赤铁矿）冶炼生铁的高炉如图（a）所示。

原料中除铁矿石和焦炭外含
有。

除去铁矿石中脉石（主要成分为SiO2）的化学反应方程式为、；高炉排出气体的主要成分有N2、CO2和 (填化学式)。

（2）已知：①Fe2O3 (s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g) ΔH=+494kJ·mol-1
②CO(g)+1
2
O2(g)=CO2(g) ΔH=-283kJ·mol-1
③C(s)+ 1
2O2(g)=CO(g) ΔH=-110kJ·mol
-1
则反应Fe2O3 (s)+3 C(s)+ 3
2O2(g)=2Fe(s)+3CO2 (g) 的ΔH= kJ·mol-1。

理论上
反应放出的热量足以供给反应所需的热量（填上述方程式序号）（3）有人设计出“二步熔融还原法”炼铁工艺，其流程如图(b)所示，其中，还原竖炉相当于高炉的部分，主要反应的化学方程式为；熔融造气炉
相当于高炉的部分。

（4）铁矿石中常含有硫，使高炉气中混有SO2污染空气，脱SO2的方法是。

【答案】（1）石灰石， CaCO CaO+CO2↑ 、 CaO+SiO23； CO。

（2）-355 ；②③，①。

（3）炉身，Fe2O32Fe+3CO2；炉腹。

（4）用碱液吸收（氢氧化钠溶液或氨水等）。

【考点定位】本题考查化学与技术模块从自然资源到化学品，涉及海水的综合利用及高炉炼铁工艺。

【名师点睛】考查海水的综合利用、高炉炼铁、反应热的计算、盖斯定律、化学方程式的书写，考查学生利用所学知识解决实际问题的能力。

学习化学的目的是为提高人类的生产、生活
的质量，所以学习过程中要多联系生产、生活中的实际，培养学生能力。

6.CoCl 2·6H 2O 是一种饲料营养强化剂。

一种利用水钴矿（主要成分为Co 2O 3、Co(OH)3，还含少
量Fe 2O 3、Al 2O 3、MnO 等）制取CoCl 2·6H 2O 的工艺流程如下：
已知：①浸出液含有的阳离子主要有H +、Co 2+、Fe 2+、Mn 2+、Al 3+等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH 见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L ）
③CoCl 2·6H 2O 熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶生成无水氯化钴。

（1）写出浸出过程中Co 2O 3发生反应的离子方程式 。

（2）写出NaClO 3发生反应的主要离子方程式 ；若不慎向“浸出液”中
加过量NaClO 3时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式 。

（3）“加Na 2CO 3调pH 至5.2”，过滤所得到的沉淀成分为 ，
加入萃取剂的目的是 。

（4）制得的CoCl 2·6H 2O 在烘干时需减压烘干的原因是 。

（5）为测定粗产品中CoCl 2·6H 2O 含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量HNO 3酸
化的AgNO 3溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量。

通过计算发现粗产品中CoCl 2·6H 2O 的质量分数大于100%，其原因可能
是 。

（答一条即可）
【答案】（1）Co 2O 3+SO 32－+4H +＝2Co 2++SO 42－
+2H 2O （2
分）
（2）ClO 3-+ 6Fe 2++ 6H +＝Cl
-+ 6Fe 3++ 3H 2O （2分） ClO 3-+5Cl -+6H +＝3Cl 2↑+3H 2O （每空2分）
（3）Fe(OH)3、Al(OH)3（2分）除去溶液中的Mn 2+（2分） 盐酸
Na 2SO 3 浸出 沉淀 萃取剂
2 ·6H 2O (粗产品)
（4）降低烘干温度，防止产品分解（2分）
(5)粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水（2分）
【考点定位】本题通过制取CoCl2•6H2O的工艺流程，考查了物质制备方案的设计、工艺流程图分析
【名师点晴】制备型工艺流程题的解题策略：
（1）明确题目目的是制取什么物质，从题干或问题中获取有用信息，了解产品的性质。

善于从基本概念和反应原理的角度分析流程图试题中的元素及化合物知识，善于从质量守恒原理的角度分析未知物质，寻找解题的突破口。

箭头进入的是投料(反应物)，箭尾是生成物。

（2）注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择。

读懂流程图，写出主要的化学反应方程式或制备原理。

（3）要解决一个物质的制备、合成等实际的化学问题往往从成本角度、环保角度、现实角度等多角度考虑。

即：。