高中工艺流程题的解题思路及方法

高中工艺流程题的解题思路及方法
高中工艺流程题解题思路及方法。

一、解题思路。

1. 浏览题目，明确目的：首先快速浏览工艺流程题，了解题目要求和目的，是制备某种物质、提纯某种物质还是分析某个过程中的化学反应等。

2. 分析流程，理解原理：仔细分析工艺流程的各个步骤，理解每个操作的目的和原理，包括原料的预处理、反应的条件控制、物质的分离和提纯等。

3. 关注信息，提取关键：注意题目中给出的文字信息、图表数据等，提取关键的化学知识和信息，如物质的性质、化学反应方程式、溶解度等。

4. 联系知识，解决问题：运用所学的化学知识，如元素化合物、化学反应原理、化学实验等，解决工艺流程中提出的问题，如判断反应类型、计算物质的产量或纯度等。

二、解题方法。

1. 箭头分析法：顺着工艺流程的箭头方向，逐步分析每个步骤的反应物、生成物和反应条件，理解物质的转化和流向。

2. 元素守恒法：根据化学反应前后元素的种类和质量守恒，计算物质的含量、转化率等。

3. 对比分析法：对比不同工艺路线或操作条件，分析其优缺点，选择最优方案。

4. 数据分析法：利用题目中给出的数据，如溶解度、浓度、产量等，进行计算和推理。

三、例题解析。

例题 1：（人教版）从海水中提取镁的工艺流程如下：
海水ce{->[加入石灰乳]}氢氧化镁ce{->[加盐酸]}氯化镁溶液ce{->[蒸发浓缩、冷却结晶]}氯化镁晶体ce{->[在氯化氢气流中加热脱水]}无水氯化镁ce{->[电解]}镁。

步骤中加入石灰乳的作用是______。

步骤中发生反应的化学方程式为______。

步骤④中在氯化氢气流中加热脱水的目的是______。

解析：
石灰乳中的氢氧化钙能与海水中的镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，从而将镁离子从海水中分离出来。

步骤中发生的反应是氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁和水，化学方程式为：
ce{Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O}。

氯化镁在加热脱水过程中会发生水解生成氢氧化镁和氯化氢，如果在氯化氢气流中加热，可以抑制氯化镁的水解，得到无水氯化镁。

例题 2：（人教版）工业上以黄铁矿（主要成分是ce{FeS2}）为原料生产硫酸的工艺流程如下：
黄铁矿ce{->[煅烧]}炉气（含ce{SO2}、ce{O2}、ce{N2}等）ce{->[净化、干燥]}接触室ce{->[催化氧化]}三氧化硫ce{->[吸收]}硫酸。

黄铁矿煅烧时发生反应的化学方程式为______。

接触室中发生反应的化学方程式为______。

吸收塔中用______吸收三氧化硫。

解析：
黄铁矿煅烧时发生的反应为：ce{4FeS2 + 11O2 {高温}{=} 2Fe2O3 + 8SO2}。

接触室中二氧化硫在催化剂作用下与氧气反应生成三氧化硫，化学方程式为：ce{2SO2 + O2 underset{Δ}{overset{催化剂}{===}} 2SO3}。

吸收塔中用 98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。

例题 3：（人教版）工业上用铝土矿（主要成分是ce{Al2O3}，还含有
ce{Fe2O3}、ce{SiO2}等杂质）提取氧化铝的工艺流程如下：
铝土矿ce{->[盐酸]}溶液 1ce{->[氢氧化钠溶液]}溶液 2ce{->[过滤]}沉淀ce{->[灼烧]}氧化铝。

溶液 1 中含有的阳离子有______。

步骤中发生反应的离子方程式为______。

沉淀的成分是______。

解析：
铝土矿与盐酸反应，生成氯化铝、氯化铁等，溶液 1 中含有的阳离子有
ce{Al^3+}、ce{Fe^3+}、ce{H^+}。

步骤中发生的反应是氯化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氯化钠，离子方程式为：ce{Al^3+ + 4OH^- = AlO2^- + 2H2O}。

溶液 2 中加入氢氧化钠溶液，生成氢氧化铝沉淀，沉淀的成分是氢氧化铝。

例题 4：（人教版）实验室用大理石（主要成分是ce{CaCO3}）和稀盐酸反应制取二氧化碳的工艺流程如下：
大理石ce{->[稀盐酸]}二氧化碳气体ce{->[饱和碳酸氢钠溶液]}纯净的二氧化碳。

制取二氧化碳的化学方程式为______。

用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢气体的原理是______。

解析：
大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳的化学方程式为：ce{CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑}。

碳酸氢钠能与氯化氢反应生成氯化钠、水和二氧化碳，而二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中的溶解度较小，所以用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中的氯化氢气体。

例题 5：（人教版）从废水中回收金属铜的工艺流程如下：
废水（含ce{Cu^2+}）ce{->[加入过量铁粉]}固体混合物ce{->[过滤]}固体ce{-
>[加入稀硫酸]}铜。

步骤中发生反应的离子方程式为______。

步骤中加入稀硫酸的目的是______。

解析：
步骤中铁与铜离子发生置换反应，离子方程式为：ce{Fe + Cu^2+ = Fe^2+ + Cu}。

步骤中加入稀硫酸的目的是除去固体中的铁，得到纯净的铜。

例题 6：（人教版）工业上用钛铁矿（主要成分是ce{FeTiO3}）制备金属钛的工艺流程如下：
钛铁矿ce{->[高温碳还原]}钛酸亚铁（ce{FeTiO3}）ce{->[高温氯化]}四氯化钛（ce{TiCl4}）ce{->[镁还原]}钛。

高温碳还原钛铁矿生成钛酸亚铁的化学方程式为______。

高温氯化过程中发生反应的化学方程式为______。

解析：
高温碳还原钛铁矿生成钛酸亚铁的化学方程式为：ce{2FeTiO3 + C {高温}{=} 2Fe + 2TiO2 + CO2↑}。

高温氯化过程中，钛酸亚铁与氯气反应生成四氯化钛和氯化铁，化学方程式为：ce{2FeTiO3 + 6Cl2 + 7C {高温}{=} 2TiCl4 + 2FeCl3 + 7CO}。

例题 7：（人教版）工业上用含锌废渣（主要成分是ce{ZnO}，还含有少量的
ce{FeO}、ce{CuO}）制取硫酸锌的工艺流程如下：
含锌废渣ce{->[稀硫酸]}溶液ce{->[加入过量铁粉]}固体混合物ce{->[过滤]}滤液ce{->[加入适量氢氧化钠溶液]}沉淀ce{->[过滤、洗涤、干燥]}硫酸锌。

步骤中发生反应的化学方程式有______。

步骤中加入过量铁粉的目的是______。

解析：
步骤中，氧化锌、氧化亚铁、氧化铜分别与稀硫酸反应，化学方程式分别为：
ce{ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O}，ce{FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O}，ce{CuO +
H2SO4 = CuSO4 + H2O}。

步骤中加入过量铁粉的目的是除去溶液中的铜离子，将其置换为铜单质。

例题 8：（人教版）工业上用辉铜矿（主要成分是ce{Cu2S}）制备铜的工艺流程如下：
辉铜矿ce{->[氧气焙烧]}氧化铜和二氧化硫ce{->[稀硫酸]}硫酸铜溶液ce{->[电解]}铜。

氧气焙烧辉铜矿的化学方程式为______。

电解硫酸铜溶液制取铜的化学方程式为______。

解析：
氧气焙烧辉铜矿生成氧化铜和二氧化硫，化学方程式为：ce{Cu2S + O2 {焙烧}{=} 2CuO + SO2}。

电解硫酸铜溶液制取铜的化学方程式为：ce{2CuSO4 + 2H2O {电解}{=} 2Cu +
O2↑ + 2H2SO4}。

例题 9：（人教版）工业上用菱锰矿（主要成分是ce{MnCO3}，还含有
ce{FeCO3}、ce{Al2O3}等杂质）制取二氧化锰的工艺流程如下：
菱锰矿ce{->[稀硫酸]}溶液 1ce{->[加入氧化剂]}溶液 2ce{->[调节 pH]}沉淀ce{->[过滤、洗涤、干燥]}二氧化锰。

溶液 1 中含有的阳离子有______。

步骤中加入氧化剂的目的是______。

解析：
菱锰矿与稀硫酸反应，生成硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铝等，溶液 1 中含有的阳离子有ce{Mn^2+}、ce{Fe^2+}、ce{Al^3+}、ce{H^+}。

步骤中加入氧化剂的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，便于后续调节 pH 除去。

例题 10：（人教版）工业上用黄铜矿（主要成分是ce{CuFeS2}）炼制粗铜的工艺流程如下：
黄铜矿ce{->[焙烧]}冰铜（ce{Cu2S}和ce{FeS}）ce{->[吹炼]}粗铜。

焙烧时发生反应的化学方程式为______。

吹炼过程中发生反应的化学方程式为______。

解析：
黄铜矿焙烧时发生的反应为：ce{2CuFeS2 + O2 {高温}{=} Cu2S + 2FeS + SO2}。

吹炼过程中，ce{Cu2S}与氧气反应生成粗铜，化学方程式为：ce{2Cu2S + 3O2 {高温}{=} 2Cu2O + 2SO2}，ce{2Cu2O + Cu2S {高温}{=} 6Cu + SO2↑}。

例题 11：（人教版）工业上用重晶石（主要成分是ce{BaSO4}）制备碳酸钡的工艺流程如下：
重晶石ce{->[高温煅烧]}固体 A ce{->[水浸]}溶液 B ce{->[通入二氧化碳]}碳酸钡。

固体 A 的主要成分是______。

溶液 B 中溶质的化学式为______。

解析：
重晶石高温煅烧生成氧化钡和二氧化硫，固体 A 的主要成分是氧化钡
（ce{BaO}）。

氧化钡与水反应生成氢氧化钡，溶液 B 中溶质的化学式为ce{Ba(OH)2}。

例题 12：（人教版）工业上用铬铁矿（主要成分是ce{Fe(CrO2)2}）制备重铬酸钾（ce{K2Cr2O7}）的工艺流程如下：
铬铁矿ce{->[氧化焙烧]}固体 1ce{->[水浸]}溶液 1ce{->[调节 pH 并过滤]}溶液
2ce{->[加入 KCl 并蒸发浓缩、冷却结晶]}重铬酸钾。

氧化焙烧时发生反应的化学方程式为______。

调节 pH 并过滤的目的是______。

解析：
氧化焙烧时，铬铁矿与氧气反应生成氧化铁、铬酸钠等，化学方程式为：
ce{4Fe(CrO2)2 + 8Na2CO3 + 7O2 {高温}{=} 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2}。

调节 pH 并过滤的目的是除去溶液中的杂质离子，如铝离子、铁离子等。

例题 13：（人教版）工业上用锂辉石（主要成分是ce{Li2O·Al2O3·4SiO2}）制备金属锂的工艺流程如下：
锂辉石ce{->[硫酸焙烧]}固体混合物ce{->[水浸、过滤]}滤液ce{->[加入碳酸钠溶液]}沉淀ce{->[过滤、洗涤、干燥]}碳酸锂ce{->[高温分解]}氧化锂ce{->[电解]}金属锂。

硫酸焙烧锂辉石的化学方程式为______。

加入碳酸钠溶液生成沉淀的离子方程式为______。

解析：
硫酸焙烧锂辉石的化学方程式为：ce{Li2O·Al2O3·4SiO2 + H2SO4(浓) {高温}{=} Li2SO4 + Al2(SO4)3 + 4SiO2 + H2O}。

加入碳酸钠溶液生成碳酸锂沉淀，离子方程式为：ce{2Li^+ + CO3^2- =
Li2CO3↓}。

例题 14：（人教版）工业上用闪锌矿（主要成分是ce{ZnS}，还含有ce{FeS}、ce{CuS}等杂质）制备金属锌的工艺流程如下：
闪锌矿ce{->[焙烧]}焙砂（主要成分是ce{ZnO}、ce{Fe2O3}、ce{CuO}）ce{->[酸浸]}溶液ce{->[净化除杂]}溶液ce{->[电解]}金属锌。

焙烧时发生反应的化学方程式为______。

净化除杂时加入锌粉的目的是______。

解析：
闪锌矿焙烧时发生的反应为：ce{2ZnS + 3O2 {高温}{=} 2ZnO + 2SO2}，ce{2FeS + 3O2 {高温}{=} 2FeO + 2SO2}，ce{2CuS + 3O2 {高温}{=} 2CuO + 2SO2}。

净化除杂时加入锌粉的目的是置换出溶液中的铜离子，除去杂质铜。

例题 15：（人教版）工业上用磷矿石（主要成分是ce{Ca3(PO4)2}）制取磷酸的工艺流程如下：
磷矿石ce{->[硫酸]}磷酸溶液ce{->[过滤]}滤渣ce{->[处理]}石膏。

制取磷酸的化学方程式为______。

过滤得到的滤渣的主要成分是______。

解析：
磷矿石与硫酸反应制取磷酸的化学方程式为：ce{Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4}。

过滤得到的滤渣的主要成分是硫酸钙（石膏）。

例题 16：（人教版）工业上用磁铁矿（主要成分是ce{Fe3O4}）炼铁的工艺流程如下：
磁铁矿ce{->[焦炭、高温]}生铁。

炼铁过程中发生反应的化学方程式为______。

焦炭的作用是______。

解析：
炼铁过程中发生的主要反应有：ce{Fe3O4 + 4CO {高温}{=} 3Fe + 4CO2}。

焦炭的作用是提供热量和生成一氧化碳作为还原剂。

例题 17：（人教版）工业上用氯碱工业的产物制取。