工艺流程图的解读课件

趁热过滤 防止某物质降温时析出
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
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[注意]调节pH所需的物质一般应满足两点:①能与H+反应,使溶液pH变大;②不引 入新杂质。例如若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或 Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。
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【解题策略】 1.把握物质提纯的“6种”常用方法
看目的 除去可溶性杂质
除去碱性杂质 除去酸性杂质 除去还原性或氧化性杂质 除去受热易分解或易挥发的杂质 除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等
选方法 水溶法 酸溶法 碱溶法 氧化还原法 加热灼烧法 调pH法
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2.正确选择物质分离的“6种”常用方法
专题十一 工艺流程图的解读
题型综述
考情剖析
工艺流程图题几乎是近几年来全国卷高考题的固定题型,此类题的特点:情景新,问题
设置也往往有独到之处,但重点还是考查考纲范围内的化学基础知识和基本能力,特
别是对物质制备方法、物质间的转化途径、混合物分离和除杂方法、化学实验基
本操作方法、陌生情景中化学方程式或离子方程式的书写及简单计算能力的综合
煅烧 改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解,如煅 烧高岭土
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2.制备过程中控制反应条件的6种方法
看方法
想目的
调节溶液的pH 常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀
控制温度
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
控制压强 改变速率,影响平衡
使用合适的催化剂 改变反应速率,控制达到平衡所需要的时间
题 号
全国卷Ⅰ7、27;全国 卷Ⅱ26;全国卷Ⅲ27
全国Ⅱ26;全国Ⅲ27
全国Ⅰ28、36;全国 Ⅲ26、28、36
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增分点一 物质制备型工艺流程题
例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 (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 Z3-1 所 示:
看目的
选方法
分离难溶物质和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等 过滤(热滤或
方法
抽滤)
利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提纯分离物质,如用 CCl4或苯萃取溴水中的溴 提纯溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl
萃取和分液 蒸发结晶
提纯溶解度随温度变化较大的溶质,易水解的溶质或结晶水合物。 如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等
结合得失电子守恒可得,电解池总反应为 2ZnSO4+2H2O 2Zn+2H2SO4+ O2↑, 沉积锌后的电解液中含有 H2SO4,结合流程图可知,可返回“溶浸”工序继续重复 使用。
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方法概述
1.工艺流程图题思维主线:
(1)规律:主线主产品,分支副产品,回头为循环。
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方法概述
(2)读流程图 ①箭头:箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。 ②三线:出线和进线均表示物料流向或操作流程,可逆线表示物质循环。 2.化工流程题中表述性词汇“八大答题方向” 化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语,这些表述性词语就是隐 性信息,它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有: (1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。 (2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。 (3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。
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【解题策略】
1.制备过程中原料预处理的5种常用方法
看方法
想目的
研磨 增大固体与液体或气体间的接触面积,加快反应速率
水浸 与水接触反应或溶解
与酸接触反应或溶解,使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除 酸浸 去
灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化,如从海带中提取碘时的灼烧就是为 了除去可燃性杂质
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方法概述
(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2、其他气体是否参与反 应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。 (5)“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中,向其中滴加某试剂, 以检验其中的某种离子。 (6)“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体于试管中,加入另一试剂产生某 现象,然后得出结论。 (7)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。 (8)“用某些有机试剂清洗”—— ①降低物质溶解度,有利于产品析出;②洗涤沉淀:减 少损耗和提高利用率等。
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变式题 [2018·全国卷Ⅲ节选] KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补 碘剂。回答下列问题:
(1)KIO3的学名称是
。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如图Z3-2所示。“酸化反应”所得产
物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是
。“滤液”中的溶质主
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溶液的 pH,便于形成 Fe(OH)3 沉淀。若不通入 O2,则铁元素以 Fe2+形式存在,由表 中数据可知,Fe2+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全的 pH 非常接近,故无法除去杂质 Fe2+。 (3)“还原除杂”时加入锌粉,可除去溶液中的 Cd2+,该反应为置换反应,离子方程式 为 Zn+Cd2+=Zn2++Cd。(4)电解 ZnSO4 溶液制备单质锌,阴极上 Zn2+得电子发生 还原反应,电极反应式为 Zn2++2e-=Zn,阳极上发生的反应为 2H2O-4e-=4H++O2↑,
[解析] (1)闪锌矿的主要成分是 ZnS,含有 SiO2 和少量 FeS、CdS、PbS 杂质,焙烧过程 中发生的主要反应为 ZnS 与 O2 反应生成 ZnO 和 SO2,化学方程式为 2ZnS+3O2 2ZnO+2SO2。(2)焙烧后所得固体加入稀硫酸进行“溶浸”,SiO2 在焙烧及溶浸过程中 均不发生反应,溶液中 Pb2+则与 SO42-反应生成 PbSO4 沉淀,故滤渣 1 的主要成分是 SiO2 和 PbSO4。氧化除杂过程中加入 O2、ZnO,通入 O2 的作用是将 Fe2+氧化成 Fe3+, 便于生成 Fe(OH)3 沉淀而除去杂质 Fe2+;加入 ZnO 的作用是与剩余稀硫酸反应,调节
当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生 Cl2。由此判断影响该反应有效进行
的因素有
(填序号)。 a.温度 b.Cl-的浓度 c.溶液的酸度
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[答案] (1)
加热(或煅烧) 电解法 (2)ac
[解析] 从题意知,通过电解分离出含铬元素的溶液和固体混合物(氢氧化铝和二氧
化锰);因 Al(OH)3 能够溶于 NaOH 溶液,故固体 D 是 MnO2,溶液 A 是 NaAlO2 溶液,
率比不添加 CaO 的矿粉硫去除率低其主要原因是
图Z3-4 。
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(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)=
图 Z3-6
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固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)
固体混合物分离利用的流程图
图 Z3-7
(1) 反 应 ① 所 加 试 剂 NaOH 的 电 子 式 为
,B → C 的 反 应 条 件
为
,C Al 的制备方法称为
。
(2)该小组探究反应②发生的条件。D 与浓盐酸混合,不加热,无变化;加热有 Cl2 生成,
。
[答案] (1)SO2+OH-=HSO3- (2)①FeS2 ②硫元素转化为 CaSO4 而留在矿粉中 (3)NaAlO2 Al(OH)3 (4)1∶16
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[解析] (1)“酸浸”时 V2O5与硫酸反应,转化为 VO2+,V 的化合价不变,离子方程式为 V2O5+2H+ 2VO2++H2O。“酸浸”时 SiO2 与硫酸不反应,而其他物质与硫酸反应或溶于硫酸,故“废渣 1”
。
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(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 Z3-4 所示。已知: 多数金属硫酸盐的分解温度都高于 600 ℃
硫去除率=(1-
)×100%
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
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增分点二 物质分离、提纯型工艺流程题
例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:
图Z3-3
(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
冷却结晶
分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油
蒸馏与分馏
利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离 氨与氮气、氢气
冷却法
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变式题 [2017·天津卷] 某混合物浆液含 Al(OH)3、MnO2 和少量 Na2CrO4。考虑到 胶体的吸附作用使 Na2CrO4 不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离 装置(见图 Z3-6),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。
考查。问题设置多数难度不大,但必有一个或几个填空是一般考生能力达不到的点。
这就需要在高三复习过程中,除了要巩固好教材中的基础知识外,还要在练习、定时
检测中不断培养自己的文字阅读和理解能力、图表信息接收和发掘能力、计算能
力等综合素养。下表为近三年全国卷涉及的流程图题的汇总:
年
份
2018
2017
2016
为 SiO2。(2)根据 VO2+ VO2+,KClO3 Cl-,由得失电子守恒,则 n(VO2+)=6n(KClO3),故 n(KClO3)=16n(VO2+)=16×3 mol=0.5 mol。(3)“中和”时可以沉淀酸浸所得滤液中的 Fe3+、Al3+, 则“废渣 2”中含有 Fe(OH)3 和 Al(OH)3。(4)根据该反应,提高洗脱效率,使该平衡向逆反应方 向移动,增大 c(OH-),则该平衡逆向移动,故淋洗液应该呈碱性。(5)根据该流程,氧化、中和 操作中均引入了 K+,而其他阳离子 Fe3+、Al3+被沉淀,故“流出液”中阳离子最多的是 K+。 (6)NH4VO3 中 V 为+5 价,“煅烧”时生成 V2O5,V 的化合价不变,则为非氧化还原反应,故化学 方程式为 2NH4VO3 V2O5+2NH3↑+H2O↑。
图 Z3-1
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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
Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+
开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4
沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为
要是
。“调pH”中发生反应的化学方程式为
。
图Z3-2
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[答案] (1)碘酸钾 KIO3+H2O)
(2)加热 KCl KH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O(或 HIO3+KOH=
[解析] (1)KClO3 的名称为氯酸钾,其中 Cl 为+5 价,类比命名,KIO3 的名称为碘酸钾。 (2)“酸化反应”中产生 Cl2,通过加热可以减小 Cl2 在水中的溶解度,从而使 Cl2 从溶液 中逸出。最终制得 KIO3,则在结晶时,KCl 进入滤液,KH(IO3)2 析出,用水溶解 KH(IO3)2,加入 KOH 调节溶液 pH,以生成 KIO3。
。
(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
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
,若不 。
(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
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[答案] (1)ZnS+3/2O2 ZnO+SO2 (2)PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2+ (3)Cd2++Zn=Cd+Zn2+ (4)Zn2++2e-=Zn 溶浸