届高考化学二轮复习化学工艺流程研究学案.docx

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届高考化学二轮复习化学工艺流程研究学案

[题型特点]

工艺流程题是江苏高考必考题型，工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。

题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括副产品）；题干主要用流程图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设计成一系列问题，构成一道完整的化学试题。

此类试题集综合性、真实性、开放性于一体，包含必要的操作名称、化工术语或文字说明，考查知识面广、综合性强、思维容量大。

题干的呈现形式多为流程图、表格和图像；设问角度一般为操作措施、物质成分、化学反应、条件控制的原因和产率计算等，能力考查侧重于获取信息的能力、分析问题的能力、语言表达能力和计算能力；涉及到的化学知识有基本理论、元素化合物和实验基础知识。

1.（2018·江苏化学，16）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℃

硫去除率＝

×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，而已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，如果不添加CaO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）根据得失电子守恒可知FeS2与Fe2O3的物质的量之比为1∶16。

答案　

（1）OH－＋SO2===HSO

（2）①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中

（3）NaAlO2　Al（OH）3

（4）1∶16

2.（2017·江苏化学，16）铝是应用广泛的金属。

以铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：

注：

SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是_____________________________________________________________________。

（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为_____________________________________________________________________，

阴极产生的物质A的化学式为________。

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________________________________________________________。

解析　

（1）“碱溶”时，Al2O3与NaOH反应生成NaAlO2和H2O，注意离子方程式。

（2）“过滤I”所得滤液为NaAlO2，加入NaHCO3溶液，过滤Ⅱ后电解的是Na2CO3溶液，说明溶液的溶质由NaAlO2变为Na2CO3，发生反应AlO

＋HCO

＋H2O===Al（OH）3↓＋CO

，说明AlO

结合H＋能力强于CO

，即其水解能力强，说明碱性NaAlO2>Na2CO3，溶液的pH减小。

（3）电解Al2O3，阳极O2－放电生成O2，石墨（C）电极会被O2氧化。

（4）阳极溶液中的阴离子即水中的OH－放电生成O2及H＋（2H2O－4e－===O2↑＋4H＋），H＋与CO

结合生成HCO

（CO

＋H＋===HCO

，由图阳极区Na2CO3生成NaHCO3，写出总反应：

4CO

＋2H2O－4e－===4HCO

＋O2↑。

阴极，水中的H＋放电生成H2。

（5）NH4Cl加热时分解生成HCl和NH3，HCl可以破坏铝表面的氧化膜，有利于反应进行。

答案　

（1）Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O　

（2）减小

（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（4）4CO

＋2H2O－4e－===4HCO

＋O2↑　H2

（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

3.（2016·江苏化学，16）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℃左右进行。

氯化时存在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提高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________。

解析　

（1）①Cl2与Ca（OH）2反应生成Ca（ClO）2和CaCl2，配平。

②适当缓慢通氯气，气液充分接触，提高Cl2的吸收率，A正确；充分搅拌，增大气液接触面积，提高Cl2的吸收率，B正确；由于Ca（OH）2溶解度小，加水使Ca（OH）2溶解，生成Ca（ClO3）2浓度小，无法提高Cl2的转化率，错误。

（2）①电石渣中含有不溶于水的CaCO3及溶解度小的Ca（OH）2，滤渣为CaCO3、Ca（OH）2。

②因为Ca（OH）2与Cl2还可以发生反应生成Ca（ClO）2和CaCl2，Ca（ClO）2少量分解也会生成CaCl2，所以Ca（ClO3）2含量偏低。

（3）由溶解度图可知，KClO3随温度变化溶解度变化大，可以采用蒸发浓缩，冷却结晶的方法生成沉淀。

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

4.（2015·江苏化学，16）以磷石膏（主要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等）为原料可制备轻质CaCO3。

（1）匀速向浆料中通入CO2，浆料清液的pH和c（SO

）随时间变化如图。

清液pH＞11时CaSO4转化的离子方程式为____________________________________________________________________；

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＋）增大的原因是______________________________________________

____________________________________________________________________。

解析　

（1）注意题目中的原料是磷石膏粉和氨水浆料。

由图所示当pH>11时，溶液中的c（SO

）增大，说明有更多的SO

生成，反应物为CaSO4、氨水、CO2，生成SO

，还有CaCO3，相当于氨水和CO2反应生成（NH4）2CO3，（NH4）2CO3和CaSO4生成（NH4）2SO4和CaCO3。

A项，搅拌浆料，增大反应物的接触面积，加快反应速率，正确；B项，加热到100℃，氨水挥发、CO2溶解度减小，则生成的（NH4）2CO3的量减少，无法实现CaSO4转化为CaCO3，错误；C项，增大氨水浓度可以提高反应速率，正确；D项，减小CO2通入速率，则转化速率降低，错误。

（2）当pH接近6.5时，由图可知c（SO

）接近0.1mol·L－1，溶液呈酸性，通入的CO2主要以NH4HCO3存在，故滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO

和HCO

。

可通过检验洗涤液中是否含有SO

来判断沉淀是否洗涤完全。

（3）温度升高，能促进NH

的水解，增大溶液酸性，促进固体中Ca2＋的浸出。

答案　

（1）CaSO4＋2NH3·H2O＋CO2===CaCO3＋2NH

＋SO

＋H2O（或CaSO4＋CO

CaCO3＋SO

）　AC

（2）SO

　HCO

　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

5.（2014·江苏化学，16）烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。

实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝[Al2（SO4）x（OH）6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。

（1）酸浸时反应的化学方程式为__________________________________________

___________________________________________________________________；

滤渣Ⅰ的主要成分为________（填化学式）。

（2）加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2（SO4）3转化为Al2（SO4）x（OH）6－2x。

滤渣Ⅱ的主要成分为________（填化学式）；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是______________________________________________________________________

______________________________________________________________________（用离子方程式表示）。

（3）上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是__________________________________；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

解析　

（1）酸浸时粉煤灰中Al2O3与H2SO4反应生成可溶性Al2（SO4）3，SiO2不与H2SO4反应，过滤，滤渣Ⅰ是SiO2。

（2）加CaCO3调节pH，CaCO3与H＋反应生成Ca2＋，Ca2＋遇SO

生成CaSO4沉淀（滤渣Ⅱ）。

若溶液pH偏高，即碱性偏强，则部分Al3＋生成沉淀Al（OH）3而导致溶液中铝元素的含量降低。

其反应可以理解为：

反应物有Al2（SO4）3、CaCO3，CaCO3在SO

溶液中发生沉淀转化：

CaCO3＋SO

CaSO4＋CO

，生成的CO

与Al3＋发生水解相互促进反应生成Al（OH）3和CO2，则生成物有Al（OH）3、CaSO4、CO2，配平即可。

（3）溶液中的SO

具有较强的还原性，易被氧化生成SO

从而导致完全分解放出的SO2量小于吸收的SO2量。

碱式硫酸铝溶液吸收SO2，可以理解为2OH－＋SO2===SO

＋H2O，相当于碱式硫酸铝转化为Al2（SO4）3和Al2（SO3）3，加热又促进了Al2（SO3）3的水解（SO

与Al3＋水解相互促进）放出SO2，进而又转化为碱式硫酸铝，但在加热的过程中由于部分SO

被氧化成SO

留在溶液，代替了碱式硫酸铝中OH－，所以使碱式硫酸铝中x不断增大，则c（OH－）减小，pH减小。

答案　

（1）Al2O3＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2O　SiO2

（2）CaSO4　3CaCO3＋2Al3＋＋3SO

＋3H2O===2Al（OH）3＋3CaSO4＋3CO2↑

（3）溶液中的部分SO

被氧化成SO

　减小

[解题思路]

“工艺流程题”是以流程形式呈现物质的转化关系的试题。

解答这类试题的常用模型是：

①熟悉“转化流程”，按流程进行的方向理清流程中每一个步骤的目的，每一个步骤中体系的变化或物质的转化关系。

②准确获取题示信息（文字、图表、装置等），将题示信息与已有知识、试题情境相整合。

③逐一分析试题中的问题并解答问题。

“以2017年江苏高考第16题为例”

通过对试题的阅读、思考，可以得到下图所示的物质转化关系：

综合流程和上述物质的转化关系，可以发现本题的情境是熟悉的铝土矿中Al2O3的分离提纯以及电解熔融的Al2O3制备Al的工艺流程，其中关于NaHCO3溶液加入到NaAlO2溶液中的作用和电解Na2CO3溶液的原理相对陌生，需要结合流程信息，将Al3＋、Al（OH）3和AlO

之间的相互转化关系以及离子交换膜法电解饱和食盐水的原理进行迁移运用来解决问题。

（1）学会获取信息。

如物质转化流程、图表等提供的信息，理解物质转化的全过程。

（2）将已有知识与新情境知识相融合。

如本题将铝土矿中Al2O3的分离提纯以及电解熔融Al2O3制备Al的工艺流程中Al3＋、Al（OH）3、AlO

之间的相互转化关系，以及离子交换膜法电解饱和食盐水的原理等学过的知识，与NaAlO2溶液和NaHCO3溶液反应、电解Na2CO3溶液等新情境相融合，进行迁移运用来解决问题，形成新的知识体系。

（3）分析在特定情境条件下物质转化的原理和方法。

如NaHCO3溶液怎样使NaAlO2溶液转化为Al（OH）3沉淀、电解Na2CO3溶液的原理等。

（4）用规范的化学语言表示结果。

[备考策略]

对“元素化合物及其转化”的专题复习，要重视以化学反应原理为指导，理解掌握元素化合物的性质及应用；要认识有效实现物质转化的原理和方法，掌握真实而有意义的应用情境中分析问题的方法，整体理解“流程”所给予的信息，弄清流程中每一步的原理和目的，明确其中发生的反应和反应前后物质的组成，并结合已有知识准确获取并解释相关图形中的题示信息；要充分关注物质的转化过程中反应条件的控制；要不断提高学生获取和加工题给信息的能力和化学语言的表达能力。

[考点精要]

1.原料的预处理

（1）常用方法

看方法

想目的

研磨

减小固体的颗粒度，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

酸浸

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

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

（2）常见设问

如何提高“酸浸率”

固体粉碎的目的：

减小颗粒直径，增大浸取时的反应速率，提高浸取率

升高反应的温度，增大反应速率

加大酸的浓度

分析“浸出率”图表

解释“浸出率”高低变化的因素（“浸出率”升高一般是反应温度升高，反应速率加快；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高“浸出率”反而下降，一般是反应试剂的分解或挥发）

选择达到一定较高“浸出率”的时间及温度（注意：

一般不止一个答案）

2.制备过程中反应条件的控制

（1）常用方法

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

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

[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。

（2）常见设问

控制溶液的pH

①调节溶液的酸碱性，使某些金属离子形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解）

②“酸作用”还可除去氧化物（膜）

③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等

④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）

加过量试剂

使反应完全进行（或增大转化率、产率）等

加氧化剂

氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子

控制温度（常用水浴、冰浴或油浴）

①防止副反应的发生

②使化学平衡移动；控制化学反应的方向

③控制固体的溶解与结晶

④控制反应速率；使催化剂达到最大活性

⑤升温：

促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发

⑥加热煮沸：

促进水解，聚沉后利于过滤分离

⑦趁热过滤：

减少因降温而析出的溶质的量

⑧降温：

防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求

提高原子利用率

绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）

在空气中或在其他气体中进行的反应或操作

要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的

3.物质的分离与提纯

（1）正确选择物质分离的“6种”常用方法

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方法

过滤

（热滤或抽滤）

利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴

萃取和分液

提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl

蒸发结晶

提取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

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气与氮气、氢气

冷却法

（2）常见设问

结晶方法

结晶方法：

①晶体不带结晶水，如NaCl、KNO3等：

蒸发结晶

②晶体带结晶水，如胆矾等：

将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤

③要得到溶解度受温度影响小的溶质：

蒸发浓缩、结晶，趁热过滤。

如除去NaCl中少量的KNO3

④要得到溶解度受温度影响大的溶质：

蒸发浓缩、冷却结晶，过滤。

如除去KNO3中少量的NaCl

从溶液中得到晶体的操作

蒸发浓缩→冷却结晶→过滤→洗涤→干燥

萃取、分液操作

实验在分液漏斗中进行，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出

晶体的洗涤

用乙醇等有机溶剂洗涤晶体的目的：

可以除去晶体表面可溶性的杂质和水分、利用乙醇的易挥发性，有利于晶体干燥

洗涤沉淀操作

让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤剂浸没过晶体，让洗涤液自然流下，重复2～3次即可

检验沉淀是否洗涤干净

取最后一次洗涤滤液，滴加试剂（如硝酸酸化的AgNO3溶液检验Cl－，盐酸酸化的BaCl2溶液检验SO

），若无沉淀产生，则证明已洗涤干净，反之则未洗涤干净

4.工艺流程中重要物质的确定

（1）循环物质的确定

（2）副产品的判断

（3）滤渣、滤液成分的确定

要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况：

①反应过程中哪些物质（离子）消失了；

②所加试剂是否过量或离子间发生化学反应，又产生了哪些新离子，要考虑这些离子间是否会发生反应。

[考法指导]

工艺流程与物质的制备

1.（2018·南通等七市联考）氧化锂（Li2O）是锂电池工业的重要原料。

以粗碳酸锂为原料制备氧化锂的一种工艺流程如下：

注：

常温下，碳酸锂微溶于水，氢氧化锂可溶于水。

（1）反应Ⅰ中通入CO2需加压的原因是_____________________________________________________________________

_________________