2021年高考化学工艺流程题的解题策略 课件（46张ppt）

(共43张PPT)
高考化学工艺流程题的解题策略
4如何备考?
3如何考？
1考了吗？
2考什
么？
工艺流程题
内容提要
近几年高考中情景素材统计（2考什么?）
（1）自然资源开发利用类
钛铁矿、铬铁矿、软锰矿、菱镁矿、铁硼矿、铝土矿、磷矿石、白云石、莹石
（2）废弃资源回收利用类
废铁屑、废铝片、废钒催化剂、废玻璃、废旧锂离子电池、废旧锌锰电池、粉煤灰、银铜合金废料
（3）物质的制备和净化类
水泥、NaClO2、NH3、H2C2O4
1、原料所含杂质类：
SiO2(12次)；Al2O3(11次）；FexOy(10次）；MgO(5次)；MnO2(4次)；CaO(3次)
2、辅助试剂类：
H2O2(7次)；KMnO4(6次）；K2Cr2O7(2次）；H2C2O4(2次)、NaBH4(2次)；ZnS、FeS、MnS(各1次)
近几年高考中高频化合物统计
设问方式
考查内容
考查方式
原料转化为产品的生产原理
元素及其化合物性质、离子反应、氧化还原反应、热化学知识、化学反应速率与化学平衡、溶解度、水溶液中离子平衡(Ka、Kb、Kh、Ksp的应用)
化合价规则、物质的命名、方程式书写、图表分析、实验原理及文字表达、实验方案设计
平衡常数的计算
除杂、分离和提纯产品
实验仪器和实验操作
仪器名称、分离提纯的操作、滴定实验及相关计算
提高产量和效率
化学平衡、溶解平衡
计算转化率、产率、纯度
节能减排，循环利用
元素化合物性质
尾气的处理、实验方案的设计
综合利用
电化学知识
电极方程式书写及电化学的相关计算
近几年高考中考点分析
化学工艺流程图是以无机矿物、工农业或生活废旧物质为原料，首先对原料经过一定的预处理，再通过一系列化学反应，利用化学反应原理知识，经过多次分离提纯最后得到目标产物。
原料
核心
反应
目标产物
原料的预处理
反应条件控制
物质分离提纯
生产实际
工艺流程题的基本结构示意图
二、剖析工艺流程题的命题角度
Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：
例题
原料
目标产物1
目标产物2
预处理
主线2
主线1
核心化学反应及分离提纯
28．(14分)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：
核心化学反应
分离提纯
题型示例
原料
目标产物
核心反应
原料的预处理
生产实际
反应条件的控制
命题五个角度
原料的预处理
生产实际
原料的预处理
生产实际
反应条件的控制
原料的预处理
生产实际
原料的预处理
生产实际
反应条件的控制
原料的预处理
生产实际
反应条件的控制
产物分离提纯
生产实际
1.核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：
箭头指入———反应物
箭头指出———生成物
箭头回指———循环物
氧化还原反应：①判断产物②三个守恒
非氧化还原反应：
①物质性质②元素守恒
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:
（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____________。
答题技巧
(1)箭头回指判断产物为NaOH和NaHCO3
(2)电解实质是电解水
H2
4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑
24．二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。
（1）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2方法。
②该法工艺原理示意图如右。其过程是将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO3）与盐酸反应生成ClO2。
工艺中可以利用的单质有H2、Cl2（填化学式），发生器中生成ClO2的化学方程式为______________________。
Cl2
HCl
NaClO3+HCl——ClO2↑+H2
/Cl2↑(?)+NaCl
2NaClO3+4HCl=2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O
NaCl
NaClO3
增大固体样品与液体（或气体）的接触面积，加快反应速率。
2.原料的预处理
浸出：
研磨：
（水浸、酸浸、碱浸）
使原料中的
溶解（物理溶解或与浸取液接触反应），可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。
灼烧：
搅拌：
使反应物充分接触，增大反应（或溶解）速率。
（焙烧、煅烧）除去可燃性的杂质（或使原料初步转化）杂质高温下氧化、分解
硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
回答下列问题：
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式
_____________________
___。
为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_
(写出两条)。
升高反应温度、减小铁硼矿粉粒径
Mg2B2O5·H2O+2H2SO4=2MgSO4+2H3BO3　
△
预处理
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
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
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：
（1）“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为
，
同时V2O4转成VO2+。
V2O5+2H+=2VO2++H2O
预处理
反应速率及平衡移动
物质的溶解与结晶
物质的热分解与挥发
弱离子的水解（平衡）
pH：
物质的沉淀与溶解
弱离子的水解
3.反应条件的控制
保护气：
隔绝空气（主要是O2、H2O）
弱离子的水解（如HCl氛围）
温度:
36、（15分）以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：
（1）步骤①中溶解温度应控制在60—70℃，原因是
。
温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解
15课标I：“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是将Fe2+氧化为Fe3+
然后在调节溶液的pH约为5，目的是：使Al3+与Fe3+形成氢氧化物沉淀而除去。
15课标II：
加碱调节至pH为
2.7
时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；继续加碱至pH为
6
时，锌开始沉淀（假定浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加H2O2后果是Zn2+和Fe2+分离不开，原因是：
Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近。
H3BO3、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Al3+
4.产品的分离提纯
①结晶（重结晶）:固体物质从溶液中析出的过程。
②过滤：固、液分离
③蒸馏：液、液分离
④蒸发：利用加热的方法，使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质（晶体）的过程。
⑤萃取：用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。
⑥分液：互不相溶的液体间的分离
⑦盐析：加无机盐使溶质的溶解度降低而析出。
⑧升华：将可直接气化的固体分离出来。
⑨洗涤：通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。
成本意识：浸出率、转化率、利用率、原料价格、能耗的控制、
原料、
能量的循环利用
效率意识：生产速率、催化剂的使用、反应条件的选择
5.生产实际：三个意识
环保意识：绿色化学：无污染、无腐蚀、
“三废”(废气、废渣、废水)的处理。
\27．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。
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是
。
有氯气生成，污染较大
污染：废渣、
废液（酸、碱、重金属盐）、
废气（Cl2、Br2、硫和氮的氧化物）
很多学生答不出，没有环保的意识。
24．四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：
该工艺流程中存在的不足之处是----。
产生三废
1
快速浏览，整体分析——把握主干
4
以线设问，回归流程——局部剖析
3
独立设问，找准关键——直接作答
2
瞻前顾后，整合信息——理顺流程
三、工艺流程题答题策略（3如何考？）
）
Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：
例题
原料
目标产物1
目标产物2
预处理
1.快速浏览，整体分析——把握主干
主线2
主线1
核心化学反应及分离提纯
FeTiO3
、MgO和SiO2
2
瞻前顾后，整合信息——理顺流程
主反应
FeTiO3+
4H++4Cl?
=
Fe2++
TiOCl42?
+
2H2O
副反应
MgO
+2H+
=
Mg2++
H2O
反应6
反应7
反应5
反应4
反应3
反应1
反应2
分离3
分离4
分离1
分离2
TiOCl42?
+
（x+1）
H2O
=?
TiO2·xH2O
↓＋2H+＋4Cl-
TiO2·xH2O
?
(NH4)2Ti5O15
?(NH4)2Ti5O15＋2LiOH＝Li2Ti5O15↓＋2NH3·H2O
Li4Ti5O12
2LiFePO4+
H2O↑+
3CO2↑
2FePO4
+
Li2CO3+
H2C2O4
2Fe2++
H2O2
+
2H+
=
2Fe3++
2H2O
Fe3++PO4
3-
=FePO4
Li2Ti5O15
七处核心反应，四处分离提纯
100℃、2h，90℃、5h
3
独立设问，找准关键——直接作答
解答关键
（1）找准纵坐标和横坐标
（2）对应的实验条件有两个
解答关键（1）各元素化合价代数和为0（2）两个氧原子形成一个过氧键（3）过氧根为-2价
4
低于40℃，TiO2·xH2O转化率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
解题关键
（1）分析表格中低于和高于40℃时转化率的变化趋势
（2）双氧水和氨水的不稳定性，温度升高会分解
4
以线设问，回归流程——局部推敲
解题关键
（1）“酸浸”时发生非氧化还原反应，铁元素为+2价
（2）元素守恒和电荷守恒配平
FeTiO3+
4H++4Cl?
=
Fe2++
TiOCl42?
+
2H2O
解题关键
（1）反应为氧化还原反应，H2C2O4
为还原剂
（2）电子守恒和元素守恒配平
2FePO4
+
Li2CO3+
H2C2O4
2LiFePO4+
H2O↑+
3CO2↑
Mg2+、Fe2+
FePO4
Mg3(PO4)2
解题关键
（1）溶度积规则意义及计算
（2）注意加入溶液后体积变化
1.常用答题的套路及规范答题模板
2.细心审题，疑点突破，力求得分
四、工艺流程题的规范答题及知识储备
（4如何备考？）
3.常见化工流程反应及物质制备
1分
若上层清液变浑浊，则未沉淀完全。
使反应速率加快
1、常用答题的套路及规范答题模板
1分
（1）黑钨矿石碱熔前需充分研磨，目的是
，写出
FeWO4在碱熔条件下发生反应的化学方程式：
。
2分
常见答题术语
答题模板
从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大的晶体）的方法
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法
蒸发浓缩、趋热过滤、洗涤、干燥
如：NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液
温度不高于××℃的原因
适当加快反应速率，但温度过高会造成(如浓硝酸)挥发、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等，影响产品的生成。
1、常用答题的套路及规范答题模板
常见答题术语
答题模板
检验溶液中离子是否沉淀完全的方法（不涉及沉淀计算）
静置分层后，向上层清液中继续滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全；若上层清液继续产生沉淀，则沉淀不完全。
检验沉淀是否洗涤干净的操作
取最后一次洗涤液少许于试管中，向其中滴入某试剂，若……，则沉淀已洗涤干净；若……，则沉淀未洗涤干净。
洗涤沉淀的操作
沿玻璃棒向过滤器中加蒸馏水至刚好浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。
滴定到终点的现象
滴入最后一滴××标准液，溶液由××色变为××色，且半分钟内溶液颜色不再改变，说明已达到滴定终点
常见答题术语
答题模板
事先煮沸溶液的原因
除去溶解在溶液中的气体(如氧气)防止某物质被氧化。
控制某反应的pH值使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀
调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质。
pH分离时的范围确定、范围过小的后果(或过大的后果)
导致某离子沉淀不完全
(导致主要离子开始沉淀)
蒸发、反应在某气体氛围中进行的原因
抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在干燥HCl气流中进行。
（1）黑钨矿石碱熔前需充分研磨，目的是
，写出
FeWO4在碱熔条件下发生反应的化学方程式：
。
（5）在750℃时，以石墨棒作电极材料，在NaCl－CaCl2
－CaWO4熔盐体系中电解可以直接得到金属钨，其阴极的
电极反应式为
。
（6）钨酸钙（CaWO4）和氢氧化钙都是微溶电解质。某温
度下，Ca(OH)2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线如右图所示
[已知pc(离子)＝－lgc(离子)]。将Na2WO4溶液加入石灰
乳得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为
，
2分
2分
1分
6分
1分
12分
使反应速率加快
2.细心审题，疑点突破，力求得分
1分
1分
1分
6分
11分
2分
若上层清液变浑浊，则未沉淀完全。
2分
2分
2分
1分
2分
9分
教材中涉及的工业原理
氯碱工业
碘的提取
工业制烧碱
工业制漂白粉
工业炼铁
工业制取钠
工业炼铜
海水中提镁
铝土矿提取铝
印刷电路板的制作
工业合成氨
海水中提溴
工业制备粗硅及粗硅的提纯
硅酸盐工业：玻璃、水泥、陶瓷
工业制盐酸、硝酸、硫酸
3.常见化工流程反应及物质制备
侯氏制碱法
氯碱工业
海水提溴
氧化铝的制备