2018届二轮复习高考第Ⅱ卷得分方略——化学工艺流程综合应用教案（全国通用） 5页

题型三　化学工艺流程综合应用 ‎［题型分析］ 工艺流程题是近几年高考的热考题型，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等。‎ ‎[题型示例]‎ ‎【例】　(14分)镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料是由Ni(OH)2、碳粉和氧化铁等涂在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行回收研究，设计实验流程如下：‎ 已知：a.NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋。‎ b．某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如下表所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)根据表中数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ________和沉淀Ⅲ________(填化学式)，则pH1________(填“>”“＝”或“<”)pH2，控制两种沉淀析出可利用________(填序号)。‎ A．pH试纸　　B．石蕊指示剂　　C．pH计 ‎(2)已知溶解度：NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O，则步骤③的化学方程式是_______________________________________。‎ 步骤③后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有________。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_______________________________________。‎ ‎(3)④中阳极反应产生的气体E为________，验证该气体的试剂为________。‎ ‎(4)试写出步骤⑥的离子方程式：________________________。‎ ‎【审题指导】　①注意电极材料的成分以及和盐酸反应后的离子。‎ ‎②A呈酸性，加入NiO的目的，是为了降低H＋浓度，促进Fe3＋、Al3＋的水解，根据表中提供信息，Fe3＋先形成沉淀。‎ ‎③只要注意到表中pH的数据，即可选出答案。‎ ‎④溶解度越小，越先形成沉淀。‎ ‎⑤注意只要求写出玻璃仪器。‎ ‎⑥注意D的成分为NaCl溶液。‎ ‎⑦看准要求。‎ ‎【标准答案】　(1)Fe(OH)3(1分)　Al(OH)3(1分)‎ ‎<(1分)　C(1分)‎ ‎(2)NiCl2＋Na‎2C2O4＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl(2分)　普通漏斗、玻璃棒和烧杯(2分)　玻璃棒划破滤纸(1分)、滤液超过滤纸边缘(1分)‎ ‎(3)Cl2(1分)　湿润的淀粉KI试纸(1分)‎ ‎(4)2Ni(OH)2＋2OH－＋Cl2===2Ni(OH)3＋2Cl－(2分)‎ ‎【评分细则】　(1)写成名称不得分，“<”写成“小于”不得分。‎ ‎(2)漏写“↓”不扣分，少写一种扣1分，少写两种不得分。原因按标准答案评分。‎ ‎(3)Cl2写成氯气不扣分。检验Cl2也可以用其他方法，如NaBr溶液和苯或CCl4。‎ ‎(4)按照标准答案评分。‎ ‎1．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．解题要点 ‎(1)审题要点：①了解生产目的、原料及产品，②了解题目提供的信息，③分析各步的反应条件、原理及物质成分，④理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。‎ ‎(2)答题切入点：①原料及产品的分离提纯，②生产目的及反应原理，③生产要求及反应条件，④有关产率、产量及组成的计算，⑤绿色化学。‎ ‎3．化工流程题中表述性词汇的作用 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。‎ ‎(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或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”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。‎ ‎[跟踪练习]‎ ‎1．以钛白副产硫酸亚铁[主要含有TiOSO4、Fe2(SO4)3]、纯碱为主要原料，生产氧化铁黄(FeOOH)，其工艺流程如图所示：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)实验时，若该过程需使用950 mL 1 mol·L－1的纯碱溶液，则配制该溶液时需称取Na2CO3·10H2O的质量为________________。‎ ‎(2)题中两处用到余热蒸气，用余热蒸气的目的是_________________________________________________。‎ ‎(3)溶解过程中除发生反应TiOSO4＋3H2O===Ti(OH)4↓＋H2SO4外，还发生的反应有____________________________________________。‎ ‎(4)操作X的名称是______；“……”的操作名称为______。‎ ‎(5)晶种(FeOOH)制备过程的总反应方程式为_______________________________________________。‎ ‎(6)氧化过程中，用纯碱溶液能维持反应体系的pH为3～4，其可能的原因为____________(用离子方程式表示)。若纯碱的量太少，则可能导致的后果是________。‎ 解析：(1)没有950 mL容量瓶，配制时只能用1 000‎ ‎ mL容量瓶，故需称取的Na2CO3·10H2O的质量为1 mol·L－1×‎1 L×‎286 g·mol－1＝‎286.0 g。因天平的精度为‎0.1 g，故需保留一位小数。(2)余热蒸气相当于加热，目的是加快反应速率。(3)铁粉会与生成的H2SO4和溶液中的Fe2(SO4)3发生反应。(4)溶解过程中产生了杂质Ti(OH)4沉淀，需要除去，故操作X为过滤。但显然，氧化铁黄不溶于水，过滤后，需要洗涤、干燥。(5)反应物为FeSO4、NaOH和O2，生成物中有FeOOH，故其他产物必有Na2SO4，根据化合价升降守恒和原子守恒，再补上剩余产物，配平反应方程式即可。‎ ‎(6)由晶种制备过程可知，若不加纯碱溶液，则氧化过程中会发生反应：4FeSO4＋O2＋6H2O===4FeOOH↓＋4H2SO4，使溶液的pH下降，pH过低会导致铁黄溶解。加入纯碱溶液则可与生成的H2SO4发生反应。‎ 答案：(1)‎‎286.0 g ‎(2)充分利用能量，加快反应速率 ‎(3)Fe＋Fe2(SO4)3===3FeSO4　Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑‎ ‎(4)过滤　洗涤、干燥 ‎(5)4FeSO4＋O2＋8NaOH===4FeOOH↓＋4Na2SO4＋2H2O ‎(6)CO＋2H＋===H2O＋CO2↑　铁黄溶解 ‎2．“烂版液”是用稀硝酸腐蚀锌版后得到的“废液”。“烂版液”的主要成分是Zn(NO3)2和由自来水引入的Cl－、Fe3＋等杂质离子。在实验室中，由“烂版液”制取ZnSO4·7H2O的过程如下：‎ 已知Fe3＋和Zn2＋开始生成氢氧化物沉淀和完全沉淀时的pH如表所示：‎ 待沉淀离子 Fe3＋‎ Zn2＋‎ 开始沉淀时的pH ‎1.48‎ ‎6.2‎ 完全沉淀时的pH ‎3.2‎ ‎8.0‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)用稀硝酸腐蚀锌版时，产生的气体为N2O，则该反应的化学方程式为________________。‎ ‎(2)步骤A所得滤液的pH约为________。‎ ‎(3)Cl－和NO是在步骤________(填“A”、“B”、“C”或“D”，下同)和______________中除去的，Fe3＋是在步骤________除去的。‎ ‎(4)步骤C中加入2 mol/L硫酸的作用是____________________________________。‎ ‎(5)步骤D中所用的玻璃仪器有_________________________。‎ 解析：为了制备纯净的ZnSO4·7H2O，需要除去Fe3＋、Cl－和NO。步骤A加入6 mol/L ‎ NaOH溶液后，过滤出的沉淀参与后续反应，而考虑到Fe3＋比Zn2＋先沉淀完全，故所得的沉淀应是Fe(OH)3和Zn(OH)2的混合物，结合表中数据可知滤液的pH应控制在8左右。步骤B用去离子水洗涤沉淀可除去沉淀中夹杂的Cl－、NO和由NaOH溶液带入的Na＋。步骤C中缓慢加入硫酸并控制溶液的pH在3.2～6.2之间，使Zn(OH)2溶解进入溶液中，从而可用于制备产品，同时通过过滤除去Fe(OH)3。‎ 步骤D通过蒸发、浓缩、冷却、结晶、过滤得ZnSO4·7H2O，涉及的主要操作为蒸发和过滤，蒸发所用的玻璃仪器有蒸发皿、酒精灯和玻璃棒，过滤所用的玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒。(注：步骤D中加入硫酸是为了抑制Zn2＋水解)。‎ 答案：(1)4Zn＋10HNO3===4Zn(NO3)2＋N2O↑＋5H2O ‎(2)8　(3)A　B　C ‎(4)控制溶液的pH，使Zn(OH)2溶解 ‎(5)蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、漏斗、烧杯