高考無機(jī)化學(xué)工藝流程題解題指導(dǎo)

無機(jī)化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表現(xiàn)出來,并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識(shí)步步設(shè)問,是無機(jī)框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ),與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合,考查物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用,要求考生依據(jù)流程圖分析原理,緊扣信息,抓住關(guān)鍵,準(zhǔn)確答題。這類試題具有較強(qiáng)的實(shí)用性和綜合性,能夠充分考查考生的綜合能力和學(xué)科素養(yǎng),是近幾年高考化學(xué)命題的?？碱}型,同時(shí)也是很多考生容易失分的題目。針對(duì)這種情況,筆者將自己多年來的高考備考經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié),對(duì)高考無機(jī)化學(xué)工藝流程題的解題思路和方法進(jìn)行指導(dǎo),希望對(duì)大家的復(fù)習(xí)備考能有所幫助。

一、無機(jī)化學(xué)工藝流程題的思維主線(如圖1)

圖1

此類試題多以金屬礦物的加工為載體,綜合考查無機(jī)元素及其化合物、化學(xué)反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)操作等,難度大,綜合性強(qiáng)。流程圖的規(guī)律：主線主產(chǎn)品,分支副產(chǎn)品,回頭為循環(huán)。

二、工藝流程題分類突破

(一)以物質(zhì)制備為目的的化工流程題

1.核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫

關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物,箭頭指出→生成物。

(1)氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律,判斷產(chǎn)物并配平。

(2)非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)和實(shí)際反應(yīng)判斷產(chǎn)物。

2.原料的預(yù)處理

預(yù)處理過程中涉及的幾個(gè)概念的比較,如表1。

表1

(1)溶解：通常用酸溶,如用硫酸、鹽酸、硝酸等。

(2)灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化或分解。

3.常用的控制反應(yīng)條件的方法

(1)調(diào)節(jié)溶液的pH值：常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH值所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足以下兩點(diǎn),一是能與H+反應(yīng),使溶液的pH值增大；二是不引入新的雜質(zhì)。例如,若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可以加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值,不可加入NaOH溶液或氨水等。

(2)控制溫度：根據(jù)需要升溫或降溫,改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動(dòng)。

(3)趁熱過濾：防止某物質(zhì)降溫時(shí)會(huì)析出。

(4)冰水洗滌：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。

例1(2016·全國(guó)卷Ⅰ,28題節(jié)選)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝流程如下,請(qǐng)回答下列問題：

(1)NaClO2中Cl元素的化合價(jià)為___。

(2)寫出反應(yīng)步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式：_____。

(3)電解所用的食鹽水由粗鹽水精制而成,精制粗鹽水時(shí),為除去其中的M g2+和C a2+,需要加入的試劑分別為___、__。

第二步：審流程,分塊破題——拆分工藝流程。

第三步：看設(shè)問,結(jié)合題中的問題,回到工藝流程中找答案。

答案：(1)+3價(jià) (2)2NaClO3+H2SO4+SO2==2NaHSO4+2ClO2(3)NaOH溶液Na2CO3溶液

(二)以分離提純?yōu)槟康牡幕ち鞒填}

1.明確常用的提純方法

(1)水溶法：除去可溶性雜質(zhì)。

(2)酸溶法：除去堿性雜質(zhì)。

(3)堿溶法：除去酸性雜質(zhì)。

(4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì)。

(5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。

(6)調(diào)節(jié)溶液的pH值法：如除去酸性溶液中的Fe3+等。

2.明確常用的分離方法

(1)過濾：分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。

(2)萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。

(3)蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì),如NaCl。

(4)冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)、易水解的物質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O等。

(5)蒸餾或分餾：分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物,如分離乙醇、甘油。

(6)冷卻法：利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。

例2(2016·全國(guó)卷Ⅲ,28題節(jié)選)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5,既避免污染環(huán)境又有利于資源的綜合利用。廢釩催化劑的主要成分如表2。

表2

以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線,請(qǐng)回答下列問題：

(1)酸浸時(shí)V2O5轉(zhuǎn)化為VO2+,反應(yīng)的離子方程式為___,同時(shí)V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+。廢渣1的主要成分是___。

(2)氧化過程中欲使3mol的VO2+變?yōu)閂O2+,則至少需要氧化劑KClO3___mol。

(1)酸浸時(shí)V2O5轉(zhuǎn)化為VO+2,V元素的化合價(jià)不變,說明沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng),則反應(yīng)的離子方程式為V2O5+2 H+==2 VO+2+H2O。由于SiO2與H2SO4不反應(yīng),故廢渣1的主要成分為SiO2。(2)1molVO2+變?yōu)閂O+2,V元素的化合價(jià)由+4價(jià)升高到+5價(jià),轉(zhuǎn)移1mol電子,1mol氧化劑KClO3被還原為KCl,Cl元素的化合價(jià)由+5價(jià)降低為-1價(jià),轉(zhuǎn)移6mol電子,故欲使3molVO2+變?yōu)閂O+2,需氧化劑KClO3的物質(zhì)的量至少為0.5mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有Fe3+、Al3+,在中和時(shí)生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,所以廢渣2中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。

答案：(1)V2O5+2H+==2VO+2+H2O SiO2(2)0.5 (3)Fe(OH)3、Al(OH)3