高考化学一轮复习讲练测第8章第05讲 工业流程题解题策略(讲义)（2份，原卷版+解析版）

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02 \l "_Tc2999" 知识导图·思维引航
03 \l "_Tc21713" 考点突破·考法探究
\l "_Tc11550" 考点一 微型工业流程题
\l "_Tc25045" 知识点1微型工艺流程中题的呈现方式
\l "_Tc16775" 知识点2工艺流程中的实验操作分析
\l "_Tc17630" 考向1微型工艺流程中的实验操作
\l "_Tc16322" 考向2 微型工艺流程中的过程评价
\l "_Tc15308" 考点二 化工流程综合题
\l "_Tc20279" 知识点1 反应条件的控制
\l "_Tc21835" 知识点2 常用的分离、提纯方法
\l "_Tc9533" 考向1 化学工艺流程与物质制备
\l "_Tc8799" 考向2 化学工艺流程与反应原理
04 \l "_Tc24080" 真题练习·命题洞见

考点一 微型工业流程题
知识点一 微型工艺流程中题的呈现方式

知识点二 工艺流程中的实验操作分析
1．流程中的“操作步骤”
2．流程中的“操作目的”
【方法技巧】
1．首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后结合题设的问题，逐一推敲解答。
2．截段分析法：对于用同样的原材料生产两种或多种产品(包括副产品)的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。关键在于看清主、副产品是如何分开的，以此确定截几段更合适，一般截段以产品为准点。
3．交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
考向1 微型工艺流程中的实验操作
【例1】(2024·江苏省苏州市南京航空航天大学苏州附属中学高三二模)实验室从含I-的溶液中提取I2的流程如下：
已知2Fe3+ + 2I-= 2Fe2+ + I2。下列说法不正确的是( )
A．“过滤1”所得沉淀为AgI
B．“过滤2”所得滤液中铁元素主要以Fe3+的形式存在
C．用稀HNO3溶解滤渣Y得到的溶液可循环利用
D．氧化时，理论上通入Cl2的物质的量为I-物质的量的
【名师点睛】
微型工艺流程题目在流程中一般分为3个过程：原料处理→分离提纯→获得产品，其中化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
【变式训练】(2024·江苏省苏州市南京航空航天大学苏州附属中学高三下月考)已知苯胺(液体)、苯甲酸(固体)微溶于水，苯胺盐酸盐易溶于水。实验室初步分离甲苯、苯胺、苯甲酸混合溶液的流程如下。下列说法正确的是( )
A．苯胺既可与盐酸也可与溶液反应
B．由①、③分别获取相应粗品时可采用相同的操作方法
C．苯胺、甲苯、苯甲酸粗品依次由①、②、③获得
D．①、②、③均为两相混合体系
考向2 微型工艺流程中的过程评价
【例2】(2024·安徽省安庆市三模)聚酯反应催化剂乙二醇锑是一种无毒的白色晶状粉末，其制备流程如下：
下列说法错误的是( )
A．煅烧过程需注意防治污染
B．乙二醇为非极性分子
C．醇化反应需及时分离出水蒸气以提高Sb₂O₃的平衡转化率
D．操作Ⅰ为冷却结晶、过滤，操作Ⅱ为洗涤、干燥
【思维建模】
流程的最终目的就是收益最大化，工艺流程题设中的问题顺序通常与流程图的流程顺序是一致的，且一个问题对应流程图的一个或依次相连的若干个环节，做题时只需找到所需回答的问题与流程图中相关信息的一一对应关系，“顺藤摸瓜”就可以有效解决相关问题，对流程进行在效评价。微型工艺流程中的过程评价思路：
1．化学反应原理——化学原理在实际工业上是否可行；
2．成本要低——原料的选取使用、设备的损耗等；
3．原料的利用率要高——利用好副产品、循环使用原料、能量尽可能利用；
4．生产过程要快——化学反应速率；
5．产率要高——化学平衡；
6．产品要纯——产品的分离、提纯；
7．环保问题——反应物尽可能无毒无害无副作用，“三废”处理。
【变式训练】 (2024·江苏省苏州市南京航空航天大学苏州附属中学高三二模)实验室从含I-的溶液中提取I2的流程如下：
已知2Fe3+ + 2I-= 2Fe2+ + I2。下列说法不正确的是( )
A．“过滤1”所得沉淀为AgI
B．“过滤2”所得滤液中铁元素主要以Fe3+的形式存在
C．用稀HNO3溶解滤渣Y得到的溶液可循环利用
D．氧化时，理论上通入Cl2的物质的量为I-物质的量的
考点二 化工流程综合题
知识点1 反应条件的控制
1．反应条件控制
2．常用的控制反应条件的方法
(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。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增大；
②不引入新杂质。
例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(2)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。
(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
(4)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。
知识点2 常用的分离、提纯方法
1．常用的分离方法
(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
(2)萃取和分液：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。
(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
(4)冷却结晶：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。
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。
2．常用的提纯方法
(1)水溶法：除去可溶性杂质。
(2)酸溶法：除去碱性杂质。
(3)碱溶法：除去酸性杂质。
(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。
(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
【方法技巧】
可循环物质的判断
1．流程图中回头箭头的物质。
2．生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。
(1)从流程需要加入的物质去找
先观察流程中需要加入的物质，再研究后面的流程中有没有生成此物质。
(2)从能构成可逆反应的物质去找
可逆反应的反应物不能完全转化，应该回收再利用。
(3)从过滤后的母液中寻找
析出晶体经过过滤后的溶液称为母液，母液是该晶体溶质的饱和溶液，应该循环再利用。
考向1 化学工艺流程与物质制备
【例1】(2024·福建福州八县协作校高三联考)废SCR催化剂(含TiO2、V2O5、WO3等)的回收对环境保护和资源循环利用意义重大。通过如下工艺流程可以回收其中的钛、钒、钨等。
已知：TiO2、V2O5和WO3都能与NaOH溶液反应生成可溶性的NaVO3、Na2WO4和不溶性的Na2TiO3；
回答下列问题：
(1)元素V在周期表中的位置 。在NH4VO3中V元素的化合价是 。
(2)“球磨”的目的是 。
(3)请写出“碱浸”过程中WO3与NaOH溶液反应的离子方程式 。
(4)“酸浸”后钛主要以TiO2+形式存在，“热水解”反应的离子方程式为 。
(5)“煅烧”NH4VO3的化学方程式为 。
(6)“沉钨”中为促进CaWO4尽可能析出完全，需要进行的措施是 。
【思维建模】
“四线法”解题模型
试剂线：为达到最终目的加入的物质，起到氧化还原、非氧化还原的作用；
转化线：元素守恒—焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等；
除杂线：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等；
分离线：蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等。
【变式训练】(2024·福建福州市八县一中高三联考)电池级碳酸锂是制造LiCO2等锂离子电池必不可少的原材料。享誉“亚洲锂都”的宜春拥有亚洲储量最大的锂云母矿，以锂云母浸出液(含Li+、Fe3+、Mg2+、SO42-等)为原料制取电池级Li2CO3的工艺流程如图：
已知：①HR为有机萃取剂，难溶于水，可萃取Fe3+，萃取时发生的反应可表示为：Fe3++3HRFeR3+3H+；
②常温时，1ml·L-1LiOH溶液的pH=14。
回答下列问题：
(1)“有机层”的主要成分为 (填化学式，下同)；“滤渣1”中含有的物质为 ；使用HR萃取剂时，需加入一定量的NaOH进行处理，其目的是 。
(2)某种HR的结构简式为 ，该分子中可能与Fe3+形成配位键的原子有 。
(3)加适量草酸的目的 。
(4)“混合沉锂”的离子方程式为 。
(5)Li2CO3与C3O4在空气中加热可以制备重要的电极材料钴酸锂(LiCO2)。写出对应的化学方程式 。
(6)钴酸锂(LiCO2)是常见的锂离子电池正极材料，其晶胞结构示意图如下图所示，各离子位于晶胞的顶点、棱和体内。
①基态C原子核外电子排布式为 。
②该晶胞密度为 g·cm-3。(写出计算式，阿伏加德罗常数为NA)
考向2 化学工艺流程与反应原理
【例2】(2024河北省强基联盟高三模拟)利用“微波辅助低共熔溶剂”浸取废旧锂离子电池中钴酸锂粗品制备LiCO2产品，以实现资源的循环利用。主要工艺之流程如下：
已知：①氯化胆碱[HOCH2CH2N+(CH3)3·C1-]是一种铵盐；
②C2+在溶液中常以[CCl4]2-(蓝色)和[C(H2O)6]2+(粉红色)形式存在；
③25℃时, Ksp[C(OH)2]=1.6×10-15。
回答下列问题:
(1)LiCO2中C的化合价为 。
(2)“微波共熔”中氯化胆碱-草酸和LiCO2粗品以不同的液固比在120℃下微波处理10 min后锂和钴的浸取率如图，则最佳液固比为 mL/g，草酸的作用为 。
(3)“水浸”过程中溶液由蓝色变为粉红色，该变化的离子方程式为 。
(4)25℃时，“沉钴”反应完成后溶液pH=10，此时c(C2+)= ml/L。
(5)“滤饼2”在高温烧结前需要洗涤、干燥，洗涤沉淀的实验操作为 。
(6)锂离子电池正极材料LiCO2在多次充放电后结构发生改变生成C3O4，导致电化学性能下降，使用LiOH和30%H2O2溶液可以实现LiCO2的修复，则修复过程发生反应的化学方程式为 。
【名师提醒】
化学工艺流程常涉及的化学反应原理有：
1．沉淀溶解平衡的相关应用：①沉淀的最小浓度控制；②沉淀转化的条件。
2．反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：①反应速率控制；②化学平衡移动；③化学平衡常数的应用；④反应条件的控制。
3．氧化还原反应的具体应用：①强弱规律；②守恒规律；③选择规律。
4．盐类水解的具体应用：①水解规律；②水解反应的控制(抑制或促进)。
【变式训练】(2024·河南三门峡高三阶段性考试)钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：

回答下列问题：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是 。
(2)钪锰矿石中含铁元素，其中Fe2+易被氧化为Fe3+的原因是 。(从原子结构角度解释)
(3)常温下，先加入氨水调节pH=3，过滤，滤渣主要成分是 。(已知：Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39，Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)
(4)“沉钪”时得到草酸钪的离子方程式是： 。
(5)草酸钪晶体[Sc2(C2O4)3•6H2O]在空气中加热，随温度的变化情况如图所示。250℃时，晶体的主要成分是 (填化学式)。550～850℃发生反应的化学方程式为 。
1．(2023•辽宁省选择性考试，10)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3，已知焙烧后Cr元素以价形式存在，下列说法错误的是( )

A．“焙烧”中产生CO2B．滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C．滤液①中Cr元素的主要存在形式为CrO42-D．淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
2．(2023•湖南卷，9)处理某铜冶金污水(含Cu2+、Fe3+、Zn2+、Al3+)的部分流程如下：
已知：①溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的如下表所示：
②Ksp(CuS)= 6.4×10－36，Ksp(ZnS)= 1.6×10－24。
下列说法错误的是( )
A．“沉渣Ⅰ”中含有Fe (OH)3和Al(OH)3
B．Na2S溶液呈碱性，其主要原因是S2-+H2OHS-+OH-
C．“沉淀池Ⅱ”中，当Cu2+和Zn2+完全沉淀时，溶液中
D．“出水”经阴离子交换树脂软化处理后，可用作工业冷却循环用水
3．(2022•河北省选择性考试，4)溶液可作为替代氟利昂的绿色制冷剂。合成工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．还原工序逸出的Br2用NaOH溶液吸收，吸收液直接返回还原工序
B．除杂工序中产生的滤渣可用煤油进行组分分离
C．中和工序中的化学反应为Li2CO3+2HBr=CO2↑ +2LiBr +H2O
D．参与反应的n(Br2)：n(BaS)：n(H2SO4)为1：1：1
4．(2021•河北选择性考试，6)BiOCl是一种具有珠光泽的材料，利用金属Bi制备BiOCl的工艺流程如图：
下列说法错误的是( )
A．酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度
B．转化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3
C．水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度
D．水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成
5． (2023•全国新课标卷，27)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O72-存在，在碱性介质中以CrO42-存在。
回答下列问题：
(1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为_______(填化学式)。
(2)水浸渣中主要有SiO2和_______。
(3)“沉淀”步骤调到弱碱性，主要除去的杂质是_______。
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的以达到最好的除杂效果，若时，会导致_______；时，会导致_______。
(5)“分离钒”步骤中，将溶液调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在时，溶解为VO2+或VO3+在碱性条件下，溶解为VO3-或VO43-，上述性质说明V2O5具有_______(填标号)。
A．酸性 B．碱性 C．两性
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_______。
6．(2023•辽宁省选择性考试，16)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液含(Ni2+、C2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。
已知：
回答下列问题：
(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_______(答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 ml H2SO5中过氧键的数目为_______。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH=4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为_______( H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、_______(填化学式)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn (Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为_______时，Mn (Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn (Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。
(5)“沉钴镍”中得到的C(Ⅱ)在空气中可被氧化成CO(OH)，该反应的化学方程式为_______。
(6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25℃)，需控制pH不低于_______(精确至0.1)。
7．(2023•全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_______。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是_______(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是_______。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为_______。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的n(CO2)：n(CO)= _______。
8．(2023•湖北省选择性考试，16)SiCl4是生产多晶硅的副产物。利用SiCl4对废弃的锂电池正极材料LiCO2进行氯化处理以回收Li、C等金属，工艺路线如下：
回答下列问题：
(1)C位于元素周期表第_______周期，第_______族。
(2)烧渣是LiCl、CCl2和SiO2的混合物，“500℃焙烧”后剩余的SiCl4应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因_______。
(3)鉴别洗净的“滤饼3”和固体Na2CO3常用方法的名称是_______。
(4)已知Ksp[C(OH)2]= 5.9×10－15，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中C2+浓度为_______ ml·L-1。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______。
(5)导致SiCl4比CCl4易水解的因素有_______(填标号)。
a．Si-Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大
c．Si-Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道
9．(2023•广东卷，18)Ni、C均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、C2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、C，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2+、C2+、C3+与NH3形成可溶于水的配离子：lgKb(NH3·H2O)=-4.7；C (OH)2易被空气氧化为C (OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。
回答下列问题：
(1)活性可与水反应，化学方程式为 。
(2)常温下，pH=9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O) c(NH4+) (填“>”“