2021届高考化学大一轮核心突破：工艺流程综合【核心透析、核心训练】

1 ——工艺流程综合 【核心训练】 以硅藻土为载体的五氧化二钒（）是接触法生产硫酸的催化剂。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： 如图是一种废钒催化剂回收工艺路线： 回答下列问题： （1）“酸浸”时 V2O5 转化为 VO2+，反应的离子方程式为 ，同时 V2O4 转化成 VO2+。“废渣 1”的主要成分是 。 （2）“氧化”中 3molVO2+欲使的变为 VO2+，则需要氧化剂 KClO3 至 少为 mol 。 （3）“中和”作用之一是使钒以 V4O124-形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有 (写化学式) 。2 （4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：（ROH 为强碱性阴离 子交换树脂）。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈 性 （填“酸”、“碱”或“中”）。 （5）“流出液”中阳离子最多的是 (写离 子符号)。 （6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生 反应的化学方程式 。 解析: （1）“酸浸”时 V2O5 与 H+发生反应的离子方 程式为由于 SiO2 与硫酸不发生反应，所以可得“废渣 1 的主要成分 是 SiO2。 （2）3mol 的 VO2+变为 VO2+，转移了 3mol 电子，则此时便有 0.5molKClO3 被还原为 Cl-，则需要氧化剂 KClO3 至少为 0.5mol。3 （3）加入氢氧化钾使得溶液中 Fe3+、Al3+沉淀出来，所以”废渣 2 “中含有 Fe( OH)3 和 Al(OH)3。 （4）若要提高洗脱效率，则应使该可逆反应的平衡向左移动，因此 淋洗液应呈碱性。 （5） 由于大部分金属阳离子已经被转化为沉淀，则此时”流出液 “中阳离子最多的是 K+。 （6）煅烧 NH4VO3 的化学方程 式为 【核心透析】 【考情调研】 一、工艺流程题的命题特点 1.试题形式 以工业上制备某物质(纯净物)为目的，把实际生产(或设计)中的过程 以简图的形式表现出来。 2.命题思想 (1)元素守恒思想。原料中的“某元素”经多步转化最终“存留”于 目标产物中，该思想是工艺流程图的主线。 (2)物料转化思想。工艺流程图中呈现的各个“方框”一般表示工业4 生产中的反应釜，方框中的物质表示反应釜中的“主要物质”，方框 之间的“箭头”表示“转化关系”，箭头的上方或下方一般注明转化 时加入的试剂或需控制的条件等。 (3)教材联系生产的思想。工艺流程题中的大部分化学反应来源于教 材，部分陌生的化学反应，其反应原理源于教材;流程图中的工业操 作(反应装置)与教材中的实验操作(实验装置)相对应。 (4)绿色环保思想。对环境无害的物质可以直接排放，部分物质需要 循环利用，实现资源利用最大化。 3.考查内容 (1)工艺流程题是综合性较高的题型，在元素化合物转化的过程中考 查元素化合物性质。 主要考向: ①氧化还原反应、复分解反应类型的化学方程式(离子方程式)的书写 ②沉淀溶解平衡的运用; ③弱电解质的电离及盐类水解原理的应用。 (2)实验仪器与实验操作。工艺流程中的反应产物多为混合物，为达 到制备目的必然涉及反应条件的控制、物质的提纯、物质检验等实验 内容，所以反应条件的控制、物质的提纯、物质检验等是该类试题的 常考内容。 (3)产率及纯度的计算。由于工业生产中企业追求的是产品的纯度及 产率，故部分试题还会考查物质的纯度或产率的计算。 二、工艺流程题的解题模型5 由于该类题多以制备某纯净物为目的，所以该类题多以“含核心元素 的原料”到“含核心元素的目标产物”的转化为主线，以除杂和除杂 实验操作为辅线进行命题。 该类题的解题模型如下： 分析实验操作类型:实验过程主要为分离杂质， 故其操作 多为过滤、分液、 蒸发结品、燕等。 分析“含核心元素的物质、的转化反:“含核 心元素的物 所与所加试剂主要发生氧化还原反应或复分解反应，逐 步转化为日标产物 分析加入试剂的作用:向反应体系中加入酸、 碱、盐溶液 或通入气体物质，使“含核心元素的物质”逐步转化为 目标产物或与杂质物质反应达到除杂目的 三、解析步骤及典例 1.抓主线、明思路 抓主线即分析起始物质中哪些“核心元素”最要存留于目标产物中， 转化主线 除杂次线 实验主线6 以及含核心元素的物质在工艺流程中经过哪些反应，最终转化为目标 产物。考生在审题的过程中可用笔在流程图中标出，以明确制备过程 中的核心化学反应。工艺流程题中大致有三种制备主线，如表所示 原料 目标产物 核心化学反应 涉及实验操作 单质 化合 氧化还原反应 化合物 化合物 复分解反应或 氧化还原反应 化合物 单质 氧化还原反应 过滤、洗涤、蒸 发结晶等 2 抓转化、明反应 工艺流程题的核心为多个化学反应，而前面加入试剂后发生的反应决 定后续实验操作，故抓住每步加入的试剂与“主线”上的物质间的反 应，是解答此类题的关键。同时还要分析反应条件对反应的影响及反 应条件的控制方法。若加入的试剂为酸、碱或盐，则多发生复分解反 应:若加人的试剂为强氧化剂或强还原剂，则一般发生氧化还原反应 两类反应的后续实验操作多为过滤、洗涤、蒸发结晶等。现将部分常 见反应条件的控及其目的总结如下: (1)温度:測量温度需用温度计，控制温度的方法通常有冰浴、水浴、 油浴等。控制温度的目的一方面是控制反应速率，另一方面是防止副 反应发生(如反应物中有受热易分解的物质等)。 (2)用量:强词某种反应物过量，有可能是为了提高另一种反应物的转7 化率或使反应平衡向某一反应方向移动，也有可能是利用混合物中各 组分的性质差异达到分离提的目的(如利用过量的 NaOH 分离 Mg2+和 Al3+)。 (3)pH:控制 pH 可以控制反应的发生及反应产物的种类，如通过生成 氢氧化物沉淀分离金属离子时，一般利用控制溶液 pH 的方法，根据 几种常见物质的溶度积常数计草出常温下要控制的 pH 条件如表所示。 化学式 Fe( OH)2 Fe( OH)3 Al(OH)3 Mg( OH)2 溶度积 A 4.87× 10-17 2.64x10-39 2.0x10-33 5.61x10-12 开始沉淀时的 pH [c( Mn+)=0. I mol/ L] 6.3 1.5 3,4 8.9 沉淀完全时的 pH [c( Mn+)=1× 10-5mol/ L] 8.3 2.8 4.8 10.9 (4)洗涤:常见的洗涤方式有“水洗”和“乙醇洗”。“水洗”的目的 是除去沉淀或品体表面残留的杂质，“乙醇洗”既可以除去沉淀或品 体表面残留的杂质，又可以降低晶体的溶解度，减少损失，还可以利 用乙醇易挥发的性质，加快除去沉淀或晶体表面的水分。 (5)氧化:氧化剂的选择要依据试题设置的情境，常见的氧化剂有氯气、 双氧水、氧气和次氯酸钠等，为了避免引入新的杂质，通常选择的氧8 化剂有双氧水或氧气。 3.抓操作、明实验 化学反应是“骨”，实验操作是”肉”，化学反应决定实验操作， 化学反应产物性质的差异决定分离实验的类型、所用仪器及实验操作， 所以工艺流程题强调混合物的分离提纯。工艺流程题中操作与实验室 的实验操作是对应的，也就是说教材中的实验操作是工艺流程题中操 作的缩影。故考生能运用基本实验方法与基本实验技能解决工业中的 实际问题。 混合物的分离提纯操作，常见的有过滤、萃取、分液、蒸馏、升 华、滲析等。考生要理解这些分离提纯操作的原理;要掌握这些分离 提纯操作用到的主要仪器及装置的特点，并注意操作注意事项;要掌 握分离提纯过程中有”固定搭配”的操作步骤，如从浊液中分离出沉 淀并称量其质量时的操作步骤为”过滤、洗涤、干爆，称量”，萃取 分液时的操作步为“振荡、静置、分层、分液”，从溶液中获得晶体 时的操作步骤为“加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、干燥)”等，在 理解的基础上，熟记这些有”固定搭配”的操作步骤，有利于快速准 确解题。