1、( (三三) )無機化工流程題解題指導無機化工流程題解題指導核心素養的認知與形成核心素養1:證據推理與模型認知無機化工流程題要求學生能認識化學現象與模型之間的聯系,能運用多種模型來描述和解釋化學現象,預測物質及其變化的可能結果;能依據物質及其變化的信息建構模型,建立解決復雜化學問題的思維框架。1.無機化工流程題的結構:無機化工流程題是近年來高考中備受關注的一種題型,該類題是將化工生產過程中的主要生產階段即生產流程用框圖形式表示出來,并根據生產流程中涉及的化學知識步步設問,構成與化工生產緊密聯系的化學工藝流程題,它一般分為題頭介紹、流程圖示、問題設計三部分。其流程示意圖為規律:主線主產品,分支副

2、產品,回頭為循環。2.無機化工流程題的特點(1)試題源于社會生產實際,充分利用生產、生活中的鮮活實例為載體,使問題情境真實,體現化學學科與工業生產和日常生活的緊密聯系,能激發學生學習化學的興趣。(2)以解決化學實際問題為思路進行設問,考查學生運用化學反應原理及相關知識解決化工生產中實際問題的能力,培養學生理論聯系實際、學以致用的學習品質。(3)試題內容豐富,涉及的化學知識面廣、綜合性強、思考容量大,考查學生化學知識的掌握情況和應用化學知識解決有關問題的能力。(4)試題新穎,信息閱讀量大,考查學生的閱讀能力、信息提取能力、數據處理能力以及知識遷移能力。核心素養2:科學態度與社會責任無機化工流程題

3、涉及的問題1.原料的預處理。2.反應條件的控制(溫度、壓強、催化劑、原料配比、pH、溶劑等)。3.反應原理(化學平衡、水解平衡、化學反應速率、反應熱、電化學等)。4.綠色化學問題(物質循環利用、廢物的處理、原子利用率、能量充分利用等)。5.化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。-6-典例(2018課標全國,26)我國是世界上最早制得和使用金屬鋅的國家,一種以閃鋅礦(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS雜質)為原料制備金屬鋅的流程如圖所示:相關金屬離子c0(Mn+)=0.1molL-1形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:-7-回答下列問題:(1)焙燒過程中主要反應的化學方程式為。(2)濾渣

4、1的主要成分除SiO2外還有;氧化除雜工序中ZnO的作用是。若不通入氧氣,其后果是。(3)溶液中的Cd2+可用鋅粉除去,還原除雜工序中反應的離子方程式為。(4)電解硫酸鋅溶液制備單質鋅時,陰極的電極反應式為;沉積鋅后的電解液可返回工序繼續使用。-8-9-10-思維建模無機化工流程題的解題方法及答題方向1.解題方法(1)首尾分析法:對線型流程工藝(從原料到產品為一條龍的生產工序)試題,首先對比分析流程圖中的第一種物質(原材料)與最后一種物質(產品),由此分析中找出它們的關系,弄清原料轉化的基本原理和除雜、分離、提純的化工工藝,再結合題目問題,逐一解答。(2)分段分析法:對于用同樣的原料生產多種(

5、兩種或兩種以上)產品(含副產品)的工藝流程題,用此法更容易找到解題的切入點。(3)交叉分析法:有些化工生產選用多組原材料,先合成一種或幾種中間產品,再用這些中間產品與部分其他原材料生產所需的主流產品,這種題適合用交叉分析法。就是將提供的流程示意圖結合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產流水線,然后上下交叉分析。-11-2.無機化工流程題中表述性詞匯“十大答題方向”化工生產流程和綜合實驗題中經常會出現一些表述性詞語,這些表述性詞語就是隱性信息,它可以暗示我們應考慮的答題角度。常見的有:(1)“控制較低溫度”常考慮物質的揮發、物質的不穩定性和物質的轉化等。(2)“加過量試劑”常考慮反應完全或增大轉化

6、率、提高產率等。(3)“能否加其他物質”常考慮會不會引入雜質或是否影響產品的純度。(4)“在空氣中或在其他氣體中”主要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應或達到防氧化、防水解、防潮解等目的。-12-(5)“判斷沉淀是否洗凈”常取少量最后一次洗滌液置于試管中,向其中滴加某種試劑,以檢驗其中的某種離子。(6)“檢驗某種物質的設計方案”通常取少量某種液體置于試管中,加入另一試劑產生某種特殊現象,然后得出結論。(7)“控制pH”常考慮防水解、促進生成沉淀或除去雜質等。(8)“用某些有機試劑清洗”常考慮減少物質的溶解有利于析出、減少損耗和提高利用率等。(9)“趁熱過濾(或冰水洗滌)”的目的防止

7、某些物質降溫時會析出(或升溫時會溶解)而帶入新的雜質。(10)“反應中采取加熱措施的作用”一般是為了增大反應速率或加速某物質的溶解。-13-121.(2019湖北黃岡中學月考)硫酸鋅被廣泛應用于醫藥領域和工農業生產。工業上由氧化鋅礦(主要成分為ZnO,另含ZnSiO3、FeCO3、CuO等)生產ZnSO47H2O的一種流程如圖:(1)步驟的操作是。(2)步驟加入稀硫酸進行酸浸時,需不斷通入高溫水蒸氣的目的是。(3)步驟中,在pH約為5.1的濾液中加入高錳酸鉀,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2兩種沉淀,該反應的離子方程式為。(4)步驟中,加入鋅粉的作用是。-14-12(5)已知硫酸鋅的溶解度

8、與溫度之間的關系如下表:從硫酸鋅溶液中獲得硫酸鋅晶體的實驗操作為、冷卻結晶、過濾。烘干操作需在減壓低溫條件下進行,原因是。-15-12(6)取28.70gZnSO47H2O加熱,剩余固體的質量隨溫度的變化如圖所示。分析數據可得680時所得固體的化學式為。a.ZnOb.Zn3O(SO4)2c.ZnSO4d.ZnSO4H2O-16-12-17-12解析 (1)分離固體和液體通常用過濾的方法,ZnSiO3與稀硫酸反應生成的硅酸不溶于水,因此步驟的操作為過濾。(2)氧化鋅礦在加入稀硫酸溶解的同時不斷通入高溫水蒸氣,可以升高溫度,使反應物充分混合,從而加快反應速率。(3)在pH約為5.1的濾液中加入高錳

9、酸鉀,高錳酸鉀與Fe2+發生氧化還原反應,生成Fe(OH)3和MnO(OH)2兩種沉淀,則反應的離子方程式為3Fe2+8H2O=3Fe(OH)3+MnO(OH)2+5H+。(4)步驟中,向濾液中加入鋅粉,Zn可以與Cu2+反應置換出銅,從而除去Cu2+。(5)從溶液中獲得晶體通常用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、烘干等操作。因為ZnSO47H2O易分解,所以烘干操作需在減壓低溫條件下進行。-18-12(6)28.70gZnSO47H2O的物質的量為0.1mol,由鋅元素守恒可以知道,生成ZnSO4H2O或ZnSO4或ZnO時,物質的量均為0.1mol。若得ZnSO4H2O,其質量為17.90g

10、(100);若得ZnSO4,其質量為16.10g(250);若得ZnO,其質量為8.10g(930);據此通過排除法可確定680時所得固體的化學式為Zn3O(SO4)2,故選b。-19-122.(2019湖北襄陽四中月考)CoCO3可用作選礦劑、催化劑及偽裝涂料的顏料。以含鈷廢渣(主要成分為CoO、Co2O3,還含有Al2O3、ZnO等雜質)為原料制備CoCO3的一種工藝流程如下:下表是相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0molL-1計算):-20-12(1)寫出“酸浸”時發生氧化還原反應的化學方程式。(2)“除鋁”過程中需要調節溶液pH的范圍為,形成沉渣時

11、發生反應的離子方程式為。(3)在實驗室里,萃取操作用到的玻璃儀器主要有;題中“萃取”過程可表示為ZnSO4(水層)+2HX(有機層)ZnX2(有機層)+H2SO4(水層),由有機層獲取ZnSO4溶液的操作是。(4)“沉鈷”時,Na2CO3溶液滴加過快會導致產品不純,請解釋原因。(5)在空氣中煅燒CoCO3生成鈷氧化物和CO2,測得充分煅燒后固體質量為2.41g,CO2的體積為0.672L(標準狀況),則該鈷氧化物的化學式為。-21-12答案 (1)Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O(2)5.05.42Al3+3+3H2O=2Al(OH)3+3CO2(3)分液漏斗,燒杯向有機層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩,靜置,分離出水層(4)Na2CO3溶液滴加過快,會導致局部溶液堿性過強而產生Co(OH)2(5)Co3O4-22-12解析 (1)“酸浸”時加入H2SO4和SO2,由于SO2具有還原性,SO2可將鈷廢渣中+3價的Co還原為+2價,“酸浸”時發生的非氧化還原反應為:CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O,則發生的氧化還原反應為Co2O3+SO