題型12工藝流程題之生產、制備流程【要點提煉】1.對原料進行預處理的常用方法及其目的：（1）粉碎（研磨）的目的：增大反應物間的接觸面積，加快反應速率，使反應更充分。（2）攪拌的目的：使反應物充分接觸，反應更充分，加快反應速率。（3）水浸的目的：通過加水，使可溶物溶解，與不溶物分離。（4）酸或堿浸的目的：使與酸或堿反應的物質溶解，與不溶物分離。（5）灼燒（煅燒）的目的：使固體或雜質在高溫條件下分解，使反應充分進行或增大轉化率。2.流程中反應條件的控制：（1）調節pH的目的：使反應發生或者避免某反應的發生。（2）控制溫度的目的：防止某種物質溫度過高時分解。（3）加入過量試劑的目的：①完全除去某物質（非目標產物）；②使某物質完全轉化為目標產物。（4）通入保護氣（如氬氣）的作用：防止主物質與氧氣等發生反應。3.混合物分離、提純的操作及所需儀器的判斷：（1）過濾：實驗操作后得到的物質分別為固體和液體，實驗室過濾操作所用儀器：玻璃棒、燒杯和漏斗，鐵架臺（帶鐵圈）。（2）蒸發結晶：使溶液中的溶質析出，獲取該物質固體的過程，實驗室蒸發結晶操作所用儀器：蒸發皿、玻璃棒、酒精燈、坩堝鉗、鐵架臺（帶鐵圈）。①當溶液中只含有一種溶質時：a．最后所得晶體不帶結晶水（如NaCl、KNO3）：蒸發結晶；b．最后所得晶體帶結晶水（如CuSO4·5H2O）：蒸發濃縮、冷卻結晶。②當溶液中有兩種或兩種以上溶質時：根據兩種物質溶解度隨溫度的變化趨勢確定提純方法。4.物質成分的分析（物質化學式的推斷及書寫）：（1）判斷所加試劑：從加入試劑的目的、反應的產物入手進行分析，但一定要考慮是否會引入新的雜質。（2）判斷物質成分：從上一步操作中反應物可能發生的反應或題干所給信息入手進行分析。反應的生成物一定有，同時需注意所加試劑是否過量，過量試劑在流程圖的物質濾液中一定含有。5.化學方程式的書寫及反應類型的判斷（含陌生化學方程式）：根據流程圖中線的走向，找出反應物和生成物，然后根據化學反應前后元素種類不變，書寫化學方程式；若從已知信息中找到的反應物和生成物不滿足質量守恒定律，需確認反應中是否有水參與或生成；若在空氣中燃燒或通入空氣，則需考慮空氣中的氧氣或CO2是否參加反應，再根據題意寫出反應條件并配平，最后結合化學方程式判斷基本反應類型。6.對流程進行評價：（1）科學性：是否能達到實驗目的，是否引入新的雜質，雜質是否完全除去等。（2）安全性和簡便性：若反應中會產生可燃性物質，應注意做好防護措施，如通風和遠離火源；盡量選用較溫和的反應條件，避免高溫高壓等復雜條件。（3）環保性：是否符合“綠色化學”理念，是否產生有毒物質等，環保、低碳方案優先。（4）經濟實用性：應遵循原料廉價易得，反應能耗低，產率或原料的利用率高等原則。【專題訓練】1．今年國慶假期，小兵從旅游地帶回一瓶渾濁的山泉水，他在化學實驗室模擬自來水廠的凈水過程，最終制成蒸餾水，流程如圖所示：（1）操作①的名稱是_________。（2）操作②主要是除去一些異味和色素，應選用的物質是_________。（3）取少量液體D于試管中，加入少量_________，振蕩，發現有較多浮渣產生，說明液體D是硬水，日常生活常用_________法降低水的硬度。【答案】（1）過濾

（2）活性炭

（3）肥皂水

煮沸【解析】（1）操作①分離固體和液體操作，為過濾；（2）活性炭具有吸附性，可以除去一些異味和色素；（3）硬水是含較多可溶性鈣、鎂礦物質的天然水；鑒別硬水和軟水可以使用肥皂水，泡沫較少浮渣較多的是硬水，泡沫較多浮渣較少的是軟水；生活中常用加熱煮沸的方法降低水的硬度。2．以空氣等為原料可合成氨尿素【CO（NH2）2】，其部分流程如下：（1）空氣分離時依據氮氣和氧氣的_____________（填“沸點”或“熔點”）不同進行分離。（2）寫出合成塔①中發生反應的化學方程式_____________________________________，其基本反應類型是_____________。（3）合成塔②中發生反應的化學方程式為（反應條件省略），則加入的X物質是_____________（寫化學式）。（4）寫出產品尿素的一種用途_____________。【答案】（1）沸點

（2）

化合反應

（3）CO2

（4）用作氮肥【解析】（1）氮氣和氧氣的沸點不同，據此可以將兩者分離，答案：沸點（2）合成塔①中氮氣和氫氣發生反應生成一種物質氨氣，是化合反應，答案：；化合反應（3）合成塔②中發生反應的化學方程式為（反應條件省略），根據質量守恒定律，反應前后原子種類數目不發生改變。反應前后氮原子和氫原子數目相等；反應前沒有氧原子和碳原子，反應后有一個碳原子和兩個氧原子，并且這一個碳原子和兩個氧原子都由X提供，所以答案為：CO2（4）尿素中含有氮元素是一種常用的氮肥。3．五氧化二釩（V2O5）是一種工業催化劑，下圖是制取V2O5的工藝流程。（1）操作a的名稱是_______________，實驗室進行該操作所需的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和______________。（2）反應②的反應類型是__________，物質X中一定含有的元素是______________。【答案】（1）過濾

漏斗

（2）分解反應

N（或氮元素）【解析】（1）由流程圖可知，得到了NH4VO3沉淀和KCl溶液，分離固體和液體的操作是過濾；過濾需要用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗。（2）由流程圖知，該反應由一種物質反應生成多種物質，故為分解反應；根據質量守恒定律得，反應前后元素種類不變，故物質X中一定含有的元素是氮元素。4．用廢棄的金屬鎂、鐵、銅制取重要化工原料MgSO4的實驗過程如下：請回答：（1）操作①中被磁鐵吸引的金屬A是；金屬B是。（2）操作a的名稱是；在操作a中需要使用玻璃棒，其作用是。（3）寫出步驟②所涉及的化學反應方程式：。（4）實驗步驟②中除選用稀硫酸外，還可選用下列試劑（填序號）。A．硫酸銅溶液B．氯化鈉溶液C．硝酸銀溶液（5）小紅要探究鎂和鐵與稀硫酸反應的快慢，不需要控制的量是（填序號）。A．兩種金屬的形狀B．硫酸的質量分數C．反應容器的大小D．反應的初始溫度【答案】（1）鐵；銅；（2）過濾；引流；（3）Mg+H2SO4═MgSO4+H2↑；（4）A；（5）C。【解析】（1）操作①中被磁鐵吸引的金屬A是鐵；金屬B是銅。（2）操作a的名稱是過濾；在過濾中需要使用玻璃棒，其作用是引流。（3）步驟②中，鎂和稀硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣，反應的化學反應方程式：Mg+H2SO4═MgSO4+H2↑。（4）實驗步驟②中除選用稀硫酸外，還可選用硫酸銅溶液，這是因為硫酸銅和鎂反應生成硫酸鎂和銅。（5）小紅要探究鎂和鐵與稀硫酸反應的快慢，需要控制的量是種金屬的形狀，硫酸的質量分數，反應的初始溫度，不需要控制的量是反應容器的大小。5．金屬鈦被稱為鐵和鋁之后崛起的“第三種金屬”，它是航海、化工、醫療上不可缺少的材料。工業上用鈦鐵礦（主要成分FeTiO3）制備金屬鈦的一種工藝流程如圖所示。（1）操作Ⅰ的名稱是；（2）向鈦鐵礦中加入的稀鹽酸需過量，目的是；（3）高溫條件下，二氧化鈦固體，單質碳和通入的Cl2發生反應的化學方程式為；（4）在流程中，可用Na代替Mg制取Ti，其原因是。【答案】（1）過濾；（2）使鈦鐵礦完全反應；（3）TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；（4）鈉比鎂活潑。【解析】（1）從溶液中分離出固體采用過濾的方法；故填：過濾；（2）向鈦鐵礦中加入的稀鹽酸需過量，目的是使鈦鐵礦完全反應；故填：使鈦鐵礦完全反應；（3）在高溫的條件下，二氧化鈦、碳與氯氣反應生成四氯化鈦和一氧化碳；故填：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO；（4）在金屬活動性順序中，鈉排在鎂的前面，所以鈉比鎂活潑，在流程中，可用Na代替Mg制取Ti。6．工業上用純堿和石灰石為原料制備燒堿的簡要工藝流程如圖所示，請回答。（1）石灰石、生石灰、熟石灰均能與下列________（填字母）發生化學反應。A．水B．鹽酸C．二氧化碳（2）步驟④發生反應的化學方程式是______________________（3）某研究性學習小組的同學想檢驗上述工藝中的燒堿溶液里是否含有純堿，甲同學選擇了一種酸溶液，乙同學選擇了一種堿溶液，丙同學也選擇了一種溶液，該溶液中溶質與甲、乙同學所用溶液中溶質的物質類別不同，他們都能達到檢驗目的，你認為丙同學所選溶液中的溶質可能是___________（填一種物質的化學式）。【答案】（1）B；（2）Ca（OH）2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH；（3）CaCl2或Ca（NO3）2或BaCl2或Ba（NO3）2。【解析】本題主要考查工業上生產燒堿的工藝流程。（1）由石灰石、生石灰、熟石灰的性質可知，三者都能與鹽酸反應。（2）由題干可知，步驟④發生反應是氫氧化鈣與碳酸鈉反應生成了碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉。（3）由于碳酸鈉能與可溶性的鈣鹽、鋇鹽反應，丙同學所選溶液中的溶質可能是CaCl2或Ca（NO3）2或BaCl2或Ba（NO3）2等。7．我國煤炭資源豐富。目前人們除了將煤作為燃料外，更是重要的化工原料。工業上以煤和空氣為原料生產尿素［CO（NH2）2]的一種流程如下：（1）從液態空氣中分離出N2的過程屬于____________（填“物理”或“化學”）變化。（2）在煤和水蒸氣反應前需先將煤粉碎，這樣做的目的是____________________________________________________________________。（3）上述流程中合成尿素的同時還有水生成，該反應的符號表達式式為_______________________。（4）實際生產中，N2和H2不可能全部化為NH3。上述流程中可以環利用的物質有_________________。【答案】（1）物理

（2）增大煤與水的接觸面積，使反應更快更充分（3）CO2+NH3CO（NH2）2+H2O

（4）H2O、N2、H2【解析】（1）從液態空氣中分離出N2的過程中沒有新物質生成，屬于物理變化；（2）在煤和水蒸氣反應前需先將煤粉碎，這樣做的目的是：增大煤與水的接觸面積，使反應更快更充分；（3）二氧化碳和氨氣反應生成尿素和水，反應的符號表達式為：CO2+NH3CO（NH2）2+H2O；（4）既是反應物也是生成物的物質可以循環使用，所以上述流程中可以環利用的物質有：H2O、N2、H2。8．以工業CuO（含少量FeO）、工業鹽酸（含少量稀硫酸）為原料，生產CuCl2·2H2O工藝流程如下。（1）反應Ⅰ中發生了金屬氧化物與酸的反應，化學方程式為______________________________________（寫一個即可）。（2）為了加快反應Ⅰ中的反應速度，可以適當加熱，但是溫度不能過高，原因是______________。（3）反應Ⅱ中發生的3個反應為：①FeSO4+BaCl2=BaSO4↓+FeCl2；②CuSO4+BaCl2=BaSO4↓+CuCl2；③2FeCl2+H2O2+4H2O=2Fe（OH）3↓+4HCl，其中屬于復分解反應的是____（填序號）。【答案】（1）CuO+2HCl=CuCl2+H2O（或FeO+2HCl=FeCl2+H2O）（2）鹽酸易揮發，溫度越高，揮發越快

（3）①②【解析】（1）氧化銅與鹽酸反應生成氯化銅和水，氧化亞銅與鹽酸反應生成氯化亞鐵和水，化學方程式為：CuO+2HCl=CuCl2+H2O（或FeO+2HCl=FeCl2+H2O）；（2）鹽酸具有揮發性，溫度越高，分子運動速率越快，鹽酸揮發越快，將不利于反應的進行，所以需要控制溫度，避免鹽酸過度揮發；（3）①兩種反應物相互交換了組分，并有沉淀生成，①屬于復分解反應；②兩種反應物相互交換了組分，并有沉淀生成，②屬于復分解反應；③反應物為三種，且不是互換組分，雖有沉淀生成，但③不是復分解反應。故填：①、②。9．生物浸出技術在金屬冶煉中應用廣泛。嗜熱細菌在65~80℃酸性水溶液及氧氣存在下，能氧化黃銅礦（主要成分CuFeS2）產生硫酸鹽，進而生產銅和綠礬，主要流程如下：（1）分離出礦渣的操作是___________。（2）若試劑b為Fe粉，反應①的化學方程式為__________________________________________。（3）氫氧化鐵與試劑a發生中和反應，反應②的化學方程式為______________________________。【答案】（1）過濾；（2）Fe+CuSO4=FeSO4+Cu；（3）2Fe（OH）3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+6H2O。【解析】本題主要考查工業上生產綠礬的工藝流程。（1）根據圖示可知，在分離出礦渣的同時得到了含硫酸銅和硫酸鐵的溶液，因此該操作是過濾。（2）若試劑b為Fe粉，鐵的金屬活動性比銅強，能與硫酸銅溶液反應生成硫酸亞鐵溶液和銅。（3）中和反應是指酸與堿作用生成鹽和水的反應。氫氧化鐵與試劑a發生中和反應，生成了硫酸鐵溶液，因此試劑a為硫酸。10．硫酸是重要的化工原料。以火山噴發產生的硫磺（主要成分為S）作為原料生產硫酸的主要流程如下:（1）接觸室中，在催化加熱條件下發生反應的化學方程式為_______________________________。（2）上述流程中，涉及到的含硫物質有S、____________和H2SO4。（3）上述各物質中，硫元素呈現_______________種化合價。【答案】（1）

（2）SO2、SO3

（3）3【解析】（1）由圖可知，接觸室中，二氧化硫和氧氣在催化加熱的條件下反應生成三氧化硫，該反應的化學方程式為：；（2）由圖可知，上述流程中，涉及到的含硫物質有S、SO2、SO3和H2SO4；（3）S中硫元素的化合價為0，二氧化硫中氧元素顯-2價，設二氧化硫中硫元素的化合價為x，根據化合物中，正、負化合價的代數和為零，可得：x+（-2）×2=0，x=+4；設三氧化硫中硫元素的化合價為y，y+（-2）×3=0，y=+6；氫元素通常為+1價，氧元素通常為-2價，設硫酸中硫元素的化合價為z，根據化合物中，正、負化合價的代數和為零，可得：（+1）×2+z+（-2）×4=0，z=+6，故上述各物質中，硫元素呈現3種化合價。11．煉鐵產生的廢渣中含有大量CuS及少量鐵和鐵的化合物，工業上以該廢渣為原料生產CuCl2的流程圖如下：（1）操作1：粉碎。粉碎的目的是_____________________________。（2）操作2：焙燒。高溫條件下，通入空氣，CuS和NaCl反應生成了CuCl2和Na2SO4，化學方程式為_______________________________________________。（3）操作3：__________（填操作名稱）。（4）流程圖中能循環利用的物質是____________________。【答案】（1）增大反應物的接觸面積（2）CuS+2NaCl+2O2CuCl2+Na2SO4（3）過濾（4）NaCl（或氯化鈉）【解析】本題主要考查工業上生產氯化銅的工藝流程。（1）物質的顆粒越小，表面積越大，將廢渣粉碎可以加大反應物的接觸面積，加快反應。（2）根據題意可知，CuS、NaCl通入空氣后在高溫條件下發生反應生成CuCl2和Na2SO4，CuS、NaCl中均無氧元素，因此空氣中的氧氣參加了化學反應。（3）操作3后得到了氫氧化鐵固體和氯化銅等溶液，因此該操作是過濾。（4）分析流程圖可知，氯化鈉在操作2焙燒中為反應物，而在操作3過濾后又得到了氯化鈉，因此氯化鈉可以循環利用。12．金屬鈦廣泛用于航空航天工業、化工、醫療等領域。用鈦鐵礦（主要成分為FeTiO3）制取鈦并獲得副產品A的主要工藝流程如圖1所示，請回答下列問題。（1）構成金屬鈦的微粒是_____（填“分子”“原子”或“離子”），標出H2TiO3中鈦元素的化合價_____。（2）反應②需持續通入氬氣，氬氣的作用是_____。（3）反應③的產物除紅色固體A外，還有兩種組成元素相同且相對分子質量相差16的氣體，則該反應的化學方程式為_____；（4）對反應③進行改進，可直接生產鋰離子電池的電極材料LiFePO4，工藝流程如圖2所示：寫出“高溫煅燒”由FePO4制備LiFePO4的化學方程式_____（其中一種產物能造成溫室效應）。【答案】（1）原子

（2）防止Mg和Ti被氧化

（3）（4）【解析】（1）鈦是由鈦原子構成的，故填：原子；（2）氫元素通常為+1價，氧元素通常為-2價，設H2TiO3中鈦元素的化合價為x，根據化合物中，正、負化合價的代數和為零，可得：2×（+1）+x+（-2）×3=0，x=+4，元素化合價的表示方法是在化學式該元素的上方用正負號和數字表示，正負號標在數字前面，故標出H2TiO3中鈦元素的化合價為：；（2）鎂、鈦在高溫的條件下，容易被氧化，故氬氣的作用是：防止Mg和Ti被氧化；（3）FeSO4在高溫的條件下分解為紅色固體A，還有兩種組成元素相同且相對分子質量相差16的氣體，根據質量守恒定律，化學反應前后，元素種類不變，反應物中含FE.S、O，故生成物中也應含Fe、S、O三種元素，故紅色固體A應為三氧化二鐵，兩種氣體應為二氧化硫和三氧化硫，故該反應的化學方程式為：；（4）由圖可知，FePO4、Li2CO3、H2C2O4在高溫煅燒的條件下反應生成LiFePO4。其中一種產物能產生溫室效應，故該產物為二氧化碳，根據質量守恒定律，化學反應前后，元素的種類不變，反應物中還含H，故生成物還應有水，該反應的化學方程式為：。13．我國煉鐵始于春秋時代，隨后煉鐵規模和技術不斷發展。近年來，我國鋼鐵工業持續快速發展，建成了門類齊全，獨立完整的產業體系。聯合鋼鐵工業的基本生產流程如圖。請回答下列問題：（1）寫出高爐中以赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）為原料煉鐵的化學方程式。（2）煉鐵的固體原料需經過粉碎，其目的是；焦炭在煉鐵過程中的主要作用是。（3）工業煉鋼時，用純氧的目是，與純鐵相比，鋼坯（填字母）。a．熔點變高b．硬度變大c．抗腐蝕性增強【答案】（1）Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；（2）增大反應物接觸面積，使反應更快、更充分；提供熱量，產生還原劑一氧化碳；（3）防止空氣中的其它成分影響鋼的質量；bc。【解析】（1）高爐中以赤鐵礦（主要成分是Fe2O3）為原料煉鐵時，氧化鐵和一氧化碳反應生成鐵和二氧化碳，反應的化學方程式：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。（2）煉鐵的固體原料需經過粉碎，其目的是增大反應物接觸面積，使反應更快、更充分；焦炭在煉鐵過程中的主要作用是提供熱量，產生還原劑一氧化碳。（3）工業煉鋼時，用純氧的目是防止空氣中的其它成分影響鋼的質量；與純鐵相比，鋼坯硬度變大、抗腐蝕性增強。14．某化學課外興趣小組設計將含有硫酸銅和硫酸亞鐵的廢水經過以下流程，提取銅和副產品硫酸亞鐵晶體，實驗流程如圖所示。請回答下列問題：（1）試劑A的名稱是_________，加入A的反應現象為__________________________________________________________________________________________。（2）操作1的名稱是_________。（3）固體B含有的物質是_________，加入足量的稀硫酸的目的是_________________________。（用化學方程式表示）【答案】（1）鐵

析出紅色固體，溶液由藍色變成淺綠色（2）過濾（3）銅、鐵

Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑【解析】（1）將含有硫酸銅和硫酸亞鐵的廢水經過處理提取銅和硫酸亞鐵晶體；鐵活動性大于銅，故試劑A為鐵單質，加入鐵和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，現象為生成紅色固體、溶液由藍色變為淺綠色。（2）操作1為分離固液的操作，是過濾。（3）固體B中含有的物質是生成的銅和過量的鐵；銅不和稀硫酸反應，鐵較活潑和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑，加入足量的稀硫酸的目的是除去鐵得到銅。15．制造芯片的基材主要是高純硅。如圖是制備高純硅的一種工藝流程：回答下列問題：（1）反應I的化學方程式是______________________________________________________。（2）過濾所得粗硅應充分洗滌，以除去表面可能吸附的HC1和______（填化學式）。（3）反應Ⅱ要在無氧氣環境中進行，原因是____________________________________（答出一種即可）。（4）上述生產流程中，可以循環利用的物質是______