电解氯化钠制氯气 电解熔融氯化镁制金属镁 电解氧化铝
一、背景与作用
1、工艺流程题是传统“无机框图题”的变革与创新，是以真实的化工生产为背景，用框图的形式表述生产流程。并用所学化学知识理论解决化工生产实际问题，培养学生理论联系实际、学以致用的学习观。
2.题材丰富，知识容量大。能涉及化学基础知识方方面面，能考查学生对化学双基知识的掌握情况和应用化学知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力。
二、化工流程图试题的构成特点
1、内容来源：真实化工生产过程，题材丰富，提问灵活。
2、题目结构：分题头、题干和题尾三部分。
3、呈现形式：流程图、表格、图像。
4、设问方式：措施、成分、物质、原因、原理。
5、能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力
6、知识落点：基本理论、元素化合物、实验。
三、解题思路
1、认真读题，了解实验目的。流程题一般只有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某一物质;另一目的就是利用某些物质制备另一物质。
2、仔细分析，熟悉流程图。
3、分析问题，回归课本知识，关注信息提示。
4、细心检查，最后结论再重新按流程图验证是否合理。
5.工业生产流程主线与核心的分析
四、知识考查的范围包括：
1、元素化合物：物质转化的条件及反应。
2、基本理论和原理：
①化学反应：氧化还原反应;
②电化学：原电池、电解池的电极反应;
③化学平衡：水解平衡、溶解-沉淀平衡。
3.规律
(1)主线主产品;(2)分支副产品;(3)回头为循环。
核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。
4.熟悉工业流程常见的操作与名词
1、原料处理阶段
(1)溶解时：固体粉碎目的;溶解试剂(蒸馏水溶、酸溶、碱溶等)。
(2)灼烧：仪器选择(如坩埚、泥三角、坩埚钳、酒精灯等)，如从海带中提碘。
(3)煅烧：如碳酸钙分解;煅烧高岭土改变其结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。
(4)定量分析时要注意恒重的判断标准。
2、分离提纯阶段
(1)氧化阶段：如用氧化剂将Fe2+氧化成Fe3+、Cr3+氧化成CrO42-以便后期处理。
(2)调节pH除杂：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
(3)试剂除杂：加试剂直接反应除去杂质。
(4)萃取：如从海水中提取溴和碘单质，利用溴和碘单质易溶于有机溶剂。
(5)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动。
(6)降温反应的目的：防止某物质在高温时会分解或为使化学平衡向着某个方向移动。
3、获得产品阶段
(1)洗涤：洗涤剂选择(如冰水洗、乙醇洗等);目的是洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的损耗;晶体表面洗净检验方法(实质上检验晶体表面一些可溶性杂质离子，要注意强调取最后一次洗涤液少许于试管中)。
(2)结晶方法
①蒸发结晶：一般适用于单一溶质且该物质热稳定性较好(不会热分解)的结晶析出，如从食盐水中得到氯化钠晶体。要注意有金属离子易水解，控制酸性条件或酸性气体氛围，抑制其水解。
②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤：目的主要是让溶解度随温度变化大的溶质析出，多用于结晶水合、不稳定的盐类(如铵盐、硝酸盐)的结晶析出。这种题往往是用图像表示溶解度与温度关系。
③蒸发结晶、趁热过滤：目的是让溶解度随温度变化小的溶质析出，防止某物质降温时会析出，如除去氯化钠溶液中硝酸钾。趁热过滤需用到热滤漏斗或用热毛巾捂住普通漏斗外壁，以防因温度下降而析出杂质。
④重结晶：提高产品的纯度
(3)常见名词
浸出：固体加水(酸)溶解得到离子;
浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少;
酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程;
水洗：通常为除去水溶性杂质;
水浸：与水接触反应或溶解。
化学工艺流程题主要从以下三点设置：
(1)环境与化学：主要涉及“废水、废气、废渣”的来源、对环境的影响和处理原理。
(2)重要化工生产及资源利用：旨在用所学的基本理论(氧化还原、化学平衡、盐类水解、电化学、热化学、有机物结构与性质等)指导化工生产。从命题趋势来看，一般有三种题型，一是从实验设计和评价的角度对化工生产进行模拟;二是根据一些化工生产的流程来考查考生的综合应用能力;三是关于化工生产的相关计算。
(3)化工生产中非金属元素的循环及环境保护
例题解析
例1：“低碳”既是时尚，也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂今后联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺：
请回答下列问题：
(1)工艺操作①、②分别为________、________。
(2)工业合成氨的化学方程式为_________________________________。
(3)写出生成“产品”的离子方程式：____________________________。
(4)在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是________________________________________________________________________。
(5)副产品的化学式为________。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是________。
点拨 (1)合成氨的原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气。
(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。
(3)“产品”是硫酸铵，反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙沉淀。
(4)氨气溶于水显碱性，实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与氯化氢化合为氯化铵的反应进行检验等。
(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙，能够循环使用的物质是二氧化碳。
答案 (1)将空气液化后蒸馏分离出氧气，获得氮气 过滤
(2)N2+3H22NH3
(3)CaSO4+CO2+2NH3+H2O===CaCO3↓+2NH4++SO42-
(4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有NH3(或其他可行的方法)
(5)CaO CO2
方法讲解
1.交叉分析法：有些化工生产选用多组原料，事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料生产所需的主流产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图分画成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原材料;中间产品;多种产品)和两条或多条生产流水线的化工生产工艺。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。
2.截段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)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。
用截段分析法解工艺流程题是一种主流解题方法。因为当前化工生产为了降低成本、减少污染、增加效益，大都设计成综合利用原料、生产多种产品的工艺生产线。为此这种工艺流程题很多。用截段分析法解工艺流程题关键在于选对题型和如何截段，截几段更合理。一般截段以生产的产品为基准点。
例2:下图所示是以海水为原料，获得某产物的工艺流程图。已知在吸收塔中，溶液的pH显著减小。试回答下列问题：
(1)图中两次氯化的作用是否相同?________(选填“是”或“否”)。
(2)吸收塔中反应的化学方程式为______________，第二次氯化的离子方程式为________________。
(3)资料证实，在酸性介质中，第一次氯化过程中可用O2或空气替代。但在实际工业生产中为什么不用更廉价的空气替代Cl2?______________。
(4)本工艺的处理方法可简单概括为“空气吹出、X气体吸收、氯化”。某同学认为在工业生产过程中对第1次氯化液直接蒸馏也可得到产物，不必进行上述过程。请对该同学的说法作出正确的评价：________________________。
解析：本工艺流程是海水中Br-被Cl2氧化，然后用热空气吹出。根据题中信息，吸收塔内溶液pH显著减小，可确定气体X是SO2，吸收塔内反应的化学方程式为Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr，生成的Br-再被Cl2氧化，生成的Br2用蒸汽蒸出，再冷凝得到液态溴。
答案 (1)是 (2)Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr 2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
(3)若用廉价的空气替代Cl2进行第一次氯化，反应的离子方程式为4Br-+O2+4H+===2Br2+2H2O，则反应时需要将大量的盐卤(浓度不大)酸化，反应后又要将废液中和才能排放，在经济上不合理
(4)氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，产品成本高，“空气吹出、SO2吸收、氯化”的过程实际上是一个溴的富集过程，可提高其浓度，减少能源的消耗。
例3：菠菜营养丰富，素有“蔬菜之王”之称，在营养价值上是一种高效的补铁剂。长期以来民间流传着“菠菜不能与豆腐同食”“菠菜根比菠菜茎和叶更有营养”等说法。某学校化学兴趣小组的同学拟通过实验探究以下问题：
①菠菜是否含有丰富的铁; ②菠菜是否含有草酸类物质;③菠菜根中铁的含量是否比菠菜茎和叶中的高。
通过上网查询，获得以下资料：草酸又名乙二酸，其酸性比乙酸稍强，草酸及其盐具有较强的还原性，其中草酸钙不溶于水。
他们设计的实验步骤如下：
Ⅰ.
Ⅱ.取菠菜根a g，使用相同仪器、试剂，重复Ⅰ中实验，观察实验现象。
Ⅲ.将菠菜在少量开水中煮沸2～3 min，冷却后滤去菠菜，得滤液。向滤液中加入足量Ca(OH)2溶液，然后再加入足量试剂X，观察现象。
请回答以下问题：
(1)操作①中使用的仪器除三脚架、酒精灯、玻璃棒外还需要__________，操作②的名称是________。
(2)可以说明菠菜根中Fe元素含量要比菠菜茎和叶中多的现象是___________。
(3)菠菜中的Fe是+2价还是+3价?________。
(4)通过步骤Ⅲ可以确定菠菜中含有草酸类物质。由于滤液中含有CO32-，故需加入试剂X排除CO32-的干扰。则X是________(写化学式)，加入试剂X后观察到的现象是________________。
解析：Fe3+与KSCN溶液作用会生成红色络合物，溶液的红色越深，说明Fe3+含量越高。
由题给信息可知酸性：草酸>乙酸>碳酸，所以可用乙酸来排除CO32-的干扰，加入CH3COOH后，CaCO3沉淀可以溶解，但草酸钙不与CH3COOH反应。
答案：(1)坩埚、坩埚钳、泥三角 过滤 (2)步骤Ⅱ中得到的溶液的红色比步骤Ⅰ中得到的溶液的红色深
(3)+2价 (4)CH3COOH 沉淀部分溶解
例4：重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O)俗称红矾钠，在工业方面有广泛用途。我国目前主要是以铬铁矿(主要成份为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3、MgO、SiO2等杂质)为主要原料进行生产，其主要工艺流程如下：
①中涉及的主要反应有：
主反应：4FeO·Cr2O3+8Na2CO3+7O2 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2
副反应：SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑、Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2↑
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：
沉淀物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Mg(OH)2
Cr(OH)3
完全沉淀时溶液pH
4.7
3.7
11.2
5.6
试回答下列问题：
① “①”中反应是在回转窑中进行，反应时需不断搅拌，其作用是________。两个副反应均为吸热反应，但在高温下均能自发进行，其原因是____________。
② “③”中调节pH至4.7，目的是____________。
③ “⑤”中加硫酸酸化的目的是使CrO42-转化为Cr2O72-，请写出该平衡转化的离子方程式：____________。
④ “⑦”中采用冷却结晶的方法析出红矾钠，依据是____________。
解析：以红矾钠的工业制备为背景考察化学原理部分的知识，过程中考察了条件的控制、化学反应方向的判断、溶度积常数的表达式和控制pH的应用。搅拌的目的是增大反应物的接触机会，从而加快反应速率。由于这两个副反应是在高温下才自发进行，所以必然是一个△S>0的反应。③溶液中存在的主要阴离子有CrO42-、AlO2-、SiO32-，pH调至4.7，是为了除去其中的AlO2-、SiO32-。硫酸钠的溶解度随温度的升高，先增大后减小，这一点较特殊，设问较困难。若给出其溶解度曲线，则可以帮助理解最后两步工艺。
答案：① 使反应物接触更充分，加快反应-速率 △S>0 ②除去溶液中的AlO2-、SiO32-
③2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O ④红矾钠的溶解度随温度的降低而减小。
例5：生产着色铝片的工艺流程如下：
请回答下列问题：
(1)第①步中NaOH溶液的作用是____________。
(2)第②步HNO3的作用是对铝片进行抛光，写出其反应的的离子方程式____________。
(3)在第④步电解是以铝为阴极，铝片为阳极，在硫酸介质中控制电压电流，使阳极放出O2与Al反应使铝表面形成一层致密的氧化膜。写出有关的电极反应式：
阴极：____________阳极：____________
(4)氧化膜质量的检验：取出铝片干燥，在氧化膜未经处理的铝片上分别滴一滴氧化膜质量检查液(3gK2CrO4+75mL水+25mL浓盐酸)，判断氧化膜质量的依据是_____
A.铝片表面有无光滑 B.比较颜色变化 C.比较质量大小 D.比较反应速率大小
(5)将已着色的铝干燥后在水蒸气中进行封闭处理约20～30min，封闭的目的是使着色的氧化膜更加致密，有关反应化学方程式是____________。
答案.(1)洗去铝表面的油污
(2)Al+4H++NO3-=Al3++NO↑ +2H2O
(3)6H+ +6e-=H2↑ 2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+ (4)B
(5)2Al+3H2O(g) = Al2O3+3H2(g)。
例6：以浓硫酸、浓硝酸、粗铜、水和空气为原料可制得硫酸铜(CuSO4·5H2O)。制取硫酸铜晶体的过程如下图所示。
回答下列问题：
(1)配平在滤液(Ⅲ)中发生反应化学主程式：
____NOx+____H2O+____O2___HNO3。
(2)写出制取硫酸铜的总反应方程式_________________________________。
(3)在上述生产过程中，被循环使用的物质是____________________。
(4)请你选用下列适宜的装置来模拟上述生产过程。将它们的编号填入方框。
【解析】(1)NOx中N的化合价为2x，反应前后N化合价变化为5-2x，O2中O化合价变化为4，初步配平为4NOx+H2O+(5-2x)O2→HNO3，再配平其他物质的化学计量数得：4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3;(2)发生的有关的化学方程式为：(5-2x)Cu+(12-4x)HNO3(5-2x)Cu(NO3)2+2NOx +(6-2x)H2O……①、
4NOx+2H2O+(5-2x)O24HNO3……②、
Cu(NO3)2+H2SO4CuSO4+2HNO3……③，
①+②÷2+③×(5-2x)，得：(5-2x)Cu+ O2+(5-2x)H2SO4(5-2x)CuSO4+(5-2x)H2O，
化简得2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O;
(3)要提供O2，可用排空气法，即用A装置通过从分液漏斗中加水排出空气;消除氮的氧化物用B装置，一个导气管通氮的氧化物，一个导气管通空气，另一个导气管导出多余的空气。
由实验室用浓硫酸和金属铜制硫酸铜，拓展到用稀硫酸、金属铜、通入氧气制硫酸铜， 延伸到化工生产硫酸铜，再回归到实验室模拟化工生产过程。
Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑+ 2H2O Cu + 4HNO3(浓) Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
SO2 + 2HNO3(浓)H2SO4 + 2NO2 Cu(NO3)2 + H2SO4 CuSO4↓ + 2HNO3 (应用侯氏制碱法的生产原理)4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 把方程式进行加合，可得总反应方程式：2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O。
在模拟化工生产过程时，又把通入空气和水回归为制取氧气通入水中。
答案：(1)2Cu + O2 + 2H2SO4 2CuSO4 + 2H2O (2)HNO3 (3)B、A。
例7：工业制备高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。
①KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是_____(填代号)。
a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 双氧水 c. 苯酚 d. 75%酒精
②高锰酸钾保存在棕色试剂瓶，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_____(填代号)。
a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱
③上述流程中可以循环使用的物质有____、____(写化学式)。
④若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得____mol KMnO4。
⑤该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择(选填代号)____。
a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱
所需气体发生装置是_____________(选填代号)。
⑥操作Ⅰ的名称是________;操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在________(填性质)上的差异，采用________(填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。
【解析】高锰酸钾又名灰锰氧，是+7价锰最重要的化合物， 也是最重要和最常用的氧化剂之一。本题以液相氧化法制备高锰酸钾为背景， 着重考察了基本化学实验知识， 本题可很好地巩固试剂保存、分离提纯操作、有关气体制取实验原理和装置知识等。
(1)高锰酸钾的消毒机理主要是靠其氧化性氧化微生物而杀灭微生物， 它通过氧化细菌体内的活性基团而发挥作用，类似84消毒液(NaClO溶液)、双氧水， 而苯酚、 酒精消毒机理主要是使蛋白质75%凝固。
(2)试剂保存方法源于试剂的性质， 见光易分解的物质通常保存在棕色试剂瓶中。浓硝酸、硝酸银、氯水等试剂都是中学阶段常用试剂，都保存在棕色试剂瓶中。
(3从流程图中不难发现，由于K2MnO4在酸性条件下易歧化为MnO2和KMnO4， 所以MnO2可以部分循环;母液成分主要是K2CO3，通过加入石灰，产生KOH也可以循环利用。
(4)本小题考察学生对制备原理的理解。一种方法是写出各步反应， 通过物质的量的关系得出;另外，从流程中也可看出，Mn元素损失发生在KMnO4歧化这一步，通过电子得失守恒，1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.
(5) 本题主要考察有关气体制取实验原理和装置， 气体发生装置取决于气体制备原理。题目中关键词 “纯净”， 所以要选用纯碱和稀硫酸， 发生装置就只能相应选择A。
(6)主要考察制备过程中分离提纯的基本操作。操作Ⅰ是分离不溶物MnO2， 所以是过滤; 操作Ⅱ从两物质性质上分析， 都可溶， 故是利用两者溶解度的不同而采用结晶方法分离， 但考虑到KMnO4易受热分解， 要得到KMnO4粗晶体，只能蒸发浓缩结晶。
答案：(1)ab (2)d (3)MnO2;KOH (4)2/3 (5)cd ;A;(6)过滤;溶解度;浓缩结晶。
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