一、解答工業(yè)流程題的基本步驟此類(lèi)題型考查學(xué)生運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理及相關(guān)知識(shí)來(lái)解決工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題的能力。解答此類(lèi)型題目的基本步驟:了解流程后著手答題。對(duì)反應(yīng)條件的分析可從以下幾個(gè)方面著手:對(duì)反應(yīng)速率有何影響?對(duì)綜合生產(chǎn)效益有何影響?如原料成本,原料來(lái)源是否廣泛、是否可再生,能源成本,對(duì)設(shè)備的要求,環(huán)境保護(hù)(從綠色化學(xué)方面作答)。
二、工業(yè)流程題中常用的關(guān)鍵詞1.原材料:礦樣(明礬石、孔雀石、大理石、黃銅礦),合金(含鐵廢銅),藥片(補(bǔ)血?jiǎng)?,海水(污水)。2.灼燒(煅燒):原料的預(yù)處理,不易轉(zhuǎn)化的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為容易提取的物質(zhì)。3.酸:溶解、去氧化物(膜)、調(diào)節(jié)pH、除去溶液中可溶性雜質(zhì)。4.堿:去油污,調(diào)節(jié)pH、除去溶液中可溶性雜質(zhì)。5.煮沸:除去溶解在溶液中的氣體,如氧氣。6.趁熱過(guò)濾:減少結(jié)晶損失,提高純度。7.過(guò)量:將某物質(zhì)完全反應(yīng)。
【示范題1】銅導(dǎo)電性好,常用于制造電纜。從含銅廢料(主要成分為Cu)中回收銅,部分實(shí)驗(yàn)流程如圖:提示:灼燒后得到黑色固體和殘留物,殘留物不溶于水和稀硫酸。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:(1)“粉碎”操作的目的是__________________________。?(2)“灼燒”得到黑色固體的成分是__________。?(3)“酸溶”過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________。?(4)“過(guò)濾2”得到濾渣的成分為_(kāi)___________。?(5)“操作X”的具體操作是_________________________________________________。?
　增大反應(yīng)物的接觸面積　
CuO+H2SO4===CuSO4+H2O　
用磁鐵接觸濾渣(或加入足量稀硫酸中,充分反應(yīng)后過(guò)濾)
三、工業(yè)流程常見(jiàn)的操作1.原料預(yù)處理的方法及目的(1)粉碎、研磨或噴淋:增大反應(yīng)物間的接觸面積,加快反應(yīng)速率。(2)攪拌:使反應(yīng)物充分接觸,加快反應(yīng)速率。(3)酸浸(或堿浸):使能與酸(或堿)反應(yīng)的物質(zhì)溶解,與不溶物分離。
【示范題2】碳酸鋰常用于制備鋰離子電池的正極。工業(yè)上用碳化分解法對(duì)碳酸鋰粗品(主要成分為碳酸鋰,含少量雜質(zhì))提純的工藝流程圖如圖:(1)操作①的名稱是__________。?(2)對(duì)碳酸鋰粗品的預(yù)處理主要是粉碎研磨等,其目的是________________________________________。?(3)反應(yīng)2所涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______________________________。?(4)上述工藝流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)(水除外)是_____________________。?
　增大反應(yīng)物間的接觸面積,加快反應(yīng)速率　
2LiHCO3 Li2CO3+H2O+CO2↑
　二氧化碳(或 CO2)　
2.物質(zhì)的分離和提純的方法(1)結(jié)晶——固體物質(zhì)從溶液中析出的過(guò)程(蒸發(fā)溶劑、冷卻熱飽和溶液、濃縮蒸發(fā))。(2)過(guò)濾——固、液分離。(3)蒸餾——液、液分離。
【示范題3】(2023·江西中考)燒堿-純堿法凈化鹵水過(guò)程產(chǎn)生的鹽泥中主要含有CaCO3及少量的Mg(OH)2和NaCl。如圖是實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以該鹽泥為原料制備CaCl2的操作流程:
(1)步驟①中操作a的名稱是__________。?(2)步驟②中發(fā)生中和反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________。?(3)步驟③中的試劑X應(yīng)選下列物質(zhì)中的_______(填字母)。?A.KOH溶液　　　　　B.Ca(OH)2溶液C.Na2SO4溶液D.Ca(NO3)2溶液(4)步驟④中“一系列操作”包括降溫結(jié)晶,說(shuō)明CaCl2的溶解度隨溫度的降低而__________。?
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
3.控制反應(yīng)條件的目的(1)調(diào)節(jié)pH:除去雜質(zhì)離子。(2)控制溫度:防止某物質(zhì)溫度過(guò)高發(fā)生分解。
【示范題4】從廢線路板中提煉貴重金屬和制備硫酸銅晶體的一種工藝流程如圖:已知:在酸性環(huán)境中有過(guò)氧化氫存在時(shí),鐵和銅分別會(huì)轉(zhuǎn)化為鐵離子和銅離子。(1)操作①的名稱是__________;?(2)調(diào)節(jié)pH的主要目的是除去濾液中______________(填離子符號(hào));?(3)寫(xiě)出粗銅中的銅與稀硫酸和過(guò)氧化氫的混合溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:____________________________________。?
　Fe3+、Al3+　
　Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O　
4.判斷能回收利用和可循環(huán)使用的物質(zhì)(1)逆向箭頭一般表示可循環(huán)利用的物質(zhì)。如圖1,物質(zhì)A為可循環(huán)利用的物質(zhì)。(2)某設(shè)備或某步驟的生成物,為前面某一設(shè)備或步驟的反應(yīng)物,則該物質(zhì)為可循環(huán)利用的物質(zhì)。如圖2,物質(zhì)B為可循環(huán)利用的物質(zhì)。
【示范題5】(2023·玉林一模)化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用廢硫酸液制備K2SO4,設(shè)計(jì)的流程如圖所示:(1)上述流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)有_________________(填化學(xué)式)。?(2)反應(yīng)Ⅱ中把溫度控制在40~60 ℃的原因是________(填字母)。?A.提高溫度至40 ℃,增大反應(yīng)速率B.增大CO2的溶解度C.溫度不高于60 ℃,防止氨水分解
　CaCO3、CO2　
(3)反應(yīng)Ⅲ中發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng),則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________。?(4)反應(yīng)Ⅲ中相關(guān)物質(zhì)在25 ℃時(shí)的溶解度如下表,反應(yīng)Ⅲ在常溫下(25 ℃)能實(shí)現(xiàn)的原因是____________________________。?洗滌反應(yīng)Ⅲ所得晶體時(shí)用飽和K2SO4溶液而不用水的目的是__________________________。
　(NH4)2SO4+2KCl===K2SO4↓+2NH4Cl　
　常溫下硫酸鉀溶解度最小　
　防止硫酸鉀溶解在水中　
5.陌生化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)(1)找出反應(yīng)物和生成物并配平化學(xué)方程式①若設(shè)問(wèn)中已給出反應(yīng)的過(guò)程,可直接寫(xiě)出反應(yīng)物和生成物;②若設(shè)問(wèn)中未給出反應(yīng)的過(guò)程,可從流程圖中分析出反應(yīng)物和生成物:箭頭進(jìn)入的是反應(yīng)物,箭頭出去的是生成物。(2)若找出的反應(yīng)物和生成物不滿足質(zhì)量守恒定律,可從以下兩個(gè)方面考慮:①反應(yīng)在溶液中進(jìn)行,可考慮是否有水參與反應(yīng)或有水生成;②反應(yīng)在空氣中進(jìn)行或通入空氣,可考慮空氣中的各成分(一般為O2或CO2)是否參與反應(yīng)。注意:不要漏寫(xiě)反應(yīng)條件、漏標(biāo)生成物狀態(tài)。
類(lèi)型1 海水資源的利用1.某工廠綜合加工海水的主要步驟如圖所示。請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題:
(1)操作Ⅰ的名稱是__________。?(2)試劑1是____________(寫(xiě)化學(xué)式,下同),白色沉淀D是____________。?(3)溶液B中含有的溶質(zhì)是______________________,向溶液B中加入試劑2后,在溶液中可觀察到________________的現(xiàn)象。?(4)在熔融狀態(tài)下電解無(wú)水氯化鎂,會(huì)產(chǎn)生一種金屬單質(zhì)和一種雙原子分子的氣體單質(zhì),該反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________。?
NaCl、Na2CO3、NaOH
　MgCl2 Mg+Cl2↑　
2.(2023·懷化中考)海水是一種重要資源,利用海水可制取金屬鎂等物質(zhì)。某化學(xué)興趣小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)流程:
根據(jù)流程回答下列問(wèn)題:(1)操作Ⅰ的名稱是__________,該操作用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗和____________,該儀器在操作Ⅰ中的作用是__________。操作Ⅰ中加入的NaOH溶液應(yīng)過(guò)量,其目的是___________________________________。?(2)試劑X是____________(填名稱),寫(xiě)出溶液A中加入試劑X發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:_____________________________。?
　將MgCl2完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀　
?　NaOH+HCl===NaCl+H2O　
3.某工廠附近海水中含有較多Na2CO3等物質(zhì)。該工廠采用海水脫硫技術(shù)吸收燃煤煙氣中的SO2,其主要設(shè)備及流程如圖:
(1)海水脫硫設(shè)備中,排出的海水呈堿性的是_______(填字母序號(hào))。?A.海水泵　　　　　B.吸收塔　C.曝氣池①　D.曝氣池②(2)向曝氣池①內(nèi)通入空氣后,主要有兩個(gè)化合反應(yīng)發(fā)生,寫(xiě)出其中一個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式:__________________________________________________。?(3)曝氣池②排放的海水中不含H2SO4的原因是________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。?
　2H2SO3+O2===2H2SO4(或2Na2SO3+O2===2Na2SO4)　
　Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑　
類(lèi)型2金屬資源的回收與利用1.(2023·深圳中考)某同學(xué)以金泥(含有Au、CuS、ZnS等)為原料制備Au和Cu的流程如圖所示:
琴琴同學(xué)查閱資料已知:①預(yù)處理的主要目的是將含硫化合物轉(zhuǎn)化為氧化物;②熱空氣流充分加熱的目的是將Cu、Zn轉(zhuǎn)化為氧化物,并完全分離出ZnO煙塵。(1)“預(yù)處理”中會(huì)產(chǎn)生SO2,若SO2直接排放會(huì)導(dǎo)致__________。?(2)“過(guò)程Ⅱ”產(chǎn)生的固體a中,除CuO外一定還有的物質(zhì)是_____________。?(3)“過(guò)程Ⅲ”分離Au的操作是__________,加入過(guò)量稀硫酸的目的是__________________________________________。?
　將氧化銅完全轉(zhuǎn)化為硫酸銅,提高銅的產(chǎn)率　
(4)“系列進(jìn)程”中有一步是向?yàn)V液中加入過(guò)量鐵粉,這一步生成氣體的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________,該反應(yīng)屬于__________反應(yīng)(填寫(xiě)基本反應(yīng)類(lèi)型)。?(5)ZnO煙塵可用NaOH溶液吸收,該反應(yīng)生成偏鋅酸鈉(Na2ZnO2)和H2O的化學(xué)方程式為_(kāi)________________________________。?
　Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑　
　ZnO+2NaOH===Na2ZnO2+H2O　
2.(2023·眉山中考)鈦金屬具有硬度大、密度小、熔點(diǎn)高、常溫下耐酸堿、耐腐蝕等優(yōu)良的性能,被譽(yù)為“未來(lái)金屬”。我國(guó)釩鈦磁鐵礦床分布廣泛,儲(chǔ)量豐富,由釩鈦磁鐵礦提取金屬鈦的主要工藝過(guò)程如下?；卮鹣铝袉?wèn)題:
(1)鈦鐵礦需要粉碎,其目的是________________________________________;?(2)鈦鐵礦的主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3),其中鈦元素的化合價(jià)為_(kāi)_______價(jià);?(3)TiCl4在高溫下與足量Mg反應(yīng)生成金屬鈦,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________;?(4)金屬礦物不能再生。下列能有效保護(hù)鈦金屬資源的措施是____(填字母)。?A.回收利用廢舊鈦金屬制品B.任意開(kāi)采鈦金屬礦石C.鈦金屬抗腐蝕性能好,可隨意堆放儲(chǔ)存D.尋找、開(kāi)發(fā)鈦金屬的代替品
增大反應(yīng)物的接觸面積,加快化學(xué)反應(yīng)的速率
　2Mg+TiCl4 2MgCl2+Ti　
類(lèi)型3物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)與制備1.(2023·隨州中考)CO2捕獲和轉(zhuǎn)化可減少CO2排放并實(shí)現(xiàn)資源利用。一種捕集煙氣中CO2并轉(zhuǎn)化利用的流程如圖:
(1)CaO俗稱____________。?(2)催化轉(zhuǎn)化器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________。?(3)甲醇(CH3OH)屬于____________(填“無(wú)機(jī)物”或“有機(jī)物”)。?(4)我國(guó)力爭(zhēng)在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。下列措施不利于大氣中CO2減少的是_______(只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)。?A.用氨水捕集廢氣中的CO2,將其轉(zhuǎn)化為氮肥B.大力推廣使用干冰實(shí)現(xiàn)人工增雨,緩解旱情C.利用和開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能等清潔能源D.通過(guò)植樹(shù)造林,利用光合作用吸收大氣中的CO2
CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
2.(2022·桂林中考)利用工業(yè)廢液(主要含NaHS以及少量Na2S和Mg、Ca、Fe的化合物)制備重要化工原料硫酸鈉的流程圖如圖:
已知:Ⅰ.粗品硫酸鈉含少量H2SO4、MgSO4、CaSO4、FeSO4等雜質(zhì)。Ⅱ.在溶液里,微溶物發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為不溶物。Ⅲ.部分物質(zhì)的溶解性見(jiàn)如表。
部分物質(zhì)的溶解性表(室溫)
(1)操作①名稱是______________。?(2)“反應(yīng)器1、2”內(nèi)均需要進(jìn)行的操作是__________。?(3)泥渣的成分有MgCO3、___________________等。?(4)流程中可循環(huán)使用的物質(zhì)是________和__________。?(5)“反應(yīng)器1”中NaHS發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成H2S氣體的化學(xué)方程式是___________________________________。?
　CaCO3、FeCO3　
　2NaHS+H2SO4===2H2S↑+Na2SO4　
3.輕質(zhì)碳酸鎂是廣泛應(yīng)用于橡膠和塑料的化工產(chǎn)品,以鹵塊(主要成分為MgCl2,含F(xiàn)e2+、Mn2+等雜質(zhì)離子)為原料制備輕質(zhì)碳酸鎂的工藝流程如下。
【查閱資料】Ⅰ.次氯酸鈉(NaClO)可將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+;Ⅱ.下表為生成氫氧化物沉淀的pH
(1)操作1的名稱是__________;此操作用到的玻璃儀器名稱是________________________。?(2)“調(diào)節(jié)pH”為的是除去溶液中的雜質(zhì)離子,濾渣的主要成分的化學(xué)式為_(kāi)______________________;為保證除盡雜質(zhì)的同時(shí)不讓Mg2+沉淀,應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是_______________。?(3)加入NH4HCO3發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________________________。?(4)“熱解”溫度不高于75 ℃,其原因是__________________________。?
　燒杯、漏斗、玻璃棒　
　Fe(OH)3、Mn(OH)2　
　9.6≤pH

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