专题讲座（5）工艺流程的解题策略（讲）- 2024年高考化学大一轮复习【讲义+练习+专题】

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考纲和考试说明是备考的指南针，认真研究考纲和考试说明，可增强日常复习的针对性和方向性，避免盲目备考，按方抓药，弄清楚高考检测什么，检测的价值取向，高考的命题依据。
2.精练高考真题，明确方向
经过对近几年高考题的横、纵向分析，可以得出以下三点：一是主干知识考查“集中化”，二是基础知识新视角，推陈出新，三是能力考查“综合化”。
3.摸清问题所在，对症下药
要提高后期的备考质量，还要真正了解学生存在的问题，只有如此，复习备考才能更加科学有效。所以，必须加大信息反馈，深入总结学情，明确备考方向，对症开方下药，才能使学生的知识结构更加符合高考立体网络化要求，才能实现基础→能力→分数的转化。
4.切实回归基础，提高能力
复习训练的步骤包括强化基础，突破难点，规范作答，总结方法，通过这样的总结，学生印象深刻，应用更加灵活。
专题讲座（五）工艺流程的解题策略
【化学学科素养】
工艺流程题是高考中的必考题型，综合性强、难度较大，是高考试卷中的拉分题目之一。近年常以简洁工艺流程和复杂工艺流程轮换的形式考查有多种可变化合价的典型元素，采用多角度设问的形式，考查考生获取信息、加工信息的能力。无机化工流程题是近年来高考中备受关注的一种题型，该类题源于生产实际，以解决化学实际问题为目的，将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式展示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，使问题情境真实，构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。试题新颖，内容丰富，阅读量大，其结构分题头、流程图和问题三部分。题头一般简单介绍该工艺生产的原料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺展示出来，问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列的问题。
【必备知识解读】
一、工业流程试题的基本特点
工艺流程题以工业生产实际中的物质的制备、分离、提纯为命题情境，通过工业流程框图的呈现形式，考查高中化学元素化合物知识、反应原理、化学实验基本操作等核心知识的一类题型。具有情景的真实性、复杂性、综合性的特点。工艺流程题题型成熟，流程有相对固定的环节，设问有相对稳定的内容，问题分析有相对明确的方向。解题时要构建模型，特别是对于流程图中物质转化线、工艺操作线的模型构建，能对流程深入严谨的分析，注重培养学生宏观辨识与微观探析，证据推理与模型认知，转换观念与平衡思想，科学态度与社会责任等学科素养。试题的切入点（或试题素材）较多的采用了与生产生活密切联系的化学新技术、新成果。故题干内容来源都是真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。
2.题目结构：分题头、题干和题尾三部分。
（1）题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；
（2）题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；
（3）题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。
3.呈现形式：流程图、数据表格、图像、实验装置。
4.设问方式：措施、成分、物质、原因。
5.能力考查：获取、整合、处理、应用信息的能力、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。
二、工艺流程题特点
1．化工生产的一般流程
2．试题的设问角度
化工流程题的考点主要从以下6点设置：
(1)基本操作
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述。
(2)物质的分离与提纯
通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等。
(3)化学反应速率与化学平衡理论的运用
例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等。
(4)化学方程式或离子方程式的书写
根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。
(5)环境与绿色化学思想
流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、“三废”的来源、对环境的影响及处理措施等。
(6)化学计算
联系原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；联系溶液配制、滴定操作测定样品中某元素含量或产品纯度；联系溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等。
【关键能力拓展】
一、工艺流程题的解题策略
1.粗读题干，挖掘图示
图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但题目中往往会有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
2.携带问题，精读信息
这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示，三是设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
3.跳跃思维，规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。
4.积累常考的答题模板
(1)除杂：除去……中的……
(2)干燥：除去……气体中的水蒸气，防止……
(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。
(4)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。
(5)温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。
(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。
(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。
(8)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等，以避免引入新的杂质；沉淀时pH范围的确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。
(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。
(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。
(11)洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。
(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。
(13)洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。
(14)冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。
(15)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。
(16)蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。
(17)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气)，防止某物质被氧化。
1．首尾分析法：对线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从此分析中找出它们的关系，弄清原料转化的基本原理和除杂、分离、提纯的化工工艺，再结合题设问题，逐一解答。
2．分段分析法：对于用同样的原料生产多种(两种或两种以上)产品(含副产品)的工艺流程题，用此法更容易找到解题的切入点。
【核心题型例解】
高频考点一 以物质制备为目的工艺流程
1．工艺流程中的常见专业术语
2．工艺流程题中常见问题的答题方向
例1．（2023·全国甲卷第26题）BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。

回答下列问题：
（1）“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______。
（2）“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_______。
（3）“酸化”步骤应选用的酸是_______(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸
（4）如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是_______。
（5）“沉淀”步骤中生成的化学方程式为_______。
（6）“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的_______。
【变式探究】（2023·全国乙卷第27题） LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn2O4的流程如下：

已知：Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39，Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33，Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_______。为提高溶矿速率，可采取的措施_______(举1例)。
（2）加入少量MnO2的作用是_______。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是_______。
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c(Fe3+)=_______ml·L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是_______。
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有_______。
（5）在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为_______。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断_______。电解废液可在反应器中循环利用。
（6）煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是_______。
【举一反三】（2023·湖南卷第17题）超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
回答下列问题：
（1）晶体Ga(CH3)3的晶体类型是_______；
（2）“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40-45℃的原因是_______，阴极的电极反应式为_______；
（3）“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式：_______；
（4）“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是_______；
（5）下列说法错误的是_______；
A. 流程中Et2O得到了循环利用
B. 流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C. “工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3
D. 用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
（6）直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3理由是_______；
（7）比较分子中的C-Ga-C键角大小：Ga(CH3)3_______Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”)，其原因是_______。
【变式探究】（2023·山东卷第17题）盐湖卤水(主要含、和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下：
已知：常温下，。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
（1）含硼固体中的在水中存在平衡：(常温下，)；与溶液反应可制备硼砂。常温下，在0.10ml·L-1硼砂溶液中，水解生成等物质的量浓度的和，该水解反应的离子方程式为_____，该溶液pH=_____。
（2）滤渣Ⅰ的主要成分是_____(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li+的浓度为2.0ml·L-1，则常温下精制Ⅱ过程中CO32-浓度应控制在_____ml·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加_____的用量(填化学式)。
（3）精制Ⅱ的目的是_____；进行操作X时应选择的试剂是_____，若不进行该操作而直接浓缩，将导致_____。
高频考点二 以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题
1．物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作
2．获得产品阶段的主要操作
例2.（2023·广东卷第18题）均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含)中，利用氨浸工艺可提取，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由、和配制。常温下，与形成可溶于水的配离子：；易被空气氧化为；部分氢氧化物的如下表。
回答下列问题：
（1）活性可与水反应，化学方程式为___________。
（2）常温下，的氨性溶液中，___________ (填“>”“<”或“=”)。
（3）“氨浸”时，由转化为的离子方程式为___________。
（4）会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了的明锐衍射峰。
①属于___________(填“晶体”或“非晶体”)。
②提高了的浸取速率，其原因是___________。
（5）①“析晶”过程中通入的酸性气体A为___________。
②由可制备晶体，其立方晶胞如图。与O最小间距大于与O最小间距，x、y为整数，则在晶胞中的位置为___________；晶体中一个周围与其最近的O的个数为___________。
（6）①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得溶液中与的比值，理论上最高为___________。
②“热解”对于从矿石提取工艺的意义，在于可重复利用和___________(填化学式)。
【变式探究】（2023·新课标卷第27题）铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：

已知：最高价铬酸根在酸性介质中以存在，在碱性介质中以存在。
回答下列问题：
（1）煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为_______(填化学式)。
（2）水浸渣中主要有SiO2和_______。
（3）“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是_______。
（4）“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致_______；pH>9时，会导致_______。
（5）“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为或在碱性条件下，溶解为或，上述性质说明V2O5具有_______(填标号)。
A．酸性 B．碱性 C．两性
（6）“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_______。
【变式探究】（2023·辽宁卷第16题）某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液 (含)和)。实现镍、钴、镁元素的回收。

已知：
回答下列问题：
（1）用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_______(答出一条即可)。
（2）“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1mlH2SO5中过氧键的数目为_______。
（3）“氧化”中，用石灰乳调节pH=4，Mn2+被H2SO5氧化为MnO2，该反应的离子方程式为_______(H2SO5的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、_______(填化学式)。
（4）“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为_______时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_______。

（5）“沉钻镍”中得到的C(Ⅱ)在空气中可被氧化成，该反应的化学方程式为_______。
（6）“沉镁”中使沉淀完全，需控制pH不低于_______(精确至0.1)。
【举一反三】（2023·湖北卷第16题）是生产多晶硅的副产物。利用对废弃的锂电池正极材料进行氯化处理以回收Li、C等金属，工艺路线如下：

回答下列问题：
（1）C位于元素周期表第_______周期，第_______族。
（2）烧渣是LiCl、和的混合物，“500℃焙烧”后剩余的应先除去，否则水浸时会产生大量烟雾，用化学方程式表示其原因_______。
（3）鉴别洗净的“滤饼3”和固体常用方法的名称是_______。
（4）已知，若“沉钴过滤”的pH控制为10.0，则溶液中浓度为_______。“850℃煅烧”时的化学方程式为_______。
（5）导致比易水解的因素有_______(填标号)。
a．Si-Cl键极性更大 b．Si的原子半径更大
c．Si-Cl键键能更大 d．Si有更多的价层轨道
释义
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧)
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程
浸出率
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
滴定
定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)
常见问题
答题要考虑的角度
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率
绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或特定气体中进行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的
洗涤沉淀
方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次
判断沉淀是否洗涤干净
取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)
①使化学平衡移动；控制化学反应的方向
②控制固体的溶解与结晶
③控制反应速率：使催化剂达到最大活性
④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离
物质
Ga(CH3)3
Et2O
CH3I
NR3
沸点/℃
55.7
34.6
42.4
365.8
除杂
加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。如：除去含Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH
加热
加快反应速率或使平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质
降温
防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向移动
分离
固液分离——过滤
液液分离：
a.有溶解度差异——结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干；蒸发结晶、趁热过滤)
b.有溶解性差异——(萃取)分液
c.有沸点差异——蒸馏
洗涤(冰水、热水、有机溶剂)
水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)
冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)
醇洗(常用于溶解度较大的物质)：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗(若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使其尽快干燥)
蒸发时的气体氛围抑制水解
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解
蒸发浓缩、冷却结晶
如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl
蒸发结晶、趁热过滤
如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3
氢氧化物
物质