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工艺流程图题是将实际化工生产中的流程用框图形式表示出来,并根据生产流程中有关的化学知识设置问题的题目。题目所给信息量比较大,区分度比较高,因此是中考化学压轴题中的重点题型。
【原题呈现】
例(2020·安徽)硫酸亚铁晶体是重要的化学试劑,传统制备方法是用铁屑与稀硫酸反应。因铁屑中含有硫、磷等杂质,与稀硫酸反应会产生刺鼻、呛人的有毒气体,某科技小组改用铁屑与硫酸铜溶液反应制备硫酸亚铁晶体,流程如图1所示,回答下列问题。
[固体][步骤②][硫酸亚铁晶体][步骤①
硫酸铜溶液][操作Ⅰ][FeSO4溶液][铁屑]
图1
(1)步骤①中反应的化学方程式为 。
(2)操作Ⅰ的名称是 。步骤②涉及蒸发,蒸发时必需的仪器有铁架台(含铁圈)、酒精灯、玻璃棒、 。
(3)用硫酸铜溶液代替稀硫酸制备硫酸亚铁晶体,优点是 。
解析:(1)步骤①铁屑中铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜。(2)操作Ⅰ实现了固液分离,即操作名称为过滤;步骤②蒸发时除了上述仪器,还需要蒸发皿。(3)由于铁屑中存在硫、磷等杂质,与稀硫酸反应会产生刺鼻、呛人的有毒气体,所以利用硫酸铜与铁屑反应,避免了有毒气体生成。
答案:(1)Fe + CuSO4 [ ] FeSO4 + Cu (2)过滤 蒸发皿 (3)不产生有毒气体,安全环保
小结:工艺流程图题所设的问题一般都是孤立的,在解答时不要求看懂全部流程后再解答,有看不懂的地方可以先跳过去,继续解答后面的问题。由于题目设问前后几乎没有联系,同学们可根据题意单独进行作答,如书写陌生的化学方程式、混合物分离方法的名称及所用仪器名称等。
【技巧点拨】
1. 物质成分的分析(推断流程图中的某种物质)
(1)抓住一个关键点:一切反应或操作都是为了获得产品。同学们可以从以下几个方面分析流程的每一步:①反应物是什么;②发生了什么反应;③图中有没有物质没有写上去或省略了;④该反应造成了什么影响,对制造产品有什么作用。
(2)推断流程图某一步中的物质,可以从上一步操作中反应物可能发生的反应入手进行分析,同时需注意所加试剂是否有剩余。
2. 化学方程式的书写
(1)根据流程图书写某一步发生反应的化学方程式:根据所学知识判断其可能发生的反应,然后写出反应物、生成物,并进行配平。
(2)陌生化学方程式的书写:根据流程中的箭头方向判断反应物和生成物。若从已知信息中找出的反应物和生成物不满足质量守恒定律,可以在反应物或生成物中加上水,然后进行配平。还应注意反应条件的有关信息,若在空气中煅烧或通入空气,则还需考虑空气中的氧气是否参加反应。
3. 判断能回收利用或可循环利用的物质
(1)可回收利用的物质:指流程中除主产物外可以利用的物质。
(2)可循环利用的物质:步骤中某一步的产物是另一步的原料。
4. 工艺流程的评价
(1)节约性:原料的来源要丰富,价格要低廉,利用率要尽量高。
(2)安全性和简便性:尽量选用较温和的反应条件,避免高温、高压条件。
(3)对环境的影响:是否符合绿色化学理念,如原料或副产物无毒无害、无废弃物排放等。
【素养提升】
(2020·江西)2019年诺贝尔化学奖被授予对锂离子电池研究做出贡献的三位科学家。如图2是从钴酸锂废极片[主要成分为钴酸锂(LiCoO2)]中回收得到Co2O3和Li2CO3的一种工艺流程。
[Li2CO3][Co2O3][CoC2O4固体][Li2SO4等溶液][CoSO4、
Li2SO4
等溶液][滤渣][操作3][操作4][焙烧][操作5][热水洗涤、
干燥][(NH4)2C2O4][H2SO4][H2O2][操作2][废极片粉末][操作1][粉碎][钴酸锂
废极片]
图2
(1)操作1中,粉碎废极片的目的是 。
(2)实验室中完成操作2时,需用到的玻璃仪器是 (填一种即可)。
(3)操作4中,在高温条件下,CoC2O4在空气中反应生成Co2O3和二氧化碳,化学方程式为 ;
(4)操作5中,Li2CO3晶体用热水洗涤比用冷水洗涤损耗更少,说明Li2CO3的溶解度随温度升高而 。
答案:(1)增大反应物的接触面积,加快反应速率 (2)烧杯(或玻璃棒,或漏斗) (3)4CoC2O4 + 3O2 [ 高温 ] 2Co2O3 + 8CO2 (4)减小
【原题呈现】
例(2020·安徽)硫酸亚铁晶体是重要的化学试劑,传统制备方法是用铁屑与稀硫酸反应。因铁屑中含有硫、磷等杂质,与稀硫酸反应会产生刺鼻、呛人的有毒气体,某科技小组改用铁屑与硫酸铜溶液反应制备硫酸亚铁晶体,流程如图1所示,回答下列问题。
[固体][步骤②][硫酸亚铁晶体][步骤①
硫酸铜溶液][操作Ⅰ][FeSO4溶液][铁屑]
图1
(1)步骤①中反应的化学方程式为 。
(2)操作Ⅰ的名称是 。步骤②涉及蒸发,蒸发时必需的仪器有铁架台(含铁圈)、酒精灯、玻璃棒、 。
(3)用硫酸铜溶液代替稀硫酸制备硫酸亚铁晶体,优点是 。
解析:(1)步骤①铁屑中铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜。(2)操作Ⅰ实现了固液分离,即操作名称为过滤;步骤②蒸发时除了上述仪器,还需要蒸发皿。(3)由于铁屑中存在硫、磷等杂质,与稀硫酸反应会产生刺鼻、呛人的有毒气体,所以利用硫酸铜与铁屑反应,避免了有毒气体生成。
答案:(1)Fe + CuSO4 [ ] FeSO4 + Cu (2)过滤 蒸发皿 (3)不产生有毒气体,安全环保
小结:工艺流程图题所设的问题一般都是孤立的,在解答时不要求看懂全部流程后再解答,有看不懂的地方可以先跳过去,继续解答后面的问题。由于题目设问前后几乎没有联系,同学们可根据题意单独进行作答,如书写陌生的化学方程式、混合物分离方法的名称及所用仪器名称等。
【技巧点拨】
1. 物质成分的分析(推断流程图中的某种物质)
(1)抓住一个关键点:一切反应或操作都是为了获得产品。同学们可以从以下几个方面分析流程的每一步:①反应物是什么;②发生了什么反应;③图中有没有物质没有写上去或省略了;④该反应造成了什么影响,对制造产品有什么作用。
(2)推断流程图某一步中的物质,可以从上一步操作中反应物可能发生的反应入手进行分析,同时需注意所加试剂是否有剩余。
2. 化学方程式的书写
(1)根据流程图书写某一步发生反应的化学方程式:根据所学知识判断其可能发生的反应,然后写出反应物、生成物,并进行配平。
(2)陌生化学方程式的书写:根据流程中的箭头方向判断反应物和生成物。若从已知信息中找出的反应物和生成物不满足质量守恒定律,可以在反应物或生成物中加上水,然后进行配平。还应注意反应条件的有关信息,若在空气中煅烧或通入空气,则还需考虑空气中的氧气是否参加反应。
3. 判断能回收利用或可循环利用的物质
(1)可回收利用的物质:指流程中除主产物外可以利用的物质。
(2)可循环利用的物质:步骤中某一步的产物是另一步的原料。
4. 工艺流程的评价
(1)节约性:原料的来源要丰富,价格要低廉,利用率要尽量高。
(2)安全性和简便性:尽量选用较温和的反应条件,避免高温、高压条件。
(3)对环境的影响:是否符合绿色化学理念,如原料或副产物无毒无害、无废弃物排放等。
【素养提升】
(2020·江西)2019年诺贝尔化学奖被授予对锂离子电池研究做出贡献的三位科学家。如图2是从钴酸锂废极片[主要成分为钴酸锂(LiCoO2)]中回收得到Co2O3和Li2CO3的一种工艺流程。
[Li2CO3][Co2O3][CoC2O4固体][Li2SO4等溶液][CoSO4、
Li2SO4
等溶液][滤渣][操作3][操作4][焙烧][操作5][热水洗涤、
干燥][(NH4)2C2O4][H2SO4][H2O2][操作2][废极片粉末][操作1][粉碎][钴酸锂
废极片]
图2
(1)操作1中,粉碎废极片的目的是 。
(2)实验室中完成操作2时,需用到的玻璃仪器是 (填一种即可)。
(3)操作4中,在高温条件下,CoC2O4在空气中反应生成Co2O3和二氧化碳,化学方程式为 ;
(4)操作5中,Li2CO3晶体用热水洗涤比用冷水洗涤损耗更少,说明Li2CO3的溶解度随温度升高而 。
答案:(1)增大反应物的接触面积,加快反应速率 (2)烧杯(或玻璃棒,或漏斗) (3)4CoC2O4 + 3O2 [ 高温 ] 2Co2O3 + 8CO2 (4)减小