专题1－工艺流程的思维路线
一．工艺流程是核心考题：现阶段高考试题的构建理念
试题选取的情境紧密联系与人类密切相关的生产生活实际，试题的命制从情境素材开始，以学科素养为目标导向，选取某个学科素养的一个方面或几个方面，深入考查学生学科素养的表现层次。
生产生活中的实际问题应围绕某一主题内容，突出化学核心知识与理念，与主旨考查的学科素养和关键能力相对应，形成多维度、多角度、多层次的问题结构。
利用与生活相关的稍微简单的实际问题，考查学生的简单应用能力和辨识能力。
利用科研前沿和生产实际的真实情境，展现研究过程或者生成过程的具体实际问题，考查学生的探究与创新能力。
二．工艺流程的命题特点
选取物质的工业生产流程，考查应用基础知识分析解决生产中的实际问题的能力
以工业生产流程题的形式进行，符合新课改对情境素材的要求。
该类试题取材于真实的工业生产，根据考查内容和能力的需要，对物质的实际工业合成流程进行简化处理，设置基本概念、反应及转化、反应原理和实际工业操作等相关问题。
考查应用相关知识解决实际问题的能力
三．工艺流程的难点
对待教材有的内容：
1．对已有概念、原理的理解水平不足
2．对已有核心知识(概念)原理的提炼习惯不够
3．对实际问题情境中的迁移应用水平不高
对待教材没有的内容：
1．缺少研究物质和反应的基本思路——识
2．缺少实验感知与实践——做
3．缺少基于实证的反思与评价——思
四．正确识别流程
（1）呈现模式
（2）识图方法
图1 图2 图3
图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；
图3箭头表示循环反应。
五．整体分析－通读试题，弄清流程目的，明确步骤原因
处理试题时，切勿急于解答题中的设问（某些通用问题除外），要按“单主线法”的顺序，仔细认真地通读试题，从宏观上整体把握试题难度和考点，初步了解原料、目的和提供的一些课本上没有但题目中必须要用到的新信息。同时养成良好做题习惯，阅读时随手标记目的及相关信息。
简单阅读后，应当深层次的提取流程图中的双主线（如黑白图所示）：一是反应线，即物质之间的转化关系（考虑复分解及氧化还原）；二是操作线，即物质在移动时所需的化学实验操作。此时，要千万注意：不要被极个别看不懂的细小环节蒙蔽双眼，此时尚且不必将每个环节的原理都搞清楚，也不必将每个物质都一推出。对于成绩好的同学可以将常见考查形式整理出来，看到题干的设问，来预测可能的设问的问题，做到未卜先知。
当然，在处理具体问题时要做到具体分析，综合使用主线法，双线法与三线法，最大程度上获取有用信息。
1．主线法分析：
（1）流程图一般三大部分（彩图）：原料预处理、转化与分离阶段、获取最终产物阶段。
（2）流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等（否则可能漏掉副产品或干扰离子）。
（3）一般默认进入的物质过量，确保每一步目标元素利用率或转化率最高，产品产率最高，损失最小。当然在某些特殊情况下要控制用量。
2．双线法分析：
3．四线法分析：
试剂线：为达到最终目的加入的物质，起到氧化还原、非氧化还原的作用；
转化线：元素守恒—焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等；
除杂线：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等；
分离线：蒸发、结晶、过滤（趁热过滤）、洗涤、干燥等。
六．局部分析—抓住关键，找准命题角度，做到步步为营
通过整体分析，弄清化学工艺流程图的主要目的之后，要按题设中的问题要求，再次回头仔细分析、研究化学工艺流程中与问题相关的局部过程，有针对性地解决题设中提出的每一个问题。此时，针对一些生涩的“化工术语”，可能会阻碍对试题的有效解读，应该进行针对性的讲解、步骤性强的思维训练，明确快速有效的解题策略，哪些术语是不可或缺的哪些是迷惑眼球的。
（1）两个明确
①明确干扰设置的规律：对于陌生的干扰因素，通常是为了使整个化学工艺流程结构完整而设置的，在题设的问题中没有涉及或者不影响答题，此时可以跳过，跟着流程往下一步看，关注的重点应是其产物，对于陌生因素可以看前后流程的信息来大胆猜测。
②明确以问题为导向的分析：工艺流程题设中的问题顺序通常与流程图的流程顺序是一致的，且一个问题对应流程图的一个或依次相连的若干个环节，做题时只需找到所需回答的问题与流程图中相关信息的一一对应关系，“顺藤摸瓜”就可以有效解决相关问题。
（2）抓住关键，找准角度
①抓住关键词，流程图或题干中的关键词是分析和解决问题的直接证据。
预处理阶段－研磨（或粉碎）、灼烧（或焙烧、煅烧）、浸出（水浸、酸浸、碱洗）、搅拌，
核心反应阶段－氧化（或还原）、除杂（加入（或多或正好）沉淀剂、调控溶液的pH或范围控制反应温度、加入保护气），
分离提纯阶段—结晶与过滤、洗涤与干燥、脱水（的各种不同方法），
后续阶段—滴定计算，转化率计算，产率计算，质量分数计算。
②找准角度，分析设问的角度对功底要求高，此时如果找准角度，就可以轻松的获得信息，明确答题方向。
基本理论（氧化还原反应、化学平衡、盐类水解、电化学）
控制反应条件（温度、催化剂、压强、原料配比、调节溶液的pH、选择溶剂、除杂、产品分离）
绿色化学（循环操作、环境保护、原子经济）
经济角度（原料的利用率高、提高产物的产率或产量、降低能耗）
安全生产（防止污染、爆炸、中毒等）。
七．落笔成句—构建模型，规范答题，获得最大收益
流程的最终目的就是收益最大化，解决流程题同理，在分析完问题后，如何正确的书写是得分的关键，此时针对性的“技巧”“套路”“模板”就必须拿出来了。
（1）获得收益最大化
工艺流程和其他问题不同，它的前后设问经常关联不大，前一问未作答，往往不会影响后面问题的作答。因此，在解答时，不会解答的问题要战略性的放弃，先把能得到的分数得到，对于之前未解决的问题，回过头来还是带着问题看信息来寻找答案。考试的时候，以得分为第一任务。
（2）大量训练，构建模型
①想到答案不要急于书写，要思考：答题角度，信息储备，建立模型
②积累各类实验操作的固定答题模式，明确答题的规矩和规则；
③注重文字、化学用语表达的准确性、严密性、科学性，力求做到答案层次分明，因果清晰。
八．见微知著－明知错误，提前预警，避免低级失误
①答非所问－审题不清，抓不住关键字词句，过滤掉关键答题要求，甚至指鹿为马；
②不遵守学科规范－不用化学原理分析，语言描述太随意，不会使用学科语言；
③基本功欠缺－乱用化学用语表述，书写极为不规范；
④答题毛糙－丢三落四，比如容量瓶不指明规格，物理量漏写计量单位，电子式遗漏孤对电子，方程式未配平、漏写反应条件、沉淀气体符号等。
九．命题训练－动手绘制流程图，体会出题人的意图
利用某含铬废液【含较低浓度浓度的Na2Cr2O7、Fe2(SO4)3】制备K2Cr2O7流程如下：
1．用NaOH溶液调pH至3.6，产生红褐色沉淀，过滤；
2．向滤液中加入Na2SO3，一定操作后分离出Na2SO4・10H2O；
3．将分离出Na2SO4・10H2O后的溶液调pH约为5，得到Cr(OH)3沉淀；
4．在KOH存在条件下，向Cr(OH)3中加入足量H2O2溶液，得到黄色溶液；
5．向黄色溶液中加入物质A后，溶液变为橙红色，一定操作后得到K2Cr2O7固体；
6．测定K2Cr2O7，固体的纯度。
建议设置的设问：
（1）原料的处理阶段时的条件控制
（2）反应方程式的书写
（3）pH与沉淀溶解平衡结合的计算题
（4）反应方程式的书写
（5）分离提纯操作
（6）纯度计算
十．典型工艺流程题
【2021全国乙卷26题】磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表
金属离子
Fe3+
Al3+
Mg2+
Ca2+
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全
3.2
4.7
11.1
13.8
回答下列问题：
（1）“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式_________________________________________________。
（2）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_________________。
（3）“母液①"中Mg2+浓度为_______
（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”最适合的酸是____________。“酸溶渣”的成分是____________、____________。
（5）“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2+水解析出
（6）将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得______________，循环利用。
【答案】（1）Al2O3+4(NH4)2SO4
（2）Fe3+、Al3+、Mg2+
（3）1×10—6
（4）硫酸 SiO2、CaSO4
（5）TiO2++（x+1）H2O
（6）(NH4)2SO4
【分析】由题给流程可知，高钛炉渣与硫酸铵混合后焙烧时，二氧化钛和二氧化硅不反应，氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化铁转化为相应的硫酸盐，尾气为氨气；将焙烧后物质加入热水水浸，二氧化钛、二氧化硅不溶于水，微溶的硫酸钙部分溶于水，硫酸铁、硫酸镁和硫酸铝铵溶于水，过滤得到含有二氧化钛、二氧化硅、硫酸钙的水浸渣和含有硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝铵和硫酸钙的滤液；向pH约为2.0的滤液中加入氨水至11.6，溶液中铁离子、铝离子和镁离子依次沉淀，过滤得到含有硫酸铵、硫酸钙的母液①和氢氧化物沉淀；向水浸渣中加入浓硫酸加热到160℃酸溶，二氧化硅和硫酸钙与浓硫酸不反应，二氧化钛与稀硫酸反应得到TiOSO4，过滤得到含有二氧化硅、硫酸钙的酸溶渣和TiOSO4溶液；将TiOSO4溶液加入热水稀释并适当加热，使TiOSO4完全水解生成TiO2·x H2O沉淀和硫酸，过滤得到含有硫酸的母液②和TiO2·x H2O。
【解析】（1）氧化铝转化为硫酸铝铵发生的反应为氧化铝、硫酸铵在高温条件下反应生成硫酸铝铵、氨气和水，反应的化学方程式为Al2O3+4(NH4)2SO4
（2）由题给开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀、然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀；
（3）由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10—5×(1×10—2.9)2=1×10—10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为
（4）增大溶液中硫酸根离子浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与浓硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙；
（5）酸溶后将TiOSO4溶液加入热水稀释并适当加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·x H2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2++（x+1）H2O
（6）由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。
【2020新课标Ⅰ卷26题】钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子
Fe3+
Fe2+
Al3+
Mn2+
开始沉淀pH
1.9
7.0
3.0
8.1
完全沉淀pH
3.2
9.0
4.7
10.1
回答下列问题：
（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是________________________________。
（2）“酸浸氧化”中，VO+和VO2+被氧化成
（3）“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为
（4）“沉淀转溶”中，
（5）“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是_________________________。
（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_________________________。
【答案】（1）加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）
（2）Fe2+ VO++MnO2 +2H+ =
（3）Mn2+ Al3+和Fe3+
（4）Fe(OH)3
（5）NaAl(OH)4+ HCl= Al(OH)3↓+NaCl+H2O
（6）利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
【分析】
黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4和MnO2“酸浸氧化”时VO+和VO2+被氧化成
【解析】
（1）“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全），故答案为：加快酸浸和氧化反应速率（促进氧化完全）；
（2）“酸浸氧化”中，钒矿粉中的Fe3O4与硫酸反应生成FeSO4、Fe2(SO4)3和水，MnO2具有氧化性，Fe2+具有还原性，则VO+和VO2+被氧化成
（3）根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K+、Mg2+、Na+、Mn2+，以及部分的Fe3+、Al3+，故答案为：Mn2+，Fe3+、Al3+；
（4）根据分析，滤渣③的主要成分是Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；
（5）“调pH”中有沉淀生成，是NaAlO2与HCl反应生成Al(OH)3沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O，故答案为：NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓或Na[Al(OH)4]+HCl= NaCl+Al(OH)3↓+H2O。
（6）“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是：增大NH4+离子浓度，利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全，故答案为：利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全。
【2019新课标Ⅰ卷】硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为___________________________。
（2）“滤渣1”的主要成分有_________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是_________。
（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O
（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为____________________________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是___________________________。
【答案】（1）NH3+NH4HCO3＝(NH4)2CO3
（2）Fe2O3、Al2O3、SiO2
（3）KSCN
（4）一元弱
（5）转化为H3BO3，促进析出
（6）2Mg2++2H2O+3CO32－＝Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3－（或2Mg2++H2O+2CO32－＝Mg(OH)2∙MgCO3↓+CO2↑） （7）溶浸
（8）高温焙烧
【解析】（1）根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气，用碳酸氢铵溶液吸收，反应方程式为：NH3+NH4HCO3=(NH4)2CO3;
（2）滤渣I为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3、SiO2;检验Fe3+,可选用的化学试剂为KSCN；
（3）由硼酸的离解方程式知，硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子，而三价硼原子最多只能再形成一个配位键，且硼酸不能完全解离，所以硼酸为一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是将B(OH)−4转化为H3BO3，并促进H3BO3析出；
（4）沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg2+反应生成Mg(OH)2∙MgCO3，沉镁过程的离子反应为：2Mg2++2H2O+3CO32-=Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3-；母液加热分解后生成硫酸铵溶液，可以返回“溶浸”工序循环使用；碱式碳酸镁不稳定，高温下可以分解，故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。
【2017全国Ⅲ】重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：
（1）步骤①的主要反应为：
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________。
（2）滤渣1中含量最多的金属元素是____________，滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。
（3）步骤④调滤液2的pH使之变____________（填“大”或“小”），原因是___________________（用离子方程式表示）。
（4）有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到___________（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80℃ b．60℃ c．40℃ d．10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
（5）某工厂用m1 kg 铬铁矿粉（含Cr2O3 40%）制备K2Cr2O7，最终得到产品 m2 kg，产率为________。
【答案】（1）2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
（2）铁 Al(OH)3
（3）小 2
（4）d 复分解反应
（5）
【解析】（1）FeO·Cr2O3是还原剂，氧化产物为Na2CrO4和Fe2O3，每摩转移7 mol电子，而NaNO3是氧化剂，还原产物为NaNO2，每摩转移2 mol电子，根据电子守恒可知，FeO·Cr2O3和NaNO3的系数比为2∶7；陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
（2）熔块中氧化铁不溶于水，过滤后进入滤渣1，则滤渣1中含量最多的金属元素是铁；滤液1中含有AlO2−、SiO32−及CrO42−，调节溶液pH并过滤后得滤渣2为Al(OH)3及含硅杂质。[来源:学。科。网]
（3）滤液2调节pH的目的是提高溶液的酸性，pH变小；因为溶液中存在2CrO42−+2H+
（4）由图示可知，在10 ℃左右时，得到K2Cr2O7的固体最多；2KCl+Na2Cr2O7=K2Cr2O7↓+2NaCl的反应类型为复分解反应。
（5）样品中Cr2O3的质量为m1×40% kg，则生成K2Cr2O7的理论质量为m1×40% kg×
【名师点睛】考查无机制备的工艺流程，涉及氧化还原反应、离子方程式配平、盐类水解的应用及混合物的分离与提纯等，解题时要求对整个流程进行认识分析，对流程中每一个反应的原理和操作的目的要理解清楚。
【2017全国Ⅰ】Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备
回答下列问题：
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。
（2）“酸浸”后，钛主要以
（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率%
92
95
97
93
88
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因__________________。
（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。
（5）若“滤液②”中
（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。
【答案】（1）100℃、2h，90℃，5h
（2）FeTiO3+ 4H++4Cl− = Fe2++
（3）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
（4）4
（5）Fe3+恰好沉淀完全时，c(
（6）2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O4
【解析】（1）由图示可知，“酸浸”时铁的净出率为70%时，则应选择在100℃、2h，90℃，5h下进行；
（2）“酸浸”时用盐酸溶解FeTiO3生成
（3）温度是影响速率的主要因素，但H2O2在高温下易分解、氨水易挥发，即原因是低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降；
（4）Li2Ti5O15中Li为+1价，O为–2价，Ti为+4价，过氧根(
（5）Ksp[FePO4]=c(Fe3+)×c(
（6）高温下FePO4与Li2CO3和H2C2O4混合加热可得LiFePO4，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式为2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O4