高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題講座二 無機化工流程題解題方法指導(dǎo)

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1、▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌精誠凝聚 =^_^= 成就夢想 ▁▂▃▄▅▆▇█▉▊▋▌ 專題講座二　無機化工流程題解題方法指導(dǎo) 一、解題策略 化工流程中常見的操作與名詞 化工流程題目在流程上一般分為3個過程： ―→―→ (1)原料處理階段的常見考點與常見名詞 ①加快反應(yīng)速率 ②溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等 水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出：固體加水(酸)溶解得到離子 浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) 酸浸：在酸溶液中反應(yīng)使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程 ③灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下

2、氧化、分解 ④控制反應(yīng)條件的方法 (2)分離提純階段的常見考點 ①調(diào)pH值除雜 a．控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀 例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示 物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應(yīng)該怎樣做？ 提示：先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH到3.7。 b．調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點： 能與H＋反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。 例如：若要除去Cu2＋溶液中混

3、有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。 ②試劑除雜 ③加熱：加快反應(yīng)速率或促進平衡向某個方向移動 如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物，則要注意對溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)。 ④降溫：防止某物質(zhì)在高溫時會溶解(或分解)、為使化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動 ⑤萃取 (3)獲得產(chǎn)品階段的常見考點 ①洗滌(冰水、熱水)：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 ②蒸發(fā)、反應(yīng)時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出

4、FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。 ③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。 ④蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 ⑤重結(jié)晶 (4)其他常見考點 ①化學(xué)方程式?、趯嶒瀮x器?、塾嬎恪、苄畔? 二、熱點題型探究 熱點1　堿金屬及其礦物的開發(fā)利用 [例1]　(2012廣東理綜，32)難溶性雜鹵石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡： K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O 為能充分利用鉀資源，用飽和Ca(O

5、H)2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下： (1)濾渣主要成分有________和________以及未溶雜鹵石。 (2)用化學(xué)平衡移動原理解釋Ca(OH)2溶液能溶解雜鹵石浸出K＋的原因：________________ ________________________________________________________。 (3)“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入________溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入__________溶液調(diào)濾液pH至中性。 (4)不同溫度下，K＋的浸出濃度與溶浸時間的關(guān)系見下圖。由圖可得，隨著溫度升高，①___________________

6、_____________________________________________________， ②__________________。 (5)有人以可溶性碳酸鹽為溶浸劑，則溶浸過程中會發(fā)生：CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO 已知298 K時，Ksp(CaCO3)＝2.8010－9，Ksp(CaSO4)＝4.9010－5，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 解析　解題時，要依據(jù)制備K2SO4的工藝流程，結(jié)合物質(zhì)的分離與提純的原則進行分析。 (1)雜鹵石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，CaS

7、O4微溶于水，過濾后，濾渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的雜鹵石。 (2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)減小，雜鹵石的溶解平衡正向移動，同時c(Ca2＋)與c(SO)均增大，從而析出CaSO4沉淀，K＋留在濾液中。 (3)濾液中含有Ca2＋、OH－，可先加入過量K2CO3溶液，除去Ca2＋，過濾后，再加入稀H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH至中性。 (4)由圖可知，隨著溫度升高，溶浸平衡向右移動，K＋的溶浸速率增大。 (5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常數(shù)K＝。CaCO3(s)、CaSO4(s)分別存在沉淀

8、溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，則有Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)c(CO)＝2.8010－9，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)c(SO)＝4.9010－5，那么K＝＝＝＝＝1.75104。 答案　(1)Mg(OH)2　CaSO4 (2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋濃度減小，平衡正向移動，K＋增多 (3)K2CO3　H2SO4 (4)①溶浸平衡向右移動?、贙＋的溶浸速率增大 (5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常數(shù)K＝，據(jù)

9、Ksp(CaSO4)、Ksp(CaCO3)可知，c(SO)＝，c(CO)＝，則有K＝＝＝＝ 1．75104。 要求用理論回答的試題，應(yīng)采用“四段論法”：改變了什么條件(或是什么條件)→根據(jù)什么理論→有什么變化→得出什么結(jié)論。 [精練1]　KNO3是重要的化工產(chǎn)品，下面是一種已獲得專利的KNO3制備方法的主要步驟： (1)反應(yīng)Ⅰ中，CaSO4與NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1∶2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。 (2)反應(yīng)Ⅱ需在干態(tài)、加熱的條件

10、下進行，加熱的目的是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 從反應(yīng)Ⅳ所得混合物中分離出CaSO4的方法是趁熱過濾，趁熱過濾的目的是________________________________________________________________________。 (3)檢驗反應(yīng)Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取

11、少量K2SO4樣品溶解于水，________________________________________________________________________。 (4)整個流程中，可循環(huán)利用的物質(zhì)除(NH4)2SO4外，還有________(填化學(xué)式)。 答案　(1)CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑ (2)加快化學(xué)反應(yīng)速率，分離NH4Cl與K2SO4　防止KNO3結(jié)晶，提高KNO3的產(chǎn)率 (3)加入Ba(NO3)2溶液至不再產(chǎn)生沉淀，靜置，向上層清液中滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，說明K2SO4中混有KCl　(4)C

12、aSO4、KNO3 熱點2　鎂、鋁及其礦物的開發(fā)利用 [例2]　[2013江蘇，16(1)(2)(3)]氧化鎂在醫(yī)藥、建筑等行業(yè)應(yīng)用廣泛。硫酸鎂還原熱解制備高純氧化鎂是一種新的探索。以菱鎂礦(主要成分為MgCO3，含少量FeCO3)為原料制備高純氧化鎂的實驗流程如下： (1)MgCO3與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式為________________________。 (2)加入H2O2氧化時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。 (3)濾渣2的成分是________________(填化學(xué)式)。 解析　明晰流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程： 答案　(1)M

13、gCO3＋2H＋===Mg2＋＋CO2↑＋H2O (2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋2H2O (3)Fe(OH)3 首尾分析法：對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。關(guān)鍵在于認真對比分析原料與產(chǎn)品的組成，從中找出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施。當(dāng)把生產(chǎn)的主線弄清楚了，圍繞生

14、產(chǎn)主線所設(shè)計的系列問題也就可以解答了。 [精練2]　鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。某學(xué)校課外興趣小組從海水曬鹽后的鹽鹵(主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等)中模擬工業(yè)生產(chǎn)來提取鎂，主要過程如下： 回答下列問題： (1)工業(yè)上從鹽鹵中獲取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是________________________________________________________________________。 (2)從過程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是先將沉淀加

15、入到盛有________溶液的燒杯中，充分攪拌后經(jīng)__________、______(填操作方法)可得純凈的Mg(OH)2。 (3)下圖是該興趣小組設(shè)計進行過程③的實驗裝置圖： 其中裝置A的作用是_________________________________________________________。 (4)寫出過程④中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________________。 答案　(1)石灰乳原料豐富，成本低 (2) MgCl2　過濾　洗滌 (3)制備干燥的HCl氣體 (4) MgCl2(熔融)Mg ＋Cl2↑ 熱

16、點3　鐵、銅及其礦物的開發(fā)利用 [例3]　工業(yè)上由黃銅礦(主要成分為CuFeS2)冶煉銅的主要流程如下： (1)步驟Ⅰ是在反射爐中進行的。把黃銅礦和石英砂混合加熱到1 000 ℃左右，黃銅礦與空氣反應(yīng)生成Cu和Fe的低價硫化物，且部分Fe的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r氧化物。該過程中兩個主要反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是________________、________________。 (2)步驟Ⅱ是在轉(zhuǎn)爐中發(fā)生的。冰銅含Cu量為20%～50%。轉(zhuǎn)爐中，將冰銅加熔劑(石英砂)，在1 200 ℃左右吹入空氣進行吹煉。冰銅中的Cu2S被氧化為Cu2O。生成的Cu2O與Cu2S反應(yīng)，生成含Cu量約為98.5

17、%的泡銅，該過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式分別是__________________、__________________。氣體A中的大氣污染物可選用下列試劑中的________(填字母)吸收。 a．濃硫酸 b．稀硝酸 c．NaOH溶液 d．氨水 (3)步驟Ⅲ是由泡銅冶煉粗銅的反應(yīng)，反應(yīng)方程式為_________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用稀硝酸浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈血紅色，說明溶液中

18、存在________(填離子符號)，檢驗溶液中還存在Fe2＋的方法是______________________________ __________________________________________________________________________________________________________________(注明試劑、現(xiàn)象)。 解析　(1)根據(jù)問題(1)信息中的反應(yīng)物和生成物以及氧化還原反應(yīng)的規(guī)律可寫出兩個化學(xué)方程式。 (2)氣體A中含有SO2，SO2是酸性氧化物，選用堿性溶液吸收。 (3)由泡銅制取粗銅，是Cu2O和Al發(fā)生氧化還原反

19、應(yīng)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的配平方法進行配平可得化學(xué)反應(yīng)方程式為3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu。 (4)向溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈血紅色，可推知溶液中一定含有Fe3＋；要檢驗溶液中還含有Fe2＋，可利用其還原性，具體操作：取適量酸性KMnO4溶液置于試管中，滴入幾滴該溶液，若酸性KMnO4溶液褪色或顏色變淺，說明該溶液中含有Fe2＋。 答案　(1)2CuFeS2＋O2Cu2S＋2FeS＋SO2 2FeS＋3O22FeO＋2SO2 (2)2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2 2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑　cd (3)3Cu2O＋2AlAl2O3＋6Cu (4)Fe3

20、＋　可取適量酸性KMnO4溶液置于試管中，滴入幾滴該溶液，若酸性KMnO4溶液褪色或顏色變淺，說明該溶液中含有Fe2＋ 　解答無機化工流程圖題的策略 1．粗讀題干，挖掘圖示 圖示中一般會呈現(xiàn)超出教材范圍的知識，但題目中往往會有提示或者問題中不涉及，所以一定要關(guān)注題目的每一個關(guān)鍵字，盡量弄懂流程圖，但不必將每一種物質(zhì)都推出，只需問什么推什么。如制備類無機化工題，可粗讀試題，知道題目制取什么、大致流程和有什么提示等。 2．?dāng)y帶問題，精讀信息 這里信息包括三個方面：一是主干，二是流程圖示，三是設(shè)置問題。讀主干抓住關(guān)鍵字、詞；讀流程圖，重點抓住物質(zhì)流向(“進入”與“流出”)、實驗操作方法

21、等。 3．跳躍思維，規(guī)范答題 答題時應(yīng)注意前后問題往往沒有“相關(guān)性”，即前一問未答出，不會影響后面答題。 [精練3]　實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO47H2O)，主要工藝流程如下。 (1)將過程②產(chǎn)生的氣體通入下列溶液中，溶液會褪色的是________(填字母)。 A．品紅溶液 B．紫色石蕊溶液 C．酸性KMnO4溶液 D．溴水 (2)過程①中，F(xiàn)eS、O2和H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________ __________________

22、______________________________________________________________________________________________。 (3)過程③中需加入的物質(zhì)是________________。 (4)過程④中，蒸發(fā)結(jié)晶時需使用的儀器除酒精燈、三腳架外，還需要________________。 (5)過程⑤調(diào)節(jié)pH可選用下列試劑中的________(填字母)。 A．稀硫酸 B．CaCO3 C．NaOH溶液 答案　(1)ACD (2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S (3)鐵粉　

23、(4)蒸發(fā)皿、玻璃棒　(5)C 解析　(1)SO2具有漂白性，能使品紅褪色，SO2有還原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化，而使它們褪色。(3)溶液X為Fe2(SO4)3，需加入還原劑將Fe3＋還原為Fe2＋，又不帶入雜質(zhì)離子，故需加入鐵粉。(5)過程⑤中需將酸消耗而調(diào)高pH，而CaCO3跟硫酸反應(yīng)會生成微溶于水的CaSO4，阻止反應(yīng)的繼續(xù)進行。 熱點4　其他金屬及化合物的制取 [例4]　硫酸鉛(PbSO4)廣泛應(yīng)用于制造鉛蓄電池、白色顏料等。利用方鉛礦精礦(PbS)直接制備硫酸鉛粉末的流程如下： 已知：(ⅰ)PbCl2(s)＋2Cl－(aq)PbCl(aq)　ΔH＞0 (

24、ⅱ)Ksp(PbSO4)＝1.0810－8，Ksp(PbCl2)＝1.610－5 (ⅲ)Fe3＋、Pb2＋以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH值分別為3.2、7.04 (1)步驟Ⅰ中生成PbCl2和S的離子方程式為____________________________，加入鹽酸的另一個目的是為了控制pH值在0.5～1.0，原因是_______________________________________ _________________________________。 (2)用化學(xué)平衡移動的原理解釋步驟Ⅱ中使用冰水浴的原因____________________________

25、。 (3)寫出PbCl2晶體轉(zhuǎn)化為PbSO4沉淀的離子方程式____________________________。 (4)請用離子方程式解釋濾液2加入H2O2可循環(huán)利用的原因________________________，濾液3是__________。 (5)鉛蓄電池的電解液是硫酸，充電后兩個電極上沉積的PbSO4分別轉(zhuǎn)化為PbO2和Pb，充電時陰極的電極反應(yīng)式為__________________________。 答案　(1)PbS＋2Fe3＋＋2Cl－===PbCl2＋2Fe2＋＋S　抑制Fe3＋、Pb2＋的水解 (2)PbCl2(s)＋2Cl－(aq)PbCl(aq

26、)為吸熱反應(yīng)，冰水浴降低溫度，平衡逆向移動，使PbCl不斷轉(zhuǎn)化為PbCl2晶體而析出 (3)PbCl2(s)＋SO(aq)PbSO4(s)＋2Cl－(aq) (4)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　鹽酸 (5)PbSO4＋2e－===Pb＋SO 解題指導(dǎo)　該題是以考查物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系為目的的化工流程題。解答這類試題關(guān)鍵是能整合題干、流程和問題中的信息，確定每一步的反應(yīng)物和生成物，最后再依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，逐一解答問題。如該題第(1)問：從流程和問題信息可得到步驟Ⅰ的物質(zhì)變化是Fe3＋氧化PbS生成單質(zhì)硫，本身被還原為Fe2＋，從而順利寫出該步反應(yīng)的離子方程式。 結(jié)

27、合已有知識和已知信息(ⅲ)可知Fe3＋、Pb2＋易水解，即可從水解平衡移動的角度回答加鹽酸的目的。 第(2)問：結(jié)合已知(ⅰ)信息和步驟獲得的產(chǎn)品為PbCl2晶體，回答冰水浴的目的肯定要從平衡逆向移動的角度突破。第(3)問結(jié)合已知(ⅱ)信息，步驟Ⅲ是沉淀的轉(zhuǎn)化。 [精練4]　[2013山東理綜，30(2)]TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料，又是一種性能優(yōu)異的白色顏料。 工業(yè)上由鈦鐵礦(FeTiO3)(含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質(zhì))制備TiO2的有關(guān)反應(yīng)包括： 酸溶　FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l) 水解　TiO

28、SO4(aq)＋2H2O(l)H2TiO3(s)＋H2SO4(aq) 簡要工藝流程如下： ①試劑A為________。鈦液Ⅰ需冷卻至70 ℃左右，若溫度過高會導(dǎo)致產(chǎn)品TiO2收率降低，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加H2O2后出現(xiàn)微紅色，說

29、明H2TiO3中存在的雜質(zhì)離子是__________。這種H2TiO3即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO2也會發(fā)黃，發(fā)黃的雜質(zhì)是__________(填化學(xué)式)。 答案　①Fe　溫度過高會導(dǎo)致TiOSO4提前水解，產(chǎn)生H2TiO3沉淀 ②Fe2＋　Fe2O3 解析?、兮佽F礦中的Fe2O3與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵，加入試劑A后的其中一種產(chǎn)物是硫酸亞鐵，則試劑A是鐵粉。②加入KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，說明不含F(xiàn)e3＋，加入H2O2后變紅說明含有Fe2＋。這種H2TiO3中含有FeSO4，則煅燒后會產(chǎn)生少量的Fe2O3而使TiO2顯黃色。 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓點亮心燈 ~~~///(^v^)\\\~~~ 照亮人生 ▃ ▄ ▅ ▆ ▇ █ █ ■ ▓