2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第8章 专题讲座六 无机化工流程题的解题策略

2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第8章 专题讲座六 无机化工流程题的解题策略

专题讲座六　无机化工流程题的解题策略 考纲研读　1.培养从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。‎ 一、工业流程题的结构 二、工业流程题分类突破 题型一　物质制备类化工流程题 ‎1．核心反应——陌生方程式的书写 关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。‎ ‎(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，①判断产物，②根据化合价升降相等配平。‎ ‎(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。‎ ‎2．原料的预处理 ‎(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。‎ 水浸 与水接触反应或溶解 浸出 固体加水(酸)溶解得到离子 酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)‎ ‎(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。‎ ‎(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。‎ ‎3．常用的控制反应条件的方法 ‎(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：‎ ‎①能与H＋反应，使溶液pH增大；‎ ‎②不引入新杂质。‎ 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。‎ ‎(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。‎ ‎(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。‎ ‎(4)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。‎ ‎[例1]　(2016·全国卷Ⅰ，28)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)NaClO2中Cl的化合价为________。‎ ‎(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式：_____________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是________。‎ ‎(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为______，该反应中氧化产物是________。‎ ‎(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为________。(计算结果保留两位小数)‎ ‎[解题流程]‎ 第一步：读题目，明确目的——制备NaClO2‎ 第二步：审流程，分块破题——拆分工艺流程 第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。‎ ‎[得分秘籍]‎ ‎(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。‎ ‎(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。‎ 答案　(1)＋3　(2)2NaClO3＋H2SO4＋SO2===2NaHSO4＋2ClO2‎ ‎(3)NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO(或NaClO2)　(4)2∶1　O2　(5)1.57‎ 题型二　提纯类化工流程题 ‎1．明确常用的提纯方法 ‎(1)水溶法：除去可溶性杂质。‎ ‎(2)酸溶法：除去碱性杂质。‎ ‎(3)碱溶法：除去酸性杂质。‎ ‎(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。‎ ‎(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。‎ ‎(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。‎ ‎2．明确常用的分离方法 ‎(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。‎ ‎(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。‎ ‎(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。‎ ‎(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。‎ ‎(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。‎ ‎(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。‎ ‎[例2]　(2020·山东等级模拟考，19)普通立德粉(BaSO4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下：‎ ‎(1)生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，原因是___________________________。‎ ‎(2)加入锌粉的主要目的是______________________________________(用离子方程式表示)。‎ ‎(3)已知KMnO4在酸性溶液中被还原为Mn2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在 碱性溶液中被还原为MnO。据流程判断，加入KMnO4时溶液的pH应调至________；‎ a．2.2～2.4　　　　b．5.2～5.4　　　　c．12.2～12.4‎ 滤渣Ⅲ的成分为________。‎ ‎(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是_____________________________________________；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是___________________________________。‎ ‎(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%，高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉，所选试剂为____________，反应的化学方程式为____________(已知BaSO4相对分子质量为233，ZnS相对分子质量为97)。‎ 答案　(1)防止产生H2的浓度过大而发生爆炸 ‎(2)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑‎ ‎(3)b　Fe(OH)3、MnO2‎ ‎(4)防止C粉过量，进而形成CO　O2可能将BaS氧化为SO2，污染环境 ‎(5)ZnSO4、BaS、Na2S　4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4‎ 解析　(3)反应的目的是除掉Fe2＋，但该过程不能引入新的杂质，故MnO不能转化为Mn2＋或MnO，需将溶液调节至弱酸性。(5)设ZnS为x mol，BaSO4为y mol，＝62.5%，解得x∶y＝4∶1。‎ ‎1．(2019·原创预测卷九)甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]是新一代畜禽饲料补铁添加剂。某实验小组以硫酸亚铁为铁源制备甘氨酸亚铁，其简要流程如下。‎ 已知相关物质的信息如下：‎ 甘氨酸 ‎(NH2CH2COOH)‎ 柠檬酸 ‎(3羟基1,3,5戊三酸)‎ 甘氨酸亚铁[(NH2CH2COO)2Fe]‎ 易溶于水，微溶于乙醇，具有两性 易溶于水和乙醇，具有较强的酸性和还原性 浅黄褐绿色结晶粉末，易溶于水，难溶于乙醇，结构如下图：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)步骤(a)中加入铁粉的作用是___________________________________________________；‎ 写出生成沉淀的化学方程式：______________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________________。‎ ‎(2)步骤(b)中为了提高甘氨酸亚铁的产率，需要控制溶液的pH在5.5～6.0之间，pH过低甘氨酸亚铁产率将下降，其原因为_____________________________________；柠檬酸的作用包括________(填字母)。‎ A．调节溶液的pH B．除去步骤(a)中加入的铁粉 C．防止Fe2＋被氧化 D．促进沉淀的溶解，加快反应速率 ‎(3)步骤(b)中趁热过滤的目的是_________________________________________________。‎ ‎(4)步骤(c)中加入乙醇的目的是__________________________________________________。‎ ‎(5)产品中Fe2＋含量的检测：称取m g样品溶解于适量蒸馏水中，配制成100.0 mL溶液。用移液管取出25.00 mL溶液于锥形瓶中，向其中加入一定量混酸X进行酸化，用c mol·L－1的KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液的体积为V mL。‎ ‎①混酸X可以是________(填字母)。‎ A．HCl和H2SO4 B．HCl和H3PO4‎ C．H2SO4和H3PO4 D．H2SO4和HNO3‎ E．HCl和HNO3‎ ‎②滴定终点的现象为_____________________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________________。‎ ‎③据此计算Fe2＋的质量分数为_____________________________________________________。‎ 答案　(1)防止Fe2＋被氧化 FeSO4＋2NH4HCO3===FeCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑‎ ‎(2)H＋会与NH2CH2COOH反应，不利于甘氨酸亚铁的生成　ACD ‎(3)除去铁粉，减少因温度降低甘氨酸亚铁析出带来的损失 ‎(4)降低甘氨酸亚铁的损失 ‎(5)①C　②当滴入最后一滴标准溶液时，溶液变为紫色或浅紫色，且半分钟内不变色　③×100%‎ 解析　(1)Fe2＋在空气中易被氧化，加入Fe粉可防止其被氧化；Fe2＋与HCO电离出的CO结合，H＋再和过量的HCO反应生成CO2。‎ ‎(2)NH2CH2COOH中有碱性基团—NH2，可以和H＋反应，故pH应控制在5.5～6.0之间。‎ ‎(4)甘氨酸亚铁难溶于乙醇，加入乙醇可降低其损失。‎ ‎(5)①HCl有还原性、HNO3有氧化性，两者都会影响滴定结果，故选C；③由关系式MnO～5Fe2＋可得n(Fe2＋)＝5cV×10－3mol，则Fe2＋的质量分数为×100%＝×100%。‎ ‎2．(2019·山东德州一模)金属Co、Ni性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3)提取钴、镍的工艺如下：‎ ‎(1)酸浸时SO2的作用是__________________________________________________________。‎ ‎(2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_______________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________________。‎ ‎(3)有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOH＋MHNi(OH)2＋M，电池放电时正极的电极反应式为_____________________________________________。‎ ‎(4)用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均为＋2价)。如图是用两种不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10 ℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。‎ ‎①H2O2的电子式________________。‎ ‎②由图中信息可知：________法制取的催化剂活性更高。‎ ‎③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。‎ ‎(5)已知煅烧CoCO3时，温度不同，产物不同。在400 ℃充分煅烧CoCO3，得到固体氧化物的质量为2.41 g，CO2的体积为0.672 L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为__________。‎ 答案　(1)还原剂(或将Co3＋还原为Co2＋)‎ ‎(2)2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑‎ ‎(3)NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－‎ ‎(4)①　②微波水热　③Co2＋‎ ‎(5)Co3O4‎ 解析　(1)从流程图可知，在酸浸过程中Co2O3转化为Co2＋，故SO2为还原剂。‎ ‎(2)Al3＋与CO会发生相互促进的水解反应生成Al(OH)3沉淀和CO2气体：2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑。‎ ‎(3)从电池的总反应方程式可知，该电池为碱性电池，放电过程中正极NiOOH转化为Ni(OH)2：NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。‎ ‎(4)②从图像可知，微波水热法制取的催化剂的催化效果更好。③x值越大，Co2＋的含量越大，H2O2分解的相对初始速率越大，故Co2＋的催化效果更好。‎ ‎(5)根据元素守恒，n(Co)＝n(CO2)＝＝0.03 mol，m(Co)＝0.03 mol×59 g·mol－1＝1.77 g；该氧化物中氧原子的质量；m(O)＝2.41 g－1.77 g＝0.64 g，n(O)＝＝0.04 mol，所以该氧化物的化学方程式为Co3O4。‎ ‎3．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：‎ 已知：①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表 金属阳离子 Fe3＋‎ Al3＋‎ Mn2＋‎ Mg2＋‎ 完全沉淀时的pH ‎3.2‎ ‎5.2‎ ‎10.4‎ ‎12.4‎ ‎②温度高于27 ℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。‎ ‎(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是_______________________________________________。‎ ‎(3)第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为__________(填化学式)，调pH至5～6所加的试剂，可选择________(填字母)。‎ a．CaO b．MgO c．Al2O3 d．氨水 ‎(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2＋的离子方程式：_____________________________________________________________，该反应的平衡常数数值为________。‎ ‎(已知：MnF2的Ksp＝5.3×10－3 mol3·L－3；CaF2的Ksp＝1.5×10－10 mol3·L－3；MgF2的Ksp＝7.4×10－11 mol3·L－3)‎ ‎(5)采用“趁热过滤”操作的原因是________________________________________________。‎ ‎(6)取少量MnSO4·H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是____________‎ ‎_____________________________(用离子方程式表示)。‎ 答案　(1)MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋‎ ‎(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋‎ ‎(3)Al(OH)3、Fe(OH)3　ab ‎(4)MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2　7.2×107‎ ‎(5)减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品 ‎(6)Mn2＋＋2H2OMn(OH)2＋2H＋‎ 解析　(1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋。‎ ‎(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，过滤将沉淀除去。‎ ‎(3)第1步除杂时调整溶液的pH在5～6，可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分别形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成滤渣1的主要成分为Al(OH)3、Fe(OH)3；在调pH至5～6时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO，a、b正确。‎ ‎(4)第2步除杂，主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应的氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2＋的离子方程式是MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2；该反应的平衡常数K＝＝＝≈7.2×107。‎ ‎(5)由已知②温度高于27 ℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4·H2O在水中的溶解，得到更多产品。‎ ‎(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2＋发生水解反应。‎