2019届高考化学二轮复习元素化合物的综合应用(二)——化学工艺流程题学案

2019届高考化学二轮复习元素化合物的综合应用(二)——化学工艺流程题学案

微专题5　元素化合物的综合应用(二)——化学工艺流程题 ‎1.解题要领必备 解答工艺流程综合题的关键是分析流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，需要宏观把握整个流程，可针对问题分析细节，不必把每个环节的原理都弄清。总体方法：关注箭头的指向(聚焦局部，箭头指入——反应物，箭头指出——生成物)、前后追溯物质(放大局部)、考虑反应实际(物质性质、试剂用量)。‎ ‎2.识记化工术语 关键词 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 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 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 水浸 与水接触反应或溶解 过滤 固体与液体的分离 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 蒸发 结晶 蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出 蒸发 浓缩 蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度 水洗 用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等 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)‎ ‎‎ ‎3.常见操作的答题考虑角度 常见的操作 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；‎ 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)‎ 在空气中或在 其他气体中进行 的反应或操作 要考虑O2、H2O、CO2或其他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 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防止副反应的发生 ‎②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ‎③控制固体的溶解与结晶 ‎④控制反应速率：使催化剂达到最大活性 ‎⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ‎⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ‎⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ‎⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求 洗涤晶体 ‎①水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 ‎②“冰水洗涤”：能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗 ‎③用特定的有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度有利于析出，减少损耗等 ‎④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 表面处理 用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等 ‎1.[2018·全国卷Ⅰ，27(1)(2)]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：‎ ‎①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。‎ ‎②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O ‎(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液 解析　(1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。‎ ‎(2)①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液反应生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。‎ ‎2.(2018·全国卷Ⅱ，26)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：‎ 相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：‎ 金属离子 Fe3＋‎ Fe2＋‎ Zn2＋‎ Cd2＋‎ 开始沉淀的pH ‎1.5‎ ‎6.3‎ ‎6.2‎ ‎7.4‎ 沉淀完全的pH ‎2.8‎ ‎8.3‎ ‎8.2‎ ‎9.4‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为______________________。‎ ‎(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________；氧化除杂工序中ZnO的作用是________________________________________________________________________，‎ 若不通入氧气，其后果是__________________________________________________。‎ ‎(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为________________________；沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。‎ 答案　(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2‎ ‎(2)PbSO4　调节溶液的pH　无法除去杂质Fe2＋‎ ‎(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋　(4)Zn2＋＋2e－===Zn　溶浸 解析　(1)闪锌矿的主要成分是ZnS，所以高温焙烧过程中主要反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2。‎ ‎(2)闪锌矿焙烧后的主要成分变为ZnO，还存在少量SiO2、Fe2O3、CdO、PbO，加稀H2SO4后，发生一系列化学反应：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O、Fe2O3＋3H2SO4===Fe2(SO4)3＋3H2O、CdO＋H2SO4===CdSO4＋H2O、PbO＋H2SO4===PbSO4＋H2O。其中SiO2和PbSO4不溶于水，以沉淀的形式沉降下来，所以滤渣1的主要成分是SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中ZnO的作用是调节溶液的pH在2.8～6.2，使Fe3＋完全转变为Fe(OH)3沉淀；通入O2的目的是使溶液中的Fe2＋转化为Fe3＋，有利于除杂，若不通入O2，无法除去溶液中的杂质Fe2＋。‎ ‎(3)溶液中的Cd2＋与加入的Zn粉反应而被除去，反应的离子方程式为Zn＋Cd2＋===Zn2＋＋Cd。‎ ‎(4)电解ZnSO4溶液制备单质Zn时，阴极放电的是Zn2＋和H＋。因为溶液中的Zn2＋浓度较大，所以阴极电极反应式应该是Zn2＋＋2e－===Zn，阳极放电的是OH－，电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。沉积锌后的溶液应该是ZnSO4和稀H2SO4，可返回到溶浸工序循环使用。‎ ‎3.[2018·全国卷Ⅲ，27(1)(2)]KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：‎ ‎(1)KIO3的化学名称是________。‎ ‎(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：‎ ‎“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是__________________。“滤液”中的溶质主要是__________。“调pH”中发生反应的化学方程式为__________________。‎ 答案　(1)碘酸钾　(2)加热　KCl　KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)‎ 解析　(2)Cl2的溶解度随温度的升高而降低，所以可以用加热的方法来达到“逐Cl2”的目的；KH(IO3)2和KCl的分离可以根据溶解度的不同，采用结晶法分离，滤液中的溶质主要是KCl，要使KH(IO3)2转化为KIO3，可以加入KOH调节pH。发生反应：KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O，从而避免引入新的杂质离子。‎ ‎4.(2017·全国卷Ⅰ，27)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，工艺流程如下：‎ 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TiOCl形式存在，写出相应反应的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(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c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？________________________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________(列式计算)。‎ FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10－22、1.0×10－24。‎ ‎(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________________。‎ 答案　(1)100 ℃、2 h或90 ℃、5 h ‎(2)FeTiO3＋ 4H＋＋ 4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O ‎(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(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1，c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40HB 答案　B 解析　将过量的过氧化钠投入滴有酚酞溶液的水中，反应中生成NaOH，溶液显碱性，溶液先变红色，但Na2O2有强氧化性，最终溶液变为无色，A错误；向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体，在酸性条件下，硝酸能够把SO2气体氧化为硫酸根离子，硫酸根离子与钡离子反应产生硫酸钡白色沉淀，体现了SO2气体的还原性，B正确；铁离子具有强氧化性，能够把金属铜氧化为铜离子，铁离子被还原为亚铁离子，发生了氧化还原反应，不是置换反应，C错误；形成盐的酸根离子对应的酸越弱，盐水解能力越强，由于pH(NaB)10－6 mol·L－1，所以pH不超过6。‎ ‎(4)钛酸煅烧得中间产物的化学方程式为H2TiO3(s)TiO2(s)＋H2O(g)‎ ‎，上述工艺流程中钛酸煅烧得到的中间产物与Cl2和焦炭在900 ℃时反应生成TiCl4，所以生成TiCl4的化学方程式为2Cl2＋TiO2＋CTiCl4＋CO2(或2Cl2＋TiO2＋2CTiCl4＋2CO)。若要TiO2(s)与Cl2(g)高温条件下直接反应生成TiCl4(l)和O2(g)，该反应极难进行，当向反应体系中加入焦炭后，根据化学平衡移动原理：①C与O2反应减小了O2的浓度使平衡向右移动；②C与O2反应放热，温度升高使平衡向右移动，促使反应顺利进行。‎