高考化学一轮复习讲义专题讲座4无机化工流程题复习策略与解题方法指导

高考化学一轮复习讲义专题讲座4无机化工流程题复习策略与解题方法指导

专题讲座四　无机化工流程题复习策略与解题方法指导 ‎1．无机化工流程题的特点 无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。‎ 这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像 这类题常围绕以下几个知识点进行设问：‎ ‎(1)反应速率与平衡理论的运用；‎ 反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等 温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等 ‎(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；‎ ‎(3)利用控制pH分离除杂；‎ ‎(4)化学反应的能量变化；‎ ‎(5)实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；‎ ‎(6)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；‎ ‎(7)环境保护与绿色化学评价。‎ ‎2．工业生产流程主线 规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制 ‎3．解答无机化工流程试题的程序 基本步骤：‎ ‎①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。②然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。③分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A、反应物是什么 B、发生了什么反应 C、该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。④从问题中获取信息，帮助解题。‎ 解题思路：‎ 明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点 ‎ ‎4．熟悉工业流程常见的操作与名词 工业流程题目在流程上一般分为3个过程：‎ →→ ‎(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词 ‎①加快反应速率 ‎②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等 水浸：与水接触反应或溶解 浸出：固体加水(酸)溶解得到离子 浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)‎ 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 ‎③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解 ‎④控制反应条件的方法 ‎(2)分离提纯阶段的常见考点 ‎①调pH值除杂 a．控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示 物质 开始沉淀 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＋，应该怎样做？‎ 提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。‎ b．调节pH所需的物质一般应满足两点：‎ 能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。‎ 例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。‎ ‎②试剂除杂 ‎③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。‎ ‎④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动 ‎⑤萃取 ‎(3)获得产品阶段的常见考点：‎ ‎①洗涤(冰水、热水)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。‎ ‎②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。‎ ‎③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。‎ ‎④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。‎ ‎⑤重结晶 ‎(4)其他常见考点 ‎①化学方程式　②实验仪器　③计算　④信息 ‎ ‎5．注重答案的文字叙述规范 ‎(1)洗涤沉淀：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。‎ ‎(2)从溶液中得到晶体：蒸发浓缩－冷却结晶－过滤－洗涤－干燥。‎ ‎(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。‎ ‎(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。‎ ‎6．热点题型探究 热点1　碱金属及其矿物的开发利用 【例1】 碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO等杂质，提纯工艺流程如下：‎ 【例2】 已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)滤渣的主要成分为________________________________________________________。‎ ‎(2)“趁热过滤”的原因是____________________________________________________。‎ ‎(3)若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是_____________________________(写出一种)。‎ ‎(4)若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是___________________________。‎ ‎(5)已知：Na2CO3·10H2O (s)===Na2CO3(s)＋10H2O(g)　　ΔH1＝＋532.36 kJ·mol－1‎ Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3·H2O(s)＋9H2O(g)　　ΔH2＝＋473.63 kJ·mol－1‎ 写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式_____________________________________。‎ 方法技巧　首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。‎ 迁移应用1 锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2‎ 为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：‎ 已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：‎ 氢氧化物 Fe(OH)3‎ Al(OH)3‎ Mg(OH)2‎ 开始沉淀pH ‎2．7‎ ‎3．7‎ ‎9．6‎ 完全沉淀pH ‎3．7‎ ‎4．7‎ ‎11‎ ‎②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：‎ 温度/℃‎ ‎0‎ ‎10 ‎ ‎20 ‎ ‎50 ‎ ‎75 ‎ ‎100‎ Li2CO3的溶解度/g ‎1．539‎ ‎1．406‎ ‎1．329‎ ‎1．181‎ ‎0．866‎ ‎0．728‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：　　　　　　　。‎ ‎(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是________________________________________________。‎ ‎(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：____________________________________。‎ ‎(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀，写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称　　　　　，洗涤所得Li2CO3沉淀要使用　　　　　(选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是_____________________________________________________________________。‎ ‎(5)电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是_____________。‎ 热点2　镁、铝及其矿物的开发利用 ‎【例2】　高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：‎ 过氧化氢/氨水 硫酸铝溶液 ‎　 　　 ‎ ‎(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2＋。检验Fe2＋是否除尽的实验操作是________________________________。‎ ‎(2)通常条件下Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，除杂后溶液中c(Fe3＋)约为______________。‎ ‎(3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是______________。‎ ‎(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是____________________________________。‎ ‎(5)“分离”操作名称是______(填字母代号)。‎ A．蒸馏　　　　 B．分液　　　　 C．过滤 ‎(6)测定铵明矾组成的方法是：‎ a．称取0.453 0 g铵明矾样品，高温灼烧，得Al2O3固体0.102 0 g；‎ b．称取0.453 0 g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl2溶液，经陈化、过滤、灰化，得BaSO4 0.465 9 g。‎ c．称取0.453 0 g铵明矾样品，加入足量的NaOH溶液，加热，将产生的气体依次通过碱石灰和浓硫酸，浓硫酸增重0.017 0 g。‎ 则铵明矾的化学式为________________。‎ 迁移应用2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等)中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是_______________。‎ ‎(2)从过程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的方法是先将沉淀加入到盛有　　　　溶液的烧杯中，充分搅拌后经　　　　、　　　 (填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。‎ ‎(3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图：‎ 其中装置A的作用是_________________________________________________________。‎ ‎(4)写出过程④中发生反应的化学方程式_________________________________________。‎ 热点3　铁、铜及其矿物的开发利用 ‎【例3】　(2011·江苏，16)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·6H2O)的工艺流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，该反应的平衡常数表达式为K＝____________________；过量的SO2‎ 与NaOH溶液反应的化学方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是_______________________________、‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)通氯气氧化时，发生的主要反应的离子方程式为_______________________________；‎ 该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为_____________________。‎ ‎(写化学式)。‎ 迁移应用3 工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如下图所示：‎ 试根据上图转化回答下列问题：‎ ‎(1)工业生产Cl2时，尾气常用石灰乳吸收，而不用烧碱溶液吸收的原因是_____________。‎ ‎(2)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出反应的化学方程式_______________________。制备中当氯化完成后必须经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl↓)_________________________________________________。‎ ‎(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是__________________________________________，加入NaCl且过量的原因是_____________________________________________________。‎ ‎(4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是____________________________________。‎ ‎(5)实验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式________________________________________________________________。‎ 答案 ‎【例1】　(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3‎ ‎(2)使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长 ‎(3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤　(4)溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3中混有杂质；原因：“母液”中含有的离子有Ca2＋、Na＋、Cl－、SO2－4、OH－、CO2－3，当多次循环后，使得离子浓度不断增大，溶解时会生成CaSO4、Ca(OH)2、CaCO3等沉淀 ‎(5)Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)　ΔH＝＋58.73 kJ·mol－1‎ 迁移应用1　(1)Li2O·Al2O3·4SiO2‎ ‎(2)除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀　(3)Mg2＋＋2OH－= ==Mg(OH)2↓、Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓　(4)过滤　热水　Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗　(5)加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时产生O2(其他合理答案均可)‎ ‎【例2】　(1)取样，加适量H2O2溶液，振荡，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe2＋已除尽　(2)4.0×10－20 mol·L－1　(3)抑制Al3＋水解　(4)减少可溶性杂质的析出及Al3＋的水解　(5)C　(6)NH4Al(SO4)2·12H2O 迁移应用2　(1)石灰乳原料丰富，成本低 ‎(2) MgCl2　过滤　洗涤 ‎(3)制备干燥的HCl气体 ‎(4) MgCl2(熔融)Mg ＋Cl2↑‎ ‎【例3】　(1) SO2＋NaOH===NaHSO3‎ ‎(2)提高铁元素的浸出率　抑制Fe3＋水解 ‎(3)Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋ 　Cl2、HCl 迁移应用3　(1)石灰乳来源丰富，成本低，且反应结束后可得副产品漂白粉 ‎(2)CuCl2＋2NaCl＋Cu===2Na[CuCl2]‎ CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行 ‎(3)防止Cu2＋水解　增大NaCl的浓度有利于生成更多的Na[CuCl2]，提高产率 ‎(4)使CuCl尽快干燥，防止被空气氧化 ‎(5)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2O2CuCl↓＋4H＋＋SO2－4‎