2017高考化学无机流程辅导讲义

2017高考化学无机流程辅导讲义

教师辅导讲义 授课主题 无机流程题 教学目的 ‎1、了解金属冶炼的基本方法，能够选择合理的方法冶炼金属。‎ ‎2、掌握海水资源的综合开发与利用。能够从海水中得到Mg、I2、Br2等物质。了解氯碱工业。‎ ‎3、了解合金的概念及其重要应用。‎ 教学重难点 化学方程式书写 授课日期及时段 教学内容 ‎ 上节课复习与回顾 ‎ 物质的性质与结构的常考考点有哪些？‎ ‎ 课程导入 ‎ 化学工艺流程题是近年高考命题的热点。化学工艺流程题，顾名思义，就是将化工生产过程中的主要生产阶段即生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，形成与化工生产紧密联系的化工工艺试题。工艺流程题的结构分题头、题干和题尾三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)；题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；题尾主要是根据生产过程中涉及到的化学知识设置成一系列问题，构成一道完整的化学试题。‎ ‎ ‎ 本节知识点讲解 知识点1 无机流程题考点 考点：化工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[来源:学_科_网Z_X_X_K]‎ 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：侯氏制碱中的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 ‎ 例题解析 ‎【例题】难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：‎ K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O 为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：‎ ‎（1）滤渣主要成分有________和________以及未溶杂卤石。‎ ‎（2）用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K＋的原因：_________________。‎ ‎（3）“除杂”环节中，先加入________溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_________溶液调滤液pH至中性。‎ ‎（4）不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系见右图。‎ 由图可得，随着温度升高，‎ ‎①________________，‎ ‎②__________________。‎ 巩固练习 ‎【练习1】普通钢中加入少量的钒(V))能极大地改善钢的弹性和强度，使钢材既耐高温又抗奇寒，因此它有“合金维生素”之称。'T业上回收废钒催化剂(含有V2O5、VOSO4、K2SO4 、SiO2) 中钒的主要流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）滤渣l的主要成分是 。‎ ‎（2）步骤中发生反应的离子方程式为 。‎ ‎（3）步骤的变化过程可简化为(HA表示有机萃取剂)：VOSO4 (水层)十2HAc（有机层)VOA2(有机层) 十H2 SO4 (水层)，则步骤中可选择硫酸作萃取剂的原因是 。萃取和反萃取在实验室里用到的玻璃仪器有 和 。‎ ‎（4）该工艺流程中，可以循环利用的物质除了氨气以外，还有 。‎ ‎（5）调节溶液pH，可将(VO2)SO4转变成NH4VO3沉淀。25℃时，当pH 为1. 7～1. 8 时，钒沉淀率为98. 8%，假设其它各步反应都完全进行，已知KC1O3 的还原产物是KCl，若每消耗1 mol KC1O3，理论上可回收金属钒 g(计算结果保留一位小数)。‎ 本知识点小结 知识点2 无机流程题的解题思路 ‎1．明确原始物质及目标产物。‎ ‎2．明确化工生产流程主线的特点 一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点：‎ ―→―→―→―→ 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。‎ ‎(1)流程的呈现主要有以物质转化为主线，以操作过程为主线，甚至有时候会以设备为主线。‎ ‎(2)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。‎ 解答无机化工流程试题的程序：‎ ‎(1)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。‎ ‎(2)流程具体分析：‎ 化工过程加某物质的可能作用：‎ ‎①参与反应：作为原料参加反应、作为除杂试剂、作为除污染试剂 ‎②提供氛围(关注参与反应的物质性质的特殊性或反应条件的特殊性)：如氧化或还原性氛围、酸碱性氛围调节pH值、温度氛围如提供能量维持高温、作溶剂如调节溶解度。‎ ‎③满足定量要求：如提供合适的元素比例，以符合产品的需要。‎ 反应条件的选择：‎ ‎3．对原料预处理的常用方法 ‎(1)研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。‎ ‎(2)水浸——与水接触反应或溶解。‎ ‎(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。‎ ‎(4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。‎ ‎(5)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，如煅烧高岭土。‎ ‎4．控制反应条件的常用方法 ‎(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、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)控制压强。改变速率，影响平衡。‎ ‎(4)使用合适的催化剂。加快反应速率，缩短达到平衡需要的时间。‎ ‎(5)趁热过滤。防止某物质降温时析出。‎ ‎(6)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。‎ ‎5．避免工艺流程中产生杂质的方法 ‎(1)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。如侯氏制碱法中的NaHCO3。‎ ‎(2)如果产物是一种易水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生时，则要加相对应的酸来防止水解。‎ ‎(3)如果产物是一种强氧化剂(或强还原剂)，则要防止它们与还原性(或氧化性)强的物质接触。‎ ‎(4)如果产物是一种易吸收空气中的CO2或水而变质的物质，则要注意在制备过程中除去CO2或水，也要防止空气中的CO2或水进入装置中。‎ ‎6. 常见的化工术语 关键词 释义 研磨、雾化 固态物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,加快反应速率使反应更充分 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 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)‎ ‎7. 常见的操作与答题 常见的操作 答题要考虑的角度 加过量试剂 使反应完全进行(或增大转化率、产率)等 加氧化剂 氧化某物质,生成目标产物或除去某些离子 判断能否 加其他物质 要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等 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)‎ 从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，先获得带结晶水的晶体，再在HCl的气氛中加热。 ‎ 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 取最后洗涤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等 是否洗涤干净 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(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)‎ ‎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23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 ‎8．中学阶段常见的化工流程 ‎(1)饱和NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3‎ ‎ ‎ ‎(3)铝矿石 滤液 Al(OH)3Al2O3Al ‎(4)海水Mg(OH)2MgCl2·6H2OMgCl2Mg ‎(5)‎ 海水苦卤 例题解析 ‎【例题1】铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。‎ ‎①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：‎ ‎②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下：‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)写出反应1的化学方程式___________________________。‎ ‎(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________，反应2的离子方程式为________________________。‎ ‎(3)E可作为建筑材料，化合物C是________，写出由D制备冰晶石的化学方程式____________。‎ ‎(4)电解制铝的化学方程式是__________________________。以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是___________。‎ 巩固练习 ‎【练习1】七铝十二钙（12CaO·7Al2O3)是新型的超导材料和发光材料，用白云石（主要含CaCO3和MgCO3)和废Al片制备七铝十二钙的工艺如下：‎ ‎（1）煅粉主要含MgO和 ，用适量的NH4NO3溶液浸取煅粉后，镁化合物几乎不溶， 若溶液I中c(Mg2+)小于5×10-6mol·L-1,则溶液pH大于 （Mg(OH)2的Ksp=5×10-12)；该工艺中不能用（NH4)2SO4代替NH4NO3，原因是 。‎ ‎（2）滤液I中的阴离子有 （忽略杂质成分的影响）；若滤液I中仅通入CO2，会生成 ，从而导致CaCO3产率降低。‎ ‎（3）用NaOH溶液可除去废Al片表面的氧化膜，反应的离子方程式为 。‎ ‎（4）电解制备Al(OH)3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应方程式为 。‎ ‎（5）一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为 。‎ ‎【练习2】以磷石膏(只要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3。‎ ‎（1）匀速向浆料中通入CO2，浆料清液的pH和c(SO42－)随时间变化见由右图。清液pH>11时CaSO4转化的离子方程式_____________；能提高其转化速率的措施有____(填序号)‎ A．搅拌浆料 B．加热浆料至100℃ ‎ C．增大氨水浓度 D． 减小CO2通入速率 ‎（2）当清液pH接近6．5时，过滤并洗涤固体。滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为______和________(填化学式)；检验洗涤是否完全的方法是_________。‎ ‎（3）在敞口容器中，用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体，随着浸取液温度上升，溶液中c(Ca2＋)增大的原因___________。‎ ‎ 本知识点小结 ‎ 当堂检测 ‎ ‎【1】工业上用重铬酸钠（Na2Cr2O7）结晶后的母液（含少量杂质Fe3+）生产重铬酸钾（K2Cr2O7）。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图 ‎（1）由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为 。通过冷过结晶析出大量K2Cr2O7的原因是 。‎ ‎（2）向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是 。‎ ‎（3）固体A主要为 （填化学式），固体B主要为 （填化学式）。‎ ‎（4）用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液 （填“I”“II”或“III”）中，既能提高产率又可使能耗最低。‎ ‎【2】磷矿石主要以磷酸钙〔Ca3(PO4)2·H2O〕和磷灰石〔Ca5(OH)(PO4)3〕等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况，其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过各中由磷灰石制单质磷的流程。‎ 部分物质的相关性质如下：‎ 熔点/℃‎ 沸点/℃‎ 备注 白磷 ‎44‎ ‎280.5‎ PH3‎ ‎-133.8‎ ‎-87.8‎ 难溶于水，具有还原性 SiF4‎ ‎-90‎ ‎-86‎ 易水解 回答下列问题：‎ ‎（1）世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的 ℅。‎ ‎（2）以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca5F(PO4)3反应的化学方程式为： 。现有1吨折合含有五氧化二磷约30%的磷灰石，最多可制得85℅的商品磷酸 吨。 ‎ ‎（3）如图(b)所示，热法生产磷酸的第一步是将二氧化硅、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷。炉渣的主要成分是： (填化学式)冷凝塔1的主要沉积物是： 冷凝塔2的主要沉积物是： ‎ ‎（4）尾气中主要含有 ，还含有少量PH3、H2S和HF等，将尾气先通入纯碱溶液，可除去 ‎ 再通入次氯酸钠溶液，可除去 (均填化学式)‎ ‎（5）相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是： 。‎ ‎ 课堂总结 ‎ 家庭作业 ‎【1】将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺提取其他产品。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是 （填序号）。‎ ‎①用混凝法获取淡水 ②提高部分产品的质量 ‎ ‎③优化提取产品的品种 ④改进钾、溴、镁的提取工艺 ‎（2）采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br2，并用纯碱吸收。碱吸收溴的主要反应是Br2+Na2CO3+H2O NaBr + NaBrO3+NaHCO3，吸收1mol Br2时，转移的电子数为 mol。‎ ‎（3）海水提镁的一段工艺流程如下图：‎ 浓海水的主要成分如下：‎ 离子 Na+‎ Mg2+‎ Cl-‎ SO42-‎ 浓度/g/L ‎63.7‎ ‎28.8‎ ‎144.6 ‎ ‎46.4 ‎ 该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为 ，产品2的化学式为 ，1L浓海水最多可得到产品2的质量为 g。‎ ‎（4）采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为 ；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式 ‎