高考经典必考题创新突破三无机化学工艺流程题的解题策略Word格式.docx
《高考经典必考题创新突破三无机化学工艺流程题的解题策略Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考经典必考题创新突破三无机化学工艺流程题的解题策略Word格式.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.获取解题信息的方法途径
(1)从题干中获取有用信息,了解生产的终产品。
(2)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,并获取以下信息:
①知道“四个什么”——反应物是什么,发生了什么反应,该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。
②抓住“一个关键”——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,明确问题与哪些化学知识相关。
3.分析方法
(1)首尾分析法:
对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题,首先对比分析流程图中第一种物质(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。
(2)分段分析法:
对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题,用分段分析法更容易找到解题的切入点。
4.规范解答
文字叙述类的题目要严格按题目要求规范解答。
[真题剖析]
题型一 以制备某一物质为目的的工艺流程题
1.(2018·
全国卷Ⅱ)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(主要成分为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+)=0.1mol·
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。
解析
(1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。
(2)溶液中的Pb2+与SO
不能共存生成PbSO4沉淀,SiO2不溶于H2SO4,即滤渣1中含SiO2和PbSO4。
氧化除杂过程中O2能将溶液中Fe2+氧化生成Fe3+,加入ZnO能调节溶液的pH,促进Fe3+完全水解。
由题表知Fe2+、Zn2+开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近,若不通入O2使Fe2+氧化为Fe3+,加入ZnO后无法除去Fe2+,会影响Zn的纯度。
(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2++Zn===Cd+Zn2+。
(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn,即电解时Zn2+在阴极被还原,电极反应式为Zn2++2e-===Zn。
沉积后的电解液中主要含有H2SO4,可返回溶浸工序中继续使用。
答案
(1)ZnS+
O2焙烧,ZnO+SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH以除去Fe3+ 无法除去杂质Fe2+ (3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+ (4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
解题策略
制备类工艺流程题在流程上一般分为3个过程
―→
(1)原料预处理的目的与作用
(2)必考的反应条件与控制措施
反应条件
条件内容
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:
能与H+反应,使溶液的pH增大;
不引入新的杂质
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;
减少副反应的发生
控制压强
改变速率,使平衡向需要的方向移动
使用催化剂
加快反应速率,缩短达到平衡的时间
趁热过滤
防止某物质降温时会大量析出
冰水或有机
溶剂洗涤
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
(3)获得产品阶段的常见操作措施及原因
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:
乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。
②蒸发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NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将混合溶液加热蒸发浓缩后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,母液中是NaCl和少量K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;
同样原理可除去KNO3溶液中的少量NaCl。
④蒸发结晶、趁热过滤:
如NaCl和K2Cr2O7混合溶液,若将K2Cr2O7蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是K2Cr2O7和少量NaCl;
同样原理可除去NaCl溶液中的少量KNO3。
题型二 以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题
2.(2018·
江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为______________________。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知:
多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃
硫去除率=
×
100%
①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于__________。
②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。
Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=________。
解析
(1)二氧化硫是酸性氧化物,少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3,过量二氧化硫与NaOH溶液反应生成NaHSO3。
(2)①根据高硫铝土矿的成分中含FeS2和金属硫酸盐,而多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃,如果不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧,则去除的硫元素主要来源于FeS2,具体的反应原理为4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2。
②添加的CaO吸收SO2生成CaSO3,CaSO3易被空气中的氧气氧化为CaSO4。
根据题目所给“多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃”,可知700℃时CaSO4可能未分解或未完全分解而留在矿粉中,从而导致添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低;
(3)高硫铝土矿中的氧化铝溶于NaOH生成NaAlO2:
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;
向NaAlO2溶液中通入过量的二氧化碳,生成氢氧化铝:
CO2(过量)+2H2O+NaAlO2===Al(OH)3↓+NaHCO3。
(4)假定FeS2与Fe2O3的化学计量数分别是1、x,由元素守恒可知Fe3O4、SO2的化学计量数分别是(1+2x)/3、2,最后根据氧元素守恒得关系式:
3x=
+4,解得x=16,从而快速得解。
答案
(1)OH-+SO2===HSO
(2)①FeS2 ②硫元素转化为CaSO4因难以分解而留在矿粉中
(3)NaAlO2 Al(OH)3 (4)1∶16
这类题其实就是混合物的除杂、分离、提纯。
当遇到这一类题时,一定要在题目中找出要得到的主要物质是什么,混有的杂质有哪些,主要物质和杂质的性质差别是什么。
认真分析当加入某一试剂后,能与什么物质发生反应,生成了什么产物,要用什么样的方法才能将杂质除去,要相信题中的每一种试剂、每一步操作都是为了得到更多和更纯的产品。
经过这样的思考后将工艺流程转化为物质转化流程,更能明白每一步所加试剂或操作的目的。
(1)提纯方法
方法
目的
水溶法
除去可溶性或不溶性杂质
酸溶法
除去碱性杂质
碱溶法
除去酸性杂质
氧化剂法或还原剂法
除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法
除去受热易分解或易挥发的杂质
调节pH法
除去酸性溶液中的Fe3+等金属离子
(2)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、FeSO4·
7H2O等。
⑤蒸馏或分馏:
分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法:
利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。
[模拟预测]
1.(2019·
西北师大附中月考)工业上利用粗ZnO(含FeO、CuO)制取金属锌的流程如下(部分步骤省略):
几种离子形成氢氧化物沉淀时的pH如下表:
待沉淀的离子
Cu2+
开始沉淀时pH
5.2
沉淀完全时pH
9.7
3.2
8.0
6.4
请回答下列问题:
(1)酸浸粗氧化锌的过程中,为了加快酸浸速率,可采取的措施有__________________________________________(写出一点即可)。
(2)步骤A的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,并全部形成Fe(OH)3沉淀,为了暂不形成Cu(OH)2、Zn(OH)2,该步骤需控制溶液pH的范围是________,该步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(3)步骤D的操作名称为______________。
(4)由粗ZnO制取单质锌的另一种方法是将粗ZnO(含FeO、CuO)溶于NaOH溶液,ZnO全部转化为Na2[Zn(OH)4]溶液,该反应的化学方程式为________________________