届一轮复习鲁科版 含金属元素的陌生物质在化工流程题中的应用 学案Word格式.docx
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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。
如侯氏制碱法中的NaHCO3；
还有如H2O2、Ca（HCO3）2、KMnO4、AgNO3、HNO3（浓）等物质。
（3）降温：
防止某物质在高温时溶解（或分解）；
使化学平衡向着题目要求的方向移动。
3．获得产品阶段的常见考查点
（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；
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后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；
同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。
（4）蒸发结晶、趁热过滤：
如NaCl和K2Cr2O7混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。
[典例1] （2017·
全国卷Ⅰ）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40min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＋）＝0.02mol·
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×
10－5mol·
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：
[学审题析题]
[答案]
（1）100℃、2h,90℃、5h
（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×
10－40<
Ksp[Mg3（PO4）2]，因此不会生成Mg3（PO4）2沉淀
（6）2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
[对点训练]
1．（2017·
全国卷Ⅲ）重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·
Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示：
（1）步骤①的主要反应为：
FeO·
Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2
上述反应配平后FeO·
Cr2O3与NaNO3的系数比为________。
该步骤不能使用陶瓷容器，原因是______________________________________________________。
（2）滤渣1中含量最多的金属元素是________，滤渣2的主要成分是________及含硅杂质。
（3）步骤④调滤液2的pH使之变________（填“大”或“小”），原因是____________________________________（用离子方程式表示）。
（4）有关物质的溶解度如图所示。
向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。
冷却到________（填标号）得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80℃ B．60℃
c．40℃D．10℃
步骤⑤的反应类型是________________。
（5）某工厂用m1kg铬铁矿粉（含Cr2O340%）制备K2Cr2O7，最终得到产品m2kg，产率为________________。
解析：
（1）1molFeO·
Cr2O3参与反应共失去7mol电子，而1molNaNO3参与反应得到2mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。
由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。
（2）步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。
结合流程图可知，滤渣2的主要成分是Al（OH）3及含硅杂质。
（3）滤液2中存在平衡：
2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，H＋浓度越大（pH越小），越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。
（4）根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，即在10℃左右时得到的K2Cr2O7固体最多。
故d项正确。
步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl，其属于复分解反应。
（5）该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝×
294g·
mol－1×
10－3kg·
g－1＝kg，所以产品的产率为×
100%＝×
100%。
答案：
（1）2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
（2）Fe Al（OH）3
（3）小 2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
（4）d 复分解反应
（5）×
100%
以分离提纯为目的的化学工艺流程
1.物质分离提纯的原则
（1）不增：
不引入新的杂质。
（2）不减：
不减少被提纯的物质。
（3）易分离：
被提纯物与杂质易于分离。
（4）易复原：
被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。
2．常用的提纯方法
水溶法
除去可溶性杂质
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
调节溶液的pH法
如除去酸性Cu2＋溶液中的Fe3＋等
3．常用的分离方法
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
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
蒸发结晶
提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl
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
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
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
[典例2] （2016·
全国卷Ⅲ）以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为：
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2
＜1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
（1）“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为
________________________________________________________________________，
同时V2O4转化成VO2＋。
“废渣1”的主要成分是________。
（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。
（3）“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有________。
（4）“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：
4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－（ROH为强碱性阴离子交换树脂）。
为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性（填“酸”“碱”或“中”）。
（5）“流出液”中阳离子最多的是________。
（6）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式________________________________________________________________________。
[答案]
（1）V2O5＋2H＋===2VO＋H2O SiO2
（2）0.5 （3）Fe（OH）3和Al（OH）3 （4）碱
（5）K＋ （6）2NH4VO3V2O5＋H2O＋2NH3↑
2．（2018·
四川六校诊断）污染物的有效去除和资源的充分利用是重要的研究课题。
某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属的化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已略去）。
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