高三化学专题复习无机化工流程题审题答题Word文件下载.docx
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滴定
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,过剩的溶质就会以晶体析出
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)
4.常见的操作与答题角度
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
提高原子利用率
绿色化学(经济性或环保性)
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(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
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
三.考试说明样题【略】
四.化工流程典型题型特点解读
1.化学工艺流程题由题引、题干和题设三部分构成。
(1)制备型题型特点
(2)提纯型题型特点
【题引】一般简单介绍该工艺生产的原材料和生产的目的、产品(包括副产品);
【题干】以工业生产为主要背景,以文字、工艺流程图、表格相结合的形式呈现;
【题设】主要是根据生产过程中涉及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,主要涉及原料的选择、循环利用、绿色化学、环境保护、分离提纯、反应原理、实验操作、产率计算等。
2.试题陌生度高,以陌生的新物质为背景,贴近工业生产(如会出现更多的工业术语和设备名称等),试题文字信息量大,综合性强,对能力要求高。
3.考察内容:
无机化工推断题考查的内容主要是元素化合物知识、化学反应原理和化学实验知识。
考试热点:
利用化学方法除杂质、物质的分离提纯(过滤、蒸馏、结晶、萃取)、氧化还原反应、离子反应、简单的化学计算、反应热、化学平衡、原电池、沉淀溶解平衡。
4.无机化工工艺流程推断题的考点
(1)①加快反应速率;
②溶解浸出;
③煅烧焙烧反应;
④反应条件控制。
(2)分离提纯阶段的常见考点:
①调pH值除杂;
②除杂试剂选择;
③加热或降温原因;
④化学方程式书写(氧化还原反应、离子反应、复分解反应);
⑤产品过滤、洗涤、结晶、萃取。
(3)获得产品阶段的常见考点:
①洗涤(冰水、热水、特殊试剂等)②蒸发、反应时的气体氛围(抑制水解)
③蒸发浓缩、冷却结晶④蒸发结晶、趁热过滤
⑤完整流程:
……结晶、过滤、洗涤、干燥
或……结晶、过滤、洗涤、干燥、灼烧、冷却
(4)其他常见考点:
①试剂作用、循环利用物质的判断;
②实验仪器辨识或作用分析;
③特殊操作原因分析;
④产率或纯度计算。
五.化工流程典型题型解题策略
1.解题思路
(1)粗读题干,挖掘图示
关注关键字,弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。
如制备类无机化工题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
(2)携带问题,精读信息
抓三方面:
一是主干,二是流程图示,三是设置问题。
读主干抓住关键字、词;
读流程图,重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
(3)跳跃思维,规范答题
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。
2.破题关键
(1)看原料:
明确化工生产或化学实验所需的材料。
(2)看目的:
把握题干中的“制备”或“提纯”等关键词,确定化工生产或化学实验的目的。
(3)看箭头:
进入的是投料(即反应物);
出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
(4)看三线:
主线主产品;
分支副产品;
回头为循环。
(5)找信息:
明确反应条件的控制和分离提纯方法。
(6)关注所加物质的可能作用:
参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。
3.答题技巧:
(1)浏览试题,了解题意:
首先认真将题目从头到尾粗读一遍,初步了解大意。
知道题目是要求分离提纯、除去杂质、制备物质中的哪一种。
其次,分析题目已知的信息有哪些?
需要利用什么知识解决问题。
(2)分析推理,理解过程:
①原料与产品:
从某原料出发,要得到最终产品,必须除去什么元素、引进什么元素?
。
②步骤与目的:
加入某种试剂,采取这样的方法,其目的是什么?
一般只考虑后面提问有关的步骤,其他不必清楚。
③感觉与结果:
有的步骤不能读懂,这时主要看这一步的结果,“跟着感觉走”、“顺藤摸瓜”,用已学过的知识来“圆”这个结果,“难得糊涂”。
④信息与迁移:
所给信息一定有用,而且一定用到,有时还需分解、重组、迁移到本题中来。
(3)步步为营,各个击破。
大多数提问用所学知识,可逐步直接回答,但个别地方往往有悖所学知识,这时就要考虑产物、环保、产量、成本等等。
4.常见操作:
①浸出:
固体加入水或酸溶解得到离子。
酸浸:
指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去溶解的过程。
②水洗:
水洗通常是为了除去水溶性的杂质。
用冰水洗去晶体表面的杂质离子,减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
用热水洗去晶体表面的杂质离子,提高纯度。
③调节酸和碱的作用:
酸作用:
溶解、去氧化物膜、调节pH促进水解(沉淀)。
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)。
控制pH值:
促进某离子水解,使其沉淀,利于过滤分离。
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:
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,应该怎样做?
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
结论:
先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调溶液的pH到3.7。
5.高频问题及解法
①“浸出”步骤中,为提高某种金属氧化物的浸出率,可采取的措施有?
【答】:
适当提高反应温度、增加浸出时间,加入过量硫酸,边加硫酸边搅拌。
②从溶液中过滤得到晶体,欲称重的操作?
蒸发浓缩-冷却结晶(或蒸发结晶)、过滤(或趁热过滤)、洗涤、干燥、称重。
③如何检验沉淀Fe(OH)3是否洗涤干净(母液含SO42-)?
取最后一次洗涤液,加入BaCl2溶液,若有白色沉淀则说明未洗涤干净,若无白色沉淀则说明洗涤干净。
④检验Fe(OH)3是否沉淀完全的试验操作?
取少量上层清液或过滤后的滤液,滴加几滴KSCN溶液,若不出现血红色,则表明Fe(OH)3沉淀完全。
⑤沉淀洗涤操作方法?
往漏斗中沿玻璃棒加入蒸馏水至刚好浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2-3次。
⑥如何从MgCl2·
6H2O中得到无水MgCl2?
在干燥的HCl气流中加热,干燥的HCl气流中抑制了MgCl2的水解。
⑦哪些物质可以循环利用与回收利用?
循环利用是作为原料在前面投入了,却在后面的反应中生成的物质;
回收利用是指有一定利用价值的副产品。
⑧CuCl2中混有Fe3+加何种试剂调pH值?
为了不引入杂质,用含铜元素且可以与H+反应的CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。
原因:
加CuO消耗溶液中的H+的,促进Fe3+的水解,生成Fe(OH)3沉淀析出。
⑨趁热过滤的原因?
减少过滤时间、保持过滤温度,防止×
×
杂质析出。
⑩趁热过滤后,有时先往滤液中加入少量水,加热至沸,然后再冷却结晶?
稀释溶液,防止降温过程中×
析出,提高产品的纯度(或产率)。
【例1•制备型工艺流程题】
(2017·
全国Ⅰ卷)都是锂离子电池的电极材料,可利用【】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。
,所采用的实验条件为______________。
(2)“酸浸”后,钛主要以形式存在,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,,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?
________。
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℃、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+H2C2O4
2LiFePO4+3CO2↑+H2O
【解析】 (4)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x,则非过氧键氧原子数目为15-2x,根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得:
2x+2×
(15-2x)=1×
2+4×
5,解得:
x=4。
(5)根据Ksp(FePO4)=1.3×
10-22及Fe3+恰好完全沉淀时溶液中c(Fe3+)=1.0×
L-1,可得c(PO)=mol·
L-1。
c(Mg2+)=mol·
L-1=0.01mol·
L-1,则c3(Mg2+)·
c2(PO)=0.013×
10-17)2=1.69×
10-40≈1.7×
Ksp[Mg3(PO4)2]=1.0×
10-24,因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。
【举一反三1】
(2018-Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。
(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______________。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
阳极的电极反应式为___________________________。
电解后,________室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。
在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00mL葡萄酒样品,用0.01000mol·
L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00mL。
滴定反应的离子方程式为____________________________________________,
该样品中Na2S2O5的残留量为________g·
L-1(以SO2计)。
【答案】:
(1)2NaHSO3===Na2S2O5+H2O
(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液
(3)2H2O-4e-===4H++O2↑ a(4)S2O+2I2+3H2O===2SO+4I-+6H+ 0.128
【举一反三2】
高考全国卷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+NaNO3
Na2CrO4+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______________。
(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
【知识复习·
物质制备】
1.原料预处理的六种常用方法
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
与水接触反应或溶解
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
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
2.制备过程中控制反应条件的六种方法
(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变大;
②不引入新杂质,如若要除去Cu2+中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2或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,缩短达到平衡所需要的时间。
(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。
【变式探究】(2018·
高考全国卷Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。
(1)KIO3的化学名称是________。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如图所示:
“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__________________________________________。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式:
______________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________________,其迁移方向是________。
③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有______(写出一点)。
(1)碘酸钾
(2)加热 KCl
KH(IO3)2+KOH===2KIO3+H2O(或HIO3+KOH===KIO3+H2O)
(3)①2H2O+2e-===2OH-+H2↑②K+ 由a到b③产生Cl2易污染环境等
【例2·
提纯型工艺流程题】
(2018-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(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
8.2
9.4
(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。
(1)ZnS+O2ZnO+SO2
(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
【举一反三1】【2016-3-28】从废钒催化剂中可以回收五氧化二钒(V2O5),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VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。
“废渣1”的主要成分是__________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为___mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−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+V4O124−
R4V4O12+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+=2VO2++H2O;
SiO2
(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K+
(6)2NH4VO3
V2O5+2NH3↑+H2O↑
【例3·
选择题化工流程题】【2018-I】磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。
采用湿法冶金工艺回收废旧硫酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:
下列叙述错误的是
A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠