高届高级高三化学一轮复习步步高第八章专题讲座六.docx

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高届高级高三化学一轮复习步步高第八章专题讲座六

专题讲座六　无机化工流程题的解题策略

考纲研读　1.培养从试题提供的新信息中,准确地提取实质性内容,并与已有知识块整合,重组为新知识块的能力。

2.培养将实际问题分解,通过运用相关知识,采用分析、综合的方法,解决简单化学问题的能力。

3.培养将分析和解决问题的过程及成果,用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达,并做出解释的能力。

一、工业流程题的结构

二、工业流程题分类突破

题型一　物质制备类化工流程题

1.核心反应——陌生方程式的书写

关注箭头的指向：

箭头指入→反应物,箭头指出→生成物。

（1）氧化还原反应：

熟练应用氧化还原规律,①判断产物,②根据化合价升降相等配平。

（2）非氧化还原反应：

结合物质性质和反应实际判断产物。

2.原料的预处理

（1）溶解：

通常用酸溶。

如用硫酸、盐酸等。

水浸

与水接触反应或溶解

浸出

固体加水（酸）溶解得到离子

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

浸出率

固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少（更多转化）

（2）灼烧、焙烧、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。

（3）审题时要“瞻前顾后”,注意物质性质及反应原理的前后联系。

3.常用的控制反应条件的方法

（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、CuCO3、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）趁热过滤。

防止某物质降温时会析出。

（4）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。

[例1]　（2016·全国卷Ⅰ,28）NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下：

回答下列问题：

（1）NaClO2中Cl的化合价为________。

（2）写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式：

_______________________________

________________________________________________________________________。

（3）“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2＋和Ca2＋,要加入的试剂分别为________、________。

“电解”中阴极反应的主要产物是________。

（4）“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。

此吸收反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为______,该反应中氧化产物是________。

（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是：

每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。

NaClO2的有效氯含量为________。

（计算结果保留两位小数）

[解题流程]

第一步：

读题目,明确目的——制备NaClO2

第二步：

审流程,分块破题——拆分工艺流程

第三步：

看设问,结合题中的问题,回到流程图中找答案。

[得分秘籍]

（1）设问一般相对独立,无连带效应,一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。

（2）题中基本上都有与流程无关的问题,可直接作答；对于超纲知识,题目中要么有信息提示,要么与解答题目无关。

答案　

（1）＋3　

（2）2NaClO3＋H2SO4＋SO2===2NaHSO4＋2ClO2

（3）NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO

（或NaClO2）　（4）2∶1　O2　（5）1.57

题型二　提纯类化工流程题

1.明确常用的提纯方法

（1）水溶法：

除去可溶性杂质。

（2）酸溶法：

除去碱性杂质。

（3）碱溶法：

除去酸性杂质。

（4）氧化剂或还原剂法：

除去还原性或氧化性杂质。

（5）加热灼烧法：

除去受热易分解或易挥发的杂质。

（6）调节溶液的pH法：

如除去酸性溶液中的Fe3＋等。

2.明确常用的分离方法

（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者抽滤等方法。

（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,如从溶液中提取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、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。

（5）蒸馏或分馏：

分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇或甘油。

（6）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。

[例2]　高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。

以工业级氧化锌（含Fe2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等）为原料,用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：

已知Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。

回答下列问题：

（1）浸出时,为了提高浸出效率可采用的措施有（写两种）：

____________________________。

（2）氧化时,加入KMnO4溶液是为了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋（溶液中Mn全部转化为MnO2）,请配平下列除去Fe2＋的离子方程式：

MnO

＋

Fe2＋＋

________===

MnO2↓＋

Fe（OH）3↓＋

H＋

（3）加入锌粉的目的是________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）已知H2SO4浸出液中,c（Fe2＋）＝5.04mg·L－1、c（Mn2＋）＝1.65mg·L－1。

①加入KMnO4溶液反应一段时间后,溶液中c（Fe3＋）＝0.56mg·L－1,若溶液pH＝3,则此时Fe3＋________（填“能”或“不能”）生成沉淀。

②若要除尽1m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋,需加入________gKMnO4。

答案　

（1）将工业级氧化锌粉碎、搅拌（其他合理答案也可）　

（2）1　3　7　H2O　1　3　5

（3）调节溶液pH,除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等

（4）①不能　②7.9

【本题解析】

（1）为了提高浸出效率,可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。

（2）锰元素由＋7价降低到＋4价,而铁元素由＋2价升高到＋3价,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。

（3）加入锌粉的目的应为：

①消耗溶液中的H＋,调节溶液pH,除去氧化时未完全沉淀的Fe3＋；②将Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋还原为单质而除去。

（4）①c（Fe3＋）＝

＝1.0×10－5mol·L－1,此时溶液中c（OH－）＝1.0×10－11mol·L－1,c（Fe3＋）·c3（OH－）＝1.0×10－38＜Ksp[Fe（OH）3],故不能生成Fe（OH）3沉淀。

②加入KMnO4将Fe2＋和Mn2＋分别氧化为Fe3＋和MnO2,而KMnO4被还原为MnO2,根据得失电子守恒可知,加入KMnO4的质量为

×158g·mol－1＝7.9g。

1.（2020·原创预测卷九）甘氨酸亚铁[（NH2CH2COO）2Fe]是新一代畜禽饲料补铁添加剂。

某实验小组以硫酸亚铁为铁源制备甘氨酸亚铁,其简要流程如下。

已知相关物质的信息如下：

甘氨酸

（NH2CH2COOH）

柠檬酸

（3-羟基-1,3,5-戊三酸）

甘氨酸亚铁

[（NH2CH2COO）2Fe]

易溶于水,微溶于乙醇,具有两性

易溶于水和乙醇,具有较强的酸性和还原性

浅黄褐绿色结晶粉末,易溶于水,难溶于乙醇,结构如下图：

回答下列问题：

（1）步骤（a）中加入铁粉的作用是______________________________________________；

写出生成沉淀的化学方程式：

________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）步骤（b）中为了提高甘氨酸亚铁的产率,需要控制溶液的pH在5.5～6.0之间,pH过低甘氨酸亚铁产率将下降,其原因为____________________________________________；

柠檬酸的作用包括________（填字母）。

A.调节溶液的pH

B.除去步骤（a）中加入的铁粉

C.防止Fe2＋被氧化

D.促进沉淀的溶解,加快反应速率

（3）步骤（b）中趁热过滤的目的是_____________________________________________。

（4）步骤（c）中加入乙醇的目的是_____________________________________________。

（5）产品中Fe2＋含量的检测：

称取mg样品溶解于适量蒸馏水中,配制成100.0mL溶液。

用移液管取出25.00mL溶液于锥形瓶中,向其中加入一定量混酸X进行酸化,用cmol·L－1的KMnO4标准溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液的体积为VmL。

①混酸X可以是________（填字母）。

A.HCl和H2SO4B.HCl和H3PO4

C.H2SO4和H3PO4D.H2SO4和HNO3

E.HCl和HNO3

②滴定终点的现象为________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③据此计算Fe2＋的质量分数为______________________________________________。

答案　

（1）防止Fe2＋被氧化

FeSO4＋2NH4HCO3===FeCO3↓＋（NH4）2SO4＋H2O＋CO2↑

（2）H＋会与NH2CH2COOH反应,不利于甘氨酸亚铁的生成　ACD

（3）除去铁粉,减少因温度降低甘氨酸亚铁析出带来的损失

（4）降低甘氨酸亚铁的损失

（5）①C　②当滴入最后一滴标准溶液时,溶液变为紫色或浅紫色,且半分钟内不变色　③

×100%

【本题解析】

（1）Fe2＋在空气中易被氧化,加入Fe粉可防止其被氧化；Fe2＋与HCO

电离出的CO

结合,H＋再和过量的HCO

反应生成CO2。

（2）NH2CH2COOH中有碱性基团—NH2,可以和H＋反应,故pH应控制在5.5～6.0之间。

（4）甘氨酸亚铁难溶于乙醇,加入乙醇可降低其损失。

（5）①HCl有还原性、HNO3有氧化性,两者都会影响滴定结果,故选C；③由关系式MnO

～5Fe2＋可得n（Fe2＋）＝5cV×10－3mol,则Fe2＋的质量分数为

×100%＝

×100%。

2.（2019·山东德州一模）金属Co、Ni性质相似,在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。

现以含钴、镍、铝的废渣（含主要成分为CoO、Co2O3、Ni、少量杂质Al2O3）提取钴、镍的工艺如下：

（1）酸浸时SO2的作用是_________________________________________________。

（2）除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：

_________________________________

________________________________________________________________________。

（3）有机层提取出的Ni2＋可用于制备氢镍电池,该电池工作原理：

NiOOH＋MH

Ni（OH）2＋M,电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________。

（4）用CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得H2O2分解的高效催化剂CoxNi（1－x）Fe2O4（其中Co、Ni均为＋2价）。

如图是用两种不同方法制得的CoxNi（1－x）Fe2O4在10℃时催化分解6%的H2O2溶液的相对初始速率随x变化曲线。

①H2O2的电子式________________。

②由图中信息可知：

________法制取的催化剂活性更高。

③Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________。

（5）已知煅烧CoCO3时,温度不同,产物不同。

在400℃充分煅烧CoCO3,得到固体氧化物的质量为2.41g,CO2的体积为0.672L（标准状况下）,则此时所得固体氧化物的化学式为__________。

答案　

（1）还原剂（或将Co3＋还原为Co2＋）

（2）2Al3＋＋3CO

＋3H2O===2Al（OH）3↓＋3CO2↑

（3）NiOOH＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－

（4）①

　②微波水热　③Co2＋

（5）Co3O4

【本题解析】

（1）从流程图可知,在酸浸过程中Co2O3转化为Co2＋,故SO2为还原剂。

（2）Al3＋与CO

会发生相互促进的水解反应生成Al（OH）3沉淀和CO2气体：

2Al3＋＋3CO

＋3H2O===2Al（OH）3↓＋3CO2↑。

（3）从电池的总反应方程式可知,该电池为碱性电池,放电过程中正极NiOOH转化为Ni（OH）2：

NiOOH＋e－＋H2O===Ni（OH）2＋OH－。

（4）②从图像可知,微波水热法制取的催化剂的催化效果更好。

③x值越大,Co2＋的含量越大,H2O2分解的相对初始速率越大,故Co2＋的催化效果更好。

（5）根据元素守恒,n（Co）＝n（CO2）＝

＝0.03mol,m（Co）＝0.03mol×59g·mol－1＝1.77g；该氧化物中氧原子的质量；m（O）＝2.41g－1.77g＝0.64g,n（O）＝

＝0.04mol,所以该氧化物的化学方程式为Co3O4。

3.软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质,工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：

已知：

①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表

金属阳离子

Fe3＋

Al3＋

Mn2＋

Mg2＋

完全沉淀时的pH

3.2

5.2

10.4

12.4

②温度高于27℃时,MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。

（1）“浸出”过程中MnO2转化为Mn2＋的离子方程式为

________________________________________________________________________。

（2）第1步除杂中加入H2O2的目的是_________________________________________。

（3）第1步除杂中形成滤渣1的主要成分为__________（填化学式）,调pH至5～6所加的试剂,可选择________（填字母）。

a.CaOb.MgOc.Al2O3d.氨水

（4）第2步除杂,主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应氟化物沉淀除去,写出MnF2除去Mg2＋的离子方程式：

________________________________________________________________________,

该反应的平衡常数数值为________。

（已知：

MnF2的Ksp＝5.3×10－3；CaF2的Ksp＝1.5×10－10；MgF2的Ksp＝7.4×10－11）

（5）采用“趁热过滤”操作的原因是__________________________________________。

（6）取少量MnSO4·H2O溶于水,配成溶液,测其pH发现该溶液显酸性,原因是_________________________________________________________（用离子方程式表示）。

答案　

（1）MnO2＋SO2===SO

＋Mn2＋

（2）将Fe2＋氧化为Fe3＋

（3）Al（OH）3、Fe（OH）3　ab

（4）MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2　7.2×107

（5）减少MnSO4·H2O在水中的溶解,得到更多产品

（6）Mn2＋＋2H2OMn（OH）2＋2H＋

【本题解析】

（1）“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应,离子方程式为MnO2＋SO2===SO

＋Mn2＋。

（2）第1步除杂中加入H2O2的目的是将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋,以便于形成Fe（OH）3沉淀,过滤将沉淀除去。

（3）第1步除杂时调整溶液的pH在5～6,可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分别形成Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀,所以形成滤渣1的主要成分为Al（OH）3、Fe（OH）3；在调pH至5～6时,为了不引入新的杂质离子,所加的试剂应该可以与酸发生反应,可选择含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO,a、b正确。

（4）第2步除杂,主要是将Ca2＋、Mg2＋转化为相应的氟化物沉淀除去,MnF2除去Mg2＋的离子方程式是MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2；该反应的平衡常数K＝

＝

＝

≈7.2×107。

（5）由已知②温度高于27℃时,MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低,故采用“趁热过滤”操作可以减少MnSO4·H2O在水中的溶解,得到更多产品。

（6）MnSO4是强酸弱碱盐,Mn2＋发生水解反应。