江苏省扬州市宝应县城镇中学高三化学一轮复习 无机化工流程专题复习学案.docx

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江苏省扬州市宝应县城镇中学高三化学一轮复习无机化工流程专题复习学案

无机化工流程专题复习

〖复习目标〗要求学生能依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键。

〖知识清单〗

题型一　物质制备类化工流程题

1．明确制备类化工生产流程的特点

一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点

―→

―→

―→

―→

2．熟悉常用的操作方法及其作用

（1）对原料进行预处理的常用方法及其作用：

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。

（2）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：

a．能与H＋反应，使溶液pH增大；

b．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。

3．识别流程图

化工流程中箭头指出的是投料（反应物），箭头指向的是生成物（包括主产物和副产物）返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。

题型二　提纯类化工流程题

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．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：

如除去酸性铜溶液中的Fe3＋等。

3．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，如分离乙醇和甘油。

（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。

4．掌握化工流程的解题方法——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。

〖典型例析〗

例题1（2013·山东高考节选）TiO

2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。

工业上由钛铁矿（FeTiO3）（含Fe2O3、SiO2等杂质）制备TiO2的有关反应包括：

酸溶　FeTiO3（s）＋2H2SO4（aq）===FeSO4（aq）＋TiOSO4（aq）＋2H2O（l）

水解　TiOSO4（aq）＋2H2O（l）

H2TiO3（s）＋H2SO4（aq）

简要工艺流程如下：

（1）试剂A为________。

钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是___________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。

这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是________（填化学式）。

例题2（2013·新课标全国卷Ⅱ）氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。

纯化工业级氧化锌（含有Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等杂质）的流程如下：

工业ZnO

浸出液

滤液

滤液

滤饼

ZnO

提示：

在本实验条件下，Ni（Ⅱ）不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。

回答下列问题：

（1）反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为____________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_________________________________

________________________________________________________________________。

（2）反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。

（3）反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是______________。

（4）反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn（OH）2。

取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于______。

〖仿真练习〗

1．利用磷肥厂的副产品氟硅酸生产冰晶石晶体，既充分利用资源又提高经济效益，其部分工艺流程如下：

（1）冰晶石用途之一是________（选填序号：

a.炼钢b.电冶铝c.冶镁）工业作助熔剂。

（2）制取NH4F反应器材质适宜是________（选填序号：

a.聚四氟乙烯　B．玻璃　c．陶瓷），过滤1所得滤渣的成分为________（填化学式）。

（3）图中的废气经吸收可循环利用，该气体是________（填化学式），含氟废水可用石灰处理生成难溶CaF2，其溶度积常数表达式为Ksp（CaF2）＝________。

（4）冰晶石能在碱溶液中分解，写出冰晶石与足量氢氧化钠溶液反应生成两种钠盐的化学方程式________________________。

2．四氯化钛（TiCl4）是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。

由钛铁矿（主要成分是FeTiO3）制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意图如下：

回答下列问题：

（1）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。

该过程中有如下反应发生：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋

2TiO2＋（无色）＋Fe＋4H＋===2Ti3＋（紫色）＋Fe2＋＋2H2O

Ti3＋（紫色）＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋（无色）＋Fe2＋＋2H＋

加入铁屑的作用是______________________________________________________

__________________________________________________________

______________。

（2）在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在________范围。

（3）上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。

依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是________（只要求写出一项）。

（4）依据表格信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用________方法。

TiCl4

SiCl4

熔点/℃

－25.0

－68.8

沸点/℃

136.4

57.6

3．辉铜矿主要成分Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，以及少量SiO2、Fe2O3等杂质。

研究人员综合利用这两种资源，开发出同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰和碱式碳酸铜。

主要工艺流程如下：

已知：

①MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫

②[Cu（NH3）4]SO4常温稳定，在热水溶液中会分解生成NH3

③部分金属阳离子生成氢氧

化物沉淀的pH范围（开始沉淀和完全沉淀的pH）：

Fe3＋：

1.5～3.2　Mn2＋：

8.3～9.8　Cu2＋：

4.4～6

.4

（1）实验室配制250mL4.8mol·L－1的稀硫酸，所需的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还需要________、________。

（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有________________（任写一点）。

（3）酸浸时，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。

写出该反应的化学方程式________________________________________________。

（4）调节浸出液pH＝4的作用是___________________________________________。

（5）本工艺中可循环使用的物质是________________（写化学式）。

（6）获得的MnSO4·H2O晶体后常用酒精洗涤，主要目的是________________________。

（7）用标准的BaCl2溶液测定样品中M

nSO4·H2O质量分数时，发现样品纯度大于100%（测定过程中产生的误差可忽略），其可能原因有________

__（任写一种）。

4．轻质碳酸镁是广泛应用于橡胶、塑料、食品和医药工业的化工产品，以卤块（主要成分为MgCl2，含Fe2＋、Fe3＋、Mn2＋等杂质离子）为原料制备轻质碳酸镁的工艺流程如下：

（1）“氧化”一步中发生反应的离子方程式为________________________。

（2）“调节pH”一步应调节溶液的pH＝9.8，其目的是________________________。

（3）“热解”一步温度控制在75℃左右，其原因是________________________。

（4）从“过滤2”步骤中得到的滤液中能回收的盐类物质主要有____________（填化学式）。

表　生成氢氧化物沉淀的pH

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

Mg（OH）2

9.9

11.1

注：

Fe（OH）2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去。

（5）轻质碳酸镁的成分为碱式碳酸镁[MgCO3·Mg（OH）2·3H2O]，则“热解”一步发生反应的离子方程式为________________。

5．工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO2的工艺流程如下：

有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氢氧化物

Al（OH）3

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Cu（OH）2

Pb（OH）2

Mn（OH）2

开始沉淀的pH

3.3

1.5

6.5

4.2

8.0

8.3

沉淀完全的pH

5.2

3.7

9.7

6.7

8.8

9.8

请问答下列问题：

（1）酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是________________。

（2）酸浸后的溶液中含有Mn2＋、SO

，另含有少量Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、Cu2＋、Pb2＋等，其除杂过程如下：

①加入MnO2将Fe2＋氧化，其反应的离子方程式为____________________________

________________________________________________________________________。

②加入CaO将溶液的pH调到5.2～6.0，其主要目的是______________________。

③加入BaS，除去Cu2＋、Pb2＋后，再加入NaF溶液，除去________________。

（3）从溶液A中回收的主要物质是________________，该物质常用作化肥。

（4）MnO2粗品中含有少量Mn3O4，可以用稀硫酸处理，将其转化为MnSO4和MnO2，然后再用氧化剂将Mn2＋转化为MnO2，制得优质MnO2。

写出Mn3O4

与稀硫酸反应的化学方程式_____________________________________________________________。

6．K2SO4是无氯优质钾肥，Mn3O4是生产软磁铁氧体材料的主要原料。

以硫酸工业的尾气联合制备K2SO4和Mn3O4的工艺流程如下：

（1）几种盐的溶解度见图1。

反应Ⅲ中，向（NH4）2SO4溶液中加入KCl溶液充分反应后，进行蒸发浓缩、__________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。

（2）检验K2SO4样品是否含有氯化物杂质的实验操作是：

________________________。

（3）反应Ⅳ的化学方程式为________________________。

（4）Mn3O4与浓盐酸加热时发生反应的离子方程式为________________________。

（5）图2是煅烧MnSO4·H2O时温度与剩余固体质量变化曲线。

①该曲线中B段所表示物质的化学式为________________________。

②煅烧过程中固体锰含量随温度的升高而增大，但当温度超过1000℃时，再冷却后，测得产物的总锰含量反而减小。

试分析产物总锰含量减小的原因：

________________。

〖答案〗

例题1

（1）Fe　温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀。

（2）Fe2＋　Fe2O3

例题2

（1）Fe2＋和Mn2＋　MnO

＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe（OH）3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO

＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋

铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质

（2）置换反应　镍

（3）取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。

（4）1

1.答案：

（1）b

（2）a　SiO2（或H2SiO3、H4SiO4、SiO2·nH2O）

（3）NH3　Ksp（CaF2）＝c（Ca2＋）·c2（F－）

（4）Na3AlF6＋4NaOH===NaAlO2＋6NaF＋2H2O

2.

（1）使Fe3＋还原为Fe2＋；生成Ti3＋保护Fe2＋不被氧化

（2）1～100nm

（3）产生三废　（4）蒸馏或精馏

3.

（1）250mL容量瓶、胶头滴管

（2）粉碎矿石或适当升高温度或搅拌（其它合理答案也得分）

（3）Cu2S＋2MnO2＋4H2SO4===2CuSO4＋2MnSO4＋S↓＋4H2O

（4）使Fe3＋完全水解生成Fe（OH）3沉淀

（5）NH3

（6）减少MnSO4·H2O晶体的损失

（7）混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水

4.

（1）ClO－＋2H＋＋2Fe2＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O

（2）使Fe3＋、Mn2＋等杂质离子生成氢氧化物沉淀除去，且尽量避免Mg2＋转化为沉淀。

（3）温度太低，反应速率慢，温度太高NH4HCO3会分解。

（4）NaCl、NH4Cl5）2Mg2＋＋4HCO

＋2H2O

MgCO3·Mg（OH）2·3H2O↓＋3CO2↑

5.

（1）增大接触面积，加快反应速率（使反应更充分）

（2）①2Fe2＋＋MnO2＋4H＋===2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O

②除去Fe3＋、Al3＋　③Ca2＋

（3）（NH4）2SO4

（4）Mn3O4＋2H2SO4===2MnSO4＋MnO2＋2H2O

6.

（1）趁热过滤

（2）取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba（NO3）2溶液，取上层清液滴加AgNO3溶液

（3）MnO2＋SO2===MnSO4

（4）Mn3O4＋8H＋＋2Cl－

3Mn2＋＋Cl2↑＋4H2O

（5）①Mn3O4　②部分Mn3O

4又被氧化为Mn2O3或MnO2，造成总锰含量减小