推荐高考化学三轮冲刺最后30天之考前争分系列热点突破二无机化工流程题的突破方法学案.docx
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推荐高考化学三轮冲刺最后30天之考前争分系列热点突破二无机化工流程题的突破方法学案
无机化工流程题的突破方法
[突破方法]
（1）明确原料和产品（包括副产品）间的转化关系，从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用的生产工艺。
如下图所示：
（2）分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：
①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；④加入什么试剂，得到什么中间产物等。
抓住一个关键点：
一切反应或操作都是为获得产品而服务的。
（3）物质制备工艺都涉及物质的分离提纯，注意制备过程中所需的原料、条件的控制（如溶液pH与沉淀、溶度积常数与沉淀等）以及物质分离方法的选择（如过滤、萃取分液、蒸馏等），尽可能写出主要的化学反应方程式或制备原理。
若出现工艺评价问题，从成本、环保、现实等角度考虑分析即可。
例 [2017·全国卷Ⅰ（节选）]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，铁的浸出率结果如下图所示。
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）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________________________________________。
答案
（1）100℃、2h或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）2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O
解析
（1）根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100℃、2h或90℃、5h。
（2）“酸浸”时，发生反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O。
（3）当温度低于40℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
（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）煅烧过程中，Fe元素化合价由＋3降至＋2，被还原，则H2C2O4应作还原剂，其氧化产物为CO2，反应的化学方程式为2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋3CO2↑＋H2O。
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____________、____________。
（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）
答案
（1）＋3
（2）2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4
（3）NaOH溶液 Na2CO3溶液
（4）2∶1 O2
（5）1.57
解析
（1）根据化合物中各元素化合价代数和等于0，计算出NaClO2中氯元素化合价为＋3。
（2）从流程图看出，反应物是氯酸钠、二氧化硫、硫酸，产物为硫酸氢钠、二氧化氯，根据得失电子守恒、原子守恒配平化学方程式：
2NaClO3＋SO2＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4。
（3）粗盐提纯中加入氢氧化钠溶液沉淀镁离子，加入碳酸钠溶液沉淀钙离子。
（4）依题意，用含氢氧化钠的双氧水吸收尾气中的二氧化氯，发生反应：
2ClO2＋H2O2＋2OH－===2ClO＋O2＋2H2O，ClO2作氧化剂，H2O2作还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，氧化产物为O2。
（5）氯气、亚氯酸钠的氧化能力就是得电子能力，得电子数相等时，氧化能力相当。
氯气、亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。
根据：
NaClO2Cl－，Cl22Cl－，得电子数相等时，存在：
NaClO2～2Cl2，故亚氯酸钠的有效氯含量为≈1.57。
无机化工流程题的突破方法
专题训练
1．[2017·四川绵阳二诊]采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制取绿矾（FeSO4·7H2O），某学习小组设计了如下流程：
下列说法错误的是（ ）
A．酸浸时选用足量硫酸，试剂X为铁粉
B．滤渣a主要含SiO2，滤渣b主要含Al（OH）3
C．从滤液B得到绿矾产品的过程中，必须控制条件防止其氧化和分解
D．试剂X若为过量NaOH溶液，得到的沉淀用硫酸溶解，再结晶分离也可得绿矾
答案 D
解析 硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）中加入足量硫酸，Fe2O3、Al2O3与酸反应生成硫酸铁、硫酸铝，二氧化硅不反应，过滤，滤渣a为二氧化硅；在滤液A中加入铁粉将Fe3＋还原为Fe2＋，调节pH使Al3＋完全生成氢氧化铝沉淀，过滤，滤渣b为氢氧化铝，滤液B为硫酸亚铁，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到硫酸亚铁晶体。
由流程分析可知，溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X为铁粉，A正确；根据以上分析可知滤渣a主要含SiO2，滤渣b主要含Al（OH）3，B正确；Fe2＋易被空气中的氧气氧化，而且绿矾受热易失去结晶水，所以从滤液B得到FeSO4·7H2O产品的过程中，必须控制条件防止其氧化和分解，C正确；试剂X若为过量NaOH溶液，得到的沉淀是氢氧化铁，用硫酸溶解得到的是硫酸铁而不是硫酸亚铁，D错误。
2．[2017·江西第三次联考]如图是工业利用菱镁矿MgCO3（含杂质Al2O3、FeCO3）制取镁的工艺流程。
回答有关问题：
（1）菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是________。
（2）氧化池中通入氯气的目的是氧化________（填化学式），工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是________和________。
（3）沉淀混合物为________和________（填化学式）。
（4）利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是________（填序号）。
A．电解法B．氧气还原法
C．碳还原法D．分解法
答案
（1）提高酸浸速率
（2）Fe2＋（或FeCl2） 会产生污染性气体NOx 会引入杂质离子NO
（3）Al（OH）3 Fe（OH）3 （4）A
解析
（1）粉碎菱镁矿，增大固相反应物的接触面积，提高酸浸速率。
（2）通入Cl2是为了将Fe2＋（或FeCl2）氧化为Fe3＋（或FeCl3），工业上不用HNO3是因为会产生污染性气体NOx，也会引入杂质离子NO。
（3）氧化池中存在Al3＋、Fe3＋、H＋，所以加入MgO后与H＋反应使溶液碱性增强，Al3＋和Fe3＋转化为Al（OH）3和Fe（OH）3，故沉淀池中的沉淀为Al（OH）3和Fe（OH）3。
（4）金属镁比较活泼，一般采用电解熔融MgCl2的方法进行冶炼。
3．[2017·湖南十三校联考]近年来，硫化铜矿的湿法冶炼技术已经取得了很大的进展。
现有一种催化氧化酸浸硫化铜矿的冶炼法，其工艺流程如图甲所示：
反应温度、固液比、反应时间和氯离子浓度都对铜的浸出率有较大的影响，下面是实验得出的这几种因素对铜的浸出率影响的变化曲线图（如图乙～戊所示）。
回答下列问题：
（1）火法炼铜的主要反应：
①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO（炉渣）；
②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2；
③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑。
则在反应①、②、③中被氧化的元素为________（填元素符号）；若生成的SO2在标准状况下的体积为4.48L，则反应中转移的电子数目为________NA；由amolCuFeS2生成amolCu，共消耗________molO2。
（2）写出反应1的化学方程式：
____________________________________________________________
__________________________________________________________。
经查，硫黄、FeSO4·7H2O均可入药，用途广泛。
湿法炼铜与火法炼铜相比，优点是_________________________________。
（3）从溶液中得到FeSO4·7H2O晶体的操作是____________________________________________________________
_________________________________________________________。
（4）根据实验以及工业生产的实际要求，从下表中得出的最佳工艺条件为________（填序号）。
选项
反应温
度/℃
固液比
c（Cl－）/
（mol·L－1）
反应
时间/h
A
95
1∶5
0.8
7
B
100
1∶5.5
0.7
7
C
110
1∶6
0.9
8
答案
（1）S 1.2 2.5a
（2）2CuS＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O＋2S 污染小，同时得到副产物硫酸亚铁晶体及硫黄，资源得到充分利用
（3）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 （4）A
解析
（1）整个过程中化合价升高的元素即被氧化的元素只有硫；每个硫原子失6个电子，故生成4.48L（即0.2mol）SO2电子转移数为1.2NA；CuFeS2反应后的最终产物为SO2、FeO、Cu，根据原子守恒即得消耗O2的物质的量。
（2）根据流程图得出CuS的氧化产物为S，H2SO4提供酸性环境，从而得出反应1的化学方程式；湿法炼铜没有SO2生成，故污染小，同时可得到有药用价值的副产物硫酸亚铁晶体及硫黄。
（3）从溶液中获得结晶水合物的常规操作为蒸发浓缩、冷却结晶。
（4）根据图乙～戊可知，A项为最佳
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