2023年高考化学一轮复习（全国版）第8章第52讲　无机化工流程题的解题策略_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_一轮复习_2023年高考化学一轮复习讲义+课件（全国版）

第 52 讲 无机化工流程题的解题策略 复习目标 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、流程图中主要环节的分析 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判断产物，并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 与水接触发生反应或溶解 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 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 (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、CuCO 、Cu(OH) 、Cu (OH) CO 等物质 3 2 2 2 3 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。 4．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。 5．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 CCl 或苯 4 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KNO 、 3 FeCl 、CuCl 、CuSO ·5H O、FeSO ·7H O等。 3 2 4 2 4 2 (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。 类型一 物质制备类化工流程题 1．[2021·山东，17(1)(2)(3)]工业上以铬铁矿(FeCrO ，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料 2 4 制备红矾钠(Na Cr O·2H O)的工艺流程如图。回答下列问题： 2 2 7 2 (1)焙烧的目的是将FeCr O 转化为NaCrO 并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气 2 4 2 4 体与矿料逆流而行，目的是______________________。 (2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶性组分 浓度c≤1.0×10－5 mol·L－1时，可认为已除尽。中和时pH的理论范围为____________________；酸化的目的是____________；Fe元素在 __________________(填操作单元的名称)过程中除去。 (3)蒸发结晶时，过度蒸发将导致__________________；冷却结晶所得母液中，除NaCr O 2 2 7 外，可在上述流程中循环利用的物质还有_________________________________________。 答案 (1)增大反应物接触面积，提高化学反应速率 (2)4.5≤pH≤9.3 使 2CrO＋ HOCr O＋2OH－平衡正向移动，提高NaCr O 的产率 浸取 (3)所得溶液中含有大量 2 2 2 2 7 NaSO ·10H O HSO 2 4 2 2 4 解析 (1)焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是利用热量使 O 向上流动，增大固体与气体的 2 接触面积，提高化学反应速率。 (2)中和时调节溶液 pH 目的是将 AlO、SiO 转化为沉淀过滤除去，由图可知，当溶液 pH≥4.5时，Al3＋除尽，当溶液pH>9.3时，HSiO 会再溶解生成SiO，因此中和时pH的理 2 3 论范围为4.5≤pH≤9.3；将Al元素和Si元素除去后，溶液中Cr元素主要以Cr O和CrO形 2 式存在，溶液中存在平衡：2CrO＋HOCr O＋2OH－，降低溶液pH，可提高NaCr O 的 2 2 2 2 7 产率；Fe元素在“浸取”操作中除去。 2．以硫酸渣(含Fe O、SiO 等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图： 2 3 2 (1)“酸溶”中加快溶解的方法为________________(任意写出一种)。 (2)“还原”过程中的离子方程式为_________________________________________。 (3)写出“滤渣”中主要成分的化学式：_____________________________________。 (4)①“沉铁”过程中生成Fe(OH) 的化学方程式为 2 ________________________________________________________________________。 ②若用CaCO “沉铁”，则生成FeCO 沉淀。当反应完成时，溶液中＝____________。[已 3 3 知K (CaCO)＝2.8×10－9，K (FeCO)＝2×10－11] sp 3 sp 3 (5)“氧化”时，用NaNO 浓溶液代替空气氧化Fe(OH) 浆液，能缩短氧化时间，但缺点是 2 2 ____________________。 (6)焦炭还原硫酸渣炼铁能充分利用铁资源，在1 225 ℃、＝1.2时，焙烧时间与金属产率的关系如图，时间超过15 min金属产率下降的原因是 ________________________________________________________________________。 答案 (1)加热(或搅拌或适当增大硫酸浓度) (2)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ (3)SiO、Fe 2 (4)①FeSO ＋2NH HCO ===Fe(OH) ↓＋(NH )SO ＋2CO↑ ②140 4 4 3 2 4 2 4 2 (5)NaNO 被还原为氮氧化物，污染空气 2 (6)还原剂消耗完，空气进入使铁再次氧化 解析 (4)②若用CaCO “沉铁”，则生成FeCO 沉淀，当反应完成时，溶液中＝＝＝140。 3 3 (6)超过一定时间，如还原剂消耗完，空气可氧化铁，导致产率下降。 类型二 物质分离、提纯类化工流程题 3．MnO 是重要的化工原料，由软锰矿制备MnO 的一种工艺流程如图： 2 2 软锰矿――→ ―――――――――――――→Mn2＋溶出液――→ Mn2＋纯化液――→ MnO 2 资料：①软锰矿的主要成分为MnO ，主要杂质有Al O 和SiO。 2 2 3 2 ②金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH： Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋ 开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3 完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3 ③该工艺条件下，MnO 与HSO 不反应。 2 2 4 (1)溶出 ①溶出前，软锰矿需研磨。目的是_________________________________________________。 ②溶出时，Fe的氧化过程及得到Mn2＋的主要途径如图所示。 ⅰ.步骤Ⅱ是从软锰矿中溶出Mn2＋的主要反应，反应的离子方程式是___________________。 ⅱ.若Fe2＋全部来自于反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑，完全溶出Mn2＋所需Fe与MnO 的物质 2 2 的量比值为2。而实际比值(0.9)小于2，原因是______________________________ ________________________________________________________________________。 (2)纯化已知：MnO 的氧化性与溶液pH有关。纯化时先加入MnO ，后加入NH ·H O，调溶液 2 2 3 2 pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)电解 Mn2＋纯化液经电解得MnO 。生成MnO 的电极反应式是_____________________。 2 2 (4)产品纯度测定 向a g产品中依次加入足量b g Na C O 和足量稀HSO ，加热至充分反应，再用c mol·L－1 2 2 4 2 4 KMnO 溶液滴定剩余NaC O 至终点，消耗KMnO 溶液的体积为d L(已知：MnO 及MnO 4 2 2 4 4 2 均被还原为Mn2＋。相对分子质量：MnO ：86.94、NaC O：134.0)。 2 2 2 4 产品纯度为________(用质量分数表示)。 答案 (1)①增大反应速率，提高浸出率 ②ⅰ.MnO ＋4H＋＋2Fe2＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2HO ⅱ.二氧化锰能够氧化单质铁为Fe2＋ 2 2 (2)MnO 的氧化性随酸性的减弱逐渐减弱；除去溶液中的 Fe3＋、Al3＋ (3)Mn2＋－2e－＋ 2 2HO===MnO ↓＋4H＋ (4)×100% 2 2 解析 (1)②i.根据反应途径可知，二氧化锰与亚铁离子反应生成二价锰离子和铁离子，则反 应的离子方程式为MnO ＋4H＋＋2Fe2＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2HO。 2 2 ii.根据反应方程式可知，Fe2＋与MnO 的物质的量比值为2，实际反应时，二氧化锰能够氧 2 化单质铁为Fe2＋，故实际比值(0.9)小于2。 (2)MnO 的氧化性与溶液pH有关，且随酸性的减弱，氧化性逐渐减弱，溶液显酸性时，二 2 氧化锰的氧化性较强，故纯化时先加入MnO ，后加入NH ·H O，调溶液pH≈5，除去溶液 2 3 2 中的Al3＋、Fe3＋。 (3)电解时，溶液呈酸性，Mn2＋失电子，与水反应生成二氧化锰和氢离子，则电极反应式为 Mn2＋－2e－＋2HO===MnO ↓＋4H＋。 2 2 (4)根据题意可知，部分草酸钠与二氧化锰发生氧化还原反应，剩余部分再与高锰酸钾反应： 5NaC O ＋2KMnO ＋8HSO ===KSO ＋2MnSO ＋10CO↑＋8HO＋5NaSO ，则与二氧化 2 2 4 4 2 4 2 4 4 2 2 2 4 锰反应的草酸钠的物质的量为－×5；根据反应：MnO ＋NaC O ＋2HSO ===NaSO ＋ 2 2 2 4 2 4 2 4 MnSO ＋2CO↑＋2HO，则n(MnO )＝n(Na C O)，产品纯度为 4 2 2 2 2 2 4 ×100%＝×100%。 化学工艺流程题的分析方法 主线分析“原料→中间转化物质→目标产物” (1)反应与物质的转化：分析每一步操作的目的及所发生的化学反应，跟踪物质转化的形式。 尤其要注意原料中的杂质在流程中是如何被除去的。滤渣、滤液成分的确定：反应过程中哪 些物质(离子)发生了变化？产生了哪些新离子？这些离子间是否能发生化学反应？所加试剂是否过量？ (2)循环物质的确定 (3)副产品的判断 1．(2021·湖南，17)Ce (CO) 可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce) 2 3 3 主要以CePO 形式存在，还含有SiO 、Al O 、Fe O 、CaF 等物质。以独居石为原料制备 4 2 2 3 2 3 2 Ce (CO)·nHO的工艺流程如下： 2 3 3 2 回答下列问题： (1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为____________。 (2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有________________________________________(至 少写两条)。 (3)滤渣Ⅲ的主要成分是____________________________________________(填化学式)。 (4)加入絮凝剂的目的是__________________。 (5)“沉铈”过程中，生成Ce (CO)·nHO的离子方程式为____________________________， 2 3 3 2 常温下加入的NH HCO 溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH ·H O 4 3 3 2 的K ＝1.75×10－5，HCO 的K ＝4.4×10－7，K ＝4.7×10－11)。 b 2 3 al a2 (6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO ，在高温条件下，LiCO 、葡萄糖(C H O)和FePO 可制备电 4 2 3 6 12 6 4 极材料LiFePO ，同时生成CO和HO，该反应的化学方程式为______________________ 4 2______________________________________________________________________________。 答案 (1)Ce (2)加热，搅拌(其他合理答案也可) (3)Al(OH) (4)促使铝离子沉淀 3 (5)6HCO＋2Ce3＋＋(n－3)H O===Ce (CO)·nHO＋3CO↑ 碱性 (6)6FePO ＋3LiCO ＋ 2 2 3 3 2 2 4 2 3 C H O=====9CO↑＋6HO↑＋6LiFePO 6 12 6 2 4 解析 (1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，则质量数为58＋80＝138，该核素的符 号为Ce。 (5)用碳酸氢铵“沉铈”，则结合原子守恒、电荷守恒可知，生成 Ce (CO)·nHO的离子方 2 3 3 2 程式为 6HCO＋2Ce3＋＋(n－3)H O===Ce (CO)·nHO＋3CO↑；铵根离子的水解常数 2 2 3 3 2 2 K (NH)＝≈5.7×10－10，HCO的水解常数K (HCO)＝＝≈2.3×10－8，则K (NH)”或“＜”)H BO。 2 4 3 3 ②已知硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为HBO ＋OH－===B(OH)。下列关于硼酸的 3 3 说法正确的是________(填字母)。 A．硼酸是一元酸 B．向NaHCO 固体中滴加饱和硼酸溶液，有气泡产生 3 C．硼酸的电离方程式可表示为HBO＋HOB(OH)＋H＋ 3 3 2 (2)检验褐色浸出液中的杂质离子：取少量浸出液，________________(填操作和现象)，证明 溶液中含有Fe2＋。 (3)除去浸出液中的杂质离子：用MgO调节溶液的pH至____________以上，使杂质离子转 化为__________________(填化学式)沉淀，过滤。 (4)获取晶体：ⅰ.浓缩滤液，使MgSO 和HBO 接近饱和；ⅱ.控制温度使两种晶体分别从溶 4 3 3 液中结晶。结合如图溶解度曲线，简述ⅱ的方法：将浓缩液加入到高压釜中，升温结晶得到 ____________晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到________________晶体。 答案 (1)①＞ ② AC (2)滴加 K[Fe(CN) ]溶液，产生蓝色沉淀 (3)4.7 Al(OH) 、 3 6 3 Fe(OH) (4)硫酸镁 硼酸 3 解析 (1)①2MgO·B O ＋2HSO ＋HO===2HBO ＋2MgSO ，根据强酸制弱酸可知，酸性： 2 3 2 4 2 3 3 4 HSO ＞HBO ；②硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为HBO ＋OH－===B(OH)，可知 2 4 3 3 3 3 硼酸为一元酸，A项正确；由于非金属性：B