人教通用版高考化學大一輪復習第三章無機化學工藝流程講義+精練含解析.docx

無機化學工藝流程【教學目標】1使學生了解化學工藝流程題的常見題型。2掌握化學工藝流程題的分析方法和技巧。3培養(yǎng)學生發(fā)散、聯(lián)想、歸納、整合、提煉知識的能力?！窘虒W重點】化學工藝流程題的分析方法和技巧?！窘虒W難點】隱含信息的挖掘和計算能力的提升?！究记榉治觥棵}點五年考情分析解讀以物質制備為主線的化學工藝流程2017全國，T272016全國，T282015全國，T27化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關的化學知識步步設問，是無機框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融合，考查物質的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應用，具有較強的實用性和綜合性，是近幾年高考化學試題的常考題型。以分離提純?yōu)橹骶€的化學工藝流程2017全國，T272016全國，T281工藝流程題過程解讀(1)讀流程圖箭頭：箭頭進入的是投料(反應物)、出去的是主產(chǎn)物或副產(chǎn)物(生成物)。三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質循環(huán)。(2)解題要點審題要點：a.了解生產(chǎn)目的、原料及產(chǎn)品，b.了解題目提供的信息，c.分析各步的反應條件、原理及物質成分，d.理解物質分離、提純、條件控制等操作的目的及要點。答題切入點：a.原料及產(chǎn)品的分離提純，b.生產(chǎn)目的及反應原理，c.生產(chǎn)要求及反應條件，d.有關產(chǎn)率、產(chǎn)量及組成的計算，e.綠色化學。2工藝流程題常見答題方向工藝操作(結果)目的評價(或操作名稱)方法措施研磨(粉碎)增大接觸面積，加快反應(溶解)速率煅燒(焙燒)礦物分解、燃燒，轉化為易溶于酸、堿的物質水浸利用水溶性把物質進行分離酸浸(堿浸)利用物質與酸(堿)反應除掉雜質或把目標物質轉化為可溶性離子控制條件調節(jié)溶液pH某些金屬離子的沉淀，控制物質的溶解控制溫度加快反應速率，促進平衡移動；物質的溶解、析出、揮發(fā)等增大某反應物用量增大另一反應物的轉化率(產(chǎn)率)某種試劑的選擇是否帶入雜質、是否影響產(chǎn)品的純度分離提純不相溶液體分液相溶性液體蒸餾難溶性固體過濾易溶性固體蒸發(fā)結晶、濃縮冷卻結晶趁熱過濾防止溫度降低，某物質析出冰水洗滌減少晶體的溶解損失乙醇、有機溶劑洗滌減少晶體的水溶性損失考點指導1以物質制備為目的工藝流程【典例1】題頭挖掘題頭信息(2017課標全國，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備，工藝流程如下：題干分析題干流程題尾知道題尾考查哪些問題回答下列問題：(1)“酸浸”實驗中，鐵的浸出率結果如下圖所示。由圖可知，當鐵的時，所采用的實驗條件為_。(2)“酸浸”后，鈦主要以形式存在，寫出相應反應的離子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示：(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為4，其中過為_。(5)若“濾液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式計算)。(6)寫出“高溫煅燒”中由的化學方程式_?！緦忣}指導】分析圖像，浸出率達到70%只有90 、100 兩條曲線。反應物FeTiO3HCl，生成物TiOClFe2，結合原子守恒和電荷守恒寫出離子方程式。可以從溫度、濃度、壓強等方面考慮轉化率的因素，結合考慮雙氧水在高溫下易分解、氨水中氨氣會逸出。找出元素的常規(guī)價態(tài)，Li為1價，O為2價，Ti為4價，O中O為1價，化學式變形為Li2Ti5(O2)xO152x，從化合價的代數(shù)和為零作答2452x2(152x)0，計算得出結果x4。由Ksp公式入手計算，Qc與Ksp的關系得出結論。流程題已經(jīng)給出化學反應的反應物是FePO4和Li2CO3、草酸，生成物LiFePO4，分析化合價變化的元素，結合原子守恒和得失電子守恒寫出方程式?！敬痤}規(guī)范】(1)100 、2 h或90 、5 h(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O轉化率隨溫度升高而增加；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉化率下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全時， c(PO) molL11.31017molL1。c3(Mg2)c2(PO)值為0.013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2【評分細則】(1)100 、2 h，90 、5 h(每一組1分，溫度與時間對應一組)(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O；(化學式均正確得1分，配平正確得1分)(3)低于40 ，TiO2xH2O轉化率隨溫度升高而增加(得1分)；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2xH2O轉化率下降(得1分)(4)4(2分)(5)Fe3恰好沉淀完全時， c(PO) molL11.31017molL1(得2分)，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(得2分)(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2(化學式均正確得1分，配平正確得2分)【對點訓練】1(2015全國卷，27)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示： 回答下列問題：(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應的化學方程式_。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施有_(寫出兩條)。(2)利用_的磁性，可將其從“浸渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質是_(寫化學式)。(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_。然后再調節(jié)溶液的pH約為5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要雜質是_(填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為_。(6)單質硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質硼，用化學方程式表示制備過程_。解析答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3提高反應溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)將Fe2氧化為Fe3使Al3和Fe3形成氫氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸鎂(5) (6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg 2B3MgO2(2017海南化學，17)以工業(yè)生產(chǎn)硼砂所得廢渣硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O的過程如圖所示：硼鎂泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%回答下列問題：(1)“酸解”時應該加入的酸是_，“濾渣1”中主要含有_(寫化學式)。(2)“除雜”時加入次氯酸鈣、氧化鎂的作用分別是_、_。(3)判斷“除雜”基本完成的檢驗方法是_。(4)分離濾渣3應趁熱過濾的原因是_。解析硼鎂泥主要成分是MgO，還有CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等雜質，酸溶時MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3都和硫酸反應，SiO2不與硫酸反應，B2O3轉化為H3BO3，則濾渣1為SiO2，次氯酸鈣具有強氧化性，加入的次氯酸鈣可把亞鐵離子氧化成鐵離子，MgO促進鐵離子、鋁離子水解，鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，則濾渣2為Al(OH)3、Fe(OH)3，濃縮過濾得到濾渣3為CaSO4，濾液中含鎂離子、硫酸根離子，蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到硫酸鎂晶體，以此來解答。答案(1)濃硫酸SiO2(2)氧化亞鐵離子促進鐵離子、鋁離子轉化為沉淀(3)溶液接近為無色(4)溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響不同，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾方法除去硫酸鈣考點指導2以分離提純?yōu)槟康幕瘜W工藝流程【典例2】(2016課標全國，28)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：物質V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質量分數(shù)/%2.22.92.83.122286065121以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：回答下列問題：(1)“酸浸”時V2O5轉化為VO，反應的離子方程式為_，同時V2O4轉化成VO2?！皬U渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2變?yōu)閂O，則需要氧化劑KClO3至少為_ mol。(3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有_。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率，淋洗液應該呈_性(填“酸”、“堿”或“中”)。(5)“流出液”中陽離子最多的是_。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式_。【解題流程】解析答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)堿(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3【對點訓練】3濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣主要含鋅、鎘(Cd)、銅、鐵、鈷(Co)等金屬單質。利用銅鎘渣可生產(chǎn)Cu、Cd及ZnSO47H2O等，其生產(chǎn)流程如圖：如表是部分金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1 molL1計算)：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cd(OH)2Zn(OH)2開始沉淀的pH1.97.07.25.4沉淀完全的pH3.29.09.58.2請回答下列問題：(1)提高銅鎘渣的“浸出”速率的措施有_(寫出1條即可)。(2)Fe的金屬性比Co強，該流程中“除鈷”_(填“能”或“不能”)用Zn代替Fe，“除鈷”中Fe發(fā)生反應的離子方程式是_。(3)“除鐵”操作中加入H2O2的目的是_，加入ZnO的目的是調節(jié)溶液pH，以除去溶液中的鐵元素，調節(jié)溶液pH的范圍為_，“除鐵”操作中的沉淀成分是_(寫化學式)。(4)“電解”操作中，Cd2在_極放電得到金屬Cd，電極反應式是_。(5)“電解”后的電解廢液是ZnSO4溶液，用該電解廢液制備ZnSO47H2O的方法是_。(6)“除鈷”后的含鈷廢渣在空氣中煅燒，煅燒后的成分測定如表：元素CoZnCuFe含量/%59.000.520.2013.16則煅燒后所得固體混合物中，鈷氧化物的化學式是_。解析(1)升高溫度、增大反應物表面積等均可提高反應速率。(2)因Zn的金屬性比Fe強，故可用Zn代替鐵除鈷。除鈷中Fe與Co2發(fā)生置換反應生成Fe2和Co。(3)H2O2可氧化Fe2，使之轉化為Fe3。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，可知欲除去溶液中的鐵元素，需加入ZnO調節(jié)溶液pH的范圍為3.25.4，此時Fe3完全轉化成Fe(OH)3沉淀。(4)電解操作中Cd2在陰極得電子生成單質Cd。(5)從ZnSO4溶液中制備ZnSO47H2O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾。(6)由題意知，煅燒后所得固體為鈷氧化物、ZnO、CuO、Fe2O3的混合物，設煅燒后所得固體質量為100 g，結合題表中的數(shù)據(jù)可知，鈷氧化物中m(O)100 g59.00 g81 gmol10.52 g65 gmol180 gmol10.20 g64 gmol1160 gmol113.16 g112 gmol121.302 g，則鈷氧化物中n(O)21.302 g16 gmol11.33 mol，n(Co)59.00 g59 gmol11.00 mol，故鈷氧化物的化學式為Co3O4。答案(1)適當升高浸取液溫度(或將銅鎘渣磨制成粉末等)(2)能FeCo2=Fe2Co(3)將Fe2氧化成Fe33.25.4Fe(OH)3(4)陰Cd22e=Cd(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾(6)Co3O41(2017北京理綜，26)TiCl4是由鈦精礦(主要成分為TiO2)制備鈦(Ti)的重要中間產(chǎn)物，制備純TiCl4的流程示意圖如下：資料：TiCl4及所含雜質氯化物的性質化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸點/58136181(升華)3161 412熔點/6925193304714在TiCl4中的溶解性互溶微溶難溶(1)氯化過程：TiO2與Cl2難以直接反應，加碳生成CO和CO2可使反應得以進行。已知：TiO2(s)2Cl2(g)= TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的熱化學方程式：_。氯化過程中CO和CO2可以相互轉化，根據(jù)如圖判斷：CO2生成CO反應的H_0(填“”“”或“”)，判斷依據(jù)：_。氯化反應的尾氣須處理后排放，尾氣中的HCl和Cl2經(jīng)吸收可得粗鹽酸、FeCl3溶液，則尾氣的吸收液依次是_。氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)過濾得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有_。(2)精制過程：粗TiCl4經(jīng)兩步蒸餾得純TiCl4。示意圖如下：物質a是_，T2應控制在_。解析(1)利用蓋斯定律，將已知兩個熱化學方程式相加即可得出答案；由圖像可知，溫度升高，二氧化碳減少，一氧化碳增多，有利于二氧化碳轉化為一氧化碳；又因為溫度升高平衡向吸熱反應方向移動，所以二氧化碳生成一氧化碳的反應為吸熱反應，故H0；HCl氣體溶于水即得到鹽酸，所以在通其他水溶液之前先用水吸收HCl；之后用FeCl2溶液與Cl2反應生成FeCl3溶液；最后用NaOH溶液吸收尾氣，防止污染空氣；由資料可知，冷卻到室溫時，濾渣中含有難溶于TiCl4的MgCl2，以及微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3。(2)粗TiCl4中存在的雜質是SiCl4和微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3；先通過蒸餾的方式除去沸點較低的SiCl4，再控制溫度在136 181 ，蒸餾得到純凈TiCl4。答案(1)TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H45.5 kJ/mol溫度升高，CO含量升高，CO2含量減少，反應向生成CO的方向進行水、FeCl2溶液、NaOH溶液AlCl3、FeCl3、MgCl2(2)SiCl4136 181 2(2017江蘇化學，19)某科研小組采用如下方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低，對實驗的影響可忽略)。已知：NaClO溶液在受熱或酸性條件下易分解，如3NaClO=2NaClNaClO3AgCl可溶于氨水：AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O常溫時N2H4H2O(水合肼)在堿性條件下能還原Ag(NH3)：4Ag(NH3)N2H4H2O=4AgN24NH4NH3H2O(1)“氧化”階段需在80 條件下進行，適宜的加熱方式為_。(2)NaClO溶液與Ag反應的產(chǎn)物為AgCl、NaOH和O2，該反應的化學方程式為_。HNO3也能氧化Ag，從反應產(chǎn)物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺點是_。(3)為提高Ag的回收率，需對“過濾”的濾渣進行洗滌，并_。(4)若省略“過濾”，直接向冷卻后的反應容器中滴加10%氨水，則需要增加氨水的用量，除因過量NaClO與NH3H2O反應外(該條件下Na