(完整word版)2018版高考化學一輪總復習第三章金屬及其化合物專題講座無機化學工藝流程題的解題策略

1、1 專題講座 無機化學工藝流程題的解題策略 工藝流程題就是將化工生產(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(guān) 的化學知識步步設(shè)問，是無機框圖題的創(chuàng)新，題目常常以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)， 將化學工藝 流程進行簡化，與化工生產(chǎn)成本、環(huán)境保護等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離等基本 實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，是近幾年高考化學命題中的?？碱}型。 一、題型結(jié)構(gòu) 1 化工流程線路示意圖。 凰1葩原料 主產(chǎn)物一 鼠丘! 一 1月竦產(chǎn)穗 閑產(chǎn)* (1) 箭頭：箭頭進入的是投料(即反應(yīng)物)、出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。 (2) 三線：物料進出線、操作流程線、循環(huán)操作線。 2 涉及問題

2、。 (1) 原料的預處理。 (2) 反應(yīng)條件的控制(溫度、壓強、催化劑、原料配比、 pH、溶劑等)。 (3) 反應(yīng)原理(化學平衡、水解平衡、化學反應(yīng)速率、反應(yīng)熱、電化學等 )。 (4) 綠色化學問題(物質(zhì)循環(huán)利用、廢物的處理、原子利用率、能量充分利用等 )。 (5) 化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。 二、解題思路及方法 1 .解題思路。 閱讀題目的背景材料 提供的原料 物料或操作流程 審題 提供的條件和圖表 化工流程圖的類型 重要的操作2 弄清目的和原理 弄清各步驟的目的 析題如何運用條件 問題突破口與隱含條件 建立解題思路與方法 從目的和反應(yīng)原理切入 從原料和產(chǎn)品切入 從生產(chǎn)要求和條件切

3、入 答題 從產(chǎn)品分享提純切入 從綠色化學思想切入 注意問題表達(因果、對比、逆向) 2.解題方法。 (1) 首尾分析法：對一些線型流程工藝 (從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序 )試題，首先 對比分析流程圖中第一種物質(zhì) (原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品)，從對比分析中找出原料與產(chǎn) 品之間的關(guān)系，弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、 分離、提純產(chǎn)品的化工 工藝，然后再結(jié)合題設(shè)的問題，逐一推敲解答。 (2) 分段分析法：對于用同樣的原材料生產(chǎn)多種 (兩種或兩種以上)產(chǎn)品(包括副產(chǎn)品)的 工業(yè)流程題，用分段分析法更容易找到解題的切入點。 (3) 交叉分析法：有些化工生產(chǎn)選用多組原材料，先合成一種

4、或幾種中間產(chǎn)品，再用這 一中間產(chǎn)品與部分其他原材料生產(chǎn)所需的主流產(chǎn)品， 這種題適合用交叉分析法。 就是將提供 的工業(yè)流程示意圖結(jié)合常見化合物的制取原理劃分成幾條生產(chǎn)流水線，然后上下交叉分析。 3答題步驟。 (1) 從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。 (2) 整體瀏覽一下流程，基本辨別出預處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。 (3) 分析流程中的每一步驟，并獲取以下信息： 知道“四個什么”。 反應(yīng)物是什么，發(fā)生了什么反應(yīng)，該反應(yīng)造成了什么后果，對制造產(chǎn)品有什么作用。 抓住“一個關(guān)鍵”。 3 一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。 (4) 從問題中獲取信息，幫助解題。 4.規(guī)范解答。4 (1) 文字敘

5、述類的題目要規(guī)范解答，防止出現(xiàn)因敘述不嚴謹導致的失分，如： 如何洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀， 待水自然流下后，重復以上操作2 3次。 如何證明沉淀完全：如向含 SO的溶液中加BaCb溶液，將沉淀靜置，取上層清液, 再加BaCl2溶液，若無白色沉淀生成，說明沉淀完全。 如何從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮一冷卻結(jié)晶一過濾一洗滌一干燥。 在寫某一步驟是為了除雜時，應(yīng)該注明“是為了除去xx雜質(zhì)” ，只寫“除雜”等 類萬能式的回答是不正確的。 認真審題，不要因?qū)忣}不細致而失分，如: 填“化學方程式”還是“離子方程式”。 填“名稱”“符號”還是“代號” “序號”等。 填“大于”“ ”“增大”還是“

6、變大”等。 填“化學式” “分子式”“結(jié)構(gòu)式”“結(jié)構(gòu)簡式”“最簡式”還是“電子式”等。 三、答題的必備知識 1 對原料進行預處理的常用方法及其作用。 (1) 研磨減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積， 加快反應(yīng)速率。 (2) 水浸與水接觸反應(yīng)或溶解。 (3) 酸浸與酸接觸反應(yīng)或溶解， 使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去。 (4) 灼燒一一除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化， 如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了 除去可燃性雜質(zhì)。 (5) 煅燒一一改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅 燒高嶺土。 2 常用的控制反應(yīng)條件的方法。 (1) 調(diào)節(jié)溶液的pH。

7、常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié) pH所需的物質(zhì)一 般應(yīng)滿足兩點： 能與 屮反應(yīng)，使溶液pH增大。 不引入新雜質(zhì)。 例如： 若要除去 CIJ +中混有的Fe3*,可加入CuO CU(OH)2、Cib(OH)2CO等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶 液的pH,不可加入NaOH溶液、氨水等。 (2) 控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。 控制壓強。改變速率，影響平衡。 書寫化學方程式時要注意配平、 注明反應(yīng)條件以及“一T”“ =” 等。 a 5 (4) 使用正催化劑。加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡需要的時間。 (5) 趁熱過濾。防止某些物質(zhì)降溫時析出。 (6) 冰水洗滌。洗去晶體

8、表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 3明確常用的提純方法。 (1) 水溶法：除去可溶性雜質(zhì)。 (2) 酸溶法：除去堿性雜質(zhì)。 (3) 堿溶法：除去酸性雜質(zhì)。 (4) 氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì)。 (5) 加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。 (6) 調(diào)節(jié)溶液的pH法：如除去酸性含銅溶液中的 Fe3+等。 4明確常用的分離方法。 (1) 過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。 (2) 萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用 CCl4 或苯萃取溴水中的溴。 (3) 蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)

9、，如 NaCl。 (4) 冷卻結(jié)晶： 提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、 易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物， 如 KNO3、 FeCb CUCI2、CuSQ 5H2O FeSQ - 7耳0等。 (5) 蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。 (6) 冷卻法：利用氣體易液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離氨氣與氮 氣、氫氣。 5物質(zhì)分離、提純的原則。 (1) 不增：不引入新的雜質(zhì)。 (2) 不減：不減少被提純物。 (3) 易分離：被提純物與雜質(zhì)容易分離。 (4) 易復原：被提純的物質(zhì)易恢復原來的組成狀態(tài)。 6物質(zhì)分離、提純注意事項。 (1) 除雜試劑需過量。 (2) 過量

10、試劑需除去。 (3) 除去多種雜質(zhì)時要考慮加入試劑的順序。 (4) 選擇最佳除雜途徑。 【例1】(2015 全國I卷)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MgBQ，H2Q和FesQ,還有少量 FezQ、FeO CaQ AI2Q和Si02等)為原料制備硼酸(HsBQ) 的工藝流程如圖所示： 鐵訓礦粉一硫酸浸出 f 過濾 一浄化除雜 6 浸渣 過濾 蒸發(fā)濃縮1 冷卻結(jié)晶過濾硼酸 1 浸渣 含鎂鹽母液 回答下列問題： 寫出MgBQ HO與硫酸反應(yīng)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

11、渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質(zhì)是 (化學式)。 (3) “凈化除雜”需先加 H2Q溶液，作用是 _ 然后再調(diào)節(jié)溶液的 pH約為5，目的是 _ (4) “粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是 _ (填名稱)。 (5) 以硼酸為原料可制得硼氫化鈉 (NaBH)，它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為 (6) 單質(zhì)硼可用于生成具有優(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(zhì) 硼，用化學方程式表示制備過程 _ 解析：B和Al是同主族元素，參考 Al的性質(zhì)推斷B及其化合物的性質(zhì)?？赏ㄟ^攪拌礦 粉、升高溫度提高浸出率。Fe3Q4有磁性，SiQ2與硫酸不反應(yīng)存留于浸渣中，而氧化鈣和硫酸 反應(yīng)的產(chǎn)物硫酸鈣沒有除

12、去；加 H2Q溶液使二價鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵，然后調(diào)節(jié) pH使三價鐵和 鋁離子形成氫氧化物除去，根據(jù)最后過濾后得到含鎂鹽母液推斷； 根據(jù)元素成鍵規(guī)律可知硼 氫化鈉電子式，根據(jù)題給信息和氧化還原反應(yīng)規(guī)律可知 2HBQ+ 3Mg=3MgQ2B+ 3fQ 答案：(1)Mg 2B2O5 H2O+ 2H2SQ=MgS(4 2H3BQ 攪拌礦粉、升高溫度 (2) Fe Q SiQ2和 CaSQ 氧化溶液中的Fe2+除去溶液中的Al3+和Fe3+ (4)(七水)硫酸鎂7 H 9 (5) Na+ LH ： B ：町- H (6) 2H 3BO+ 3Mg=3MgO 2B+ 3H2O 【例2】 鋰離子電池的應(yīng)用很廣，其

13、正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有 鈷酸鋰(LiCoO、導電劑乙炔黑和鋁箔等。 充電時， 該鋰離子電池負極發(fā)生的反應(yīng)為 + + xe=LixG?，F(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源 _L 水刪卅勵 Hjsgg 回答下列問題: (1) LiCoO 2中，Co元素的化合價為 _ 。 (2) 寫出“正極堿浸”中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 _ (3) “酸浸” 一般在 80 C下進行，寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學方程 式 _ ;可用鹽酸代替 HSQ和 HQ的混合液，但缺點是 (4) _ 寫出“沉鈷”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式 _ 充放電過程中發(fā)生 LiCoO2與Li 1-xC

14、oO之間的轉(zhuǎn)化，寫出放電時電池反應(yīng)方程式 (6) 上述工藝中“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是 在整個回收工藝中，可回收的金屬化合物有 _ (填化學式)。 解析： 在LiCoO2中，由于Li的化合價為+ 1, O的化合價為一2,根據(jù)化合價為零的 規(guī)則，可知Co的化合價為+ 3。 (2) 在“正極堿浸”的條件下，正極材料中的鋁箔和 NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)：2AI + 2OH + 2H20=2AlO + 3H4。 6C+ xLi (部分條件未給出)。 8 (3) 在酸性條件下 既有氧化性又有還原性，在酸浸過程中有 HQ的分解反應(yīng)：9 2HQ=2Hzg Qf;另外HzQ具有還原性，+ 3的Co

15、可以將H2Q氧化，反應(yīng)為：2LiCoO2 + 3H2SQ+ HQ=Li 2SQ+ 2CoSQ+ Q f + 4H2O,用鹽酸代替硫酸和 H2Q,在反應(yīng)過程中鹽酸 被氧化，會有氯氣產(chǎn)生，污染環(huán)境。 (4) 在CoSQ溶液中加入 NHHCQ,然后過濾得到 CoCQ說明沉鈷過程中生成碳酸鈷沉淀， 根據(jù)原子守恒可得反應(yīng)為 CoSQ+ 2NHHCQ=CoC3X + (NH) 2SQ+ H2C)+ CQ f。 (5) 充放電過程中，同一個電極的反應(yīng)類型相反，在充電時發(fā)生反應(yīng)： 6C+ xLi + xe =LixC6，碳元素化合價降低屬于還原反應(yīng)；則放電時 LixC是反應(yīng)物，生成 C,發(fā)生氧化反 應(yīng)，而Li

16、-xCoQ與LiCoQ2相比，Li 1-xCoQ中鈷的價態(tài)較高，可知 Li -xCoQ為反應(yīng)物，電極 反應(yīng)為：Li 1 -xCoQ+ Li xG=LiCoQ+ 6C。 (6) 考查了原電池原理。在鋰離子電池中 Li做負極，在放電過程中失電子變成 Li +從負 極脫出，進入溶液經(jīng)過電解質(zhì)溶液移向正極。 根據(jù)流程圖可知在整個回收工藝中， 回收到的 金屬化合物有 AI(OH)3、COCQ、Li 2SQ。 答案：+ 3 (2) 2AI + 2QH + 2H2Q=2AI(C + f 木 木 _ (3) 2LiCoO 2+ 3H2SQ+ H2Q=Li 2SQ+ 2CoSQ+ Qf + 4H2C 2H2Q=

17、!H2O+ Of Cl 被氧化生成Cl2污染環(huán)境 (4) CoSQ4+ 2NHHCQ=CoCd+ (NHk) 2SC4+ H2Q+ CQf (5) Li 1xCoQ + Li xG=LiCoQ+ 6C (6) Li +從負極脫出，經(jīng)電解液向正極移動并進入正極材料中 AI(OH)3、COCC、Li 2SQ 邑專題訓練 1 氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅 含有 Fe( n )、Mn(n )、 Ni( n )等雜質(zhì)的流程如下: 工業(yè)薊牛浸出液冊簫礦址濾 的I 飛一濾餅亍。 Ni( n )不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是 MnQ 回答下列問題: 提示：在本實驗條件下,

18、 (1)反應(yīng)中除掉 的雜質(zhì)離子是 ,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 10 在加高錳酸鉀溶液前，若 pH較低，對除雜的影響是 _ 11 (2)反應(yīng)的反應(yīng)類型為 _ ，過濾得到的濾渣中，除了過量的鋅外還有 反應(yīng)形成的沉淀要用水洗，檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是 反應(yīng)中產(chǎn)物的成分可能是 ZnCO xZn(0H)2。取干燥后的濾餅11.2 g,煅燒后可得 到產(chǎn)品8.1 g。貝U x等于 _ 。 解析：從分析整個流程圖入手，明確每步發(fā)生的反應(yīng)，從而解決相關(guān)問題。 2亠 3亠 2 (1) 在反應(yīng)中，通過調(diào)節(jié)溶液的 pH,高錳酸鉀能將溶液中的 Fe氧化為Fe ，將Mn +氧化為MnO而除去；若開始溶液的 pH過低，F(xiàn)

19、e2*、Mr)+將很難生成沉淀而除去。 (2) 第一次過濾后的濾液中含有的陽離子有 zC Ni2：屮等，加入鋅后可將 Ni置換出 來，故濾渣中還含有金屬鎳。 (3) 反應(yīng)生成的沉淀為 ZnCO,同時生成 NQSQ,若沉淀未洗滌干凈，洗滌液中應(yīng)含有 SO和Na，故只要對洗滌液中是否含有 SO進行檢驗即可。 煅燒過程中ZnCO、Zn(0H)2均發(fā)生分解反應(yīng)生成 ZnO,根據(jù)關(guān)系式ZnCQxZn(OH)2 口 125+ 99x 11.2 g , (x+ 1)Zn0,可得 EH廠瓦Tg_，故 x= 1o 答案：(1)Fe 2+和 Mn* MnO + 3Fe2+ 7HzO=3Fe(OH + MnOJ +

20、 5、2MnO + 3Mri + + 2H20=5Mn0t + 4H 鐵離子和錳離子不能生成沉淀，從而無法除去鐵和錳雜質(zhì) (2) 置換反應(yīng)鎳 (3) 取少量水洗液于試管中， 滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸鋇溶液， 若無白色沉淀生 成，則說明沉淀已經(jīng)洗滌干凈 (4) 1 2. (2016 安陽模擬)“低碳”在工業(yè)生產(chǎn)中意義重大，充分利用原材料，不排放或減 少排放“三廢”，不同工廠聯(lián)合生產(chǎn)等都是很好的“低碳”生產(chǎn)方式。 下面是幾家工廠利用 廢氣、廢液、廢渣聯(lián)合生產(chǎn)化肥硫酸銨的工藝。 請回答下列問題： (1) 操作為 _ 。 (2) 工業(yè)合成氨的化學方程式為 _ 。 12 (3) 沉淀池中生成硫酸銨的

21、化學方程式為 _ 13 過程中，F(xiàn)eS Q和H2SQ反應(yīng)的化學方程式為 _ 。 過程中需加入的物質(zhì)是 _ 。 過程中，蒸發(fā)結(jié)晶時需使用的儀器除酒精燈、三腳架外，還需要 (4)在實驗室中檢驗氨氣的方法是 _ (5)副產(chǎn)品的化學式為 _。該聯(lián)合生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是 解析：(1)操作是過濾，得到溶液和沉淀。(2)合成氨反應(yīng)為N2 + 高溫、高壓 3H2、 2NH。(3)沉淀池中反應(yīng)物為 CaS CO、NH、HO,發(fā)生的反應(yīng) 催化劑 為CaSO+ CO+ 2NH+ HbO=CaC0 + (NH4) 2SQ。 實驗室檢驗氨氣用玻璃棒蘸取濃鹽酸， 有白煙生成，或用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗， 若試紙變藍，則說明含有NH。(5)反應(yīng)生成的 沉淀為CaCQ,煅燒得到CaQ副產(chǎn)物為CaQ CQ可循環(huán)使用。 答案：(1)過濾 咼溫、咼壓 (2)N 2+ 3H2 2NH 催化劑 (3) CaSQ4+ CQ + 2NH+ H2Q=CaC0+ (NH) 2SQ (4) 用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，若試紙變藍，則說明含有 檢驗，若產(chǎn)生白煙，則含有 NH)(其他合理答案也可) CaQ CQ(若有NH,也可) NH(或用玻璃棒蘸取濃鹽酸 3.實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少量 FeS、SiQ2等)制備聚鐵(堿式 硫酸鐵的聚合物)和綠磯(FeSC4 7fQ),