新教材適用2024版高考化學(xué)二輪總復(fù)習(xí)第2部分新高考五大題型突破題型突破2化學(xué)工藝流程綜合題突破點(diǎn)2流程中分離提純方法與方程式的書寫教師用書

突破點(diǎn)2流程中分離提純方法與方程式的書寫1.(2022·北京選考)銨浸法由白云石[主要成分為CaMg(CO3)2，含F(xiàn)e2O3，SiO2雜質(zhì)]制備高純度碳酸鈣和氧化鎂。其流程如下：已知：物質(zhì)Ca(OH)2Mg(OH)2CaCO3MgCO3Ksp5.5×10－61.8×10－122.8×10－93.5×10－8(1)(命題角度：方程式書寫)煅燒白云石的化學(xué)方程式為CaMg(CO3)2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋MgO＋2CO2↑。(2)根據(jù)下表數(shù)據(jù)分析：n(NH4Cl)∶n(CaO)CaO浸出率/%MgO浸出率/%w(CaCO3)理論值/%w(CaCO3)實(shí)測值/%2.1∶198.41.199.7－2.2∶198.81.599.299.52.3∶198.91.898.899.52.4∶199.16.095.697.6已知：ⅰ.MO浸出率＝eq\f(浸出的MO質(zhì)量,煅燒得到的MO質(zhì)量)×100%(M代表Ca或Mg)；ⅱ.CaCO3純度計(jì)算值為濾液A中鈣、鎂全部以碳酸鹽形式沉淀時(shí)計(jì)算出的產(chǎn)品中CaCO3純度。①(命題角度：方程式書寫)“沉鈣”反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCl2＋NH3·H2O＋CO2=CaCO3↓＋NH4Cl＋H2O。②(命題角度：分離提純)CaO浸出率遠(yuǎn)高于MgO浸出率的原因?yàn)開Ca(OH)2的溶度積大于Mg(OH)2，溶液中Ca(OH)2能與NH4Cl反應(yīng)，而Mg(OH)2不能__。③(命題角度：浸出率與投料關(guān)系)不宜選用的“n(NH4)Cl∶n(CaO)”數(shù)值為_2.4∶1__。④(命題角度：誤差原因分析)w(CaCO3)實(shí)測值大于理論值的原因?yàn)開反應(yīng)加入的CaO也轉(zhuǎn)化為CaCO3__。⑤(命題角度：浸出率與H＋濃度關(guān)系)蒸餾時(shí)，隨餾出液體積增大，MgO浸出率可從68.7%增加至98.9%，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理解釋MgO浸出率提高的原因?yàn)镸g(OH)2＋(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(△))MgSO4＋2NH3↑＋2H2O，蒸餾時(shí)，NH3逸出促進(jìn)NHeq\o\al(＋,4)水解，溶液中H＋濃度增大，有利于Mg(OH)2完全轉(zhuǎn)化為MgSO4。【解析】由題給流程可知，白云石煅燒時(shí)，CaMg(CO3)2高溫分解生成氧化鈣和氧化鎂，向煅燒后的固體中加入氯化銨溶液和氧化鈣，氧化鈣和氯化銨溶液反應(yīng)生成氯化鈣和一水合氨，氧化鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂，過濾得到含有氯化鈣、一水合氨的濾液A和含有氫氧化鎂、氧化鐵、二氧化硅的濾渣B；向?yàn)V液A中通入二氧化碳，二氧化碳與濾液A反應(yīng)、過濾得到碳酸鈣沉淀和氯化銨溶液；向?yàn)V渣B中加入硫酸銨溶液蒸餾，將氫氧化鎂轉(zhuǎn)化為硫酸鎂，氧化鐵、二氧化硅與硫酸銨溶液不反應(yīng)，過濾得到含有氧化鐵、二氧化硅的濾渣C和含有硫酸鎂的濾液D；向?yàn)V液D中加入碳酸銨溶液，碳酸銨溶液與濾液D反應(yīng)、過濾得到碳酸鎂沉淀和硫酸銨溶液，煅燒碳酸鎂得到氧化鎂，制備分離過程中氯化銨溶液和硫酸銨溶液可以循環(huán)利用。(1)由分析可知，白云石煅燒時(shí)，CaMg(CO3)2高溫分解生成氧化鈣、氧化鎂和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaMg(CO3)2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋MgO＋2CO2↑。(2)①由分析可知，“沉鈣”時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為二氧化碳與氯化鈣和一水合氨混合溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀、氯化銨和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCl2＋NH3·H2O＋CO2=CaCO3↓＋NH4Cl＋H2O。②由題給溶度積數(shù)據(jù)可知，氫氧化鈣的溶度積大于氫氧化鎂，溶液中氫氧化鈣的濃度大于氫氧化鎂，能與氯化銨溶液反應(yīng)生成氯化鈣和一水合氨，而氫氧化鎂不能反應(yīng)，所以氧化鈣的浸出率遠(yuǎn)高于氧化鎂。③由題給數(shù)據(jù)可知，氯化銨和氧化鈣的物質(zhì)的量比為2.4∶1時(shí)，氧化鎂的浸出率最高，而碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無論是理論值還是實(shí)測值都最低，所以不宜選用的物質(zhì)的量比為2.4∶1。⑤硫酸銨是強(qiáng)酸弱堿鹽，銨根離子在溶液中的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加熱蒸餾時(shí)，氨氣逸出促進(jìn)銨根離子水解，溶液中氫離子濃度增大，有利于氫氧化鎂完全溶解轉(zhuǎn)化為硫酸鎂，所以氧化鎂浸出率提高。2.(2022·湖南選考)鈦(Ti)及其合金是理想的高強(qiáng)度、低密度結(jié)構(gòu)材料。以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質(zhì))為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質(zhì)的沸點(diǎn)：物質(zhì)TiCl4VOCl3SiCl4AlCl3沸點(diǎn)/答下列問題：(1)(命題角度：方程式書寫)TiO2與C、Cl2，在600℃的沸騰爐中充分反應(yīng)后，混合氣體中各組分的分壓如下表：物質(zhì)TiCl4COCO2Cl2分壓MPa4.59×10－21.84×10－23.70×10－25.98×10－9該溫度下，TiO2與C、Cl2反應(yīng)的總化學(xué)方程式為5TiO2＋6C＋10Cl2eq\o(=,\s\up7(600℃))5TiCl4＋2CO＋4CO2。(2)(命題角度：方程式書寫)“除釩”過程中的化學(xué)方程式為3VOCl3＋Al=3VOCl2＋AlCl3。(3)(命題角度：分離提純)“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質(zhì)的方法是_蒸餾__。(4)(命題角度：分離提純)“除釩”和“除硅、鋁”的順序_不能__交換(填“能”或“不能”)，理由是_若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時(shí)需要加入Al，又引入Al雜質(zhì)__。【解析】鈦渣中加入C、Cl2進(jìn)行沸騰氯化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氯化物，降溫收塵后得到粗TiCl4，加入單質(zhì)Al除釩，再除硅、鋁得到純TiCl4，加入Mg還原得到Ti。(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，該溫度下C主要生成CO和CO2，根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物質(zhì)的量之比約是5∶2∶4，所以TiO2與C、Cl2反應(yīng)的總化學(xué)方程式為5TiO2＋6C＋10Cl2eq\o(=,\s\up7(600℃))5TiCl4＋2CO＋4CO2。(2)“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平方程式為3VOCl3＋Al=3VOCl2＋AlCl3。(3)AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點(diǎn)差異較大，“除硅、鋁”過程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。(4)若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時(shí)需要加入Al，又引入Al雜質(zhì)，因此“除釩”和“除硅、鋁”的順序不能交換?！菜季S建?！?．新情境下陌生氧化還原反應(yīng)化學(xué)方程式的書寫技巧2．工藝流程中描述性簡答的答題模板(1)“操作或措施”類操作或措施答題模板從溶液中得到晶體的操作蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過濾→洗滌(包括水洗、冰水洗、熱水洗、乙醇洗等)→干燥蒸發(fā)結(jié)晶的操作將溶液轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿中加熱，并用玻璃棒不斷攪拌，待有大量晶體出現(xiàn)時(shí)停止加熱，利用余熱蒸干剩余水分證明沉淀完全的操作靜置，取上層清液，加入××試劑(沉淀劑)，若沒有沉淀生成，說明沉淀完全洗滌沉淀的操作沿玻璃棒向漏斗(過濾器)中的沉淀上加蒸餾水至沒過沉淀，靜置使水自然流干，重復(fù)操作數(shù)次(2)“目的或原因”類目的或原因答題模板沉淀水洗的目的除去××(可溶于水)雜質(zhì)沉淀用乙醇洗滌的目的a.減小固體的溶解度；b.除去固體表面吸附的雜質(zhì)；c.乙醇揮發(fā)帶走水分，使固體快速干燥冷凝回流的作用及目的防止××蒸氣逸出脫離反應(yīng)體系，提高××物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率控制溶液pH的目的防止××離子水解；防止××離子沉淀；確?！痢岭x子沉淀完全；防止××溶解等；促進(jìn)/抑制××氣體吸收/逸出加過量A試劑的原因使B物質(zhì)反應(yīng)完全(或提高B物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率)等溫度不高于××℃的原因溫度過高××物質(zhì)分解(如H2O2、NH3·H2O、濃硝酸、NH4HCO3等)或××物質(zhì)揮發(fā)(如濃硝酸、濃鹽酸)或××物質(zhì)氧化(如Na2SO3等)或促進(jìn)××物質(zhì)水解(如AlCl3、FeCl3等)減壓蒸餾(減壓蒸發(fā))的原因減小壓強(qiáng)，使液體沸點(diǎn)降低，防止××物質(zhì)受熱分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3等)蒸發(fā)時(shí)的氣體氛圍抑制××離子的水解(如加熱蒸發(fā)AlCl3溶液時(shí)需在HCl氣流中進(jìn)行；加熱MgCl2·6H2O得MgCl2時(shí)需在HCl氣流中進(jìn)行等)配制某溶液前先煮沸水的原因除去溶解在水中的氧氣，防止××物質(zhì)被氧化反應(yīng)容器中和大氣相通的玻璃管的作用指示容器中壓強(qiáng)大小，避免反應(yīng)容器中壓強(qiáng)過大知能分點(diǎn)1物質(zhì)分離與提純的6種常用方法知能分點(diǎn)2常用的結(jié)晶方法1.從溶液中獲取不帶結(jié)晶水的晶體，如NaCl、K2SO4等，用蒸發(fā)結(jié)晶。2.從溶液中獲取帶結(jié)晶水的晶體，如CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等，用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。3.從混合液中獲取溶解度受溫度影響較小的溶質(zhì)，如從含少量KNO3的NaCl溶液中獲取NaCl晶體，用蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾。4.從混合液中獲取溶解度受溫度影響較大的溶質(zhì)，如從含少量KCl的KNO3溶液中獲取KNO3晶體，用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。5.重結(jié)晶指析出的晶體經(jīng)過溶解后再次從溶液中結(jié)晶析出的過程，是一種利用物質(zhì)的溶解性不同而進(jìn)行分離、提純的方法。知能分點(diǎn)3萃取與反萃取示例(1)萃取法分離考查角度舉例問題萃取操作的考查用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行萃取分液，以除去溶液中的Fe3＋為使Fe3＋盡可能多地從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相，采取的操作：向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機(jī)萃取劑，充分振蕩、靜置、分液，并重復(fù)多次萃取劑的選擇已知萃取劑A、B中pH對(duì)鈷、錳離子萃取率的影響如圖所示：為了除去Mn2＋，應(yīng)選擇萃取劑BpH范圍的選擇萃取劑對(duì)Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關(guān)系如圖所示萃取分離鈷、鋁的實(shí)驗(yàn)操作：向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液，繼續(xù)向萃取分液后的有機(jī)相加稀硫酸調(diào)pH至0.5以下，然后分液，可得Al2(SO4)3溶液“萃取分離”溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時(shí)溶液pH的關(guān)系如圖所示pH一般選擇5左右，理由是pH在5左右時(shí)，鈷、鋰的分離效率最高歸納總結(jié)①要除去的離子在萃取劑中溶解度遠(yuǎn)大于有效離子的溶解度。②離子在不同的萃取劑中溶解度相差越大越好。③選擇合適的pH范圍分離離子，要求該pH范圍內(nèi)離子溶解度相差較大(2)反萃取分離題目問題反萃取目的實(shí)驗(yàn)室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實(shí)驗(yàn)過程如圖所示向含碘廢液中加入稍過量的Na2SO3溶液，將廢液中的I2還原為I－，該操作的目的是使CCl4中的碘進(jìn)入水層反萃取劑的選擇釩及其化合物在工業(yè)上有許多用途。從廢釩(主要成分V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)中提取五氧化二釩的一種工藝流程如圖。已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋與Fe不能反應(yīng)。②有機(jī)溶劑H2R對(duì)VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋“溶劑萃取與反萃取”可表示為VO2＋＋H2Req\o(,\s\up7(溶劑萃取),\s\do5(反萃取))VOR＋2H＋。為了提高VO2＋的產(chǎn)率，反萃取劑可選用H2SO4“萃取”和“反萃取”目的鉬(Mo)是重要的過渡金屬元素，具有廣泛用途。由鉬精礦(主要成分是MoS2)濕法回收鉬酸銨[(NH4)2MoO4]部分工藝流程如圖。“濾液2”先加入有機(jī)溶劑“萃取”，再加氨水“反萃取”，進(jìn)行“萃取”和“反萃取”操作的目的是富集鉬酸根離子(或?qū)f酸根離子與其他雜質(zhì)分離)1.(2023·河北省部分示范性高中高三三模)為了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，建立清潔低碳的能源體系，如何處置和利用廢舊電池，已成為當(dāng)前行業(yè)亟需解決的問題。一種廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料(主要成分為LiFePO4，另含有少量Al)回收利用的工藝流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)(命題角度：方程式的書寫)正極粉料中加入硫酸酸化的雙氧水，其中雙氧水的作用是_將Fe2＋氧化成Fe3＋__。生成FePO4的化學(xué)方程式為2LiFePO4＋H2SO4＋H2O2=Li2SO4＋2FePO4＋2H2O。(2)(命題角度：分離提純)溶液的pH對(duì)鐵和磷的沉淀率的影響如圖所示。沉淀鐵和磷時(shí)，應(yīng)選擇溶液的pH為2.5。當(dāng)pH＞2.5時(shí)，鐵、磷沉淀率發(fā)生不同變化的原因是_當(dāng)pH＞2.5時(shí)，F(xiàn)ePO4會(huì)有部分開始轉(zhuǎn)變生成Fe(OH)3，使得部分POeq\o\al(3－,4)釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降，而鐵雖然轉(zhuǎn)化成了Fe(OH)3，但仍在沉淀中，因此鐵沉淀率未出現(xiàn)下降趨勢__。(3)(命題角度：分離提純)向“含鋰溶液2”中加入Na3PO4溶液，得到Li3PO4沉淀。所加的Na3PO4溶液可通過向流程中的_FePO4__(填化學(xué)式)中加入NaOH溶液制得。(4)(命題角度：分離提純)檢驗(yàn)水洗Li3PO4已洗滌干凈的操作方法是_取最后一次洗滌液少許于試管中，加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈__。【解析】(1)H2O2具有氧化性，加入的目的是將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋；Fe2＋被氧化為Fe3＋，H2O2被還原，發(fā)生的化學(xué)方程式為2LiFePO4＋H2SO4＋H2O2=Li2SO4＋2FePO4＋2H2O。(2)當(dāng)pH＞2.5后，部分Fe元素以Fe(OH)3的形式存在，使得部分POeq\o\al(3－,4)釋放，導(dǎo)致磷沉淀率下降，而鐵雖然轉(zhuǎn)化成了Fe(OH)3，但仍在沉淀中，因此鐵沉淀率未出現(xiàn)下降趨勢。(3)Fe(OH)3的Ksp更小，所以可以通過FePO4與NaOH溶液反應(yīng)生成Na3PO4與Fe(OH)3。(4)檢驗(yàn)水洗Li3PO4是否已洗滌干凈主要是檢驗(yàn)溶液中是否還含有硫酸根離子，檢驗(yàn)硫酸根離子的方法是：取最后一次洗滌液少許于試管中，加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，如果沒有白色沉淀生成，說明沉淀已洗滌干凈。2.(2023·河北唐山三模)二氧化鈦/氧化鋅納米復(fù)合材料是重要且廣泛使用的無機(jī)紫外防曬劑，某研究小組設(shè)計(jì)了由鈦鐵礦(主要成分FeTiO2，雜質(zhì)有Fe2O3、SiO2等)制備二氧化鈦/氧化鋅納米復(fù)合材料的工藝流程如下：(1)(命題角度：分離提純)酸浸的礦渣主要成分是_SiO2__。(2)(命題角度：分離提純)加入鋅粉的目的是_將Fe3＋還原，防止后續(xù)操作形成Fe(OH)3沉淀__，判斷該反應(yīng)完全的操