2024屆江蘇高考大二輪復習 專題六 水溶液中的離子平衡 主觀題突破 3-化工流程中物質的分離與提純 學案

3.化工流程中物質的分離與提純1．化工生產(chǎn)過程中分離、提純、除雜化工生產(chǎn)過程中分離、提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學基本實驗的原理緊密聯(lián)系，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，或蒸餾、萃取、分液等基本實驗操作及原理，并要熟悉所用到的相關儀器。2．?？挤蛛x、提純的操作(1)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法：蒸發(fā)濃縮(至少有晶膜出現(xiàn))、冷卻結晶、過濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗等)、干燥。(2)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾(如果溫度下降，雜質也會以晶體的形式析出來)、洗滌、干燥。(3)減壓蒸發(fā)的原因：減壓蒸發(fā)降低了蒸發(fā)溫度，可以防止某物質分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)或失去結晶水(如題目要求制備結晶水合物產(chǎn)品)。(4)洗滌洗滌試劑適用范圍目的蒸餾水冷水產(chǎn)物不溶于水除去固體表面吸附著的××雜質，可適當降低固體因為溶解而造成的損失熱水有特殊的物質其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的××雜質，可適當降低固體因為溫度變化溶解而造成的損失有機溶劑(酒精、丙酮等)固體易溶于水、難溶于有機溶劑減少固體溶解；利用有機溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥飽和溶液對純度要求不高的產(chǎn)品減少固體溶解酸、堿溶液產(chǎn)物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質；減少固體溶解洗滌沉淀的方法：向過濾器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次檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若未出現(xiàn)特征反應現(xiàn)象，則沉淀洗滌干凈(5)萃取與反萃?、佥腿。豪梦镔|在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同，將物質從一種溶劑轉移到另一種溶劑的過程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。②反萃?。河梅摧腿┦贡惠腿∥飶呢撦d有機相返回水相的過程，為萃取的逆過程。(6)其他①蒸發(fā)時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防其水解。②減壓蒸餾的原因：減小壓強，使液體沸點降低，防止受熱分解、氧化等。3．根據(jù)溶解度曲線判斷結晶的方法(1)溶解度受溫度影響較小的(如NaCl)采取蒸發(fā)結晶的方法。(2)溶解度受溫度影響較大的采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法。(3)帶有結晶水的鹽，一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶的方法。應用示例1．過濾(分離固、液混合物)從工廠采集廢液(含F(xiàn)eSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，進行四氧化三鐵的制備實驗。制備流程如圖所示：操作a、b的名稱分別為________________________________________________________。2．萃取法分離(1)“萃取分離”溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時溶液pH的關系如圖所示，pH一般選擇5左右，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)萃取劑對Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關系如圖所示。萃取分離鈷、鋁的實驗操作：向萃取分液后的有機相中加稀硫酸調pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液；__________________________________________________________________________________________，可得Al2(SO4)3溶液。(3)已知萃取劑A、B中pH對鈷離子、錳離子萃取率的影響如圖所示，為了除去Mn2＋，應選擇萃取劑________(填“A”或“B”)。3．反萃取分離(1)實驗室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實驗過程如圖所示。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－，其離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。該操作將I2還原為I－的目的是_______________________________________________________________________________________________________________________。(2)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；②有機溶劑H2R對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________(填字母)。a．NaClb．NaOHc．H2SO4(3)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”先加入有機溶劑“萃取”，再加氨水“反萃取”，進行“萃取”和“反萃取”操作的目的是__________________________________________________________________。4．結晶與過濾從溶液中得到晶體的過程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌、干燥。需要加熱得到的晶體(或物質)：蒸發(fā)結晶、趁熱過濾。需要冷卻得到的晶體(或物質)：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。(1)制備MnSO4·H2O晶體。已知溶解度曲線如圖1所示，MnSO4·H2O晶體在曲線拐點右側。操作方法：滴加稀硫酸酸化，溫度__________(填“高于”“低于”或“等于”)40℃，__________結晶、__________過濾，酒精洗滌，低溫干燥。(2)制備FeSO4·7H2O晶體。已知溶解度曲線如圖2所示，F(xiàn)eSO4·7H2O晶體在曲線拐點左側。操作方法：加熱________，得到________℃飽和溶液，冷卻至________℃結晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。(3)由圖3和圖4，確定以下物質的制備方法：①制備KNO3：__________、__________、過濾、洗滌、干燥。②制備KCl：蒸發(fā)________、__________、洗滌、干燥。③制備無水Na2SO3：在________(填“高于”“低于”或“等于”)34℃條件下，______、________、洗滌、干燥。[2017·全國卷Ⅲ，27(4)]重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質。制備流程如圖所示：有關物質的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填字母)得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。a．80℃ b．60℃c．40℃ d．10℃步驟⑤的反應類型是________________。1．(1)碘化亞銅(CuI)是陽極射線管覆蓋物，不溶于水和乙醇。下圖是工業(yè)上由冰銅制取無水碘化亞銅的流程。①步驟a中Cu2S被轉化為Cu，同時有大氣污染物A生成，相關反應的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。熔渣B主要成分為黑色磁性物質，其化學式為____________________。②步驟b中H2O2的作用是___________________________________________________________________________________________________________________________；步驟c中加入過量NaI涉及的主要反應的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________。③步驟d用乙醇洗滌的優(yōu)點是______________________________________________；檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)下圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線，則由Na2SO4溶液得到Na2SO4固體的操作是______→______→用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．磷精礦主要成分為Ca5F(PO4)3，含少量REPO4、FeO、Fe2O3、SiO2，其中RE代表稀土元素。從磷精礦分離稀土元素的工業(yè)流程如下。(1)RE屬于第ⅢB族，其中Sc的基態(tài)原子核外電子排布式為______________。(2)“酸浸”過程HNO3與Ca5F(PO4)3反應的化學方程式如下，請補充完整。eq\x()Ca5F(PO4)3＋eq\x()HNO3=eq\x()Ca(NO3)2＋eq\x()______＋eq\x()HF↑(3)“萃取”的目的是富集RE，但其他元素也會按一定比例進入萃取劑中。①通過3ROH＋POCl3(RO)3PO＋3HCl制得有機磷萃取劑(RO)3PO，其中—R代表烴基，—R對(RO)3PO產(chǎn)率的影響如下表?！猂—CH2CH3—CH2CH2CH3—CH2CH2CH2CH3(RO)3PO產(chǎn)率/%826220由表可知，隨著碳原子數(shù)增加，烴基________(填“推電子”或“吸電子”)能力增強，O—H更難斷裂，(RO)3PO產(chǎn)率降低。②“萃取”過程使用的萃取劑(C4H9O)3PO的結構如圖，與RE3＋配位的能力：1號O原子________(填“>”“<”或“＝”)2號O原子。(4)“反萃取”的目的是分離RE和Fe元素。向“萃取液”中通入NH3，F(xiàn)e2＋、Fe3＋、RE3＋的沉淀率隨pH變化如圖。①試劑X為________(填“Na2SO3”或“NaClO”)，應調節(jié)pH為________。②通入NH3得到REPO4沉淀的過程：ⅰ.H3PO4＋3NH3=(NH4)3PO4；ⅱ.________________________________________________________________________(寫出該過程的化學方程式)。③若萃取劑改用三丁基氧化膦[C4H93PO]會導致“反萃取”RE產(chǎn)率降低，其原因為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)若略去“凈化”過程，則制得的草酸稀土會混有____________(填化學式)雜質。(6)在整個工藝中，可從副產(chǎn)物中提取________(填名稱)，用于生產(chǎn)氮肥。主觀題突破3化工流程中物質的分離與提純核心精講應用示例1.過濾、過濾2．(1)pH在5左右時，鈷、鋰的分離效率高(2)繼續(xù)向萃取分液后的有機相中加稀H2SO4調pH＝0.5以下(或1以下)，然后分液(3)B3．(1)SOeq\o\al(2－,3)＋I2＋H2O=2I－＋2H＋＋SOeq\o\al(2－,4)使四氯化碳中的碘進入水層(2)c(3)富集鉬酸根離子(或將鉬酸根離子和其他雜質分離)4．(1)高于蒸發(fā)趁熱(2)濃縮600(3)①蒸發(fā)濃縮冷卻結晶②結晶趁熱過濾③高于蒸發(fā)結晶趁熱過濾真題演練d復分解反應考向預測1．(1)①Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu＋SO2Fe3O4②作氧化劑，將Cu2O和Cu氧化為Cu2＋2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I2③洗去殘余水分且可快速晾干蘸取最后一次洗滌液進行焰色試驗，如果火焰無黃色則已洗凈(或其他合理答案)(2)蒸發(fā)結晶趁熱過濾防止Na2SO4固體轉化為Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而損耗解析(1)①步驟a中Cu2S與空氣中的氧氣在1200℃條件下反應生成Cu和二氧化硫，反應的化學方程式為Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分為黑色磁性物質可知，F(xiàn)eS與空氣中的氧氣在1200℃條件下反應生成四氧化三鐵和二氧化硫。②步驟b的反應為在硫酸作用下，H2O2作氧化劑，將氧化亞銅、銅氧化生成硫酸銅；步驟c的反應為硫酸銅溶液與過量的NaI溶液反應得到CuI沉淀。③步驟d用乙醇洗滌可以洗去固體表面的水，同時由于乙醇易揮發(fā)可達到快速晾干的目的；洗滌液中含有鈉離子、硫酸根離子，可以用焰色試驗或酸化的氯化鋇溶液檢驗沉淀是否洗滌干凈。(2)由圖像溶解度曲線變化可知，Na2SO4的溶解度在溫度較高時，隨溫度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度隨溫度升高而增大，欲得到Na2SO4固體，應采取加熱蒸發(fā)溶劑使Na2SO4結晶析出，并趁熱過濾；因Na2SO4難溶于乙醇，所以用乙醇洗滌既能防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而損耗。2．(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar