高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第9章水溶液中的離子反應(yīng)與平衡第47講無(wú)機(jī)化工流程題課件

第47講無(wú)機(jī)化工流程題1．培養(yǎng)從新信息中準(zhǔn)確地提取實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容，并與已有知識(shí)塊整合重組為新知識(shí)塊的能力。2．培養(yǎng)將實(shí)際問(wèn)題分解，通過(guò)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，采用分析、綜合的方法，解決簡(jiǎn)單化學(xué)問(wèn)題的能力。3．培養(yǎng)將分析和解決問(wèn)題的過(guò)程及成果用正確的化學(xué)術(shù)語(yǔ)及文字、圖表、模型、圖形等形式表達(dá)并做出解釋的能力。01考點(diǎn)梳理高效演練一、化學(xué)工藝流程題的整體設(shè)計(jì)1．呈現(xiàn)方式——“三大塊”2．解題模型——“四線(xiàn)法”(1)試劑線(xiàn)：為達(dá)到最終目的加入的物質(zhì)，起到酸、堿中和或氧化、還原作用等。(2)轉(zhuǎn)化線(xiàn)：元素守恒——焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等。(3)除雜線(xiàn)：復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀；加熱產(chǎn)生氣體等。(4)分離線(xiàn)：蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等。二、工藝流程中主要環(huán)節(jié)的分析1．核心反應(yīng)——陌生方程式的書(shū)寫(xiě)關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物，箭頭指出→生成物。(1)氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律，判斷生成物并配平。(2)非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實(shí)際情況判斷生成物。2．原料預(yù)處理的六種常用方法及目的方法目的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，增大反應(yīng)速率水浸與水接觸反應(yīng)或溶解酸浸與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過(guò)過(guò)濾除去堿浸除去油污，溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物灼燒除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時(shí)灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)煅燒改變結(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3.控制反應(yīng)條件的六種常用方法(1)調(diào)節(jié)溶液的pH。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(mǎn)足兩點(diǎn)：①能與H＋反應(yīng)，使溶液pH變大。②不引入新雜質(zhì)，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋時(shí)，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來(lái)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(dòng)。(3)控制壓強(qiáng)。改變速率，影響平衡。(4)使用合適的催化劑。增大反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。(5)趁熱過(guò)濾。防止某物質(zhì)降溫時(shí)析出。(6)冰水(或有機(jī)溶劑)洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過(guò)程中的溶解損耗。4．明確常用的分離、提純方法過(guò)濾分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過(guò)濾或抽濾等方法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蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl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、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸餾或分餾分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油冷卻利用氣體易液化的特點(diǎn)分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨三、化工流程中的定量計(jì)算1．常見(jiàn)類(lèi)型及解題方法類(lèi)型解題方法物質(zhì)含量計(jì)算根據(jù)關(guān)系式法、得失電子守恒法、滴定法等，求出混合物中某一成分的量，再除以樣品的總量，即可得出其含量確定物質(zhì)化學(xué)式計(jì)算①根據(jù)題給信息，計(jì)算出有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量；②根據(jù)電荷守恒，確定未知離子的物質(zhì)的量；③根據(jù)質(zhì)量守恒，確定結(jié)晶水的物質(zhì)的量；④各粒子的物質(zhì)的量之比即為物質(zhì)化學(xué)式的下角標(biāo)之比Ksp相關(guān)計(jì)算①通過(guò)Ksp與離子積Q的大小判斷能否沉淀；②判斷能否沉淀完全；③計(jì)算某一離子的濃度；④沉淀生成和完全時(shí)的pH一、物質(zhì)制備類(lèi)化工流程題1．(2024·江門(mén)調(diào)研)某工廠(chǎng)以輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))和軟錳礦(主要成分為MnO2)為原料，采用聯(lián)合焙燒法制備超細(xì)氧化鉍。工藝流程如下：解析：Bi位于元素周期表第六周期第ⅤA族，其價(jià)層電子排布式為6s26p3。答案：6s26p3

(2)寫(xiě)出“聯(lián)合焙燒”時(shí)MnO2和Bi2S3反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________。(3)若焙燒時(shí)MnO2過(guò)量可分解為Mn2O3，則“酸浸”時(shí)Mn2O3會(huì)轉(zhuǎn)化為MnCl2，此時(shí)生成的氣體A為_(kāi)_____________(填化學(xué)式)。解析：“酸浸”時(shí)Mn2O3會(huì)與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成MnCl2、H2O和Cl2，則氣體A為Cl2。答案：Cl2

(4)“酸浸”時(shí)需及時(shí)補(bǔ)充濃鹽酸調(diào)節(jié)酸浸液的pH小于1.4的目的是_______________________________________________________________。(6)沉淀反萃取所得草酸鉍[Bi2(C2O4)3]用酒精洗去有機(jī)殘余物，干燥后，在600℃、空氣氣氛下保溫2h進(jìn)行熱分解，熱分解產(chǎn)物的X射線(xiàn)衍射圖譜如下圖所示，出現(xiàn)了Bi2O3的明銳衍射峰。2．(2022·高考全國(guó)甲卷)硫酸鋅(ZnSO4)是制備各種含鋅材料的原料，在防腐、電鍍、醫(yī)學(xué)上有諸多應(yīng)用。硫酸鋅可由菱鋅礦制備，菱鋅礦的主要成分為ZnCO3，雜質(zhì)為SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制備流程如下：本題中所涉及離子的氫氧化物溶度積常數(shù)見(jiàn)下表：離子Fe3＋Zn2＋Cu2＋Fe2＋Mg2＋Ksp2.8×10－396.7×10－172.2×10－204.9×10－175.6×10－12回答下列問(wèn)題：(1)菱鋅礦焙燒生成氧化鋅的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________。(2)為了提高鋅的浸取效果，可采取的措施有__________、_____________。答案：將菱鋅礦焙燒產(chǎn)品粉碎適當(dāng)增大硫酸濃度(或升高浸取時(shí)的反應(yīng)溫度等)(3)加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，最適宜使用的X是________(填標(biāo)號(hào))。A．NH3·H2O

B．Ca(OH)2

C．NaOH濾渣①的主要成分是__________、__________、____________。解析：制備ZnSO4·7H2O的流程分析如下：加入物質(zhì)X調(diào)溶液pH＝5，為了不引入新的陽(yáng)離子，故X宜選用Ca(OH)2；pH＝5時(shí)，c(OH－)＝10－9

mol·L－1，根據(jù)表中各離子的氫氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。答案：B

SiO2

CaSO4

Fe(OH)3(4)向80～90℃的濾液①中分批加入適量KMnO4溶液充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾渣②中有MnO2，該步反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________。解析：Fe2＋被適量KMnO4溶液氧化為Fe(OH)3，同時(shí)生成MnO2，F(xiàn)e(OH)3和MnO2進(jìn)入濾渣②中。(5)濾液②中加入鋅粉的目的是___________________________。答案：除去Cu2＋

(6)濾渣④與濃H2SO4反應(yīng)可以釋放HF并循環(huán)利用，同時(shí)得到的副產(chǎn)物是____________、____________。答案：CaSO4

MgSO4二、物質(zhì)分離、提純類(lèi)化工流程題3．(2024·惠州調(diào)研)鋅是一種重要的金屬；鋅及其化合物被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、船舶、電池等行業(yè)。某科研小組以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖所示。(1)“浸取”溫度為30℃時(shí)，鋅的浸出率可達(dá)90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因?yàn)開(kāi)___________。解析：廢鋅催化劑加入氨水和氯化銨混合液浸取，鋅、銅元素以[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋形式進(jìn)入溶液，同時(shí)鐵、錳元素分別轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀和不反應(yīng)的二氧化硅成為濾渣1，濾液中加入過(guò)氧化氫將錳離子轉(zhuǎn)化為二氧化錳沉淀，加入適量的硫化銨生成硫化銅沉淀，過(guò)濾除去，濾液中加入有機(jī)試劑萃取分離出含鋅的有機(jī)相，加入硫酸反萃取得到含鋅的水相，電解得到鋅?！敖　睖囟葹?0℃時(shí)，鋅的浸出率可達(dá)90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因?yàn)闇囟冗^(guò)高，氨的揮發(fā)量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋減少，不利于廢鋅催化劑中鋅的浸出。答案：溫度過(guò)高，氨的揮發(fā)量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋減少，不利于廢鋅催化劑中鋅的浸出(2)濾渣1的主要成分為Fe(OH)3、Mn(OH)2和______________(填化學(xué)式)?！安僮鱝”的名稱(chēng)是________。解析：根據(jù)上述分析可知，濾渣1的主要成分為Fe(OH)3、Mn(OH)2

和SiO2。根據(jù)流程圖可知，萃取后分離出有機(jī)層和水層，所以“操作a”是分液。答案：SiO2分液(3)“深度除錳”時(shí)，將殘留的Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2，每生成1molMnO2需消耗_______________________molH2O2。答案：1①當(dāng)(NH4)2S的加入量≥100%時(shí)，鋅的最終回收率下降的原因是___________________________(用離子方程式表示)。②“深度除銅”時(shí)，(NH4)2S加入量最好選擇________(填字母)。A．100% B．110%C．120% D．140%解析：①當(dāng)(NH4)2S加入量≥100%時(shí)，鋅的最終回收率下降的原因是過(guò)量的硫離子將鋅轉(zhuǎn)化為硫化鋅沉淀，離子方程式為[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑；②“深度除銅”時(shí)，(NH4)2S加入量最好選擇120%，此時(shí)除銅效果較好且鋅的回收率仍然較高。答案：①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑

②C4．(2024·廣東六校聯(lián)考)世界鎳礦資源急劇減少，鎳的工業(yè)需求量日益增加，為提高鎳礦的利用率，從某礦渣(主要成分為NiO，還含有Fe2O3、FeO、CaO、SiO2等雜質(zhì))回收鎳的主要工藝流程如下：已知：(NH4)2SO4在350℃以上分解生成NH3和稀硫酸。回答下列問(wèn)題：(1)研磨礦渣的目的是____________________________________。解析：某礦渣(主要成分為NiO，還含有Fe2O3、

FeO、CaO、SiO2等雜質(zhì))加入硫酸銨研磨后，600℃通入空氣焙燒，已知(NH4)2SO4在350℃以上分解生成NH3和硫酸，NiO、Fe2O3、FeO、CaO、SiO2在焙燒過(guò)程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3、CaSO4、FeO(OH)，并且在95℃的熱水中浸泡，過(guò)濾得到浸取液和浸渣，浸渣為Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4、SiO2，向浸取液中加入NaF除去鈣離子，過(guò)濾得到濾液和廢渣，廢渣的主要成分為氟化鈣，加入萃取劑萃取得到水相和有機(jī)相，水相通過(guò)一系列操作得到硫酸鎳，有機(jī)相加入稀硫酸后循環(huán)使用。研磨礦渣可增大固體接觸面積，增大反應(yīng)速率。答案：增大固體接觸面積，增大反應(yīng)速率(2)“浸渣”的成分除有Fe2O3、FeO(OH)、SiO2外，還含有________(寫(xiě)化學(xué)式)。解析：由以上分析可知，“浸渣”還含有CaSO4。答案：CaSO4(3)礦渣中部分FeO在空氣中焙燒時(shí)與(NH4)2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________。(4)將“浸取液”冷卻至室溫，測(cè)得溶液中c(Ca2＋)＝1.0×10－3

mol·L－1，向其中加入一定量的NaF晶體，攪拌，當(dāng)溶液中c(F－)＝1.0×10－3

mol·L－1時(shí)，除鈣率為_(kāi)_____________________________________________________。答案：0.958

答案：0.2強(qiáng)酸性02真題研做高考通關(guān)1．(2023·新高考廣東卷)Ni、Co均是重要的戰(zhàn)略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工藝可提取Ni、Co，并獲得高附加值化工產(chǎn)品。工藝流程如下：已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常溫下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋與NH3形成可溶于水的配離子；lg

Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空氣氧化為Co(OH)3；部分氫氧化物的Ksp見(jiàn)下表。氫氧化物Co(OH)2Co(OH)3Ni(OH)2Al(OH)3Mg(OH)2Ksp5.9×10－151.6×10－445.5×10－161.3×10－335.6×10－12請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)活性MgO可與水反應(yīng)，化學(xué)方程式為_(kāi)__________。解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化鎂調(diào)pH至9.0，過(guò)濾，得到濾液1，主要成分是硝酸鎂，“結(jié)晶純化”得到硝酸鎂晶體，再“熱解”得到氧化鎂和硝酸。濾泥加入氨性溶液“氨浸”，過(guò)濾，將濾液2進(jìn)行“鎳鈷分離”，得到氯化鈷和飽和氯化鎳溶液，向飽和氯化鎳溶液中通入氯化氫氣體析出氯化鎳晶體?；钚訫gO可與水反應(yīng)生成Mg(OH)2，化學(xué)方程式為MgO＋H2O===Mg(OH)2。答案：MgO＋H2O===Mg(OH)2

答案：＞(3)“氨浸”時(shí)，由Co(OH)3轉(zhuǎn)化為[Co(NH3)6]2＋的離子方程式為_(kāi)_____。(4)(NH4)2CO3會(huì)使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物。濾渣的X射線(xiàn)衍射圖譜中，出現(xiàn)了NH4Al(OH)2CO3的明銳衍射峰。①NH4Al(OH)2CO3屬于________(填“晶體”或“非晶體”)。②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是____________。解析：①X射線(xiàn)衍射圖譜中出現(xiàn)了NH4Al(OH)2CO3的明銳衍射峰，說(shuō)明NH4Al(OH)2CO3

屬于晶體。②根據(jù)題意(NH4)2CO3會(huì)使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物可知，(NH4)2CO3能提高Ni、Co的浸取速率的原因是減少了膠狀物質(zhì)對(duì)鎳鈷氫氧化物的包裹，增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積。答案：①晶體②減少了膠狀物質(zhì)對(duì)鎳鈷氫氧化物的包裹，增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積(5)“析晶”過(guò)程中通入的酸性氣體A為_(kāi)_______。解析：“析晶”得到NiCl2·4H2O，為了不引入雜質(zhì)并抑制Ni2＋水解，通入的酸性氣體A應(yīng)為HCl。答案：HCl(6)①“結(jié)晶純化”過(guò)程中，沒(méi)有引入新物質(zhì)。晶體A含6個(gè)結(jié)晶水，則所得HNO3溶液中

n(HNO3)與n(H2O)的比值，理論上最高為_(kāi)_______。②“熱解”對(duì)于從礦石提取Ni、Co工藝的意義，在于可重復(fù)利用HNO3和__________(填化學(xué)式)。答案：①0.4

②MgO2．(2023·高考新課標(biāo)卷)鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價(jià)態(tài)含氧酸鹽形式存在，主要雜質(zhì)為鐵、鋁、硅、磷等的化合物，從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示：答案：Na2CrO4

(2)水浸渣中主要有SiO2和________。解析：煅燒時(shí)通入空氣，含鐵化合物轉(zhuǎn)化為Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中還含有Fe2O3。答案：Fe2O3

(3)“沉淀”步驟調(diào)pH到弱堿性，主要除去的雜質(zhì)是________。解析：“沉淀”步驟加入稀H2SO4調(diào)pH到弱堿性是為了使[Al(OH)4]－轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而除去。答案：Al(OH)3

(4)“除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，該步需要控制溶液的pH≈9以達(dá)到最好的除雜效果。若pH<9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致___________；pH>9時(shí)，會(huì)導(dǎo)致___________________________________。解析：根據(jù)題干描述，V2O5既可與酸反應(yīng)生成鹽和水，又可與堿反應(yīng)生成鹽和水，故