（人教通用版）2020高考化学新一线大一轮复习 第三章 无机化学工艺流程讲义+精练（含解析）.doc

无机化学工艺流程【教学目标】1使学生了解化学工艺流程题的常见题型。2掌握化学工艺流程题的分析方法和技巧。3培养学生发散、联想、归纳、整合、提炼知识的能力。【教学重点】化学工艺流程题的分析方法和技巧。【教学难点】隐含信息的挖掘和计算能力的提升。【考情分析】命题点五年考情分析解读以物质制备为主线的化学工艺流程2017全国，T272016全国，T282015全国，T27化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学试题的常考题型。以分离提纯为主线的化学工艺流程2017全国，T272016全国，T281工艺流程题过程解读(1)读流程图箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。(2)解题要点审题要点：a.了解生产目的、原料及产品，b.了解题目提供的信息，c.分析各步的反应条件、原理及物质成分，d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理，c.生产要求及反应条件，d.有关产率、产量及组成的计算，e.绿色化学。2工艺流程题常见答题方向工艺操作(结果)目的评价(或操作名称)方法措施研磨(粉碎)增大接触面积，加快反应(溶解)速率煅烧(焙烧)矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质水浸利用水溶性把物质进行分离酸浸(碱浸)利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子控制条件调节溶液pH某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解控制温度加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等增大某反应物用量增大另一反应物的转化率(产率)某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度分离提纯不相溶液体分液相溶性液体蒸馏难溶性固体过滤易溶性固体蒸发结晶、浓缩冷却结晶趁热过滤防止温度降低，某物质析出冰水洗涤减少晶体的溶解损失乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失考点指导1以物质制备为目的工艺流程【典例1】题头挖掘题头信息(2017课标全国，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：题干分析题干流程题尾知道题尾考查哪些问题回答下列问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的时，所采用的实验条件为_。(2)“酸浸”后，钛主要以形式存在，写出相应反应的离子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4，其中过为_。(5)若“滤液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式计算)。(6)写出“高温煅烧”中由的化学方程式_。【审题指导】分析图像，浸出率达到70%只有90 、100 两条曲线。反应物FeTiO3HCl，生成物TiOClFe2，结合原子守恒和电荷守恒写出离子方程式。可以从温度、浓度、压强等方面考虑转化率的因素，结合考虑双氧水在高温下易分解、氨水中氨气会逸出。找出元素的常规价态，Li为1价，O为2价，Ti为4价，O中O为1价，化学式变形为Li2Ti5(O2)xO152x，从化合价的代数和为零作答2452x2(152x)0，计算得出结果x4。由Ksp公式入手计算，Qc与Ksp的关系得出结论。流程题已经给出化学反应的反应物是FePO4和Li2CO3、草酸，生成物LiFePO4，分析化合价变化的元素，结合原子守恒和得失电子守恒写出方程式。【答题规范】(1)100 、2 h或90 、5 h(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O转化率随温度升高而增加；超过40 ，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化率下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全时， c(PO) molL11.31017molL1。c3(Mg2)c2(PO)值为0.013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2【评分细则】(1)100 、2 h，90 、5 h(每一组1分，温度与时间对应一组)(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O；(化学式均正确得1分，配平正确得1分)(3)低于40 ，TiO2xH2O转化率随温度升高而增加(得1分)；超过40 ，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化率下降(得1分)(4)4(2分)(5)Fe3恰好沉淀完全时， c(PO) molL11.31017molL1(得2分)，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(得2分)(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2(化学式均正确得1分，配平正确得2分)【对点训练】1(2015全国卷，27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示： 回答下列问题：(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条)。(2)利用_的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是_(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_。解析答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)将Fe2氧化为Fe3使Al3和Fe3形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁(5) (6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg 2B3MgO2(2017海南化学，17)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO47H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是_，“滤渣1”中主要含有_(写化学式)。(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是_、_。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是_。(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是_。解析硼镁泥主要成分是MgO，还有CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，酸溶时MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3都和硫酸反应，SiO2不与硫酸反应，B2O3转化为H3BO3，则滤渣1为SiO2，次氯酸钙具有强氧化性，加入的次氯酸钙可把亚铁离子氧化成铁离子，MgO促进铁离子、铝离子水解，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，浓缩过滤得到滤渣3为CaSO4，滤液中含镁离子、硫酸根离子，蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镁晶体，以此来解答。答案(1)浓硫酸SiO2(2)氧化亚铁离子促进铁离子、铝离子转化为沉淀(3)溶液接近为无色(4)温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响不同，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙考点指导2以分离提纯为目的化学工艺流程【典例2】(2016课标全国，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_ mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”、“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。【解题流程】解析答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3【对点训练】3湿法炼锌产生的铜镉渣主要含锌、镉(Cd)、铜、铁、钴(Co)等金属单质。利用铜镉渣可生产Cu、Cd及ZnSO47H2O等，其生产流程如图：如表是部分金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1 molL1计算)：氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cd(OH)2Zn(OH)2开始沉淀的pH1.97.07.25.4沉淀完全的pH3.29.09.58.2请回答下列问题：(1)提高铜镉渣的“浸出”速率的措施有_(写出1条即可)。(2)Fe的金属性比Co强，该流程中“除钴”_(填“能”或“不能”)用Zn代替Fe，“除钴”中Fe发生反应的离子方程式是_。(3)“除铁”操作中加入H2O2的目的是_，加入ZnO的目的是调节溶液pH，以除去溶液中的铁元素，调节溶液pH的范围为_，“除铁”操作中的沉淀成分是_(写化学式)。(4)“电解”操作中，Cd2在_极放电得到金属Cd，电极反应式是_。(5)“电解”后的电解废液是ZnSO4溶液，用该电解废液制备ZnSO47H2O的方法是_。(6)“除钴”后的含钴废渣在空气中煅烧，煅烧后的成分测定如表：元素CoZnCuFe含量/%59.000.520.2013.16则煅烧后所得固体混合物中，钴氧化物的化学式是_。解析(1)升高温度、增大反应物表面积等均可提高反应速率。(2)因Zn的金属性比Fe强，故可用Zn代替铁除钴。除钴中Fe与Co2发生置换反应生成Fe2和Co。(3)H2O2可氧化Fe2，使之转化为Fe3。根据表格中的数据，可知欲除去溶液中的铁元素，需加入ZnO调节溶液pH的范围为3.25.4，此时Fe3完全转化成Fe(OH)3沉淀。(4)电解操作中Cd2在阴极得电子生成单质Cd。(5)从ZnSO4溶液中制备ZnSO47H2O的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(6)由题意知，煅烧后所得固体为钴氧化物、ZnO、CuO、Fe2O3的混合物，设煅烧后所得固体质量为100 g，结合题表中的数据可知，钴氧化物中m(O)100 g59.00 g81 gmol10.52 g65 gmol180 gmol10.20 g64 gmol1160 gmol113.16 g112 gmol121.302 g，则钴氧化物中n(O)21.302 g16 gmol11.33 mol，n(Co)59.00 g59 gmol11.00 mol，故钴氧化物的化学式为Co3O4。答案(1)适当升高浸取液温度(或将铜镉渣磨制成粉末等)(2)能FeCo2=Fe2Co(3)将Fe2氧化成Fe33.25.4Fe(OH)3(4)阴Cd22e=Cd(5)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(6)Co3O41(2017北京理综，26)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛(Ti)的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸点/58136181(升华)3161 412熔点/6925193304714在TiCl4中的溶解性互溶微溶难溶(1)氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。已知：TiO2(s)2Cl2(g)= TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：_。氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的H_0(填“”“”或“”)，判断依据：_。氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是_。氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_。(2)精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下：物质a是_，T2应控制在_。解析(1)利用盖斯定律，将已知两个热化学方程式相加即可得出答案；由图像可知，温度升高，二氧化碳减少，一氧化碳增多，有利于二氧化碳转化为一氧化碳；又因为温度升高平衡向吸热反应方向移动，所以二氧化碳生成一氧化碳的反应为吸热反应，故H0；HCl气体溶于水即得到盐酸，所以在通其他水溶液之前先用水吸收HCl；之后用FeCl2溶液与Cl2反应生成FeCl3溶液；最后用NaOH溶液吸收尾气，防止污染空气；由资料可知，冷却到室温时，滤渣中含有难溶于TiCl4的MgCl2，以及微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3。(2)粗TiCl4中存在的杂质是SiCl4和微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3；先通过蒸馏的方式除去沸点较低的SiCl4，再控制温度在136 181 ，蒸馏得到纯净TiCl4。答案(1)TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H45.5 kJ/mol温度升高，CO含量升高，CO2含量减少，反应向生成CO的方向进行水、FeCl2溶液、NaOH溶液AlCl3、FeCl3、MgCl2(2)SiCl4136 181 2(2017江苏化学，19)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。已知：NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如3NaClO=2NaClNaClO3AgCl可溶于氨水：AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O常温时N2H4H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)：4Ag(NH3)N2H4H2O=4AgN24NH4NH3H2O(1)“氧化”阶段需在80 条件下进行，适宜的加热方式为_。(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2，该反应的化学方程式为_。HNO3也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺点是_。(3)为提高Ag的回收率，需对“过滤”的滤渣进行洗涤，并_。(4)若省略“过滤”，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量NaClO与NH3H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3H2O不反应)，还因为_。(5)请设计从“过滤”后的滤液中获取单质Ag的实验方案：_(实验中须使用的试剂有：2 molL1水合肼溶液，1 molL1 H2SO4)。解析(1)加热温度低于100 ，采用水浴加热，优点是便于控制温度，受热均匀。(2)由题发生反应：AgNaClOH2OAgClNaOHO2，有Ag、Cl、O三种元素的化合价发生变化，因Ag、Cl原子个数比为11，设Ag、NaClO的系数为1，则NaOH系数为1，Ag失去1e，NaClONaCl，得到2e，根据电子守恒O2的系数为，根据原子守恒，H2O系数为，相应扩大4倍。HNO3也能氧化Ag，但生成NOx会污染环境。(3)滤渣沉淀时表面会附有溶质，因此洗涤液中含有Ag(NH3)，将洗涤液并入过滤的滤液中，以提高利用率。(4)若直接在溶液中加入氨水，一是稀释氨水，氨水的利用率低，二是原溶液中有氧化时生成的NaCl(见(2)中反应)，Cl使可逆反应AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O逆向移动，不利于AgCl的溶解。(5)由题给信息，利用水合肼还原Ag(NH3)，但同时有NH3生成，利用H2SO4吸收防止逸出污染大气。答案(1)水浴加热(2)4Ag4NaClO2H2O=4AgCl4NaOHO2会释放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成环境污染(3)将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水，且其中含有一定浓度的Cl，不利于AgCl与氨水反应(5)向滤液中滴加2 molL1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 molL1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥