高考化学一轮复习 第三章 金属及其化合物 专题课时4 无机化工流程课件 新人教版.ppt

专题课时4无机化工流程 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 分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用 要求考生依据流程图分析原理 紧扣信息 抓住关键 准确答题 这类试题具有较强的实用性和综合性 是近几年高考化学命题的常考题型 题型说明 使用说明 此类题目多以金属矿物加工为载体 综合考查无机 原理和实验 由于难度大 综合性强 也可放到一轮结束以后作为能力专题使用 微题型一以物质制备为目的的工艺流程 示例1 2013 全国新课标 27 锂离子电池的应用很广 其正极材料可再生利用 某锂离子电池正极材料有钴酸锂 LiCoO2 导电剂乙炔黑和铝箔等 充电时 该锂离子电池负极发生的反应为6C xLi xe LixC6 现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源 部分条件未给出 题型示例 回答下列问题 1 LiCoO2中 Co元素的化合价为 2 写出 正极碱浸 中发生反应的离子方程式 3 酸浸 一般在80 下进行 写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液 但缺点是 4 写出 沉钴 过程中发生反应的化学方程式 5 充放电过程中 发生LiCoO2与Li1 xCoO2之间的转化 写出放电时电池反应方程式 6 上述工艺中 放电处理 有利于锂在正极的回收 其原因是 在整个回收工艺中 可回收到的金属化合物有 填化学式 5 依据充电时正极的物质变化 可写出放电时的电极反应 Li1 xCoO2 xe xLi LiCoO2依据负极充电的电极反应 写出放电时电极反应LixC6 xe 6C xLi 以上两个电极反应相加 即得总方程式 6 放电处理 的一个重要目的是 回收锂 Li 要沉积正极 解答这一问题的关键是Li 怎样沉积在正极上的 放电时 离子运动的方向是 正向正 负向负 从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物 Al OH 3 CoCO3 Li2SO4 2 熟悉常用的操作方法及其作用 1 常见的化工术语 2 常用的控制反应条件的方法 调节溶液的pH a 控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀 例如 已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示 若要除去Mn2 溶液中含有的Fe2 应先用氧化剂把Fe2 氧化为Fe3 再调溶液的pH到3 7 b 调节pH所需的物质一般应满足两点要求 能与H 反应 使溶液pH增大 不引入新杂质 例如 若要除去Cu2 溶液中混有的Fe3 可加入CuO Cu OH 2 CuCO3 Cu2 OH 2CO3等物质来调节溶液的pH 控制温度 根据需要升温或降温 改变反应速率或使平衡向需要的方向移动 趁热过滤 防止某物质降温时会析出 冰水洗涤 洗去晶体表面的杂质离子 并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗 3 识别流程图 化工流程中箭尾指出的是投料 反应物 箭头指向的是生成物 包括主产物和副产物 返回的箭头一般是被 循环利用 的物质 1 工业上利用硫酸废渣 含Fe2 Fe3 的硫酸盐及少量CaO和MgO 制备高档颜料铁红 Fe2O3 并回收 NH4 2SO4 具体生产流程如图所示 题型精练 注 铵黄铁矾的化学式为 NH4 2Fe6 SO4 4 OH 12回答下列问题 1 在废渣溶解操作中 加速废渣溶解的措施有 2 物质A是一种氧化剂 工业上物质A最好选用 填序号 A 空气B Cl2C MnO2D H2O2 简述工业上这样选择A的理由 写出A参与反应的离子方程式 3 往铵黄铁矾溶液 含Fe3 中加入溶液B至pH为5时产生沉淀 请写出产生沉淀的离子方程式 4 回收所得的 NH4 2SO4晶体中可能含有的杂质是 2 2015 天津理综 9 废旧印刷电路板是一种电子废弃物 其中铜的含量达到矿石中的几十倍 湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解 萃取 电解等操作得到纯铜等产品 某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾 流程简图如下 3 反应 是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和 若操作 使用右图装置 图中存在的错误是 4 操作 以石墨作电极电解CuSO4溶液 阴极析出铜 阳极产物是 操作 由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是 5 流程中有三处实现了试剂的循环使用 已用虚线标出两处 第三处的试剂是 循环使用的NH4Cl在反应 中的主要作用是 5 操作 得到的H2SO4可以利用到反应 中 所以第三处循环的试剂为H2SO4 NH4Cl水解溶液呈酸性 可以中和溶液中的OH 防止由于溶液中的c OH 过高 生成Cu OH 2沉淀 解题策略 1 化工流程题中表述性词汇的作用化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语中 这些表述性词语就是隐性信息 它可以暗示我们所应考虑的答题角度 常见的有 1 控制较低温度 常考虑物质的挥发 物质的不稳定性和物质的转化等 2 加过量试剂 常考虑反应完全或增大转化率 产率等 3 能否加其他物质 常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度 4 在空气中或在其他气体中 主要考虑O2 H2O CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化 防水解 防潮解等目的 5 判断沉淀是否洗净 常取少量最后一次洗涤液于试管中 向其中滴加某试剂 以检验其中的某种离子 6 检验某物质的设计方案 通常取少量某液体于试管中 加入另一试剂产生某现象 然后得出结论 7 控制pH 常考虑防水解 促进生成沉淀或除去杂质等 8 用某些有机试剂清洗 常考虑降低物质溶解度有利于析出 减少损耗和提高利用率等 2 解题思路明确流程目的 分析条件和性质 结合问题 联系原理 答题注意模式 抓住要点 微题型二以分离提纯为目的的工艺流程 示例2 2015 课标全国卷 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Mg2B2O5 H2O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 题型示例 回答下列问题 1 写出Mg2B2O5 H2O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 思维提示 1 Mg2B2O5 H2O与硫酸反应生成H3BO3 MgSO4 配平即可 为提高浸出速率 可以从温度 升高温度 浓度 增大接触面积 将矿石粉碎 等角度分析 解题策略 1 物质分离提纯的原则 1 不增 不引入新的杂质 2 不减 不减少被提纯的物质 3 易分离 被提纯物与杂质易于分离 4 易复原 被提纯的物质易恢复原来的组成 状态 2 明确常用的提纯方法 1 水溶法 除去可溶性杂质 2 酸溶法 除去碱性杂质 3 碱溶法 除去酸性杂质 4 氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质 5 加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质 6 调节溶液的pH法 如除去酸性铜溶液中的Fe3 等 3 明确常用的分离方法 1 过滤 分离难溶物和易溶物 根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法 2 萃取和分离 利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质 如用CCl4或苯萃取溴水中的溴 3 蒸发结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质 如NaCl 4 冷却结晶 提取溶解度随温度变化较大的溶质 易水解的溶质或结晶水合物 如KNO3 FeCl3 CuCl2 CuSO4 5H2O FeSO4 7H2O等 5 蒸馏或分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物 如分离乙醇和甘油 6 冷却法 利用气体液化的特点分离气体 如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气 1 2013 全国新课标 27 氧化锌为白色粉末 可用于湿疹 癣等皮肤病的治疗 纯化工业级氧化锌 含有Fe Mn Ni 等杂质 的流程如下 题型精练 提示 在本实验条件下 Ni 不能被氧化 高锰酸钾的还原产物是MnO2 回答下列问题 1 反应 中除掉的杂质离子是 发生反应的离子方程式为 在加高锰酸钾溶液前 若pH较低 对除杂的影响是 2 反应 的反应类型为 过滤得到的滤渣中 除了过量的锌外还有 3 反应 形成的沉淀要用水洗 检验沉淀是否洗涤干净的方法是 4 反应 中产物的成分可能是ZnCO3 xZn OH 2 取干燥后的滤饼11 2g 煅烧后可得到产品8 1g 则x等于 2 2015 山东理综 32 工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体 含NO NO2 制备NaNO2 NaNO3 工艺流程如下 已知 Na2CO3 NO NO2 2NaNO2 CO2 1 中和液所含溶质除NaNO2及少量Na2CO3外 还有 填化学式 2 中和液进行蒸发 操作时 应控制水的蒸发量 避免浓度过大 目的是 蒸发 产生的蒸气中含有少量NaNO2等有毒物质 不能直接排放 将其冷凝后用于流程中的 填操作名称 最合理 3 母液 进行转化时加入稀HNO3的目的是 母液 需回收利用 下列处理方法合理的是 a 转入中和液b 转入结晶 操作c 转入转化液d 转入结晶 操作 4 若将NaNO2 NaNO3两种产品的物质的量之比设为2 1 则生产1 38吨NaNO2时 Na2CO3的理论用量为 吨 假定Na2CO3恰好完全反应 解析 1 NO2与Na2CO3反应有NaNO3生成 2 中和液进行蒸发 操作的目的是使NaNO2结晶析出 使NaNO3留在母液中 若水的蒸发量大 溶液浓度过大时 NaNO3有可能析出 蒸发 产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质 不能直接排放 将其冷凝后用于流程中的溶碱最合理 3 母液 进行转化时加入稀HNO3可将NaNO2氧化为NaNO3 母液 中的溶质主要是NaNO3 将其转入转化液或转入结晶 操作以达到原料循环利用的目的 可以提高产率 所以合理处理的方法选c d 4 1 38吨NaNO2的物质的量为 1 38 106g 69g mol 2 104mol 则生成的NaNO3物质的量为 1 104mol 根据Na原子守恒 则Na2CO3的理论用量 1 2 2 104 1 104 mol 106g mol 1 59 106g 1 59吨 答案 1 NaNO3 2 防止NaNO3的析出溶碱 3 将NaNO2氧化为NaNO3c d 4 1 59 思维建模 化工流程题解题方法首尾分析法对一些线型流程工艺 从原料到产品为一条龙的生产工序 试题 首先对比分析流程图中第一种物质 原材料 与最后一种物质 产品 从对比分析中找出原料与产品之间的关系 弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂 分离 提纯产品的化工工艺 然后再结合题设的问题 逐一推敲解答