无机化工流程 高三一轮化学学案Word格式文档下载.docx
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一、解题策略
【要点1】化学工艺流程题的题型结构
1.题型结构:
多以流程图的形式出现,从生产原料到产品的整个流程以简单文字加框图和箭线形式呈现。
有些题目会有主产物和副产物。
一般流程:
原料(可能含预处理)——分离提纯——产品(或含副产品)。
如:
(1)题中常标有物质的加料、生产的条件、物质的分离等说明。
(2)有时还伴有一些“环状线”设计,意为“可循环利用”的物质等。
2.常涉及的问题:
原料的预处理、反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH、溶剂等)、反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反应速率、反应热、电化学等)、绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分运用)、化工安全(防爆、防污染、防中毒)等。
【要点2】化学工艺流程题的解题要领
(1)粗读题干,挖掘图示。
图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以一定要关注题目的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。
如制备类无机化工题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。
(2)携带问题,精读信息。
这里信息包括三个方面:
一是主干,二是流程图示,三是设置问题。
读主干抓住关键字、词;
读流程图,重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。
(3)跳跃思维,规范答题。
答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。
1.常见的化工术语
关键词
释义
研磨、
雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化,增大反应物接触面积,以加快反应速率或使反应更充分
灼烧(煅烧)
使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。
如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
浸取
向固体中加入适当溶剂或溶液,使其中可溶性的物质溶解,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸出率
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少
酸浸
在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的过程
水浸
与水接触反应或溶解
过滤
固体与液体的分离
滴定
定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定
蒸发结晶
蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂,提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质,类似的还有酸洗、醇洗等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用
去油污,去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅,调节pH、促进水解(沉淀)
2.常见的操作与答题
常见的操作
答题要考虑的角度
加过量试剂
使反应完全进行(或增大转化率、产率)等
加氧化剂
氧化某物质,生成目标产物或除去某些离子
判断能否
加其他物质
要考虑是否引入杂质(或影响产物的纯度)等
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作
从溶液中得到晶体的方法:
蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率
绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气中或在其他气体中进行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气,防氧化、水解、潮解等目的
判断沉淀
是否洗涤干净
取最后洗涤液少量,检验其中是否还有某种离子存在等
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性,抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)
③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
控制温度
(常用水浴、
冰浴或油浴)
①防止副反应的发生
②使化学平衡移动;
控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶(如趁热过滤能防止某物质降温时析出)
④控制反应速率;
使催化剂达到最大活性
⑤升温:
促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸:
促进水解,聚沉后利于过滤分离
⑦趁热过滤:
减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温:
防止物质高温分解或挥发;
降温(或减压)可以减少能源成本,降低对设备的要求
洗涤晶体
①水洗:
通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②“冰水洗涤”:
能洗去晶体表面的杂质离子,且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③用特定有机试剂清洗晶体:
洗去晶体表面的杂质,降低晶体的溶解度、有利于析出,减少损耗等
④洗涤沉淀方法:
往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作2-3次。
表面处理
用水洗除去表面可溶性杂质,金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
二、热点题型探究
【类型1】化学工艺流程和物质的制备
例1、某化学实验室产生的废液中含有Fe3+、Cu2+、Ba2+、Cl-四种离子,现设计下列方案对废液进行处理,以回收金属并制备氯化钡、氯化铁晶体。
(1)沉淀1中含有的金属单质是 。
(2)氧化时加入H2O2溶液发生反应的离子方程式为 。
(3)下列物质中,可以作为试剂X的是 (填字母)。
A.BaCl2 B.BaCO3 C.NaOH D.Ba(OH)2
(4)检验沉淀2是否洗涤完全的方法是
(5)制备氯化铁晶体过程中需保持盐酸过量,其目的是 。
(6)由过滤2得到的滤液制备BaCl2的实验操作依次为 、冷却结晶、 、洗涤、干燥。
变式训练1、NaClO2的漂白能力是漂白粉的45倍。
NaClO2广泛用于造纸工业、污水处理等。
工业上生产NaClO2的工艺流程如下:
(1)ClO2发生器中的反应为2NaClO3+SO2+H2SO4
2ClO2+2NaHSO4。
实际工业生产中可用硫黄、浓硫酸代替反应原料中的SO2,其原因是
(用化学方程式表示)。
(2)反应结束后,向ClO2发生器中通入一定量空气的目的是 。
(3)吸收器中生成NaClO2反应的离子方程式为 ,其中反应温度不能高于5℃可能的原因为 。
(4)某化学兴趣小组用如右图所示装置制备SO2并探究SO2与Na2O2的反应。
①为除去过量的SO2,C中盛放的试剂为 。
②D中收集到的气体可使带余烬的木条复燃,B中发生的反应可能为
、Na2O2+SO2
Na2SO4。
【类型2】化学工艺流程与反应原理
例2、二氧化钛是钛的重要化合物,钛白(纯净的二氧化钛)是一种折射率高、着色力和遮盖力强、化学性质稳定的白色颜料。
从钛铁矿(主要成分为FeTiO3,含Fe2O3、SiO2等杂质)制取二氧化钛,常用硫酸法,其流程如下:
(1)钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4,该反应的化学方程式为
。
(2)取少量浸取液,滴加KSCN溶液后呈血红色,说明溶液中存在 (填离子符号),检验溶液中还存在Fe2+的方法是 (写明步骤、试剂和现象)。
(3)浸取液与铁屑反应的离子方程式为 ;
X(晶体)的化学式为 。
(4)第③步反应的化学方程式为 。
变式训练2、工业上以碳酸锰矿为主要原料生产MnO2的工艺流程如下:
有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表:
氢氧化物
Al(OH)3
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cu(OH)2
Pb(OH)2
Mn(OH)2
开始沉淀的pH
3.3
1.5
6.5
4.2
8.0
8.3
沉淀完全的pH
5.2
3.7
9.7
6.7
8.8
9.8
请问答下列问题:
(1)酸浸前将碳酸锰矿粉碎的作用是 。
(2)酸浸后的溶液中含有Mn2+、SO42-,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Pb2+等,其除杂过程如下:
①加入MnO2将Fe2+氧化,其反应的离子方程式为 。
②加入CaO将溶液的pH调到5.2~6.0,其主要目的是 。
③加入BaS,除去Cu2+、Pb2+后,再加入NaF溶液,除去 。
(3)从溶液A中回收的主要物质是 ,该物质常用作化肥。
(4)MnO2粗品中含有少量Mn3O4,可以用稀硫酸处理,将其转化为MnSO4和MnO2,然后再用氧化剂将Mn2+转化为MnO2,制得优质MnO2。
写出Mn3O4与稀硫酸反应的化学方程式:
。
【类型3】化学工艺流程与实验技术
例3、石墨在材料领域有重要应用。
某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。
设计的提纯和综合应用工艺如下:
(注:
SiCl4的沸点是57.6℃,金属氯化物的沸点均高于150℃)
(1)向反应器中通入Cl2前,需通一段时间的N2,主要目的是
(2)高温反应后,石墨中的氧化物杂质均转变为相应的氯化物。
气体Ⅰ中的氯化物主要为
。
由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学方程式为
(3)步骤①为:
搅拌、 。
所得溶液Ⅳ中阴离子有 。
(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为 。
变式训练3、以冶铝的废弃物铝灰为原料制取超细α-氧化铝,既降低环境污染又可提高铝资源的利用率。
已知铝灰的主要成分为Al2O3(含少量杂质SiO2、FeO、Fe2O3),其制备实验流程如下:
(1)铝灰中氧化铝与硫酸反应的化学方程式为 。
(2)图中“滤渣”的主要成分为 (填化学式)。
(3)加30%的H2O2溶液发生反应的离子方程式为 。
(4)煅烧硫酸铝铵晶体,发生的主要反应为4[NH4Al(SO4)2·
12H2O]
2Al2O3+2NH3↑+N2↑+5SO3↑+3SO2↑+53H2O,将产生的气体通过下图所示的装置。
①集气瓶中收集到的气体是 (填化学式)。
②足量饱和NaHSO3溶液吸收的物质除大部分H2O(g)外还有 (填化学式)。
③KMnO4溶液褪色(MnO4-还原为Mn2+),发生反应的离子方程式为
【备考策略】
在江苏高考中,工艺流程题是每年的必考内容,由于它考查的是应用元素化合物的性质解决实际问题的能力,涉及知识点多,也非常灵活,对学生的审题能力、分析问题、解决问题、文字表达等方面的能力都要求非常高,所以学生得分往往不高,在2015年的备考中,需要关注以下几个方面的问题:
1.学生不仅要掌握化学基本技能(实验操作技能,计算技能,化学语言转化和运用技能等),还能掌握化学基本方法(观察方法,实验方法,逻辑思维方法如分析比较、归纳概括、演绎推理、模型假说等)能力。
2.夯实基本功,离子方程式、化学方程式的书写,氧化还原反应的分析、化学平衡的判断等基本知识。
3.在平时的复习中,文字表达时一定要做到规范,在做此类题目时,要善于归纳、总结,认真审题,善于从题目或问题中获取信息判断分析问题,重点考查学生对元素化合物性质的掌握和应用所学知识进行必要的分析、类推或计算一些具体的化学问题的能力。
【课堂检测】
1.(2011·
江苏高考第16题)以硫铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3·
6H2O)的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)一定条件下,SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),该反应的平衡常数表达式为K= ;
过量的SO2与NaOH溶液反应的化学方程式为
(2)酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量,其目的是 、
。
(3)通氯气氧化时,发生的主要反应的离子方程式为
该过程产生的尾气可用碱溶液吸收,其中污染空气的气体为 (填化学式)。
2.(2012·
江苏高考第16题)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
(1)一定条件下,NO与NO2存在反应:
NO(g)+NO2(g)
N2O3(g),其平衡常数表达式为K= 。
(2)上述工艺中采用气液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目的是 ;
滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是 (填化学式)。
(3)该工艺需控制NO和NO2物质的量之比接近1∶1。
若n(NO)∶n(NO2)>
1∶1,则会导致 ;
若n(NO)∶n(NO2)<
1∶1,则会导致
(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,该反应的离子方程式为 。
3.(2013·
江苏高考第16题)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。
硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。
以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下:
(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为 。
(2)加入H2O2氧化时,发生反应的化学方程式为
(3)滤渣2的成分是 (填化学式)。
(4)煅烧过程存在以下反应:
2MgSO4+C
2MgO+2SO2↑+CO2↑
MgSO4+C
MgO+SO2↑+CO↑
MgSO4+3C
MgO+S↑+3CO↑
利用右图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。
①D中收集的气体可以是 (填化学式)。
②B中盛放的溶液可以是 (填字母)。
a.NaOH溶液b.Na2CO3溶液c.稀硝酸d.KMnO4溶液
③A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应,产物中元素最高价态为+4价,写出该反应的离子方程式:
。
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