高考化学通用版一轮学案412题型研究 无机化工流程题解题指导Word下载.docx
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联系溶度积常数,计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等。
题型一 以物质制备为目的工艺流程
1.工艺流程中的常见专业术语
释义
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴,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
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
浸出率
固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少
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
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.工艺流程题中常见问题的答题方向
常见问题
答题要考虑的角度
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作,如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)
在空气中或特定气体中进行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或特定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
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
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使化学平衡移动;
控制化学反应的方向
②控制固体的溶解与结晶
③控制反应速率:
使催化剂达到最大活性
④升温:
促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点挥发
⑤加热煮沸:
促进水解,聚沉后利于过滤分离
[典例1] (2018·
全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。
一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·
L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
金属离子
Fe3+
Fe2+
Zn2+
Cd2+
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题:
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________;
氧化除杂工序中ZnO的作用是________,若不通入氧气,其后果是_______________________________________________________
(3)溶液中的Cd2+可用锌粉除去,还原除杂工序中反应的离子方程式为______________
_______________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为____________________;
沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
[解题流程]
[答案]
(1)ZnS+O2ZnO+SO2(或2ZnS+3O22ZnO+2SO2)
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2+
(3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+
(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸
[备考方略] 解答化工流程题的基本步骤
(1)从题干中获取有用信息,阅读题干时要随手画出目的及相关信息,了解反应物是什么,产品是什么,主要分析出产品中各个元素的来源,即分析“元素流向”。
(2)了解流程中一些实验操作的目的,通常都是为了净化原料或者提纯产品。
(3)对反应条件的分析可从以下几个方面着手:
①对反应速率有何影响;
②对平衡转化率有何影响;
③对综合生产效益有何影响(从原料来源、能源成本、环境保护、循环利用方面考虑)。
[对点练1] 3PbO·
PbSO4·
H2O化学名:
三盐基硫酸铅,简称三盐,M=990g·
mol-1。
不溶于水,微黄色粉末,可用作聚氯乙烯稳定剂。
以铅泥(含PbO、Pb及PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。
已知:
PbSO4的Ksp=1.82×
10-8,PbCO3的Ksp=1.462×
10-13。
请回答下列问题:
(1)铅蓄电池其工作原理是Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。
充电时,阳极的电极反应式为____________________________。
(2)步骤①转化的目的是______________,将滤液1、滤液3合并,经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作,可得到一种结晶水合物(M=322g·
mol-1),其化学式为________;
滤液2中可循环利用的溶质为________(填化学式)。
(3)沉铅的滤液中c(Pb2+)=9.10×
10-5mol·
L-1,则此时c(SO)=________mol·
L-1。
(4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为_____________________________________________
________________________________________________________________________;
步骤⑦洗涤沉淀时的操作是______________________________________________;
若以100.0t铅泥为原料制得纯净干燥的三盐49.5t,假设铅泥中的铅元素有90%转化为三盐,则铅泥中铅元素的质量分数为________。
解析:
(1)铅蓄电池充电时,阳极发生氧化反应,其电极反应式为PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+SO+4H+。
(2)步骤①加入Na2CO3溶液能将PbSO4转化为PbCO3,可以提高铅元素的利用率。
结合上述分析可知滤液1、滤液3中均含有Na2SO4,再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为Na2SO4·
10H2O。
滤液2中的HNO3可循环使用。
(3)沉铅后滤液中c(Pb2+)=9.10×
L-1,则滤液中c(SO)==mol·
L-1=2.0×
10-4mol·
(4)步骤⑥中加入NaOH溶液,使PbSO4转化成三盐,化学方程式为4PbSO4+6NaOH3PbO·
H2O+3Na2SO4+2H2O。
沉淀表面有Na2SO4等杂质,洗涤沉淀时,向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,并重复上述操作2~3次即可。
设铅泥中铅元素的质量分数为x,根据关系式:
4Pb ~ 3PbO·
H2O
4mol×
207g·
mol-1 990g
100.0t×
x×
90% 49.5t
则=,解得x=46.0%。
答案:
(1)PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+SO+4H+
(2)将PbSO4转化为PbCO3,提高铅元素的利用率 Na2SO4·
10H2O HNO3
(3)2.0×
10-4
(4)4PbSO4+6NaOH3PbO·
H2O+3Na2SO4+2H2O 向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀,让蒸馏水自然流下,并重复上述操作2~3次 46.0%
题型二 以分离提纯为目的工艺流程
1.物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作
除杂
加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。
如:
除去含Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH
加热
加快反应速率或使平衡向某个方向移动。
如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。
侯氏制碱中的NaHCO3;
还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质
降温
防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向移动
分离
固液分离——过滤
液液分离:
a.有溶解度差异——结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干;
蒸发结晶、趁热过滤)
b.有溶解性差异——(萃取)分液
c.有沸点差异——蒸馏
2.获得产品阶段的主要操作
洗涤(冰水、热水、有机溶剂)
水洗:
洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)
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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)
醇洗(常用于溶解度较大的物质):
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(若对溶解度小的物质进行醇洗,则是为了洗去杂质离子,并使其尽快干燥)
蒸发时的气体氛围抑制水解
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解
蒸发浓缩、冷却结晶
如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液,若将混合溶液加热蒸发后再降温,则析出的固体主要是K2Cr2O7,母液中是NaCl和少量K2Cr2O7,这样就可分离出大部分K2Cr2O7;
同样原理可除去KNO3中的少量NaCl
蒸发结晶、趁热过滤
如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液,若将混合溶液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液中是K2Cr2O7和少量NaCl;
同样原理可除去NaCl中的少量KNO3
[典例2] (2016·
全国卷Ⅲ)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。
从废钒催化剂中回收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
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
(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3mol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:
4ROH+V4OR4V4O12+4OH-(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]
[答案]
(1)V2O5+2H+===2VO+H2O SiO2
(2)0.5 (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱
(5)K+ (6)2NH4VO3V2O5+H2O+2NH3↑
[对点练2] 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ZnSO4·
7H2O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0.1mol·
L-1计算):
氢氧化物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Cd(OH)2
Zn(OH)2
1.9
7.0
7.2
5.4
3.2
9.0
9.5
(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ZnSO4·
7H2O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
Co
Zn
Cu
Fe
含量/%
59.00
0.52
0.20
13.16
则煅烧后所得固体混合物中,钴氧化物的化学式是________。
(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3.2~5.4,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ZnSO4·
7H2O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100g,结合题表中的数据可知,钴氧化物中m(O)=100g-59.00g-81g·
mol-1×
-80g·
-160g·
=21.302g,则钴氧化物中n(O)=≈1.33mol,n(Co)==1.00mol,故钴氧化物的化学式为Co3O4。
(1)适当升高浸取液温度(或将铜镉渣磨制成粉末等)
(2)能 Fe+Co2+===Fe2++Co
(3)将Fe2+氧化成Fe3+ 3.2~5.4 Fe(OH)3
(4)阴 Cd2++2e-===Cd
(5)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 (6)Co3O4
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