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化学一轮复习精品课件:热点专题课 “无机化工流程题”的解题策略


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“无机化工流程题”的解题策略

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。

题型一

物质制备类化工流程题

[ 考题感悟]

(2013· 山东高考节选)TiO2既是制备其他含钛化合物的原料, 又是一种性能优异的白色颜料。
工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的 有关反应包括:
酸溶 +2H2O(l)
水解 90℃ TiOSO4(aq)+2H2O(l)=====H2TiO3(s)+H2SO4(aq)

FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)

简要工艺流程如下:

冷却 钛铁矿 ――→钛液Ⅰ 结晶 ?70℃? 过滤

硫酸

试剂A

FeSO4· 7H2O

矿渣

干燥、煅烧 钛液Ⅱ―――――→ H2TiO3 ―――――→ TiO2 90℃

①酸洗 ②水洗 水解、过滤

剩余的试剂A

(1)试剂A为________。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度 过高会导致产品TiO2收率降低,原因是__________________ _____________________________________________。

(2)取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶 液后无明显现象,再加H2O2后出现微红色,说明H2TiO3中存在 的杂质离子是________。这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后 获得的TiO2也会发黄,发黄的杂质是________(填化学式)。

[解析]

(1)钛铁矿中的Fe2O3与硫酸反应生成硫酸铁,加

入试剂A后的其中一种产物是硫酸亚铁,则试剂A是铁粉。(2) 加入KSCN溶液后无明显现象,说明不含Fe3+,加入H2O2后变 红说明含有Fe2+。这种H2TiO3中含有FeSO4,则煅烧后会产生 少量的Fe2O3而使TiO2显黄色。

[答案]

(1)Fe

温度过高会导致TiOSO4提前水解,产生

H2TiO3沉淀。 (2)Fe2


Fe2O3

[ 解题策略] 1. 明确制备类化工生产流程的特点

一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点

2.熟悉常用的操作方法及其作用
(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用:

①研磨——减小固体的颗粒度, 增大固体与液体或气体间的接 触面积,加快反应速率。

②水浸——与水接触反应或溶解。

③酸浸——与酸接触反应或溶解, 使可溶性金属离子进 入溶液,不溶物通过过滤除去。
④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化, 如从海带 中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

⑤煅烧——改变结构,使一些物质能溶解。并使一些杂质在 高温下氧化、分解,如煅烧高岭土。

(2)常用的控制反应条件的方法:
①调节溶液的 pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉 淀。调节 pH 所需的物质一般应满足两点:

a.能与 H+反应,使溶液 pH 增大; b.不引入新杂质。

例如: 若要除去 Cu2+中混有的 Fe3+, 可加入 CuO、 Cu(OH)2、 Cu2(OH)2CO3 等物质来调节溶液的 pH,不可加入 NaOH 溶液、 氨水等。

②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。

③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。
④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
化工流程中箭头指出的是投料(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。

题型二 提纯类化工流程题 [ 考题感悟] (2013· 新课标全国卷Ⅱ)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(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、 Ni(Ⅱ)等杂质)的流程如下:
调pH约为5 稀硫酸 过滤 工业 ZnO ―――→ 浸出液 适量高锰酸钾溶液 ―――→滤液 ① ② Na2CO3 过滤 Zn 煅烧 过滤 ―――→ ――→ 滤液 ―――→ ――→ 滤饼 ――→ ZnO ④ ③ ⑤ 提示:在本实验条件下, Ni(Ⅱ)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②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③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④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④中产物的成分可能是 ZnCO3· xZn(OH)2。 取干燥后的 滤饼 11.2 g,煅烧后可得到产品 8.1 g,则 x 等于_____________。

[解析]

(1)经反应①所得浸出液中含有Zn2 、Fe2 、Mn2 、
+ + +

Ni2+。经反应②,Fe2+被氧化为Fe3+,进而形成Fe(OH)3沉淀, Mn2 被氧化为MnO2,发生反应的离子方程式分别为:MnO
+ -

4



3Fe2++7H2O===3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+,2MnO



4

+3Mn2+

+2H2O===5MnO2↓+4H+。在加a锰酸钾溶液前,若溶液的pH较 低,铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质。 (2)反应③为Zn+Ni2+===Zn2++Ni,过滤得到的滤渣中,除 了过量的锌外还有被置换出来的镍。

(3)若该沉淀没有洗涤干净, 则沉淀上一定附着有 SO2 具体的检 4 。


验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中,滴入 1~2 滴稀硝酸,再 滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净。 煅烧 (4)ZnCO3· xZn(OH)2===== (1+x)ZnO+CO2↑+xH2O 81(1+x) 8.1 g 44 18x Δm 44+18x 11.2 g-8.1 g=3.1 g

81?1+x? 44+18 x 则 = ,解得 x=1。 8.1 g 3.1 g

[ 答 案 ]

(1)Fe2



和 Mn2



MnO




4

+ 3Fe2






7H2O===3Fe(OH)3↓ + MnO2↓ + 5H 、 2MnO 4 + 3Mn2 +


2H2O===5MnO2↓+4H+ 铁离子和锰离子 不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质 (2)置换反应 镍

(3)取少量水洗液于试管中,滴入 1~2 滴稀硝酸,再滴入硝 酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净。 (4)1

[ 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)萃取和分液: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。
4.掌握化工流程的解题方法——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。


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