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专题讲座四 无机化工流程题复习策略与解题方法指


专题讲座四

无机化工流程题复习策略与解题方法指导

1.无机化工流程题的特点 无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景,体现能力立意的命题为指导思想,能 够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。 所以这类题成为近年来高考的必考题型。 这类题常呈现的形式:流程图、表格、图像 这类题常围绕以下几个知识点进行设问: (1)反应速率与平衡理论的运用; 反应物颗粒大小:反应速率、原料的利用率等 温度:反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等 (2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写; (3)利用控制 pH 分离除杂; (4)化学反应的能量变化; (5)实验基本操作:除杂、分离、检验、洗涤、干燥等; (6)流程中的物质转化和循环,资源的回收和利用; (7)环境保护与绿色化学评价。 2.工业生产流程主线

规律:主线主产品、分支副产品、回头为循环 核心考点:物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制 3.解答无机化工流程试题的程序 基本步骤: ①从题干中获取有用信息,了解生产的产品。②然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处 理、反应、提纯、分离等阶段。③分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A、反 应物是什么 B、发生了什么反应 C、该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;抓 住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。④从问题中获取信息,帮助解题。 解题思路: 明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理 或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点

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4.熟悉工业流程常见的操作与名词 工业流程题目在流程上一般分为 3 个过程: 原料处理 → 分离提纯 → 获得产品 (1)原料处理阶段的常见考点与常见名词 ①加快反应速率 ②溶解:通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等 水浸:与水接触反应或溶解 浸出:固体加水(酸)溶解得到离子 浸出率:固体溶解后,离子在溶液中的含量的多少(更多转化) 酸浸:在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的溶解过程 ③灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解 ④控制反应条件的方法 (2)分离提纯阶段的常见考点 ①调 pH 值除杂 a.控制溶液的酸碱性使其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 物质 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2
2+ 2+
+ +

开始沉淀 2.7 7.6 8.3

沉淀完全 3.7 9.6 9.8

若要除去 Mn 溶液中含有的 Fe ,应该怎样做? 提示: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: 能与 H 反应,使溶液 pH 值增大;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、Cu2(OH)2CO3 等物质来 调节溶液的 pH 值。 ②试剂除杂 ③加热:加快反应速率或促进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。如:侯德 榜制碱中的 NaHCO3;还有如 H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。 ④降温:防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动 ⑤萃取 (3)获得产品阶段的常见考点: ①洗涤(冰水、热水)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。 ②蒸发、反应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。
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+ + +

③蒸发浓缩、冷却结晶:如除去 KNO3 中的少量 NaCl。 ④蒸发结晶、趁热过滤:如除去 NaCl 中的少量 KNO3。 ⑤重结晶 (4)其他常见考点 ①化学方程式 ②实验仪器 ③计算 ④信息 5.注重答案的文字叙述规范 (1)洗涤沉淀: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。 (2)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩-冷却结晶-过滤-洗涤-干燥。 (3)在写某一步骤是为了除杂时,应该注明“是为了除去 XX 杂质”,只写“除杂”等一类 万金油式的回答是不给分的。 (4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式,注意配平。 6.热点题型探究 热点 1 碱金属及其矿物的开发利用 【例 1】 碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约 98%)中 含有 Ca2 、Mg2 、Fe3 、Cl 和 SO2 等杂质,提纯工艺流程如下: 4
+ + + - -

已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示: 回答下列问题:

(1)滤渣的主要成分为________________________________________________________。 (2)“趁热过滤”的原因是____________________________________________________。 (3)若在实验室进行“趁热过滤”,可采取的措施是_____________________________(写出 一种)。 (4)若“母液”循环使用,可能出现的问题及其原因是___________________________。 (5)已知:Na2CO3· 2O (s)===Na2CO3(s)+10H2O(g) 10H Na2CO3· 2O(s)= ==Na2CO3· 2O(s)+9H2O(g) 10H H 方法技巧 ΔH1=+532.36 kJ· mol
-1 -1

ΔH2=+473.63 kJ· mol

写出 Na2CO3· 2O 脱水反应的热化学方程式_____________________________________。 H 首尾分析法:对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题,首 先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(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,弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分
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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。关键在于认真对比分析 原料与产品的组成,从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理 和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了,围绕生产主线所设计的系列问题也 就可解答了。 迁移应用 1 锂被誉为“金属味精”,以 LiCoO2 为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便 携式电源。工业上常以 β?锂辉矿(主要成分为 LiAlSi2O6,还含有 FeO、MgO、CaO 等杂质) 为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下:

已知:①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的 pH: 氢氧化物 开始沉淀 pH 完全沉淀 pH Fe(OH)3 2.7 3.7 Al(OH)3 3.7 4.7 Mg(OH)2 9.6 11

②Li2CO3 在不同温度下的溶解度如下表: 温度/℃ Li2CO3 的 溶解度/g 请回答下列问题: (1)用氧化物形式表示 LiAlSi2O6 的组成: 。 0 1.539 10 1.406 20 1.329 50 1.181 75 0.866 100 0.728

(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是________________________________________________。 (3)写出反应Ⅲ中生成沉淀 A 的离子方程式: ____________________________________。 (4)反应Ⅳ生成 Li2CO3 沉淀,写出在实验室中得到 Li2CO3 沉淀的操作名称 洗涤所得 Li2CO3 沉淀要使用 ,

(选填“热水”或“冷水”),你选择的理由是

_____________________________________________________________________。 (5)电解熔融氯化锂生产锂时,阳极产生的氯气中会混有少量氧气,原因是_____________。 热点 2 镁、铝及其矿物的开发利用 【例 2】 高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下: 过氧化氢/氨水 硫酸铝溶液

(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢, 用氨水调节溶液的 pH 约为 8.0, 以除去硫酸铵溶液
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中的少量 Fe2 。检验 Fe2 是否除尽的实验操作是________________________________。 (2)通常条件下 Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10
-38





,除杂后溶液中 c(Fe3 )约为______________。



(3)配制硫酸铝溶液时,需用硫酸酸化,酸化的目的是______________。 (4)“结晶”操作中,母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止,冷却结晶,得到 铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是____________________________________。 (5)“分离”操作名称是______(填字母代号)。 A.蒸馏 (6)测定铵明矾组成的方法是: a.称取 0.453 0 g 铵明矾样品,高温灼烧,得 Al2O3 固体 0.102 0 g; b.称取 0.453 0 g 铵明矾样品,用适量蒸馏水溶解,再加入稍过量的 BaCl2 溶液,经陈化、 过滤、灰化,得 BaSO4 0.465 9 g。 c.称取 0.453 0 g 铵明矾样品,加入足量的 NaOH 溶液,加热,将产生的气体依次通过碱 石灰和浓硫酸,浓硫酸增重 0.017 0 g。 则铵明矾的化学式为________________。 迁移应用 2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料, 目前世界上 60%的镁是从海水中提取 的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含 Na 、Mg2 、Cl 、Br 等)中模拟工 业生产来提取镁,主要过程如下:
+ + - -

B.分液

C.过滤

回答下列问题: (1)工业上从盐卤中获取 Mg(OH)2 用石灰乳而不用 NaOH 溶液的原因是_______________。 (2)从过程①得到的 Mg(OH)2 沉淀中混有少量的 Ca(OH)2 , 除去少量 Ca(OH)2 的方法是先 将沉淀加入到盛有 可得纯净的 Mg(OH)2。 (3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图: 溶液的烧杯中,充分搅拌后经 、 (填操作方法)

其中装置 A 的作用是_________________________________________________________。 (4)写出过程④中发生反应的化学方程式_________________________________________。 热点 3 铁、铜及其矿物的开发利用 【例 3】 (2011· 江苏, 16)以硫铁矿(主要成分为 FeS2)为原料制备氯化铁晶体(FeCl3· 2O)的工 6H 艺流程如下:

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回答下列问题: (1)在一定条件下,SO2 转化为 SO3 的反应为 2SO2(g)+O2(g)? ? 2SO(g),该反应的平衡常 3 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,尾气中污染空气的气体为_____________________。 (写化学式)。 迁移应用 3 工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl),其工艺流程如 下图所示:

试根据上图转化回答下列问题: (1)工业生产 Cl2 时,尾气常用石灰乳吸收,而不用烧碱溶液吸收的原因是_____________。 (2)还原过程中的产物为 Na[CuCl2],试写出反应的化学方程式_______________________。 制备中当氯化完成后必须经还原过程再制得 CuCl, 为什么不用一步法制得 CuCl?(已知 Cu2


+Cu+2Cl ===2CuCl↓)_________________________________________________。



(3)还原过程中加入少量盐酸的作用是__________________________________________,加 入 NaCl 且过量的原因是_____________________________________________________。 (4)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是____________________________________。 (5)实验室中在 CuCl2 热溶液中通入 SO2 气体也可制备白色的 CuCl 沉淀,试写出该反应的 离子方程式________________________________________________________________。

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答案
【例 1】 (1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3

(2)使析出的晶体为 Na2CO3· 2O, H 防止因温度过低而析出 Na2CO3· 2O 晶体, 10H 令后续的加 热脱水耗时长 (3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤 (4)溶解时有大量沉淀生成,使 Na2CO3 损耗且产物
+ + - -

Na2CO3 中混有杂质;原因:“母液”中含有的离子有 Ca2 、Na 、Cl 、SO2-4、OH 、 CO2-3,当多次循环后,使得离子浓度不断增大,溶解时会生成 CaSO4、Ca(OH)2、CaCO3 等沉淀 (5)Na2CO3· 2O(s)===Na2CO3(s)+H2O(g) ΔH=+58.73 kJ· H mol 迁移应用 1 (1)Li2O· 2O3· Al 4SiO2 (2)除去反应Ⅰ中过量的 H2SO4 ;控制 pH,使 Fe3 、Al3 完全沉淀 ==Mg(OH)2↓、Ca2 +CO2-3===CaCO3↓
+ + + -1

(3)Mg2 +2OH =





(4)过滤 热水 Li2CO3 在较高温度下溶解度

小,用热水洗涤可减少 Li2CO3 的损耗 (5)加热蒸干 LiCl 溶液时,LiCl 有少量水解生成 LiOH,受热分解生成 Li2O,电解时产生 O2(其他合理答案均可) 【例 2】 (1)取样,加适量 H2O2 溶液,振荡,滴加 KSCN 溶液,若无明显现象,说明 Fe2 已 除尽 (5)C (2)4.0×10
-20 +

mol· L

-1

(3)抑制 Al3 水解 (4)减少可溶性杂质的析出及 Al3 的水解





(6)NH4Al(SO4)2· 2O 12H

迁移应用 2 (1)石灰乳原料丰富,成本低 (2) MgCl2 过滤 洗涤 (3)制备干燥的 HCl 气体 (4) MgCl2(熔融)=====Mg +Cl2↑ c2(SO3) 【例 3】 (1) c(O2)·2(SO2) c SO2+NaOH===NaHSO3 (2)提高铁元素的浸出率 抑制 Fe3 水解 (3)Cl2+2Fe2 ===2Cl +2Fe3
+ - + +

电解

Cl2、HCl

迁移应用 3 (1)石灰乳来源丰富,成本低,且反应结束后可得副产品漂白粉 (2)CuCl2+2NaCl+Cu===2Na[CuCl2] CuCl 沉淀沉积在 Cu 表面阻碍反应的进行 (3)防止 Cu2 水解 增大 NaCl 的浓度有利于生成更多的 Na[CuCl2],提高产率


(4)使 CuCl 尽快干燥,防止被空气氧化 △ (5)2Cu2++2Cl-+SO2+2H2O=====2CuCl↓+4H++SO2-4

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