云南省保山市腾八中高考化学第二轮复习 热点专题5 无机化工流程题复习策略与解题方法指导(1).doc

专题5 无机化工流程题复习策略与解题方法指导一、探究解题思路呈现形式：流程图、表格、图像 设问方式：措施、成分、物质、原因能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力 知识落点：基本理论、元素化合物、实验无机工业流程图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指导思想，能够综合考查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。【例题】（09广东，22）某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有mgco3、mgsio3、camg(co3)2、al2o3和fe2o3等，回收其中镁的工艺流程如下： 原 料：矿石（固体）预处理：酸溶解（表述：“浸出”）除 杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀核心化学反应是：控制条件，调节ph，使mg2+全部沉淀（一）. 解题思路明确整个流程及每一部分的目的 仔细分析每步发生的反应及得到的产物 结合基础理论与实际问题思考 注意答题的模式与要点 在解这类题目时：首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性。分析流程图需要掌握的技巧是： 浏览全题，确定该流程的目的由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物；了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用；解析流程图并思考：从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。考察内容主要有：1）、原料预处理2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、ph调节、溶剂选择）3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯）4）、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）5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。（二）、规律主线主产品 分支副产品 回头循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯（三）.工业生产流程主线与核心 （四）. 熟悉工业流程常见的操作与名词1、研磨：是指用研磨机或研钵将块状的或颗粒状的物质磨成粉末状的小颗粒增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率。浸出：固体加入水或酸溶解得到离子。2、酸浸：指在酸溶液中反应使可溶金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去溶解的过程。3、水洗：水洗通常是为了除去水溶性的杂质。 有机物洗涤：减少晶体损失4、灼烧（煅烧）：原料的预处理，不易转化的物质转为容易提取的物质。例如海带中提取碘等。5、酸作用：溶解、去氧化物（膜）、调节ph促进水解（沉淀）。6、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）。7、氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子。8、控制ph值：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤分离。9、煮 沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离； 除去溶解在溶液中的气体，例如氧气10、趁热过滤：减少结晶损失；提高纯度11、工业流程中的主要操作：结晶、重结晶、洗涤、干燥、 灼烧、分液、重复操作2-3次等。12、浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少13、控制反应条件的方法控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 - ph值的控制。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的ph 如下表所示物质开始沉淀沉淀完全fe(oh)32.73.7fe(oh)27.69.6mn(oh)28.39.8问题：若要除去mn2溶液中含有的fe2，应该怎样做？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 蒸发、反应时的气体氛围加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动降温反应的目的：防止某物质在高温时会溶解或为使化学平衡向着题目要求的方向移动冰水洗涤：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14、物质的分离和提纯的方法（1）分离方法结晶固体物质从溶液中析出的过程（蒸发溶剂、冷却热饱和溶液、浓缩蒸发）过滤固、液分离蒸馏液、液分离分液互不相溶的液体间的分离萃取用一种溶剂将溶质从另一种溶剂中提取出来。升华将可直接气化的固体分离出来。盐析加无机盐使溶质的溶解度降低而析出（2）提纯方法水溶法、酸溶法、碱溶法、氧化剂或还原剂法、加热灼烧法、调节ph法二、做好常见考点的整理、归纳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：加快反应速率 溶解 浸出 灼烧 焙烧 煅烧 反应条件控制2.分离提纯阶段的常见考点：调ph值除杂 试剂除杂 加热降温母液（滤液）萃取3.获得产品阶段的常见考点：洗涤（冰水 热水） 蒸发、反应时的气体氛围 抑制水解 蒸发浓缩、冷却结晶 蒸发结晶、趁热过滤 重结晶4.其他常见考点：方程式 实验仪器计算 信息点 例1：(2012广东理综，32)难溶性杂卤石(k2so4mgso42caso42h2o)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：k2so4mgso42caso42h2o(s) 2ca22kmg24so2h2o为能充分利用钾资源，用饱和ca(oh)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：(1)滤渣主要成分有_和_以及未溶杂卤石。(2)用化学平衡移动原理解释ca(oh)2溶液能溶解杂卤石浸出k的原因：_。(3)“除杂”环节中，先加入_溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_溶液调滤液ph至中性。(4)不同温度下，k的浸出浓度与溶浸时间的关系见右图。由图可得，随着温度升高，_，_。(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：caso4(s)cocaco3(s)so已知298 k时，ksp(caco3)2.80109，ksp(caso4)4.90105，求此温度下该反应的平衡常数k(计算结果保留三位有效数字)。方法技巧要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)根据什么理论有什么变化得出什么结论。例2：铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是al2o3和少量的sio2、fe2o3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取al2(so4)3和铵明矾晶体nh4al(so4)212h2o的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体a的化学式为_，中通入足量co2气体发生反应的离子方程式为_。(2)由制取铵明矾溶液的化学方程式为_，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)_、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取al2(so4)3，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 gcm3)_ l(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为11，则投料时铝土矿中的al2o3和h2so4的物质的量之比为_。方法技巧首尾分析法：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，从中找出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以解答了。练习：1.（2010年高考广东32）碳酸锂广泛应用于陶瓷和医药等领域。以-锂辉石（主要成分为li2oal2o34sio2）为原材料制备li2co3的工艺流程如下：已知：fe3+、al3+、fe2+和mg2+以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的ph分别为3.2、5.2、9.7和12.4；li2so4、lioh和li2co3在303k下的溶解度分别为34.2g、12.7g和1.3g。（1）步骤前，-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是_ _。（2）步骤中，酸浸后得到的酸性溶液中含有li+、so42-，另含有al3+、fe3+、fe2+、mg2+、ca2+、na+等杂质，需在搅拌下加入_(填“石灰石”、“氯化钙”或“稀硫酸”)以调节溶液的ph到6.06.5，沉淀部分杂质离子，然后分离得到浸出液。（3）步骤中，将适量的h2o2溶液、石灰乳和na2co3溶液依次加入浸出液中，可除去的杂质金属离子有_ _。（4）步骤中，生成沉淀的离子方程式为_ _。（5）从母液中可回收的主要物质是_ _。2.（2011年高考广东32）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：（注：nacl熔点为801；alcl3在181升华）（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为 和 （2）将cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除cl2外还含有 ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 （3）在用废碱液处理a的过程中，所发生反应的离子方程式为 （4）镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以alcl4 和al2cl7形式存在，铝电极的主要电极反应式为 （5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是 3.（2013广东32）银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下： （注：al(oh)3和cu(oh)2开始分解的温度分别为450和80）（1）电解精炼银时，阴极反应式为 ；滤渣a与稀hno3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为 。（2）固体混合物b的组成为 ；在生成固体b的过程中，需控制naoh的加入量，若naoh过量，则因过量引起的反应的离子方程式为 。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式： cuo + al2o3 cualo2 + （4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为 mol cualo2，至少需要1.0moll-1的al2(so4)3溶液 l。 (5)cuso4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是 、过滤、洗涤和干燥。4. （2010年安徽高考理综题27）、锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（limn2o4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下：（1）第步反应得到的沉淀x的化学式为 。（2）第步反应的离子方程式是 。（3）第步反应后，过滤li2co3所需的玻璃仪器有 。若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因： 、 。（4）若废旧锂离子电池正极材料含lin2o4的质量为18.1 g第步反应中加入20.0ml30.moll-1的h2so4溶液。假定正极材料中的锂经反应和完全为li2co3,至少有 g na2co3参加了反应。5、（2010年四川理综29） 四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为tio2、feo、fe2o3,ti的最高化合价为+4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：钛铁矿渣硫酸处理后的矿物滤液剩余铁粉滤液a:feso47h2o滤液浓硫酸水铁粉过滤过滤过滤控温二氧化钛水合二氧化钛煅烧过滤调节ph为0.5加热 请回答下列问题： (1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是 。 (2)向滤液中加入铁粉，发生反应的离子方程式为： 、 。 (3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液，使混合液ph达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用： 。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、 、 、 (填化学式)，减少废物排放。 (4)a可用于生产红色颜料(fe2o3)，其方法是：将556akga(摩尔质量为278g/mol)溶于水中，加入过量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体，再向红褐色胶体中加入3336bkga和112ckg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完全后，有大量fe2o3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料，若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料 kg。 6、（2010年江苏化学卷16）.钡盐行业生产中排出大量的钡泥主要含有、等。某主要生产、的化工厂利用钡泥制取，其部分工艺流程如下：（1）酸溶后溶液中，与的反应化学方程式为 。（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70，且不使用浓硝酸，原因是 、 。（3）该厂结合本厂实际，选用的x为 （填化学式）；中和使溶液中 （填离子符号）的浓度减少（中和引起的溶液体积变化可忽略）。 （4）上述流程中洗涤的目的是 。7、（2010年福建高考理综卷24）硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是znco3，并含少量的fe2o3 、feco3 mgo、cao等，生产工艺流程示意如下：（1） 将菱锌矿研磨成粉的目的是_。（2） 完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：fe(oh)2+_+_=fe(oh)3 +ci-(3)针铁矿（goethite）是以德国诗人歌德（goethe）名字命名的，组成元素是fe、o和h，化学式量为89，化学式是_。（4）根据下表数据，调节“滤液2”的ph时，理论上可选用的最大区间为_。mg(oh)2zn(oh)2mgco3caco3开始沉淀的ph10464沉淀完全的ph12480开始溶解的ph105ksp566828（5）工业上从“滤液3”制取mgo过程中，合适的反应物是_（选填序号）。ks*5u.c#o%a大理石粉 b石灰乳 c纯碱溶液 d烧碱溶液（6）“滤液4”之后的操作依次为_、_、过滤，洗涤，干燥。（7）分析图中数据，菱锌矿粉中znco3 的质量分数不低于_。8、（2013安徽理综27）（13分）二氧化铈是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含以及其他少量可溶于稀酸的物质）。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：（1）洗涤滤渣a的目的是为了去除 （填离子符号），检验该离子是否洗涤的方法是 。（2）第步反应的离子方程式是 ，滤渣b的主要成分是 。（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物tbp作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，tbp （填“能”或“不能”）与水互溶。实验室进行萃取操作是用到的主要玻璃仪器有 、烧杯、玻璃棒、量筒等。（4）取上述流程中得到的产品0.536g，加硫酸溶解后，用0.1000mol标准溶液滴定终点是（铈被还原为）,消耗25.00ml标准溶液，该产品中的质量分数为 。9、（2009年高考福建24）从铝土矿（主要成分是al2o3，含sio2、fe2o3、mgo等杂质）中提取两种工艺品的流程如下：请回答下列问题：（1）流程甲加入盐酸后生成al3+的离子方程式为 ；（2）流程乙加入烧碱后生成sio32-的离子方程式为 ；（3）验证滤液b含fe3+，可取少量滤液并加入 （填试剂名称）。（4）滤液e、k中溶质的主要成份是 (填化学式)，写出该溶液的一种用途 。（5）已知298k时，mg(oh)2的容度积常数ksp = 5.610-12，取适量的滤液b，加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡，测得ph=13.00，则此温度下残留在溶液中的：c(mg2+)= 10、（09广东22）（12分）某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有mgco3.mgsio3、camg(co3)2、al2o3和fe2o3等，回收其中镁的工艺流程如下：沉淀物fe(oh)3al(oh)3mg(oh)2ph3452124部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的ph由见上表，请回答下列问题：（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有 （要求写出两条）（2）滤渣i的主要成分有 。（3）从滤液中可回收利用的主要物质有 。（4）mg(clo3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备： mgcl2+2naclo3=mg(clo3)2+2nacl已知四种化合物的溶解度（s）随温度（t）变化曲线如下图所示： 将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备mg(clo3)2.简述可制备mg(clo3)2的原因： 。按中条件进行制备实验。在冷却降温析出mg(clo3)2过程中，常伴有nacl析出，原因是： 。除去产品中该杂质的方法是： 。11、（2011苏锡常镇模拟一）（12分）高铁酸钾是一种高效的多功能的水处理剂。工业上常采用naclo氧化法生产，原理为：3naclo + 2fe(no3)3 + 10naoh2na2feo4+ 3nacl + 6nano3 + 5h2o na2feo42kohk2feo42naoh主要的生产流程如下：（1）写出反应的离子方程式 。（2）流程图中“转化”是在某低温下进行的，说明此温度下ksp(k2feo4) ksp(na2feo4)（填“”或“”或“”）。（3）反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。图1为不同的温度下，fe(no3)3不同质量浓度对k2feo4生成率的影响；图2为一定温度下，fe(no3)3质量浓度最佳时，naclo浓度对k2feo4生成率的影响。 图1 图2工业生产中最佳温度为 ，此时fe(no3)3与naclo两种溶液最佳质量浓度之比为 。若naclo加入过量，氧化过程中会生成fe(oh)3，写出该反应的离子方程式： 。若fe(no3)3加入过量，在碱性介质中k2feo4与fe3+发生氧化还原反应生成k3feo4，此反应的离子方程式： 。（4）k2feo4 在水溶液中易水解：4feo42+10h2o4fe(oh)3+8oh+3o2。在“提纯”k2feo4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用 溶液（填序号）。ah2o bch3coona、异丙醇 cnh4cl、异丙醇 dfe(no3)3、异丙醇例1：(1)mg(oh)2caso4(2)加入ca(oh)2溶液，mg2与oh结合生成mg(oh)2沉淀，mg2浓度减小，平衡正向移动，k增多(3)k2co3h2so4(4)溶浸平衡向右移动k的溶浸速率增大(5)caso4(s)cocaco3(s)so的平衡常数k，据ksp(caso4)、ksp(caco3)可知，c(so)，c(co)，则有k1.75104。例2：答案(1)sio2aloco22h2o=hcoal(oh)3(2)al2o34h2so42nh3=2nh4al(so4)23h2o蒸发浓缩(3)575.4(4)310解析(1)铝土矿中al2o3和fe2o3能溶于盐酸，sio2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为sio2。al2o3溶于烧碱生成naalo2溶液，在其中通入co2生成al(oh)3沉淀。(2)al(oh)3分解生成al2o3，al2o3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。(3)m(al2o3)1 000 kg36%360 kg，m(h2so4) kg1 037.6 kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 gcm3)为575.4103 ml575.4 l。(4)设制得的al2(so4)3和nh4al(so4)212h2o的物质的量都是1 mol，则al3共3 mol，so共5 mol，根据铝元素和so守恒原理可得，加入al2o3和h2so4的物质的量之比为5310。练习：1、解析：(1)增大固液接触面积，加快浸出反应速率，提高浸出率 (2)石灰石 (3)fe2+、mg2+、ca2+ (4)2li+co32-=li2co3 （5）na2so42解析：（1）2al +fe2o3=al 2o3+2fe 4al+3sio2错误！未找到引用源。3si+ 2al 2o3（2）h2、alcl3；nacl。(3)cl2+2oh=cl+clo+h2o(4)阳极；阳极：al-3e-=al3+、（阴极：4al2cl7 +3e- = 7alcl4+al ）(5)铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止氧化深入内部，起到防腐保护作用3.ag+e= ag 2no+o2=2no2未煮沸之前是cu(oh)2和al(oh)3，根据al(oh)3和cu(oh)2开始分解的温度分别为450和80可知b为al(oh)3和cuo. al(oh)3+oh=alo+2h2o根据化合价来配平：反应前cu为+2价，反应后为+1,化合价降低，al没有变化，所以另外的升高，只能是生成氧气。4cuo + 2al2o3 4cualo2 + 1o2 由铜元素守恒得（5000x63.5%）mol/64=50.0mol。则cualo2为50.0mol，由al元素守恒，得al2(so4)3为25.0mol，所以需要体积为25.0l蒸发浓缩、冷却结晶4.【答案】（1）al(oh)3(2)4 limn2o4+o2+4h+=4li+8mno2+2h2o (3) 漏斗 玻璃棒 烧杯 ； 玻璃棒下端靠在单层滤纸处，导致滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等等（其它合理答案均可）（4）6.4或6.365【答案】 (1) tio2 + 2h2so4 = ti2(so4)2 + 2h2o 或 tio2 + h2so4 = tios