2019年高考化学化工流程全突破专题07化工流程中物质的结晶知识讲解.docx

专题07 化工流程中物质的结晶化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。1. 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。蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。2. 溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe(Al)可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。3. 沉淀法：a. 加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去)；b. 调节溶液的酸碱性。4. 洗涤法：a.水洗；b.冰水洗；c.有机溶剂洗。其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。一、物质结晶的一般步骤典例1铬铁矿(FeCr2O4)中含有Al2O3、Fe2O3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程示意图如下(部分操作和条件略)：(1)铬铁矿(FeCr2O4)改写为氧化物的形式为_。(2)反应中发生了两个主要反应，其中一个主要反应的化学方程式为4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O28Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2；另一个主要反应的化学方程式为 _。(3)写出反应中生成固体B的离子方程式为_。(4)pH 5时，发生反应有_（写离子方程式），Na2Cr2O7 + 2KCl = K2Cr2O7+ 2NaCl。下表是相关物质的溶解度数据：物质溶解度( g / 100 g H2O )04080KCl2840.151.3NaCl35.736.438K2Cr2O74.726.373Na2Cr2O7163215376加入KCl固体后经一系列操作析出K2Cr2O7晶体的理由是_。获得K2Cr2O7晶体的操作由多步组成，依次是加入KCl固体、蒸发浓缩、_、_、洗涤、干燥得到晶体。(5)某种酒精测试仪中，K2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸，自身被还原为三价铬离子，该反应的氧化剂与还原剂的物质的量比为_。(6)含铬废渣(废水)的随意排放对人类生成环境有极大的危害，电解法是处理铬污染的一种方法，电解时，在阴极区有Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀生成(已知KspFe(OH)3 = 4.01038，KspCr(OH)3 = 6.01031)。已知电解后的溶液中c(Cr3+)为3.0105 mol/L，则溶液中c(Fe3+)为_ mol/L。【答案】FeOCr2O3 Na2CO3+ Al2O3 2NaAlO2 + CO2AlO2 + CH3COOH + H2O = Al(OH)3+ CH3COO2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2OK2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7小，且温度对氯化钠的溶解度影响较小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾冷却结晶过滤2: 32.01012二、根据物质的溶解度特点选择结晶方法典例2工业上，以钛铁矿（主要含FeTiO3，还含有Fe2O3 和Al2O3、SiO2等杂质）为原料制备二氧化钛并得到副产品绿矾(FeSO47H2O)的工艺流程如下图所示。 已知：TiO2+在一定条件下会发生水解。回答下列问题：（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可行的措施是（写一条即可）_。黑钛液中生成的主要阳离子有TiO2+和Fe2+，步骤主要反应的化学方程式是_。（2）步骤中，加入铁粉的主要作用是_，同时也会将部分TiO2+还原为Ti3+。（3）向滤液2中通入空气的目的是_（用离子方程式表示）。（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤中加入热水稀释将TiO2+转化为Ti(OH)4 的原因:_。（5）副产品绿矾中含有杂质Al2(SO4)3。要将副产品进一步提纯，请结合右图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程：将副产品溶于稀硫酸中，充分搅拌后，用NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤沉淀后得到FeSO4溶液，_，过滤，用冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO47H20晶体。（6）用氧化还原滴定法测定制备得到的产品中TiO2的质量分数：在一定条件下，将一定量的产品溶解并将TiO2还原为Ti3，再以KSCN溶液作为指示剂，用硫酸铁铵NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3至全部生成Ti4。滴定终点的现象是_。滴定分析时，称取TiO2试样0.2 g，消耗0.1 mol/L NH4Fe(SO4)2标准溶液24.00mL，则TiO2的质量分数为_。【答案】粉碎矿石或加热反应物或及时搅拌等 FeTiO32H2SO4FeSO4TiOSO42H2O 将Fe3+转化为Fe2+并防止Fe2被氧化 4Ti3+ O2 + 2H2O4TiO2+ + 4H+ TiO2+在溶液中水解：TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+ H0，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成Ti(OH)4 加热浓缩得到60的饱和溶液，再冷却至室温（或0）结晶 滴入最后滴标准溶液时, 锥形瓶内溶液变成红色, 且半分钟不褪色 96% 三、根据不同物质的溶解度差异选择结晶方法典例3某铬铁矿主要成分是FeOCr2O3，含有FeCO3、SiO2、Fe3O4等杂质，现由该铬铁矿制备强氧化剂Na2Cr2O7的流程如下：已知：常温下，KspFe(OH)3=1.010-38，KspCr(OH)3=6.310-30回答下列问题：（1）物质B为_，溶液E为_。（2）溶液G中经检测不含H2O2的可能原因是_。（3）若步骤调节pH后，c(Cr3+)=6.3mol/L，则pH范围是_（离子浓度不大于1.010-5mol/L即可认为沉淀完全）。（4）步骤发生的离子方程式为_。（5）Na2Cr2O7和Na2SO4的溶解度随温度变化的曲线如下图所示，步骤中操作a为_、_。（6）若称取mg该铬铁矿，其中FeOCr2O3的质量分数为70%，最终制得ng Na2Cr2O7固体，则该过程中Cr元素的转化率为_。【答案】 Fe3O4 NaHCO3 过量的H2O2，被Fe3+催化分解 3pH4 7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+ 加热浓缩 趁热过滤 100%四、考虑物质的水解选择结晶方法典例4铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(含BeO:25%、CuS:71%、少量FeS和SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:已知:I.铍、铝元素化学性质相似II.常温下:KspCu(OH)2=2.210-20、KspFe(OH)3=4.010-38、KspMn(OH)2=-2.110-13(1)滤液A的主要成分除NaOH外，还有_ (填化学式)，写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式_。(2)溶液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择最合理步骤顺序_。a.加入过量的NaOH b.通入过量的CO2 c.加入过量的氨水d.加入适量的HC1 e.过滤 f.洗涤从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是_。(3)MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，写出反应II中CuS 发生反应的化学方程式_。若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是_(任写一条)。(4)溶液D中含c(Cu2+)=2.2mol/L、c(Fe3+)=0.008mol/L c(Mn2+)=0.01mol/L，逐滴加入稀氨水调节pH可依次分离，首先沉淀的是_ (填离子符号)，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的pH值大于_。【答案】 Na2SiO3、Na2BeO2 BeO22-+4H+=Be2+2H2O cefd 在氯化氢气流中蒸发结晶（或蒸发结晶时向溶液中持续通入氯化氢气体） MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O 产生污染环境的气体 Fe3+ 4【解析】考查化学工艺流程，（1）旧铍铜原件的成分BeO、CuS、FeS、SiO2，根据信息I，BeO属于两性氧化物，CuS不与氢氧化钠溶液反应，FeS不与氢氧化钠反应，SiO2属于酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，因此滤液A中主要成分是NaOH、Na2SiO3、Na2BeO2；根据信息I，BeO2与过量盐酸反应生成氯化五、比较物质的溶解度大小，解释得到晶体的原因典例5以电石渣主要成分为Ca(OH)2和CaCO3为原料制备KClO3的流程如下：(1)氯化过程控制电石渣过量、在75 左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2。电石与H2O反应的化学方程式为_。生成Ca(ClO)2的化学方程式为_。提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有_(填序号)。A适当加快通入Cl2速率B充分搅拌浆料C加水使Ca(OH)2完全溶解(2)氯化过程中Cl2转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为：6Ca(OH)26Cl2=Ca(ClO3)25CaCl26H2O，氯化完成后过滤。 75 时 Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2的反应方程式为_。滤渣的主要成分为_(填化学式)。(3)向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3的原因是_。 若溶液中KClO3的含量为100 gL1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是_。【答案】CaC22H2O = C2H2 +Ca(OH)2 2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O B 3Ca(ClO)2=2CaCl2Ca(ClO3)2 CaCO3、Ca(OH)2 四种离子组合成的四种盐中KClO3的溶解度最小 蒸发浓缩、冷却结晶 六、评价物质结晶的实验方案典例6信息时代产生的大量电子垃圾对环境造成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜晶体的路线：回答下列问题：（1）第步Cu与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣1的主要成分为_。（2）第步加入H2O2的作用是_，使用H2O2的优点是_；调节pH的目的是使_生成沉淀。（3）用第步