2019版高考化学一轮复习第八章水溶液中的离子平衡专题讲座五化工流程题的解题指导学案

1、 专题讲座五 化工流程题的解题 指导 【考纲研读】1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合， 重组为新知识块的能力。 2将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法, 解决简单化学问题的能力。3将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、 图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。 二、工业流程题分类突破 题型一物质制备类化工流程题 1 核心反应一一陌生方程式的书写 关注箭头的指向：箭头指入T反应物，箭头指出T生成物。 (1) 氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，判断产物，配平。 卢：胡分离提纯 产率计所需严胡 原料吋坏利用 氧化后调 略蜡包一

2、枝心 化学反应 反应条什 原料 无机矿物 沐水济 利川(生产 2 (2) 非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。 2 原料的预处理 (1) 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 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 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 (更多转化) (2) 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。 3 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

3、般应满 足两点： 能与H反应，使溶液 pH 增大； 不引入新杂质。 例如：若要除去 CLT 中混有的 Fe： 可加入 CuO CuCGX Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO 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。 例 1 (2016 全国卷I, 28)NaCIO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其 一种生产工艺如下: 回答下列问题: (1) NaCIO2中 Cl

4、 的化合价为 _ 。 (2) 写出“反应”步骤中生成 CIO2的化学方程式 _ “电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去 Mg*和 CsT,要加入的试剂分 别为 _ 、 _ 。“电解”中阴极反应的主要产物是 _ 。 (4) “尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 CIO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的 物质的量之比为 _ ，该反应中氧化产物是 _ 。 反应 1叫收 电气峻收- NaClO 结晶，干燥一N忒 g 产詁 NHHSO, NaOH . H;O . 3 力相当于多少克 Cl 2的氧化能力。NaCIO 的有效氯含量为 _ 。(计算结果保留两位小数) 解题流程 第一步：读题目，

5、明确目的一一制备 NaCIQ 第二步：审流程，分块破题一一拆分工艺流程 原材料 核心化学反应 NaCIO,；: 佥盐忒 1硫酸”血詡忘;蛍恥心村电解I 労pm - -； I ; i _严加 |回話一石二*二二中 I : 卜 ! i惬咒吸收I应品液1 I NaHSOb :K n L - - . j ； NaOH , HJOJ - 1- 对原料的预处理 产胡分离捉纯 第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。 得分秘籍 (1) 设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。 (2) 题中基本上都有与流程无关的问题， 可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示

6、， 要么与解答题目无关。 答案 + 3 (2)2NaCIO3 + H2SQ+ SO=2NaHSa 2CIQ (3)NaOH 溶液 NstCO 溶液 CIOT (或 NaCIQ) (4)2 ：1 O (5)1.57 题型二提纯类化工流程题 1 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：如除去酸性溶液中的 Fe3+等。 2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

7、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 CCI4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 NaCI。 (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 KN0 FeCb、CuCl2、CuSO 50 FeSQ - 7H20 等。 蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。 “有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力, 其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能 4 (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5 氨

8、气。 例 2 （2017 合肥模拟）高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工 业级氧化锌（含 FeU M、Cu2： Ni2*、Cd2+等）为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌 的工艺流程如下: 回答下列问题: （1）浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有 （写两种）： _ 。 氧化时，加入 KMnO 溶液是为了除去浸出液中的 Fe2+和 M（溶液中 Mn全部转化为 Mn , 请配平下列除去 Fe2+的离子方程式： _ 2 _L I MnO + Fe + _ =MnOX + Fe（0H）3 J + H 加入锌粉的目的是 _ 。 2 I _ 1 2 亠 1 已知 HbSQ 浸出液

9、中，c（Fe ） = 5.04 mg L 、c（Mn ） = 1.65 mg L 。 3 _L _ 1 加入 KMnQ 溶液反应一段时间后，溶液中 c（Fe ） = 0.56 mg L ，若溶液 pH= 3,则此时 Fe3+ _（填“能”或“不能”）生成沉淀。 若要除尽 1 m3上述浸出液中的 Fe21和 Mk，需加入 _ g KMnQ4。 解析（1）为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温 度等。（2）锰元素由+ 7 价降低到+ 4 价，而铁元素由+ 2 价升高到+ 3 价，根据得失电子 守恒、原子守恒和电荷守恒配平方程式。 （3）加入锌粉的目的是消耗溶液中的 H

10、，调节溶 =1.0 X 10_5molL_1，此时溶液中 c(QH)= 1.0 X 10_11 mol L_1, c(Fe3 + ) c3(QH)= 1.0 X 10 _38v KspFe(QH) 3,故不能生成 Fe(QH)3沉淀。加入 KMnQ 将 Fe2+和 Mri+分别氧化为 Fe31和 MnQ 而 KMnQ 被还原为 MnQ,根据得失电子守恒可知，加入 KMnQ 勺质量为 答案（1）将工业级氧化锌粉碎、搅拌，增大硫酸浓度（其他合理答案也可）（2）1 3 7 H2Q 1 3 5 （3）调节溶液 pH,除去溶液中的 Cu2+、Ni2 +、CcT 等（4）不能 7.9 1 . （2015

11、全国卷I, 27）硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿 （主要成分为 MgB2QH2O 和 Fe3Q4,还有少量 FezQ、FeQ CaQ Al Q和 SiQ2等）为原料制备硼酸（WBQ）的 已知 KSpFe(OH) 3 =4.0 X 10 一38。 液 pH,促进溶液中的 Cu2 +、Ni2 +、Cd2+等形成沉淀而除去。 c(Fe3+) 0.56 X 10_3 g 56 g mol _3 一 1 5.04 X 10 g L 56 g mol 1 X 1 000 L + _3 一 1 1.65 X 10 g L 55 g mol 1 X 2X 1 000 L X 158 g mol _1

12、 = 7.9 g 硫酸禹掘酸押锌粉 6 r专题集训7 工艺流程如图所示: 回答下列问题： (1)写出 MgB2O5 7 2。与硫酸反应的化学方程式 _ 浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有 _ _ (写出两条)。 利用 _ 的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是 _ (写化学式)。 (3) “净化除杂”需先加 HQ 溶液，作用是 _ 。然后再调节溶液 的 pH 约为 5，目的是 _ 。 (4) “粗硼酸”中的主要杂质是 _ (填名称)。 (5) 以硼酸为原料可制得硼氢化钠 (NaBH)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为 。 (6) 单质硼可用于生产具有优良抗

13、冲击性能的硼钢。 以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼， 用 化学方程式表示制备过程： _ 答案 Mg 2E2O5 H a 2fSQ=2MgS 耐 2HBO 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径 (2) Fe Q SiQ2和 CaSQ (3) 将 Fe2+氧化为 Fe3+使 Al3+和 Fe3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4) (七水)硫酸镁 H Na- H : B ： H 一 * 4 ：I (6)2H 3BO=B2Q+ B2Q+ 3Mg =2B+ 3MgO 解析(1)Mg2B2QHQ 与硫酸反应生成 HBO、MgSO,配平即可。为提高浸出速率，可以从温 度(升高温度)、 浓度、 增大接触面积(将矿石粉碎

14、)等角度分析。(2)Fe3Q 具有磁性， 可以利 用铁块将其从“浸渣”中吸出。 SiQ 不溶于 HaSQ, CaO 与 HbSQ 生成 CaSO 微溶于水，所以“浸 渣”中还有 SiO2和 CaSQ。此时溶液中除 HBQ 外还有 MgSQ 由(1)中反应生成、Fe2(SO) 3、 FeSQ、铁硼矿粉 Lni Ji JIK冷刼 JS 1浓壻 结晶 8 Al2(SO4)3。(3) “净化除杂”先加 H2O 的目的是将 Fe2+氧化为 Fe3* ,然后再通过调节 pH 促进 Fe3*、Al3+水解生成 Fe(OH)3、Al(OH) 3沉淀而除去。(4) “粗硼酸”中的主要杂质是没 有除去的 MgSO

15、。(5)NaBH4由 Na*和 BT 组成。其中的氢显一 1 价，一 1 价的 H 具有较强的还原 性。(6)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程： HBO 分解生成 E2Q, BQ 与金属镁发生置 换反应生成单质 B。 2. 软锰矿的主要成分为 MnO,还含有 FaQ、MgO AI2Q、CaO SQ2等杂质， 工业上用软锰 矿制取 MnSOH2。的流程如下： 已知：部分金属阳离子完全沉淀时的 pH 如下表 金属阳离子 L 3 十 Fe Al3* Mn Mg* 完全沉淀时的 pH 3.2 5.2 10.4 12.4 温度高于 27 C时，MnSO 晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。 (1)

16、“浸出”过程中 MnO 转化为 MrT 的离子方程式为 _ 第 1 步除杂中加入 HbQ 的目的是 _ 。 (3) _ 第 1 步除杂中形成滤渣 1 的主要成分为 (填化学式)，调 pH 至 56 所加的试剂， 可选择 _ (填以下试剂的序号字母)。 a. CaO b. MgO c. Al2O3 d.氨水 第 2 步除杂，主要是将 Ca2*、MQ 转化为相应氟化物沉淀除去， 写出 MnF 除去 M的离子 反应方程式： _ _ ，该反应 的平衡常数数值为 _ 。 _ _ 3 一 10 11 (已知：MnF 的 Ksp= 5.3 X 10 ； CaE 的 Ksp= 1.5 X 10 ； MgF 的

17、 Ksp= 7.4 X 10 ) (5) _ 采用“趁热过滤”操作的原因是 _ 。 取少量 MnSOH2O 溶于水，配成溶液，测其 pH 发现该溶液显酸性，原因是 ( 用离子方程式表示 )。 MnF. 先 JJIIH.O., H.SO, SOa 再调pH至 9 答案 (1)M nO2+ SQ=SO_ + MrT (2) 将 Fe2+氧化为 Fe3+ (3) Al(OH) 3、Fe(OH)3 ab 2+ 2 + 7 MnF2 + Mg Mn + MgF 7.2 X 1010 (5) 减少 MnSOH2O 在水中的溶解，得到更多产品 (6) Mn 2+ + 2H2O Mn(OH)z+ 2H+ 解析

18、(1) “浸出”过程中 MnO 与 SQ 发生氧化还原反应，离子方程式为 MnO+ SO=S$ + 2+ Mn。 第 1 步除杂中加入 HQ 的目的是将溶液中的 Fe2+氧化为 Fe3*,以便于形成 Fe(OH)3沉淀， 过滤将沉淀除去。 第 1 步除杂时调整溶液的 pH 在 56,可以使溶液中的 Af、Fe3+分别形成 Al(OH) 3、Fe(OH)3 沉淀，所以形成滤渣 1 的主要成分为 Al(OH) 3、Fe(OH)3；在调 pH 至 56 时，为了不引入新 的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应， 可选择含有 Ca2*、Mg*的化合物 CaO MgO a、b 正确。 第 2 步除杂

19、，主要是将 Ca2*、M转化为相应氟化物沉淀除去， MnF 除去 M$*的离子反应 斗斗.7.2 X 10 Ksp MgF 27 C时，MnSO 晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁 热过滤”操作可以减少 Mn SOH2O 在水中的溶解，得到更多产品。 2* (6) MnSO 是强酸弱碱盐，Mn发生水解反应。 3. (2016 全国卷川，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒 (V2Q)是接触法生产硫酸的催化剂。 从废矶催化剂中回收 V2C5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 V2Q V2O4 &SQ SiO2 FezO AbO 质量分数/% 2.2

20、2.9 2.8 3.1 22 28 60 65 12 1 以下是一种废钒催化剂回收工艺路线: 回答下列问题： (1) “酸浸”时 V2Q 转化为 VO反应的离子方程式为 _ ，同时 V2O 转化成 vO*。“废渣 1”的主要成分是 _ 。 “氧化”中欲使 3 mol 的 VO*变为 V&,则需要氧化剂 KCIQ 至少为_ mol。 (3) “中和”作用之一是使钒以 MO形式存在于溶液中。“废渣 2”中含有 _ 。 方程式是 MnF + Mg* Mr2* + MgF;该反应的平衡常数 2* 2* 2 c Mn c Mn c F 2 + = 5 2* 2 = c Mg c Mg - c F (5)由已知温度高于 废锐 催化剂 淋恍潢NH.CJ 废独 废債2淹出减 KCIO, KOH 11 4 离子交换 “离子交换”和“洗脱”可简单表示为 4RO* VQ2 洗脱 R4VQ2+ 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(