2023版化学一轮复习第三章金属及其化合物第五讲无机化学工艺流程

1、01020304解题模板典例剖析方法指导试题备选以物质制备为目的的工艺流程一、典例剖析【典例1】(2019课标全国，26)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：回答下列问题：(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_。NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3以问题定位流程明确原料和产物(2)“滤渣1”的主要成分有_。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3离子，可选用的化学试剂是_。(3)根据H3BO3的解离反

2、应：H3BO3H2O HB(OH)4-，Ka5.811010，可判断H3BO3是_酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为_，母液经加热后可返回_工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_。SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN一元弱将硼元素转化为H3BO3，促进析出2Mg23CO32-2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO3-溶浸高温焙烧明确箭头指向，找到反应物和产物明确母液成分含硫酸铵转解析 返回原题解析(1)硫酸铵溶液中存在平衡：NH4+H2O NH3H2OH，硼酸镁能与水解出的H反应，促进平衡向右

3、移动，生成的一水合氨浓度增大，因溶液中存在平衡NH3H2O NH3H2O，一水合氨浓度增大，促进NH3H2O分解产生NH3。用NH4HCO3溶液吸收氨气，发生的反应为NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3。(2)二氧化硅、氧化铁、氧化铝不溶于硫酸铵溶液，滤渣1的主要成分是二氧化硅、氧化铁、氧化铝。检验Fe3的试剂可选用KSCN。(3)由题给硼酸的解离反应方程式知，硼酸是一元弱酸。“过滤2”之前，调节pH3.5目的是将硼元素转化为硼酸，促进硼酸析出。(4)“沉镁”中，碳酸铵溶液与硫酸镁溶液发生双水解反应生成碱式碳酸镁：2MgSO42(NH4)2CO3H2O=Mg(OH)2MgCO32(NH4)

4、2SO4CO2，或者反应生成碱式碳酸镁和碳酸氢盐。母液含硫酸铵，可以将母液返回“溶浸”工序循环使用，体现绿色化学理念和环境保护思想。碱式碳酸镁转化成轻质氧化镁，联系碳酸镁、氢氧化镁受热都能分解生成氧化镁，也可以联系碱式碳酸铜分解生成氧化铜、水和二氧化碳，可知采用的方法是高温焙烧法(2021湖南省普通高中学业水平选择性考试)(13分)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3nH2O的工艺流程如下：回答下列问题：(1)铈的某种核素含有58个质子和

5、80个中子，该核素的符号为_；(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有_(至少写两条)；(3)滤渣的主要成分是_(填化学式)；(4)加入絮凝剂的目的是_；(5)“沉铈”过程中，生成Ce2(CO3)3nH2O的离子方程式为_搅拌、适当升高温度Al(OH)3促进Al(OH)3胶体聚沉，便于分离2Ce36HCO3(n3)H2O=Ce2(CO3)3nH2O3CO2分析流程可知，滤渣为SiO2、CaSO4，滤渣为FePO4，滤渣的主要成分为Al(OH)3转解析常温下加入的NH4HCO3溶液呈_(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH3H2O的Kb1.75105，H2CO3的Ka14.4107，Ka2

6、4.71011)；(6)滤渣的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO和H2O，该反应的化学方程式为_碱性计算出NH4的水解平衡常数和HCO3的水解平衡常数HCO3的水解程度大于NH4的水解程度，所以溶液显碱性 返回原题(2021山东省普通高中学业水平等级考试)工业上以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O72H2O)的工艺流程如图。回答下列问题：(1)焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2Cr2O4并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐，焙烧时气体与矿料逆流

7、而行，目的是_。增大反应物接触面积，提高化学反应速率(2)矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度c与pH的关系如图所示。当溶液中可溶组分浓度c1.0105 molL1时，可认为已除尽。中和时pH的理论范围为_；酸化的目的是_；Fe元素在_(填操作单元的名称)过程中除去。(3)蒸发结晶时，过度蒸发将导致_；冷却结晶所得母液中，除Na2Cr2O7外，可在上述流程中循环利用的物质还有_。4.5pH9.3使2CrO42H2OCr2O722OH平衡正向移动，提高Na2Cr2O7的产率浸取所得溶液中含有大量Na2SO410H2OH2SO4Na2SO410H2O的溶解度随温度升高先增大后减小转解析阳CrO42

8、 解析以铬铁矿(FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O72H2O)过程中，向铬铁矿中加入纯碱和O2进行焙烧，FeCr2O4转化为Na2Cr2O4，Fe()被O2氧化成Fe2O3，Al、Si氧化物转化为NaAlO2、Na2SiO3，加入水进行“浸取”，Fe2O3不溶于水，过滤后向溶液中加入H2SO4调节溶液pH使AlO2、SiO32转化为沉淀过滤除去，再向滤液中加入H2SO4，将Na2Cr2O4转化为Na2Cr2O7，将溶液蒸发结晶将Na2SO4除去，所得溶液冷却结晶得到Na2Cr2O72H2O晶体，母液中还含有大量H2SO4。(1)焙烧时气体与矿料逆流而

9、行，目的是利用热量使O2向上流动，增大固体与气体的接触面积，提高化学反应速率。 返回原题二、方法指导(2017课标全国，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：回答下列问题：（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的侵出率为70%时，所采用的实验条件为_100 、2 h或90 、5 h三、试题备选(2)“酸浸”后，钛主要以 形式存在，写出相应反应的离子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示： 分析40 时

10、TiO2xH2O转化率最高的原因_ _FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl42-2H2O 低于40 ，TiO2xH2O转化率随温度升高而增加；超过40 ，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化率下降(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4，其中过氧键的为_。4变形为Li2Ti5(O2)xO152x(5)若“滤液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？(列式计算)_(6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_Q=0.

11、013(1.31017)21.71040Ksp Mg3(PO4)2不会生成Mg3(PO4)2沉淀2FePO4Li2CO3H2C2O4 2LiFePO4H2O3CO2瞻前顾后，列式配平转解析 返回原题【审题指导】分析图像，浸出率达到70%只有90 、100 两条曲线。反应物FeTiO3HCl，生成物TiOCl42-Fe2，结合原子守恒和电荷守恒写出离子方程式。可以从温度、浓度、压强等方面考虑转化率的因素，结合考虑双氧水在高温下易分解、氨水中氨气会逸出。找出元素的常规价态，Li为1价，O为2价，Ti为4价，O22-中O为1价，化学式变形为Li2Ti5(O2)xO152x，从化合价的代数和为零作答，

12、计算得出结果。由Ksp公式入手计算，Qc与Ksp的关系得出结论。流程题已经给出化学反应的反应物是FePO4和Li2CO3、草酸，生成物LiFePO4，分析化合价变化的元素，结合原子守恒和得失电子守恒写出方程式。硫酸浸出过滤净化除杂过滤蒸发浓缩冷却结晶过滤铁硼矿粉粗硼酸浸渣浸渣含镁盐母液挖掘题头信息分析题干流程（1）写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式_为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_ _（写出两条）。（2）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H2O2溶液，作用是_。然后再调节溶液的pH约为 5

13、，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（NaBH4），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冲击性能硼钢。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_。提高反应温度减小铁硼矿粉粒径Fe3O4SiO2和CaSO4将Fe2氧化为Fe3使Al3和Fe3形成氢氧化物沉淀而除去（七水）硫酸镁氧化剂四、解题模板化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语中，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有：(1)“控制较低温度”常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。(

14、2)“加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、产率等。(3)“能否加其他物质”常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。(4)“在空气中或在其他气体中”主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。1.化工流程题中表述性词汇的作用(5)“判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检验某物质的设计方案”通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。(7)“控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率

15、等。 2.解题思路 明确流程目的分析条件和性质结合问题、联系原理答题注意模 式，抓住要点。01020304解题模板典例剖析方法指导试题备选以分离提纯为目的的工艺流程一、典例剖析原料、杂质流程产品转解析V2O52H=2VO2+H2OSiO20.5Fe（OH）3、Al（OH）3碱K不能酸溶的固体杂质根据得失电子守恒计算加入KOH流程中引入了K+(2021湖北卷)(14分)废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值，其主要组成为CuIn0.5Ga0.5Se2。某探究小组回收处理流程如下：原料产品回答下列问题：(1)硒(Se)与硫为同族元素，Se的最外层电子数为_；镓(Ga)和铟(In)位于元素周期

16、表第三主族，CuIn0.5Ga0.5Se2中Cu的化合价为_。(2)“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的化学方程式为_(3)25 时，已知KbNH3H2O2.0105，KspGa(OH)31.01035，KspIn(OH)31.01033，KspCu(OH)21.01020，“浸出液”中c(Cu2)0.01 molL1。当金属阳离子浓度小于1.0105 molL1时沉淀完全，In3恰好完全沉淀时溶液的pH约为_(保留一位小数)；若继续加入6.0 molL1氨水至过量，观察到的实验现象是先有蓝色沉淀，然后_ _；为探究Ca(OH)3在氨水中能否溶解，计算反应Ga(OH)3(s)NH3H2OGa(

17、OH)4NH4的平衡常数K_。(已知：Ga34OHGa(OH)4K 1.01034)6+1Cu2OH2O22H2SO4=2CuSO43H2O4.7蓝色沉淀溶解，溶液变成深蓝色2.0106根据平衡K值计算可得：转解析(4)“滤渣”与SOCl2混合前需要洗涤、干燥，检验滤渣中SO42是否洗净的试剂是_；“回流过滤”中SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和_。(5)“高温气相沉积”过程中发生的化学反应方程式为_HCl溶液、BaCl2溶液作溶剂根据流程中箭头指向书写方程式 返回原题解析 (1)Se与硫同为A族元素，最外层有6个电子。Se为A族元素，化合价为2，Ga和In同为A族元素，化合价均为3，

18、根据化合物中正负化合价代数和为0，设CuIn0.5Ga0.5Se2中Cu的化合价为x，则x30.530.5220，解得x1。(2)CuIn0.5Ga0.5Se2中Ga和In元素均处于最高价态，高温焙烧时Se元素转化为SeO2，则酸浸氧化时H2O2氧化1价的Cu，高温焙烧时Cu元素转化为Cu2O，故酸浸氧化时发生的主要氧化还原反应为Cu2OH2O22H2SO4=2CuSO43H2O。 返回原题二、方法指导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)

19、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。三、试题备选明确目的分析流程2Fe3PbSO42-=PbSO42Fe2取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去AB 向PbO粗品加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110 ，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体转解析 返回原题解析（1）由题意可知，过程中，在Fe2催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和H2O，Pb与PbO2在酸性条件下发生氧化还原反应，Pb为还原剂，PbO2为氧化剂，PbSO4既是氧化产物又是还原产物，化学方程式为P