适用于新高考新教材备战2025届高考化学一轮总复习第3章金属及其化合物热点专攻8无机化学工艺流程题解题策略课件

热点专攻8无机化学工艺流程题解题策略热点精讲1.化工流程题的基本框架结构

2.化工流程图中的主要环节及分析(1)原料的预处理①溶解:通常用酸溶,如用稀硫酸等进行溶解。水浸与水接触反应或溶解酸浸在酸中反应,使可溶性金属离子进入溶液,将不溶物通过过滤除去浸出率浸出的目标物质占总目标物质的百分率②灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质在高温下氧化、分解。(2)核心化学反应——陌生化学(或离子)方程式的书写关注箭头的指向:箭头指入→反应物,箭头指出→生成物。①氧化还原反应:熟练应用氧化还原规律,判断产物类型,根据得失电子守恒等配平。②非氧化还原反应:结合物质性质和反应实际,以及元素守恒规律等判断产物。(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并过滤除去。选择调节pH所需的物质一般要考虑两点,一是能与H+反应,使溶液pH增大;二是不引入新杂质。例如要除去MgCl2溶液中混有的Fe3+,可加入MgO、MgCO3、Mg(OH)2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:防止某些物质降温时会析出,混入杂质或降低产物的产率。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。3.解答化工流程题的基本步骤(1)从题干中获取有用信息,阅读题干时要随手圈出目的及相关信息,了解反应物是什么,产品是什么,主要分析出产品中各种元素的来源,即分析“元素流向”。(2)了解流程中一些操作的目的,通常都是为了净化原料或者提纯产品。(3)对反应条件的分析可从以下几个方面着手:①对反应速率有何影响;②对平衡转化率有何影响;③对综合生产效益有何影响(从原料来源、能源成本、环境保护、循环利用等方面考虑)。热点精练题型1物质制备类化工流程题1.(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、

和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下。已知:常温下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2O

H++[B(OH)4]-(常温下,Ka=10-9.24);B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下,在0.10mol·L-1硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]-,该水解反应的离子方程式为________________________________________,该溶液的pH=________。

(2)滤渣Ⅰ的主要成分是__________________(填化学式);精制Ⅰ后溶液中Li+的浓度为2.0mol·L-1,则常温下精制Ⅱ过程中

浓度应控制在___________mol·L-1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ,除无法回收HCl外,还将增加________________(填化学式)的用量。

(3)精制Ⅱ的目的是_______;进行操作X时应选择的试剂是________,若不进行该操作而直接浓缩,将导致_________________________________。

[B4O5(OH)4]2-+5H2O2B(OH)3+2[B(OH)4]-9.24Mg(OH)2、CaSO45.5×10-3Na2CO3、CaO除钙

HCl浓缩时有Li2CO3沉淀析出,最终所得Li2CO3的产率减小

归纳总结解答工艺流程题的常用分析方法1.主线法(1)流程图三部分:原料预处理、转化与分离阶段、获取最终产物阶段。(2)分析每一流程前后物质的变化。(3)一般默认使用的试剂需过量。2.双线法(1)反应线———物质之间的转化关系。(2)操作线———物质在转化时的实验操作。3.四线法(1)试剂线:为达到最终目的加入的物质,起到氧化还原、非氧化还原的作用;(2)转化线:元素守恒———焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等;(3)除杂线:复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀、加热产生气体等;(4)分离线:蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等。2.(2024·广西北海模拟)硫酸铈铵[(NH4)2Ce(SO4)3]微溶于水,不溶于乙醇,溶于无机酸,可用作分析试剂、氧化剂。某工厂用碳酸铈[Ce2(CO3)3]矿石制备硫酸铈铵的工艺流程如图:已知:①Ksp[Ce(OH)4]=2×10-48。②硫酸铈铵的熔点为130℃,沸点为330℃。回答下列问题:(1)(NH4)2Ce(SO4)3中铈元素的化合价为________。

(2)步骤一中,先将Ce2(CO3)3矿石粉碎,目的是_______________________。

(3)步骤二中,反应温度需要控制在0~30℃,原因是____________________。反应完全后,要将混合物升温至90℃,目的是_______________________。

(4)步骤二中,Ce2(SO4)3与H2O2、NH3·H2O反应生成Ce(OH)4的化学方程式为___________________________________________________。

(5)步骤三反应完全后的溶液经________、________、过滤,得到晶体。最后用________洗涤2~3次后,得到高纯硫酸铈铵晶体。

(6)若最初称取一定量的碳酸铈矿石,其中含Ce2(CO3)34.60kg,经该工艺流程最终获得5.62kg(NH4)2Ce(SO4)3晶体,则(NH4)2Ce(SO4)3的产率为________(保留三位有效数字)。

+4价

增大溶解过程中固体与稀硫酸的接触面积,加快溶解速率

温度过高会导致过氧化氢分解、氨水挥发

除去过量的过氧化氢

Ce2(SO4)3+H2O2+6NH3·H2O══2Ce(OH)4↓+3(NH4)2SO4蒸发浓缩

冷却结晶

乙醇

60.6%解析

碳酸铈[Ce2(CO3)3]矿石用硫酸浸取,Ce3+进入溶液,加入过氧化氢将三价铈氧化为四价铈,加入氨水升温至90

℃得到Ce(OH)4悬浊液,加入硫酸、硫酸铵得到硫酸铈铵晶体。(1)(NH4)2Ce(SO4)3中铵根、硫酸根化合价分别为+1、-2价,根据化合价代数和为零,可知铈元素的化合价为+4价。(2)将Ce2(CO3)3矿石粉碎,目的是增大溶解过程中固体与稀硫酸的接触面积,加快溶解速率,提高浸取效率。(3)过氧化氢不稳定、氨水易挥发,反应温度需要控制在0~30

℃,原因是温度过高会导致过氧化氢分解、氨水挥发;反应完全后,要将混合物升温至90

℃,目的是使过氧化氢分解为水和氧气,除去过量的过氧化氢。(4)Ce2(SO4)3与H2O2、NH3·H2O反应生成Ce(OH)4,反应中Ce化合价由+3价变为+4价、过氧化氢中氧化合价由-1价变为-2价,结合电子守恒、质量守恒可知,化学方程式为Ce2(SO4)3+H2O2+6NH3·H2O═2Ce(OH)4↓+3(NH4)2SO4。(5)步骤三反应完全后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,得到晶体。硫酸铈铵微溶于水,不溶于乙醇,故最后用乙醇洗涤2~3次后,得到高纯硫酸铈铵晶体。(6)由Ce守恒可知,Ce2(CO3)3~2(NH4)2Ce(SO4)3,3.(2024·陕西渭南模拟)工业废水任意排放,会造成环境污染。“协同去污,变废为宝”为处理工业废水提供了新思路。电镀厂产生大量含FeSO4、CuSO4的电镀废液,皮革厂产生大量含K2Cr2O7的废液。两厂联合处理废水,回收Cu并生产铁红和媒染剂Cr2(SO4)3·6H2O,工艺流程如图:(1)K2Cr2O7中Cr元素的化合价为________。

(2)该工艺中多次用到过滤,过滤时需要的玻璃仪器除烧杯外还有_______。(3)滤液可以通入或加入X经一步转化为溶液A,X可以是下列选项中的_______。证明滤液中只含有Fe2+而不含Fe3+的实验方法是____________。A.CO2

B.O2

C.Cl2

D.SO2

E.H2O2+6价

漏斗、玻璃棒

BCE先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色(答案合理即可)(4)滤液与含K2Cr2O7的废液反应的离子方程式为_____________________。(5)从Cr2(SO4)3溶液制取Cr2(SO4)3·6H2O晶体的实验操作方法为________、________、过滤、洗涤、干燥。

(6)已知Cr(OH)3化学性质与Al(OH)3类似,选择合适的化学试剂,将流程中的Cr2(SO4)3溶液转化为可用于陶瓷和搪瓷的着色剂Cr2O3,转化过程中发生反应的主要化学方程式为__________________________________。

蒸发浓缩

冷却结晶

Cr2(SO4)3+6NH3·H2O═2Cr(OH)3↓+3(NH4)2SO4、2Cr(OH)3

Cr2O3+3H2O解析

由题给流程可知,向电镀废液中加入过量铁粉,将溶液中铜离子转化为铜,过滤得到含有铜、铁的滤渣和含有硫酸亚铁的滤液;向滤渣中加入过量稀硫酸,将滤渣中的铁转化为硫酸亚铁,过滤得到铜和含有硫酸亚铁的滤液;向混合后的滤液中通入氧气或氯气或加入过氧化氢,将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子的溶液A;向滤液中加入重铬酸钾废液,将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子和铬离子的溶液B;向溶液B中加入萃取剂萃取、分液得到含有铁离子的有机相和硫酸铬溶液;硫酸铬溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸铬;向有机相中加入稀硫酸反萃取、分液得到可循环使用的萃取剂和含有铁离子的溶液A;向溶液A中加入氢氧化钠溶液,将铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤得到的氢氧化铁受热分解得到铁红。(1)由化合价的代数和为0可知,重铬酸钾中铬元素的化合价为+6价。(2)过滤所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。(3)由分析可知,溶液A为含有铁离子的溶液,证明滤液中只含有Fe2+而不含Fe3+的实验方法是先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色;通入氧气、氯气或过氧化氢,将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子的溶液A。(4)由分析可知,滤液与废液发生的反应为酸性条件下,溶液中亚铁离子与重铬酸根离子反应生成铁离子、铬离子和水,反应的离子方程式为(5)由分析可知,制得六水硫酸铬的实验操作方法为硫酸铬溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸铬。(6)由氢氧化铬的性质与氢氧化铝类似可知,由硫酸铬溶液制备氧化铬的反应为硫酸铬溶液与氨水反应生成氢氧化铬沉淀和硫酸铵,过滤得到的氢氧化铬受热分解生成三氧化铬和水,反应的化学方程式分别为Cr2(SO4)3+6NH3·H2O═2Cr(OH)3↓+3(NH4)2SO4、2Cr(OH)3

Cr2O3+3H2O。题型2物质分离及提纯类化工流程题4.(2022·湖北卷)全球对锂资源的需求不断增长,“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后,得到浓缩卤水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+),并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。25℃时相关物质的参数如下,LiOH的溶解度:12.4g/100gH2O。化合物Mg(OH)2Ca(OH)2CaCO3Li2CO3Ksp5.6×10-125.5×10-62.8×10-92.5×10-2回答下列问题:(1)“沉淀1”为________________。

(2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是_______________________。(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度,“操作A”依次为________________、________________、洗涤。

(4)有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后,发现文献对常温下的Li2CO3有不同的描述:①是白色固体;②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质,将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合,起初无明显变化,随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出,最终生成白色沉淀。上述现象说明,在该实验条件下LiHCO3________(填“稳定”或“不稳定”),有关反应的离子方程式为________________________________。

Mg(OH)2将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去,同时不引入新杂质

蒸发浓缩

趁热过滤

不稳定

(5)他们结合(4)的探究结果,拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果,作出你的判断并给出理由。

能达到相同效果;改为通入过量的CO2,则LiOH转化为LiHCO3,结合(4)的探究结果,LiHCO3也会很快分解产生Li2CO3,能达到相同的效果解析

(2)滤液1中含有Na+、Li+、Cl-和Ca2+,结合LiOH的溶解度和化合物的溶度积常数可推测,加入Li2CO3的目的是将Ca2+转化成CaCO3沉淀除去,同时不引入新杂质。(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知,温度升高,Li2CO3的溶解度降低,即在温度较高时,其溶解度减小,有利于析出,为提高Li2CO3的析出量和纯度,需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀,即依次蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤。(5)“滤液2”中含有LiOH,加入Na2CO3的目的是将LiOH转化为Li2CO3。若改为通入过量的CO2,则LiOH转化为LiHCO3,结合(4)的探究结果,LiHCO3会很快分解产生Li2CO3,故这一改动能达到相同的效果。归纳总结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:除去与酸反应的杂质。(3)碱溶法:除去与碱反应的杂质。(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分离物质,如用CCl4

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NaCl。(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KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)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。(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氨气。5.(2022·广东卷)稀土(RE)包括镧、钇等元素,是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理,一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下:已知:月桂酸(C11H23COOH)熔点为44℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下,稀土离子保持+3价不变;(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8;有关金属离子沉淀的相关pH见下表。离子Mg2+Fe3+Al3+RE3+开始沉淀时的pH8.81.53.66.2~7.4沉淀完全时的pH—3.24.7—(1)“氧化调pH”中,化合价有变化的金属离子是________。

(2)“过滤1”前,用NaOH溶液调pH至________的范围内,该过程中Al3+发生反应的离子方程式为________________________________。

Fe2+4.7~6.2Al3++3OH-══Al(OH)3↓(3)“过滤2”后,滤饼中检测不到Mg元素,滤液2中Mg2+浓度为2.7g·L-1。为尽可能多地提取RE3+,可提高月桂酸钠的加入量,但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于________mol·L-1(保留两位有效数字)。

(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3+溶出、提高产率,其原因是___________。②“操作X”的过程为:先________,再固液分离。

4.0×10-4加热可以提高分子运动扩散速度,搅拌增加溶剂与溶质的接触面积,使溶出更彻底,提高溶出速度,提高产率冷却结晶

(5)该工艺中,可再生循环利用的物质有________(写化学式)。

(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt3Y。①还原YCl3和PtCl4熔融盐制备Pt3Y时,生成1molPt3Y转移________mol电子。

②Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O2的还原,发生的电极反应为________________________。

MgSO415O2+4e-+2H2O══4OH-解析

本题涉