热点专攻14无机化学工艺流程题解题策略

热点专攻14无机化学工艺流程题解题策略高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2026热点精讲一、工业流程试题的基本特点1.试题的切入点(或试题素材)较多地采用了与生产生活密切联系的化学新技术、新成果。故题干内容来源都是真实的工业生产过程,内容丰富,提问灵活。2.无机化工流程题的结构:分题头、题干和题尾三部分。(1)题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括获得的副产品);(2)题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来,一种工艺流程题的主线分析方法如下;(3)题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。3.呈现形式:流程图、数据表格、图像、实验装置。4.设问方式:措施、成分、物质、原因。5.能力考查:获取、整合、处理、应用信息的能力,分解问题的能力,表达能力。6.知识落点:基本理论、元素化合物、实验。二、识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物),箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物),返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。三、原料预处理的常用方法及其作用(1)研磨:减小固体颗粒度,增大物质间接触面积,加快反应,提高浸出率。(2)水浸或酸浸:与水接触反应或溶解;与酸接触反应或溶解,得可溶性金属离子溶液,不溶物经过滤除去。(3)浸出:固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。(4)灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。(5)煅烧:改变结构,使一些物质能溶解或高化、分解。四、无机化工流程题中的除杂、净化1.常用的方法(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:除去受热或的杂质。(6)调节溶液的pH法:如除去酸性溶液中的Fe3+等。2.常用的操作和分离方法(1)过滤:分离难溶物和,根据特殊需要采用趁热过滤或抽滤等方法。(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CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶:提取溶解度随化不大的溶质,如从溶液中提取NaCl。(4)冷却结晶:提取溶解度随化较大的溶质、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。(6)冷却法:利用气体的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。3.结合沉淀溶解平衡进行的条件控制(1)运用Ksp计算反应所需要的pH条件;(2)根据题目要求计算某条件下的离子浓度、需要加入的试剂量等。五、制备过程中应注意的反应条件1.溶液的pH:(1)控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性或改变水解程度。(2)常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。2.:根据需要选择适宜,改变反应速率或使平衡向需要的方向某著名企业,减少副反应的发生,确保一定的反应速率,控制溶解度便于提纯。3.浓度:(1)根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡某著名企业利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。(2)过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。4.趁热过滤:防止某物质降大量析出。5.冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体损耗。六、工艺流程题的解题策略1.粗读题干,挖掘图示图示中一般会呈现超出教材范围的知识,但题目中往往会有提示或者问题中不涉及,所以一定要关注题目的每一个关键字,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出,只需问什么推什么。如制备类无机化工题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。2.携带问题,精读信息这里信息包括三个方面:一是主干,二是流程图示,三是设置问题。读主干抓住关键字、词;读流程图,重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。3.跳跃思维,规范答题答题时应注意前后问题往往没有“相关性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。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。4.化工流程氧化还原反应方程式的解答措施第1步:根据题干信息或流程图,判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。第2步:按“氧化剂+还原剂═还原产物+氧化产物”写出方程式,根据氧化还原反应的守恒规律配平氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物的相应化学计量数。第3步:根据电荷守恒和溶液的酸碱性,通过在反应方程式的两端添加H+或OH-的形式使方程式的两端的电荷守恒。第4步:根据原子守恒,通过在反应方程式两端添加H2O(或其他小分子)使方程式两端的原子守恒。5.解决本类题目的三步骤(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:①反应物是什么;②发生了什么反应;③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;④抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。热点精练1.(2024·湖南高考考前仿真)以菱锰矿(主要成分是MnCO3,含少量CaCO3、FeCO3、Al2O3、SiO2等)为原料制备锂电池的正电极材料LiMn2O4的流程如图所示。回答下列问题。(1)基态Mn原子价层电子排布式为______________。

(2)“浸渣1”主要成分有CaSO4和______________(填化学式);提高“酸浸”速率的措施有________________________________(答一条)。“除铁铝”中Mn(OH)2的作用是______________。

(3)“电解”中废液可循环用于______________(填名称)工序。用过一硫酸(H2SO5)替代“电解”氧化Mn2+生成MnO2,写出离子方程式:______________(注:H2SO5第一步完全电离,第二步电离程度小)。

3d54s2SiO2粉碎矿石、适当增大硫酸浓度等

与溶液中H+反应,促使Al3+、Fe3+的水解平衡向右某著名企业,生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,同时不带入新的杂质酸浸

(4)在不同,合成LiMn2O4中的Mn2+、Mn3+和Mn4+的含量与关系如表所示:T/℃w(Mn2+)/%w(Mn3+)/%w(Mn4+)/%7005.5644.5849.867502.5644.8752.578005.5044.1750.338506.2244.4049.38由此可以确定,在上述围内,锰元素的平均价态的变化趋势符合图像_________(填序号)。

Ⅰ

(5)锂锰电池电极总反应式为LiMn2O4+LixCyLi1+xMn2O4+Cy(0<x<1)。电池放电时,正极反应式为________________________________。

LiMn2O4+xe-+xLi+═Li1+xMn2O4解析

流程分析如下:菱锰矿(主要成分是MnCO3,含少量CaCO3、FeCO3、Al2O3、SiO2等)加硫酸酸浸,SiO2不反应,CaCO3主要转化为CaSO4沉淀,其余成分转化为MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3,加MnO2将Fe2+氧化为Fe3+,再加入Mn(OH)2调节pH,使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除掉,加入Na2C2O4将剩余的Ca2+转化为CaC2O4,此时溶液中溶质主要为MnSO4,电解生成MnO2,电解的废液为H2SO4溶液,可以进入“酸浸”环节循环利用,MnO2、Li2CO3在通入CO2和O2的条件下煅烧得到LiMn2O4。(1)Mn的原子序数为25,价电子排布式为3d54s2。(2)由上述分析可知,“浸渣1”主要成分有CaSO4和SiO2;提高“酸浸”速率的措施有粉碎矿石、适当增大硫酸浓度等;“除铁铝”中Mn(OH)2的作用是与溶液中H+反应,促使Al3+、Fe3+的水解平衡向右某著名企业,生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,同时不带入新的杂质。

2.(2024·湖南长沙一中二模)铬的化合物应用广泛,工业上以铬铁矿(含Al、Si氧化物等杂质)为主要原料制备红矾钠(Na2Cr2O7·2H2O)的工艺流程如图。已知:①FeCr2O4中Cr的化合价为+3;②焙烧的目的是将FeCr2O4转化为Na2CrO4,并将Al、Si氧化物转化为可溶性钠盐。请回答下列问题。(1)与基态铬原子的最外层电子数相同且同元素有__________种。

(2)为了提高“焙烧”效果,可采取的一种措施是________________________________________________。

(3)“浸取”所得的滤渣为Fe2O3,由此推断FeCr2O4“焙烧”时发生主要反应的化学方程式为_______________________________________________。

2将矿料粉碎、适当提高焙烧使用沸腾炉等

4FeCr2O4+7O2+8Na2CO3

2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2(4)常,矿物中相关元素可溶性组分物质的量浓度的对数{lg[c/(mol·L-1)]}与pH的关系如图所示。当溶液中可溶性组分浓度c≤1.0×10-5mol·L-1时,可认为已除尽。则“中和”时pH的理论范围为________________;“酸化”过程中的离子方程式为________________________________。

4.5≤pH≤9.3

5.0×10-13AD

3.(2024·湖南长沙雅礼中学二模)金属铼广泛用于航空航天等领域。以钼精矿(主要成分为钼的硫化物和少量铼的硫化物)为原料制取高铼酸铵的流程如图所示。回答下列问题。

电子气理论

增大接触面积,提高反应速率,使焙烧充分,提高原料的利用率

4ReS2+10CaO+19O2

2Ca(ReO4)2+8CaSO4

>(4)下图是NH4ReO4的X射线衍射图谱,则NH4ReO4属于__________(填“晶体”或“非晶体”)。

高铼酸铵X射线衍射图谱

晶体

(5)三氧化铼是简单立方晶胞,晶胞结构如图所示,摩尔质量为Mg·mol-1,晶体密度为ρg·cm-3。铼原子填在氧原子围成的__________(填“四面体”“立方体”或“八面体”)空隙中,该晶胞中两个相距最近的氧原子间的距离为__________cm(列出计算式)。

八面体

解析

钼精矿(主要成分为钼的硫化物和少量铼的硫化物)在空气中焙烧,硫元素转化成二氧化硫,二氧化硫与生石灰、氧气反应生成硫酸钙,铼元素转化成Ca(ReO4)2,钼元素转化成CaMoO4,加入硫酸、软锰矿,硫酸钙属于微溶物,过滤,得到浸渣CaSO4,加入氨水和生石灰,得到NH4ReO4,然后过滤,通过酸化、萃取和反萃取、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到产品。(1)金属铼属于金属晶体,在金属晶体中,金属原子的价电子从金属原子上“脱落”下来形成“电子气”,在外力作用下金属原子移位滑动,电子在其中起到“润滑”的作用,因此金属具有延展性;电子气在外电场作用下定向某著名企业,因此金属有良好的导电性;金属受热,加速自由电子与金属离子之间的能量交换,将热能从一端传递到另一端,因此金属有良好的导热性。综上所述,可以用电子气理论解释金属铼具有良好的导电性、导热性和延展性。

4.(2024·湖南长沙学二模)某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法对铬铁矿[主要成分Fe(CrO2)2,含Al、Mg氧化物杂质]进行处理制备高价铬盐的工艺流程如图。

回答下列问题。(1)Cr的价电子排布式为__________。

(2)铬铁矿在高前需要粉碎处理的目的是_______