（人教通用版）2020高考化學(xué)新一線大一輪復(fù)習(xí) 第三章 無機(jī)化學(xué)工藝流程講義+精練（含解析）.doc

無機(jī)化學(xué)工藝流程【教學(xué)目標(biāo)】1使學(xué)生了解化學(xué)工藝流程題的常見題型。2掌握化學(xué)工藝流程題的分析方法和技巧。3培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散、聯(lián)想、歸納、整合、提煉知識的能力?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】化學(xué)工藝流程題的分析方法和技巧?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】隱含信息的挖掘和計(jì)算能力的提升?！究记榉治觥棵}點(diǎn)五年考情分析解讀以物質(zhì)制備為主線的化學(xué)工藝流程2017全國，T272016全國，T282015全國，T27化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，是無機(jī)框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離或提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和綜合性，是近幾年高考化學(xué)試題的常考題型。以分離提純?yōu)橹骶€的化學(xué)工藝流程2017全國，T272016全國，T281工藝流程題過程解讀(1)讀流程圖箭頭：箭頭進(jìn)入的是投料(反應(yīng)物)、出去的是主產(chǎn)物或副產(chǎn)物(生成物)。三線：出線和進(jìn)線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質(zhì)循環(huán)。(2)解題要點(diǎn)審題要點(diǎn)：a.了解生產(chǎn)目的、原料及產(chǎn)品，b.了解題目提供的信息，c.分析各步的反應(yīng)條件、原理及物質(zhì)成分，d.理解物質(zhì)分離、提純、條件控制等操作的目的及要點(diǎn)。答題切入點(diǎn)：a.原料及產(chǎn)品的分離提純，b.生產(chǎn)目的及反應(yīng)原理，c.生產(chǎn)要求及反應(yīng)條件，d.有關(guān)產(chǎn)率、產(chǎn)量及組成的計(jì)算，e.綠色化學(xué)。2工藝流程題常見答題方向工藝操作(結(jié)果)目的評價(或操作名稱)方法措施研磨(粉碎)增大接觸面積，加快反應(yīng)(溶解)速率煅燒(焙燒)礦物分解、燃燒，轉(zhuǎn)化為易溶于酸、堿的物質(zhì)水浸利用水溶性把物質(zhì)進(jìn)行分離酸浸(堿浸)利用物質(zhì)與酸(堿)反應(yīng)除掉雜質(zhì)或把目標(biāo)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性離子控制條件調(diào)節(jié)溶液pH某些金屬離子的沉淀，控制物質(zhì)的溶解控制溫度加快反應(yīng)速率，促進(jìn)平衡移動；物質(zhì)的溶解、析出、揮發(fā)等增大某反應(yīng)物用量增大另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(產(chǎn)率)某種試劑的選擇是否帶入雜質(zhì)、是否影響產(chǎn)品的純度分離提純不相溶液體分液相溶性液體蒸餾難溶性固體過濾易溶性固體蒸發(fā)結(jié)晶、濃縮冷卻結(jié)晶趁熱過濾防止溫度降低，某物質(zhì)析出冰水洗滌減少晶體的溶解損失乙醇、有機(jī)溶劑洗滌減少晶體的水溶性損失考點(diǎn)指導(dǎo)1以物質(zhì)制備為目的工藝流程【典例1】題頭挖掘題頭信息(2017課標(biāo)全國，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3，還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備，工藝流程如下：題干分析題干流程題尾知道題尾考查哪些問題回答下列問題：(1)“酸浸”實(shí)驗(yàn)中，鐵的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知，當(dāng)鐵的時，所采用的實(shí)驗(yàn)條件為_。(2)“酸浸”后，鈦主要以形式存在，寫出相應(yīng)反應(yīng)的離子方程式_。(3)TiO2xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40 min所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為4，其中過為_。(5)若“濾液”中c(Mg2)0.02 molL1，加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍)，使Fe3恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3)1.0105 molL1，此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？_(列式計(jì)算)。(6)寫出“高溫煅燒”中由的化學(xué)方程式_?！緦忣}指導(dǎo)】分析圖像，浸出率達(dá)到70%只有90 、100 兩條曲線。反應(yīng)物FeTiO3HCl，生成物TiOClFe2，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出離子方程式?？梢詮臏囟?、濃度、壓強(qiáng)等方面考慮轉(zhuǎn)化率的因素，結(jié)合考慮雙氧水在高溫下易分解、氨水中氨氣會逸出。找出元素的常規(guī)價態(tài)，Li為1價，O為2價，Ti為4價，O中O為1價，化學(xué)式變形為Li2Ti5(O2)xO152x，從化合價的代數(shù)和為零作答2452x2(152x)0，計(jì)算得出結(jié)果x4。由Ksp公式入手計(jì)算，Qc與Ksp的關(guān)系得出結(jié)論。流程題已經(jīng)給出化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物是FePO4和Li2CO3、草酸，生成物L(fēng)iFePO4，分析化合價變化的元素，結(jié)合原子守恒和得失電子守恒寫出方程式?！敬痤}規(guī)范】(1)100 、2 h或90 、5 h(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全時， c(PO) molL11.31017molL1。c3(Mg2)c2(PO)值為0.013(1.31017)21.71040<Ksp Mg3(PO4)2，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2【評分細(xì)則】(1)100 、2 h，90 、5 h(每一組1分，溫度與時間對應(yīng)一組)(2)FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2H2O；(化學(xué)式均正確得1分，配平正確得1分)(3)低于40 ，TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加(得1分)；超過40 ，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率下降(得1分)(4)4(2分)(5)Fe3恰好沉淀完全時， c(PO) molL11.31017molL1(得2分)，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040<Ksp Mg3(PO4)2，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀(得2分)(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO4H2O3CO2(化學(xué)式均正確得1分，配平正確得2分)【對點(diǎn)訓(xùn)練】1(2015全國卷，27)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示： 回答下列問題：(1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_。為提高浸出速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，還可采取的措施有_(寫出兩條)。(2)利用_的磁性，可將其從“浸渣”中分離?！敖敝羞€剩余的物質(zhì)是_(寫化學(xué)式)。(3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是_。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是_。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是_(填名稱)。(5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，它是有機(jī)合成中的重要還原劑，其電子式為_。(6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學(xué)方程式表示制備過程_。解析答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)將Fe2氧化為Fe3使Al3和Fe3形成氫氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸鎂(5) (6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg 2B3MgO2(2017海南化學(xué)，17)以工業(yè)生產(chǎn)硼砂所得廢渣硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O的過程如圖所示：硼鎂泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%回答下列問題：(1)“酸解”時應(yīng)該加入的酸是_，“濾渣1”中主要含有_(寫化學(xué)式)。(2)“除雜”時加入次氯酸鈣、氧化鎂的作用分別是_、_。(3)判斷“除雜”基本完成的檢驗(yàn)方法是_。(4)分離濾渣3應(yīng)趁熱過濾的原因是_。解析硼鎂泥主要成分是MgO，還有CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)，酸溶時MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3都和硫酸反應(yīng)，SiO2不與硫酸反應(yīng)，B2O3轉(zhuǎn)化為H3BO3，則濾渣1為SiO2，次氯酸鈣具有強(qiáng)氧化性，加入的次氯酸鈣可把亞鐵離子氧化成鐵離子，MgO促進(jìn)鐵離子、鋁離子水解，鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，則濾渣2為Al(OH)3、Fe(OH)3，濃縮過濾得到濾渣3為CaSO4，濾液中含鎂離子、硫酸根離子，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鎂晶體，以此來解答。答案(1)濃硫酸SiO2(2)氧化亞鐵離子促進(jìn)鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀(3)溶液接近為無色(4)溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響不同，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發(fā)濃縮，趁熱過濾方法除去硫酸鈣考點(diǎn)指導(dǎo)2以分離提純?yōu)槟康幕瘜W(xué)工藝流程【典例2】(2016課標(biāo)全國，28)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為：物質(zhì)V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%2.22.92.83.12228606512<1以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線：回答下列問題：(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO，反應(yīng)的離子方程式為_，同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2?！皬U渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2變?yōu)閂O，則需要氧化劑KClO3至少為_ mol。(3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有_。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈_性(填“酸”、“堿”或“中”)。(5)“流出液”中陽離子最多的是_。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_?！窘忸}流程】解析答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3(4)堿(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3【對點(diǎn)訓(xùn)練】3濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣主要含鋅、鎘(Cd)、銅、鐵、鈷(Co)等金屬單質(zhì)。利用銅鎘渣可生產(chǎn)Cu、Cd及ZnSO47H2O等，其生產(chǎn)流程如圖：如表是部分金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為0.1 molL1計(jì)算)：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cd(OH)2Zn(OH)2開始沉淀的pH1.97.07.25.4沉淀完全的pH3.29.09.58.2請回答下列問題：(1)提高銅鎘渣的“浸出”速率的措施有_(寫出1條即可)。(2)Fe的金屬性比Co強(qiáng)，該流程中“除鈷”_(填“能”或“不能”)用Zn代替Fe，“除鈷”中Fe發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_。(3)“除鐵”操作中加入H2O2的目的是_，加入ZnO的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，以除去溶液中的鐵元素，調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_，“除鐵”操作中的沉淀成分是_(寫化學(xué)式)。(4)“電解”操作中，Cd2在_極放電得到金屬Cd，電極反應(yīng)式是_。(5)“電解”后的電解廢液是ZnSO4溶液，用該電解廢液制備ZnSO47H2O的方法是_。(6)“除鈷”后的含鈷廢渣在空氣中煅燒，煅燒后的成分測定如表：元素CoZnCuFe含量/%59.000.520.2013.16則煅燒后所得固體混合物中，鈷氧化物的化學(xué)式是_。解析(1)升高溫度、增大反應(yīng)物表面積等均可提高反應(yīng)速率。(2)因Zn的金屬性比Fe強(qiáng)，故可用Zn代替鐵除鈷。除鈷中Fe與Co2發(fā)生置換反應(yīng)生成Fe2和Co。(3)H2O2可氧化Fe2，使之轉(zhuǎn)化為Fe3。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，可知欲除去溶液中的鐵元素，需加入ZnO調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3.25.4，此時Fe3完全轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3沉淀。(4)電解操作中Cd2在陰極得電子生成單質(zhì)Cd。(5)從ZnSO4溶液中制備ZnSO47H2O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。(6)由題意知，煅燒后所得固體為鈷氧化物、ZnO、CuO、Fe2O3的混合物，設(shè)煅燒后所得固體質(zhì)量為100 g，結(jié)合題表中的數(shù)據(jù)可知，鈷氧化物中m(O)100 g59.00 g81 gmol10.52 g65 gmol180 gmol10.20 g64 gmol1160 gmol113.16 g112 gmol121.302 g，則鈷氧化物中n(O)21.302 g16 gmol11.33 mol，n(Co)59.00 g59 gmol11.00 mol，故鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。答案(1)適當(dāng)升高浸取液溫度(或?qū)~鎘渣磨制成粉末等)(2)能FeCo2=Fe2Co(3)將Fe2氧化成Fe33.25.4Fe(OH)3(4)陰Cd22e=Cd(5)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(6)Co3O41(2017北京理綜，26)TiCl4是由鈦精礦(主要成分為TiO2)制備鈦(Ti)的重要中間產(chǎn)物，制備純TiCl4的流程示意圖如下：資料：TiCl4及所含雜質(zhì)氯化物的性質(zhì)化合物SiCl4TiCl4AlCl3FeCl3MgCl2沸點(diǎn)/58136181(升華)3161 412熔點(diǎn)/6925193304714在TiCl4中的溶解性互溶微溶難溶(1)氯化過程：TiO2與Cl2難以直接反應(yīng)，加碳生成CO和CO2可使反應(yīng)得以進(jìn)行。已知：TiO2(s)2Cl2(g)= TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸騰爐中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的熱化學(xué)方程式：_。氯化過程中CO和CO2可以相互轉(zhuǎn)化，根據(jù)如圖判斷：CO2生成CO反應(yīng)的H_0(填“”“”或“”)，判斷依據(jù)：_。氯化反應(yīng)的尾氣須處理后排放，尾氣中的HCl和Cl2經(jīng)吸收可得粗鹽酸、FeCl3溶液，則尾氣的吸收液依次是_。氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)過濾得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有_。(2)精制過程：粗TiCl4經(jīng)兩步蒸餾得純TiCl4。示意圖如下：物質(zhì)a是_，T2應(yīng)控制在_。解析(1)利用蓋斯定律，將已知兩個熱化學(xué)方程式相加即可得出答案；由圖像可知，溫度升高，二氧化碳減少，一氧化碳增多，有利于二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳；又因?yàn)闇囟壬咂胶庀蛭鼰岱磻?yīng)方向移動，所以二氧化碳生成一氧化碳的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故H0；HCl氣體溶于水即得到鹽酸，所以在通其他水溶液之前先用水吸收HCl；之后用FeCl2溶液與Cl2反應(yīng)生成FeCl3溶液；最后用NaOH溶液吸收尾氣，防止污染空氣；由資料可知，冷卻到室溫時，濾渣中含有難溶于TiCl4的MgCl2，以及微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3。(2)粗TiCl4中存在的雜質(zhì)是SiCl4和微溶于TiCl4的AlCl3和FeCl3；先通過蒸餾的方式除去沸點(diǎn)較低的SiCl4，再控制溫度在136 181 ，蒸餾得到純凈TiCl4。答案(1)TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H45.5 kJ/mol溫度升高，CO含量升高，CO2含量減少，反應(yīng)向生成CO的方向進(jìn)行水、FeCl2溶液、NaOH溶液AlCl3、FeCl3、MgCl2(2)SiCl4136 181 2(2017江蘇化學(xué)，19)某科研小組采用如下方案回收一種光盤金屬層中的少量Ag(金屬層中其他金屬含量過低，對實(shí)驗(yàn)的影響可忽略)。已知：NaClO溶液在受熱或酸性條件下易分解，如3NaClO=2NaClNaClO3AgCl可溶于氨水：AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O常溫時N2H4H2O(水合肼)在堿性條件下能還原Ag(NH3)：4Ag(NH3)N2H4H2O=4AgN24NH4NH3H2O(1)“氧化”階段需在80 條件下進(jìn)行，適宜的加熱方式為_。(2)NaClO溶液與Ag反應(yīng)的產(chǎn)物為AgCl、NaOH和O2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。HNO3也能氧化Ag，從反應(yīng)產(chǎn)物的角度分析，以HNO3代替NaClO的缺點(diǎn)是_。(3)為提高Ag的回收率，需對“過濾”的濾渣進(jìn)行洗滌，并_。(4)若省略“過濾”，直接向冷卻后的反應(yīng)容器中滴加10%氨水，則需要增加氨水的用量，除因過量NaClO與NH3H2O反應(yīng)外(該條件下NaClO3與NH3H2O不反應(yīng))，還因?yàn)開。(5)請?jiān)O(shè)計(jì)從“過濾”后的濾液中獲取單質(zhì)Ag的實(shí)驗(yàn)方案：_(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有：2 molL1水合肼溶液，1 molL1 H2SO4)。解析(1)加熱溫度低于100 ，采用水浴加熱，優(yōu)點(diǎn)是便于控制溫度，受熱均勻。(2)由題發(fā)生反應(yīng)：AgNaClOH2OAgClNaOHO2，有Ag、Cl、O三種元素的化合價發(fā)生變化，因Ag、Cl原子個數(shù)比為11，設(shè)Ag、NaClO的系數(shù)為1，則NaOH系數(shù)為1，Ag失去1e，NaClONaCl，得到2e，根據(jù)電子守恒O2的系數(shù)為，根據(jù)原子守恒，H2O系數(shù)為，相應(yīng)擴(kuò)大4倍。HNO3也能氧化Ag，但生成NOx會污染環(huán)境。(3)濾渣沉淀時表面會附有溶質(zhì)，因此洗滌液中含有Ag(NH3)，將洗滌液并入過濾的濾液中，以提高利用率。(4)若直接在溶液中加入氨水，一是稀釋氨水，氨水的利用率低，二是原溶液中有氧化時生成的NaCl(見(2)中反應(yīng))，Cl使可逆反應(yīng)AgCl2NH3H2OAg(NH3)Cl2H2O逆向移動，不利于AgCl的溶解。(5)由題給信息，利用水合肼還原Ag(NH3)，但同時有NH3生成，利用H2SO4吸收防止逸出污染大氣。答案(1)水浴加熱(2)4Ag4NaClO2H2O=4AgCl4NaOHO2會釋放出氮氧化物(或NO、NO2)，造成環(huán)境污染(3)將洗滌后的濾液合并入過濾的濾液中(4)未過濾掉的溶液會稀釋加入的氨水，且其中含有一定濃度的Cl，不利于AgCl與氨水反應(yīng)(5)向?yàn)V液中滴加2 molL1水合肼溶液，攪拌使其充分反應(yīng)，同時用1 molL1H2SO4溶液吸收反應(yīng)中放出的NH3，待溶液中無氣泡產(chǎn)生，停止滴加，靜置，過濾、洗滌，干燥