【步步高】2014屆高三化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第三章 專題講座二 無機(jī)化工流程題復(fù)習(xí)策略與解題方法指導(dǎo) 新人教版

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1、 專題講座二 無機(jī)化工流程題復(fù)習(xí)策略與解題方法指導(dǎo) 一、解題策略 化工流程中常見的操作與名詞 化工流程題目在流程上一般分為3個(gè)過程: ―→―→ (1)原料處理階段的常見考點(diǎn)與常見名詞 ①加快反應(yīng)速率 ②溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等 水浸:與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出:固體加水(酸)溶解得到離子 浸出率:固體溶解后,離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) 酸浸:在酸溶液中反應(yīng)使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過過濾除去的溶解過程 ③灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些物質(zhì)能溶解,并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解 ④控制反應(yīng)條件的方法 (2)分離提純階段的常見考點(diǎn)

2、①調(diào)pH值除雜 a.控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀 例如:已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示 物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+,應(yīng)該怎樣做? 提示:先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)溶液的pH到3.7。 b.調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn): 能與H+反應(yīng),使溶液pH值增大;不引入新雜質(zhì)。 例如:若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)

3、節(jié)溶液的pH值。 ②試劑除雜 ③加熱:加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng) 如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物,則要注意對溫度的控制。如:侯氏制堿中的NaHCO3;還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)。 ④降溫:防止某物質(zhì)在高溫時(shí)會(huì)溶解(或分解)、為使化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動(dòng) ⑤萃取 (3)獲得產(chǎn)品階段的常見考點(diǎn) ①洗滌(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 ②蒸發(fā)、反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍抑制水解:如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí),應(yīng)在HCl的氣流中加熱,以防其水解

4、。 ③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶:如除去KNO3中的少量NaCl。 ④蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾:如除去NaCl中的少量KNO3。 ⑤重結(jié)晶 (4)其他常見考點(diǎn) ①化學(xué)方程式 ②實(shí)驗(yàn)儀器?、塾?jì)算 ④信息 二、熱點(diǎn)題型探究 熱點(diǎn)1 堿金屬及其礦物的開發(fā)利用 例1 (2012·廣東理綜,32)難溶性雜鹵石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)屬于“呆礦”,在水中存在如下平衡: K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2++2K++Mg2++4SO+2H2O 為能充分利用鉀資源,用飽和Ca(OH)2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀,工藝流程如下: (1)濾渣主要

5、成分有________和________以及未溶雜鹵石。 (2)用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ca(OH)2溶液能溶解雜鹵石浸出K+的原因:______________________________________________________________________。 (3)“除雜”環(huán)節(jié)中,先加入________溶液,經(jīng)攪拌等操作后,過濾,再加入_________溶液調(diào)濾液pH至中性。 (4)不同溫度下,K+的浸出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系見右圖。 由圖可得,隨著溫度升高, ①________________, ②__________________。 (5)有人以可溶性碳酸鹽為

6、溶浸劑,則溶浸過程中會(huì)發(fā)生:CaSO4(s)+COCaCO3(s)+SO 已知298 K時(shí),Ksp(CaCO3)=2.80×10-9,Ksp(CaSO4)=4.90×10-5,求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 答案 (1)Mg(OH)2 CaSO4 (2)加入Ca(OH)2溶液,Mg2+與OH-結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀,Mg2+濃度減小,平衡正向移動(dòng),K+增多 (3)K2CO3 H2SO4 (4)①溶浸平衡向右移動(dòng) ②K+的溶浸速率增大 (5)CaSO4(s)+COCaCO3(s)+SO的平衡常數(shù)K=,據(jù)Ksp(CaSO4)、Ksp(CaCO3)

7、可知,c(SO)=,c(CO)=,則有K====1.75×104。 解析 解題時(shí),要依據(jù)制備K2SO4的工藝流程,結(jié)合物質(zhì)的分離與提純的原則進(jìn)行分析。 (1)雜鹵石中加入Ca(OH)2溶液,Mg2+與OH-結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀,CaSO4微溶于水,過濾后,濾渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的雜鹵石。 (2)加入Ca(OH)2溶液,Mg2+與OH-結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀,使c(Mg2+)減小,雜鹵石的溶解平衡正向移動(dòng),同時(shí)c(Ca2+)與c(SO)均增大,從而析出CaSO4沉淀,K+留在濾液中。 (3)濾液中含有Ca2+、OH-,可先加入過量K2CO3溶液,除去Ca2

8、+,過濾后,再加入稀H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH至中性。 (4)由圖可知,隨著溫度升高,溶浸平衡向右移動(dòng),K+的溶浸速率增大。 (5)CaSO4(s)+COCaCO3(s)+SO的平衡常數(shù)K=。CaCO3(s)、CaSO4(s)分別存在溶解平衡:CaCO3(s)Ca2+(aq)+CO(aq),CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO(aq),則有Ksp(CaCO3)=c(Ca2+)·c(CO)=2.80×10-9,Ksp(CaSO4)=c(Ca2+)·c(SO)=4.90×10-5,那么K=====1.75×104。 方法技巧 要求用理論回答的試題,應(yīng)采用“四段論法”:改變了什么條

9、件(或是什么條件)→根據(jù)什么理論→有什么變化→得出什么結(jié)論。 遷移應(yīng)用1 KNO3是重要的化工產(chǎn)品,下面是一種已獲得專利的KNO3制備方法的主 要步驟: (1)反應(yīng)Ⅰ中,CaSO4與NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1∶2,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________。 (2)反應(yīng)Ⅱ需在干態(tài)、加熱的條件下進(jìn)行,加熱的目的是_______________________ ___________________________________________________

10、__________________; 從反應(yīng)Ⅳ所得混合物中分離出CaSO4的方法是趁熱過濾,趁熱過濾的目的是_____________________________________________________________________。 (3)檢驗(yàn)反應(yīng)Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是:取少量K2SO4樣品溶解于水,_____________________________________________________________________。 (4)整個(gè)流程中,可循環(huán)利用的物質(zhì)除(NH4)2SO4外,還有________(填化學(xué)式)。 答案 (1)CaS

11、O4+2NH4HCO3===CaCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ (2)加快化學(xué)反應(yīng)速率,分離NH4Cl與K2SO4 防止KNO3結(jié)晶,提高KNO3的產(chǎn)率 (3)加入Ba(NO3)2溶液至不再產(chǎn)生沉淀,靜置,向上層清液中滴加AgNO3溶液,若有沉淀生成,說明K2SO4中混有KCl (4)CaSO4、KNO3 熱點(diǎn)2 鎂、鋁及其礦物的開發(fā)利用 例2 鋁是重要的金屬材料,鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取鋁的原料。實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工藝流程如圖所示:

12、 請回答下列問題: (1)固體a的化學(xué)式為________,Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________________________。 (2)由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為________,從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。 (3)以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3,需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 g·cm-3)________ L(保留一位小數(shù))。 (4)若同時(shí)

13、制取銨明礬和硫酸鋁,通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1,則投料時(shí)鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為________。 答案 (1)SiO2 AlO+CO2+2H2O===HCO+Al(OH)3↓ (2)Al2O3+4H2SO4+2NH3===2NH4Al(SO4)2+3H2O 蒸發(fā)濃縮 (3)575.4 (4)3∶10 解析 (1)鋁土礦中Al2O3和Fe2O3能溶于鹽酸,SiO2不溶于鹽酸,所以固體a的化學(xué)式為SiO2。Al2O3溶于燒堿生成NaAlO2溶液,在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀。 (2)Al(O

14、H)3分解生成Al2O3,Al2O3與稀硫酸、氨氣反應(yīng)生成銨明礬溶液。 (3)m(Al2O3)=1 000 kg×36%=360 kg,m(H2SO4)= kg=1 037.6 kg,需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 g·cm-3)為=575.4×103 mL=575.4 L。 (4)設(shè)制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物質(zhì)的量都是1 mol,則Al3+共3 mol,SO共5 mol,根據(jù)鋁元素和SO守恒原理可得,加入Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為∶5=3∶10。 方法技巧 首尾分析法:對一些線型流程工藝(從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序)試題,首

15、先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì)(原材料)與最后一種物質(zhì)(產(chǎn)品),從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系,弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離提純產(chǎn)品的化工工藝,然后再結(jié)合題設(shè)的問題,逐一推敲解答。關(guān)鍵在于認(rèn)真對比分析原料與產(chǎn)品的組成,從中找出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施。當(dāng)把生產(chǎn)的主線弄清楚了,圍繞生產(chǎn)主線所設(shè)計(jì)的系列問題也就可以解答了。 遷移應(yīng)用2 鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料,目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。某學(xué)校課外興趣小組從海水曬鹽后的鹽鹵(主要含Na+、Mg2+、Cl-、 Br-等)中模擬工業(yè)生產(chǎn)來

16、提取鎂,主要過程如下: 回答下列問題: (1)工業(yè)上從鹽鹵中獲取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是______________________________________________________________________。 (2)從過程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2,除去少量Ca(OH)2的方法是先將沉淀加入到盛有________溶液的燒杯中,充分?jǐn)嚢韬蠼?jīng)________、______(填操作方法)可得純凈的Mg(OH)2。 (3)下圖是該興趣小組設(shè)計(jì)進(jìn)行過程③的實(shí)驗(yàn)裝置圖: 其中裝置A的作用是______________

17、__________________________________。 (4)寫出過程④中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________。 答案 (1)石灰乳原料豐富,成本低 (2) MgCl2 過濾 洗滌 (3)制備干燥的HCl氣體 (4) MgCl2(熔融)Mg +Cl2↑ 熱點(diǎn)3 鐵、銅及其礦物的開發(fā)利用 例3 近年來,硫化銅礦的濕法冶煉技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。現(xiàn)有一種催化氧化酸浸硫化銅礦的冶煉法,其工藝流程如圖1所示: 反應(yīng)溫度、固液比、反應(yīng)時(shí)間、氯離子濃度都對銅的浸出率有較大的影響,下面是實(shí)驗(yàn)得出的這幾種因素對銅的浸出率影響

18、的變化曲線圖(如圖2~圖5所示)。 回答下列問題: (1)火法煉銅的主要反應(yīng):①2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(爐渣);②2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2;③2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑;則由1 mol CuFeS2生成1 mol Cu,共消耗________ mol O2。在反應(yīng)③中氧化劑為________,當(dāng)有0.3 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí),生成SO2的體積為________(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 (2)寫出反應(yīng)1的化學(xué)方程式:________________,濕法煉銅與火法煉銅相比,優(yōu)點(diǎn)是_______________________________

19、_____________________________________。 (3)從溶液中得到FeSO4·7H2O晶體的操作是________________________________; 實(shí)驗(yàn)時(shí)常用乙醇洗滌晶體,優(yōu)點(diǎn)是_________________________________________。 (4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)要求,從下表中得出的最佳工藝條件為________(填序號(hào))。 選項(xiàng) 反應(yīng)溫度/℃ 固液比 c(Cl-)/mol·L-1 反應(yīng)時(shí)間/h A 100 1∶5.5 0.7 7 B 95 1∶5 0.8 6 C 110

20、1∶6 0.9 8 答案 (1)2.5 Cu2O、Cu2S 1.12 L (2)2CuS+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O+2S 污染小,同時(shí)得到副產(chǎn)物硫酸亞鐵晶體及硫黃,資源得到充分利用 (3)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾 洗去晶體表面的水和雜質(zhì)離子,同時(shí)減少晶體的損失 (4)B 解析 (1)將題給的三個(gè)方程式合并得:2CuFeS2+5O22Cu+4SO2+2FeO,當(dāng)CuFeS2為1 mol時(shí),消耗的O2為2.5 mol。反應(yīng)③中,根據(jù)化合價(jià)變化可知,Cu2O和Cu2S中Cu的化合價(jià)都降低,故它們都是氧化劑。生成1 mol SO2轉(zhuǎn)移6 mol電子,當(dāng)有0.3 mol電子

21、轉(zhuǎn)移時(shí),生成SO2 0.05 mol,體積為1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。(2)火法煉銅中產(chǎn)生有毒的SO2,而濕法煉銅中不產(chǎn)生有毒氣體,故其優(yōu)點(diǎn)是污染小,環(huán)保,同時(shí)濕法煉銅中還得到副產(chǎn)品硫酸亞鐵晶體及硫黃,充分利用了資源。(3)FeSO4·7H2O晶體受熱易失去結(jié)晶水,故從溶液中得到FeSO4·7H2O晶體的操作應(yīng)是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。又因該晶體易溶于水,故不能用水洗滌,需用乙醇洗滌,不僅可以洗去晶體表面的水和雜質(zhì)離子,還可以減少晶體的損失。(4)從圖2可以看出:銅的浸出率隨反應(yīng)溫度的升高而增大,在溫度達(dá)到95 ℃后,銅的浸出率隨溫度的變化不明顯,但是溫度過高,能耗增加,由此可知適宜的反應(yīng)溫

22、度為95 ℃。從圖3可以看出:固液比大于1∶5時(shí),銅的浸出率隨固液比的增大而有所下降;固液比小于1∶5時(shí),銅的浸出率隨固液比的減小而有所下降,因此適宜的固液比為1∶5。從圖4可以看出:銅的浸出率隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增大,但在反應(yīng)時(shí)間超過6 h后,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長銅的浸出率增大得很緩慢,同時(shí)反應(yīng)時(shí)間過長,既增加能耗,又降低設(shè)備利用率,故適宜的反應(yīng)時(shí)間為6 h。由圖5可以看出:加入氯離子能改善銅的浸出效果,但是氯離子濃度超過0.8 mol·L-1時(shí),銅的浸出率隨氯離子濃度的增大反而降低,故適宜的氯離子濃度應(yīng)維持在0.8 mol·L-1。 遷移應(yīng)用3 實(shí)驗(yàn)室利用硫酸廠燒渣(主要成分為鐵的氧化物及少

23、量FeS、SiO2等)制備聚鐵(堿式硫酸鐵的聚合物)和綠礬(FeSO4·7H2O),主要工藝流程如下。 (1)將過程②產(chǎn)生的氣體通入下列溶液中,溶液會(huì)褪色的是________。 A.品紅溶液 B.紫色石蕊試液 C.酸性KMnO4溶液 D.溴水 (2)過程①中,F(xiàn)eS、O2和H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。 (3)過程③中需加入的物質(zhì)是________________。 (4)過程④中,蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)需使用的儀器除酒精燈、三腳架外,還需要_____________。 (5)過程⑤調(diào)節(jié)pH可選用下列試劑中的________(填序號(hào))。 A.稀硫酸

24、 B.CaCO3 C.NaOH溶液 (6)過程⑥中,將溶液Z加熱到70~80 ℃,目的是________。 (7)實(shí)驗(yàn)室為測量所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù),進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。①用分析天平稱取2.700 0 g樣品;②將樣品溶于足量的鹽酸后,加入過量的BaCl2溶液;③過濾、洗滌、干燥,稱重得固體質(zhì)量為3.495 0 g。若該聚鐵的主要成分為[Fe(OH)(SO4)]n,則該聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。(假設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和硫元素) 答案 (1)ACD (2)4FeS+3O2+6H2SO4===2Fe2(SO4)3+6H2O+4S (3)鐵粉 (4)蒸發(fā)皿

25、、玻璃棒 (5)C (6)促進(jìn)Fe3+的水解 (7)31.1% 解析 SO2具有漂白性,能使品紅褪色,SO2有還原性,能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化,而使它們褪色。溶液X為Fe2(SO4)3,需加入還原劑將Fe3+還原為Fe2+,又不帶入雜質(zhì)離子,故需加入鐵粉。過程⑤中需將酸消耗而調(diào)高pH,而CaCO3跟硫酸反應(yīng)會(huì)生成微溶于水的CaSO4而阻止反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。由聚鐵的化學(xué)式可知:n(Fe3+)=n(SO)=n(BaSO4)==0.015 mol,所以聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%=31.1%。 熱點(diǎn)4 錳、鉬、鈦等金屬化合物的綜合應(yīng)用 例4 鉬是一種過渡金屬元素,通常用作合金

26、及不銹鋼的添加劑,這種元素可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性,還可增強(qiáng)其耐高溫及耐腐蝕性能。如圖是化工生產(chǎn)中制備金屬鉬的主要流程圖。 (1)寫出反應(yīng)①的化學(xué)方程式:___________________________________________。 (2)反應(yīng)①的尾氣可以再利用,寫出應(yīng)用該尾氣制得的兩種重要化學(xué)試劑_______ ___________________________________________________________。 (3)如果在實(shí)驗(yàn)室模擬操作1和操作2,則需要使用的主要玻璃儀器有_______ _______________________

27、__________________________________________。 (4)鉬在空氣中灼燒生成三氧化鉬,三氧化鉬溶于氫氧化鈉溶液生成鉬酸鈉;三氧化鉬不溶于鹽酸或稀硫酸。鉬酸鈉的化學(xué)式為________。 (5)工業(yè)上制備還原性氣體CO和H2的反應(yīng)原理為CO2+CH42CO+2H2,CH4+H2OCO+3H2。含甲烷體積分?jǐn)?shù)為80%的a L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)天然氣與足量二氧化碳和水蒸氣的混合物在高溫下反應(yīng),甲烷轉(zhuǎn)化率為90%,用產(chǎn)生的還原性氣體(CO和H2)還原MoO3制鉬,理論上能生產(chǎn)鉬的質(zhì)量為________。 答案 (1)2MoS2+7O22MoO3+4SO2 (2)H

28、2SO4、Na2SO3[或Na2SO4、(NH4)2SO4等] (3)燒杯、漏斗、玻璃棒 (4)Na2MoO4 (5)4.11a g 解析 (1)二硫化鉬與氧氣在高溫下反應(yīng)生成三氧化鉬和二氧化硫。 (2)二氧化硫可收集再利用,制備硫酸和鹽類等。 (3)操作1和操作2都是分離固體與液體混合物,都是過濾操作。 (4)鉬酸是二元酸,可直接寫出鉬酸鈉。 (5)根據(jù)反應(yīng)方程式知,1 mol甲烷完全反應(yīng)生成4 mol還原性氣體,而:3CO+MoO3Mo+3CO2,3H2+MoO3Mo+3H2O,3 mol還原性氣體理論上生成1 mol鉬。n(CH4)=×80%,n(H2+CO)=×80%×90%×4 mol=,n(Mo)=× mol= mol,m(Mo)= mol×96 g·mol-1≈4.11a g。 10

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