高考化學二輪復習考點剖析考點17 化工流程中物質(zhì)的結(jié)晶（解析版）

考點17化工流程中物質(zhì)的結(jié)晶化工流程中物質(zhì)的結(jié)晶需根據(jù)晶體的組成、溶解度、水解、性質(zhì)綜合考慮，大多數(shù)采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作，但對不同的晶體有所改變。1.（2019全國Ⅰ卷）硫酸鐵銨[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一種重要鐵鹽。為充分利用資源，變廢為寶，在實驗室中探究采用廢鐵屑來制備硫酸鐵銨，具體流程如下：回答下列問題：（4）步驟⑤的具體實驗操作有______________，經(jīng)干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品?！敬鸢浮考訜釢饪s、冷卻結(jié)晶、過濾（洗滌）【解析】（4）為了出去可溶性的硫酸銨、鐵離子等，需要經(jīng)過的步驟為：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾（洗滌）2.（2018課標Ⅰ）醋酸亞鉻[(CH3COO)2Cr·H2O］為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻；二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖所示，回答下列問題：（3）打開K3，關閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入d，其原因是________；d中析出磚紅色沉淀，為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是___________、_________、洗滌、干燥。（4）指出裝置d可能存在的缺點______________?！敬鸢浮浚ū。├鋮s過濾【解析】（3）打開K3，關閉K1和K2，由于鋅繼續(xù)與鹽酸反應生成氫氣，導致c中壓強增大，所以c中亮藍色溶液能流入d裝置，與醋酸鈉反應；根據(jù)題干信息可知醋酸亞鉻難溶于水冷水，所以為使沉淀充分析出并分離，需要采取的操作是（冰浴）冷卻、過濾、洗滌、干燥。3．（2017課標Ⅰ）（14分）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：回答下列問題：（3）TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40min所得實驗結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率%9295979388分析40℃時TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因__________________?！敬鸢浮浚?）低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應速率下降【解析】（3）溫度是影響速率的主要因素，但H2O2在高溫下易分解、氨水易揮發(fā)，即原因是低于40℃，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應速率隨溫度升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應速率下降。4．（2017課標Ⅲ）（15分）重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：回答下列問題：（4）有關物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到___________________（填標號）得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。a.80℃ b.60℃ c.40℃ d.10℃步驟⑤的反應類型是___________________?！敬鸢浮浚?）d復分解反應【解析】（4）由圖示可知，在10℃左右時，得到K2Cr2O7的固體最多，故答案為d；2KCl+Na2Cr2O7=K2Cr2O7↓+2NaCl的反應類型為復分解反應。物質(zhì)的結(jié)晶方法有：蒸發(fā)結(jié)晶、冷卻結(jié)晶。對溶解度受溫度影響變化不大的物質(zhì)，通常采用蒸發(fā)結(jié)晶；對溶解度受溫度影響變化較大的物質(zhì)，通常采用冷卻結(jié)晶。對物質(zhì)溶解度受溫度變化沒有規(guī)律的物質(zhì)，一般根據(jù)溶解度曲線圖，選擇適當?shù)臏囟取?、根據(jù)物質(zhì)的組成典例1利用熔融堿焙燒工藝可從鋁熱法生產(chǎn)金屬鉻所得鉻渣(Al、Al2O3、Cr2O3等)中浸出鉻和鋁，實現(xiàn)鉻和鋁的再生利用。其工作流程如下：(5)過程II的目的是得到K2Cr2O7粗品，粗品再重結(jié)晶可制得純凈的K2Cr2O7。不同溫度下化合物的溶解度(g/100gH2O)結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析，過程II得到K2Cr2O7粗品的操作是：______，過濾得到K2Cr2O7粗品?！敬鸢浮肯驗V液③中加入濃硫酸和KCl固體后，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶【解析】（5）過程Ⅱ的目的是得到K2Cr2O7粗品，粗品再重結(jié)晶可制得純凈的K2Cr2O7，根據(jù)物質(zhì)的溶解度與溫度的關系可知過程Ⅱ得到K2Cr2O7粗品的操作是：向濾液③中加入濃硫酸和KCl固體后，蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶。2、根據(jù)物質(zhì)的溶解度當物質(zhì)的溶解度受溫度升高先增大后減小時，就需要控制適當?shù)臏囟冗M行結(jié)晶。如果要從混合溶液中分離出溶解度小的晶體，就要趁熱過濾。典例2（2018屆湖北省荊州中學高三4月月考）工業(yè)上常以鉻鐵礦(主要成分為亞鉻酸亞鐵FeCr2O4，還有Al2O3、SiO2等雜質(zhì))為主要原料生產(chǎn)紅礬鈉(Na2Cr2O7)，某實驗小組模擬其流程如下圖所示：（5）下圖是Na2Cr2O7·2H2O和Na2SO4的溶解度曲線，步驟④中獲得固態(tài)副產(chǎn)品Na2SO4的實驗操作方法為____________、___________?！敬鸢浮考訜釢饪s趁熱過濾【解析】(5).據(jù)圖可知，溫度升高有利于硫酸鈉結(jié)晶析出，同時可以防止Na2Cr2O7?2H2O結(jié)晶析出，所以獲得副產(chǎn)品Na2SO4的實驗操作方法為：將濾液2加熱濃縮后趁熱過濾，得副產(chǎn)品Na2SO4。3、對于易水解的鹽結(jié)晶時要控制結(jié)晶條件典例3（2018屆山西省高三第一次模擬考試）鈷酸鋰(LiCoO2)電池是一種應用廣泛的新型電源，電池中含有少量的鋁、鐵、碳等單質(zhì)。實驗室嘗試對廢舊鈷酸鋰電池回收再利用。實驗過程如下：已知：①還原性：Cl->Co2+；②Fe3+和C2O42-結(jié)合生成較穩(wěn)定的[Fe(C2O4)3]3-，在強酸性條件下分解重新生成Fe3+。回答下列問題：（7）從FeCl3溶液得到FeCl3·6H2O固體的操作關鍵是_________________________?！敬鸢浮考尤脒m量鹽酸（或通入適量氯化氫氣體）【解析】(7).加熱蒸發(fā)FeCl3溶液得FeCl3·6H2O固體時，會促進Fe3＋的水解，最終得到Fe(OH)3固體，因此在加熱蒸發(fā)FeCl3溶液時，要加入適量的鹽酸（或通入適量氯化氫氣體）抑制Fe3＋的水解。四、不同溫度下結(jié)晶出不同的晶體不同溫度下結(jié)晶出不同的晶體管，根據(jù)需要控制不同的溫度。典例4（2018屆河北省衡水中學高三第二十次模擬考試）輝銅礦主要成分Cu2S,軟錳礦主要成分MnO2，它們都含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)。工業(yè)上綜合利用這兩種礦物制備硫酸錳和堿式碳酸銅的主要工藝流程如下：已知：①MnO2能將金屬硫化物中的硫氧化為單質(zhì)硫；②[Cu(NH3)4]SO4常溫穩(wěn)定，在熱水中會分解生成NH3；③MnSO4·H2O易溶于冷水，不溶于酒精;④部分金屬陽離子氫氧化物的（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol·L-1計算：當離子濃度小于1.0×10-5時，認為該離子沉淀完全。):Ksp(Fe(OH)3)=1.0×10-38,Ksp(Cu(OH)2)=1.0×10-20，Ksp(Mn(OH)2)=4.0×10-14（4）請根據(jù)如下圖示，將“由碳酸錳經(jīng)一系列操作獲得MnSO4·H2O晶體，并測定純度”的實驗方案補充完整。①將碳酸錳固體溶于稀硫酸獲得硫酸錳溶液;②加熱溶液并控制溫度>40℃，_________得到粗產(chǎn)品；③_______，低溫干燥，可得到較純晶體。④欲測定該品體的純度，取14.00g晶體加蒸餾水配成100mL溶液，量取25.00mL,加足量標準BaCl2溶液，得到沉淀4.66g，則此樣品的純度為___(保留四位有效數(shù)字)。某小組計算發(fā)現(xiàn)本組樣品純度大于100%(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其可能原因有__(任寫一種)?！敬鸢浮空舭l(fā)結(jié)晶，趁熱過濾用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次【解析】(4)②由曲線圖知當溫度低于40℃時析出MnSO4·5H2O晶體，高于40℃時析出MnSO4·H2O晶體，因此硫酸錳溶液制備MnSO4·H2O的實驗必須保證溶液溫度高于40℃；然后通過蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，得到粗產(chǎn)品；③為減少產(chǎn)品的損失，用酒精洗滌產(chǎn)品2-3次，低溫干燥，可得到較純晶體。1．（2018屆貴州省黔東南州高三下學期第二次模擬考試）氯酸鎂[Mg(ClO3)2]常用作催熟劑、除草劑等，工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)前，實驗室先按如下流程進行模擬制備少量Mg(ClO3)2·6H2O：已知：①鹵塊主要成分為MgCl2·6H2O,含有MgSO4、FeCl2等雜質(zhì)。②幾種化合物的溶解度(S)隨溫度(T)變化曲線如右圖。（4）加入NaClO3飽和溶液公有NaCl晶體析出，寫出該反應的化學方程式：___________，請利用該反應，結(jié)合上圖，制取Mg(ClO3)2·6H2O的實驗步驟依次為：①取樣，加入NaClO3飽和溶液充分反應；②蒸發(fā)結(jié)晶；③___________；④冷卻結(jié)晶；⑤過濾、洗滌，獲得Mg(ClO3)2·6H2O晶體。【答案】MgCl2+2NaClO3=Mg(ClO3)2+2NaCl↓趁熱過濾【解析】（4）加入NaClO3飽和溶液僅有NaCl晶體析出，則另外生成Mg(ClO3)2，反應的化學方程式為：MgCl2+2NaClO3=Mg(ClO3)2+2NaCl↓；根據(jù)物質(zhì)的溶解度大小，溶液獲得晶體的方法：蒸發(fā)結(jié)晶；趁熱過濾；冷卻結(jié)晶。2．（遼寧省重點六校協(xié)作體2019屆高三上學期期中考試）NiSO4·6H2O是一種綠色易溶于水的晶體，可由電鍍廢渣(除鎳外，還含有銅、鋅、鐵等元素)為原料獲得。操作步驟如下：（1）向濾液Ⅰ中加入FeS固體是為了生成難溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu2+、Zn2+等雜質(zhì)，則除去Zn2+的離子方程式為_________________________。（2）根據(jù)對濾液Ⅱ的操作作答：①在40℃左右向濾液Ⅱ中加入6%的H2O2，溫度不能過高的原因是：_________；用離子方程式表示H2O2的作用_________________②調(diào)濾液ⅡpH的目的是_____________。③檢驗Fe3+是否除盡的操作和現(xiàn)象是_________________________________。（3）濾液Ⅲ溶質(zhì)的主要成分是NiSO4，加Na2CO3過濾后得到NiCO3固體，再加適量稀硫酸溶解又生成NiSO4，這兩步操作的目的是______________________。（4）得到的NiSO4溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾等一系列操作可得到NiSO4·6H2O晶體。①在進行蒸發(fā)濃縮操作時，加熱到_________(描述實驗現(xiàn)象)時，則停止加熱。②為了提高產(chǎn)率，過濾后得到的母液要循環(huán)使用，則應該回流到流程中的___(填“a”、“b”、“c”或“d”)位置。③如果得到產(chǎn)品的純度不夠，則應該進行_________操作。（填序號）A．蒸餾B．分液C．重結(jié)晶D．過濾【答案】增大NiSO4的濃度，利于蒸發(fā)結(jié)晶(或富集NiSO4)溶液表面形成晶體薄膜(或者有少量晶體析出)dC【解析】（3）NiSO4與Na2CO3反應生成NiCO3沉淀，而后過濾，再加適量稀硫酸溶解又生成NiSO4，這樣可提高NiSO4的濃度，有利于蒸發(fā)結(jié)晶；（4）①在進行蒸發(fā)濃縮操作時，當少量晶體析出時或溶液表面形成晶體薄膜，停止加熱；故答案為：溶液表面形成晶體薄膜或者有少量晶體析出；②為了提高產(chǎn)率，過濾后得到的母液要循環(huán)使用，應該回流到流程中d中循環(huán)使用，故答案為：d；③產(chǎn)品的純度不夠需要重新溶解、濃縮、結(jié)晶析出得到較純凈的晶體，實驗操作為重結(jié)晶，答案選C。3．（山東省曲阜市2018屆高三上學期期中考試）孔雀石主要成分是Cu2(OH)2CO3,還含少量FeCO3及Si的化合物，實驗室以孔雀石為原料制備硫酸銅晶體的步驟如下:（4）步驟Ⅳ獲得硫酸銅晶體，需要經(jīng)過_____________冷卻結(jié)晶、過濾等操作.【答案】加熱濃縮(或蒸發(fā)濃縮)【解析】（4）步驟Ⅳ獲得硫酸銅晶體，需要經(jīng)過加熱濃縮(或蒸發(fā)濃縮)、冷卻結(jié)晶、過濾等操作。4．（黑龍江省大慶中學2018屆高三上學期期中考試）ClO2在常溫下是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，其熔點為-59℃,沸點為11.0℃，易溶于水。工業(yè)上用稍潮濕的KClO3和草酸(H2C2O4)在60℃時反應制得。某學生擬用圖1所示裝置模擬工業(yè)制取并收集ClO2。（3）反應后在裝置C中可得NaClO2溶液。已知I.NaClO2飽和溶液在溫度低了38℃時析出晶體是NaClO2·3H2O,在溫度高于38℃時析出晶體是NaClO2,溫度高于60℃時NaClO2分解生成NaClO3和NaCl；Ⅱ.NaClO2的溶解度曲線如圖2所示，請補充從NaClO2溶液中制得NaClO2晶體的操作步驟：①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②__________；③用38℃~60℃熱水洗滌；④_____；得到成品?！敬鸢浮砍脽徇^濾低于60℃干燥【解析】（3）①減壓，55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②趁熱過濾；③用38℃~60℃熱水洗滌；④低于60℃干燥；得到成品。5．（2017屆江蘇省鹽城中學高三下學期開學考試）高鐵酸鉀（K2FeO4）具有強氧化性，可作為水處理劑和高容量電池材料。工業(yè)上生產(chǎn)高鐵酸鉀的工藝流程如下：已知K2FeO4具有下列性質(zhì)：①可溶于水，微溶于KOH溶液，難溶于異丙醇；②在0℃-5℃，強堿性溶液中比較穩(wěn)定；③在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下發(fā)生分解；④在酸性至弱堿性條件下，能與水反應生成Fe(OH)3和O2請完成下列填空：（4）請補充完整由“反應液Ⅱ”得到K2FeO4晶體的實驗步驟。（可選用的試劑：NaOH溶液、KOH溶液、蒸餾水和異丙醇）①向反應液Ⅱ中加入飽和________，在冰水浴中靜置結(jié)晶后過濾，得K2FeO4粗產(chǎn)品；②將K2FeO4粗產(chǎn)品溶解在___________中，再次在冰水浴中靜置結(jié)晶后過濾，得到較純凈的K2FeO4；③將K2FeO4晶體再用少量__________洗滌，低溫真空干燥，得到高鐵酸鉀成品?！敬鸢浮緾l2+2KOH=KCl+KClO+H2O為下一步反應提供反應物，與反應液中過量的氯氣繼續(xù)反應，生成更多的KClO2Fe(NO3)3＋3KClO＋10KOH=2K2FeO4＋6KNO3＋3KCl＋5H2O減少K2FeO4在過量Fe3+作用下的分解（或K2FeO4在低溫、強堿性溶液中比較穩(wěn)定等）KOH溶液KOH溶液異丙醇KNO3、KCl【解析】流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關系如下：（4）此段為K2FeO4的分離提純。①考慮到靜置過程中可能導致有更多的K2FeO4水解，所以應當加入KOH已知其水解，而加入NaOH會使結(jié)晶時產(chǎn)生鈉鹽沉淀。答案：KOH溶液。②粗產(chǎn)品再此溶解時也容易水解，同理應當加入KOH溶液。答案：KOH溶液。③由于K2FeO4可溶于水，為了避免溶解損失，所以采用異丙醇洗滌，因為K2FeO4難溶于異丙醇。答案：異丙醇。6．（2017屆浙江省稽陽聯(lián)誼學校高三3月選考）三草酸合-鐵(III)酸鉀K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(Mr=491)為綠色晶體，易溶于水，難溶于乙醇等有機溶劑。110℃下可失去結(jié)晶水，230℃時即分解，是制備負載型活性鐵催化劑的主要原料。以硫酸亞鐵銨為原料制備三草酸合鐵(III)酸鉀晶體的流程如下所示：請回答下列問題：(3)關于過程X的下列說法中不正確的是________________。A.可采用冷卻和向溶液中加入乙醇的方法促使晶體析出B．為了快速得到較干燥的固體，可以采用抽濾的方法C．洗滌晶體時，可先用少量水洗，再用乙醇洗D．可用加熱烘干的方法得到較干燥的晶體【答案】D【解析】（3）A、得到產(chǎn)物是帶有結(jié)晶水的物質(zhì)時，采用冷卻的方法，三草酸合鐵酸鉀不溶于乙醇，使用乙醇，減少三草酸合鐵酸鉀溶解，使之析出，故說法正確；B、為了快速得到較干燥的固體，可以采用抽濾的方法，減少結(jié)晶水的損失，故說法正確；C、用乙醇洗滌，減少三草酸合鐵酸鉀的損失，同時乙醇易揮發(fā)，故說法正確；D、用加熱的方法烘干，容易造成晶體失去結(jié)晶水，故說法錯誤。7．（江西省南昌市第十中學2019屆高三上學期第二次月考）鈦礦工業(yè)中的硫酸酸性廢水富含Ti、Fe等元素，其綜合利用如下：已知：TiO2+易水解，只能存在于強酸性溶液中。（3）操作a是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、______________________________________________。【答案】過濾、洗滌、干燥【解析】（3）溶液中得到硫酸亞鐵晶體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾、洗滌、干燥。8．（黑龍江省大慶實驗中學2018屆高三上學期期中考試）氯化鉻晶體（CrCl3·6H2O）是一種重要的工業(yè)原料，工業(yè)上常用鉻酸鈉（Na2CrO4）來制備。實驗室以紅礬鈉（Na2Cr2O7）為原料制備CrCl3·6H2O的流程如下：已知：①Cr2O72－＋H2O2CrO42－＋2H+；②CrCl3·6H2O不溶于乙醚，易溶于水、乙醇，易水解。（4）請補充完整由過濾后得到的固體Cr（OH）3制備CrCl3·6H2O的實驗方案：將過濾后所得的潔凈固體_______________________，蒸發(fā)濃縮，__________，過濾，______________，低溫干燥，得到CrCl3·6H2O（實驗中可供選擇的試劑：鹽酸、硫酸、蒸餾水、乙醇、乙醚）?！敬鸢浮客耆芙庥谶^量的鹽酸中冷卻結(jié)晶用乙醚洗滌固體2~3次【解析】（4）Cr(OH)3溶于鹽酸生成CrCl3，CrCl3溶液濃縮結(jié)晶析出CrCl3·6H2O晶體，由于CrCl3·6H2O不溶于乙醚，再用乙醚洗滌、干燥得到得到CrCl3