高中化學人教版高考大單元四　第十一章　第60講　無機化工流程題的解題策略

化學

大一輪復習第十一章第60講無機化工流程題的解題策略復習目標1.提升應用物質的轉化及條件控制、分離提純操作等相關知識解決實際問題的能力。2.樹立“綠色化學”的觀念，形成資源綜合利用、物能充分利用的意識。1.?？紵o機化工流程的呈現(xiàn)形式整合必備知識2.讀圖要領(1)箭頭：進入的是投料(反應物)，出去的是含產品中元素的物質(流程方向)、副產物或雜質(支線方向)。(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質循環(huán)。3.流程圖中主要環(huán)節(jié)的分析(1)原料的預處理①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸等。水浸與水接觸發(fā)生反應或溶解浸出固體加水(酸)溶解得到離子酸浸在酸溶液中反應，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少②灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質在高溫下氧化、分解。③審題時要“瞻前顧后”，注意物質性質及反應原理的前后聯(lián)系。(2)核心反應——陌生方程式的書寫①氧化還原反應：熟練應用氧化還原反應規(guī)律判斷產物，并根據(jù)化合價升降相等配平。②非氧化還原反應：結合物質性質和反應實際判斷產物。(3)常用的分離方法①過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。②萃取和分液：利用溶質在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。③蒸發(fā)結晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質，如從溶液中提取NaCl。④冷卻結晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質、易水解的溶質或結晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。⑤蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。⑥冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的NH3。一、調控化學反應速率提高效率1.[2023·遼寧，16(1)]用硫酸浸取鎳鈷礦時，提高浸取速率的方法為

(答出一條即可)。

提升關鍵能力將鎳鈷礦粉碎(或浸取時攪拌或適當升高溫度)2.[2023·廣東，18(4)②]從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工藝可提取Ni、Co，并獲得高附加值化工產品。部分工藝流程如下：(NH4)2CO3會使濾泥中的一種膠狀物質轉化為疏松分布的棒狀顆粒物，從而提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是____________________________

。

減少膠狀物質對鎳、鈷氫氧化物的包裹，增加了濾泥與氨性溶液的接觸面積3.向金屬Bi中加入稀HNO3酸浸，過程中分次加入稀HNO3可降低反應劇烈程度，其原理是_______________________________________________

。

減少稀HNO3的用量，降低反應劇烈程度，使HNO3充分反應，防止揮發(fā)強調分次加入對反應的影響：①控制用量，防止過量發(fā)生副反應；②降低反應劇烈程度；③防止放熱反應溫度過高，造成副反應的發(fā)生，以及物質的揮發(fā)、分解。二、結晶與分離提純操作應用4.[2019·全國卷Ⅰ，27(4)]由硫酸鐵與硫酸銨的混合溶液，通過_________

操作，經干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。加熱濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌5.[2022·湖北，18(3)]某興趣小組取鹽湖水進行濃縮和初步除雜后，得到濃縮鹵水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+)，通過制備碳酸鋰來提取鋰的部分流程如下圖，已知“濾液2”中含有的離子為Na+、Li+、Cl-和OH-。為提高Li2CO3的析出量和純度，“操作A”依次為

、______

、洗滌。

蒸發(fā)濃縮趁熱過濾由Li2CO3的溶解度曲線可知，溫度升高，Li2CO3的溶解度降低，所以為提高Li2CO3的析出量和純度，需要在較高溫度下析出并過濾得到沉淀，即操作A依次為蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、洗滌。6.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉，并測定產品中少量碳酸氫鈉的含量，過程如下：已知：(i)當溫度超過35℃時，NH4HCO3開始分解。(ii)相關鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100gH2O)溫度/℃0102030405060NaCl35.735.836.036.336.637.037.3NH4HCO311.915.821.027.0

NaHCO36.98.29.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.2晶體A的化學式為

，晶體A能夠析出的原因是______________

。

NaHCO3在30~35℃時NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)7.[2022·福建，11(3)]以某電廠的粉煤灰為原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提鋁的部分工藝流程如右：“沉鋁”時，體系中三種物質的溶解度曲線如右圖所示，加入K2SO4沉鋁的目的是___________________________________________

，“沉鋁”的最佳方案為_______

。

多的鋁元素轉化為晶體析出，同時保證晶體純度使更加熱溶解再冷卻結晶根據(jù)“沉鋁”體系中低溫下KAl(SO4)2·12H2O溶解度最小，更容易析出，加入K2SO4沉鋁的目的是使更多的鋁元素轉化為KAl(SO4)2·12H2O析出，同時保證晶體純度；KAl(SO4)2·12H2O溶解度受溫度影響較大，“沉鋁”的最佳方案為加熱溶解再冷卻結晶。三、沉淀金屬離子和除雜條件分析8.[2021·全國乙卷，26(2)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如圖工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表。金屬離子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH3.24.711.113.8“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是

。

Fe3+、Al3+、Mg2+9.[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2+溶出液(含Mn2+、Fe2+、Al3+、Fe3+、H+等)經純化得Mn2+純化液。已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關。金屬離子沉淀的pH如下表：

Fe3+Al3+Mn2+Fe2+開始沉淀時1.53.45.86.3完全沉淀時2.84.77.88.3純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調節(jié)pH的原因：____________________________________________

。

先加MnO2，可利用溶液的酸性將Fe2+全部氧化為Fe3+，再加NH3·H2O調溶液pH≈5，將Fe3+和Al3+沉淀除去四、溫度控制分析10.TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40min所得實驗結果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉化率/%9295979388分析40℃時，TiO2·xH2O轉化率最高的原因：______________________________________________________________________________________

。

低于40℃TiO2·xH2O轉化反應速率隨溫度的升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2·xH2O轉化率下降11.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦(主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等)為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)“焙燒”產生的氣體用_______

吸收后可制取氮肥。

氨水“焙燒”產生的氣體為SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。

適當升溫、攪拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3濃度等Na2MoO4晶體析出，混入浸渣(5)“沉淀”時，加入NH4NO3的目的是____________________________

。化為沉淀析出

五、信息的提取與加工12.[2022·湖南，17(3)(4)]以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質)為原料，制備金屬鈦的工藝流程如下：已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質的沸點：物質TiCl4VOCl3SiCl4AlCl3沸點/答下列問題：(3)“除釩”過程中的化學方程式為

；“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質的方法是

。

3VOCl3+Al===3VOCl2+AlCl3蒸餾“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平化學方程式為3VOCl3+Al===3VOCl2+AlCl3；AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點差異較大，“除硅、鋁”過程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序

(填“能”或“不能”)交換，理由是_________________________________________________________

。

不能若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時需要加入Al，又引入Al雜質KESHIJINGLIAN課時精練答案12341.

答案12342.(1)四Ⅷ(2)SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl(3)焰色試驗(4)5.9×10-7

6Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O(5)abd答案12343.(1)ds

3d104s1(2)Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O(3)①使銀元素轉化為AgCl沉淀②0.5(4)0.05(5)Na2SO3高于40

℃后，Na2SO3的溶解度下降，“銀轉化”和“銀還原”的效率降低，難以實現(xiàn)連續(xù)生產答案12344.

123答案41.(2024·新課標卷，27)鈷及其化合物在制造合金、磁性材料、催化劑及陶瓷釉等方面有著廣泛應用。一種從濕法煉鋅產生的廢渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物)中富集回收得到含錳高鈷成品的工藝如圖：已知溶液中相關離子開始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5mol·L-1)時的pH：

Fe3+Fe2+Co3+Co2+Zn2+開始沉淀的pH1.56.9—7.46.2沉淀完全的pH2.88.41.19.48.2123答案4回答下列問題：(1)“酸浸”前廢渣需粉碎處理，目的是____________________________

；“濾渣1”中金屬元素主要為______。

增大固液接觸面積，加快酸浸速率，提高浸取效率Pb123答案4(2)“過濾1”后的溶液中加入MnO2的作用是_______________________

。取少量反應后的溶液，加入化學試劑

檢驗

，若出現(xiàn)藍色沉淀，需補加MnO2。

將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，以便在后續(xù)調pH時除去Fe元素K3[Fe(CN)6]溶液Fe2+123答案4(3)“氧化沉鈷”中氧化還原反應的離子方程式為____________________

、_______________________________

。

(4)“除鈷液”中主要的鹽有

(寫化學式)，殘留的Co3+濃度為

mol·L-1。

===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+

+4H+ZnSO4、K2SO410-16.7123答案4

由題中信息可知，用硫酸處理含有Co、Zn、Pb、Fe的單質或氧化物的廢渣，得到含123答案4

將溶液中Co2+氧化為Co3+，在pH=5時Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4則被還原為MnO2，123答案4

123答案42.(2023·湖北，16)SiCl4是生產多晶硅的副產物。利用SiCl4對廢棄的鋰電池正極材料LiCoO2進行氯化處理以回收Li、Co等金屬，工藝路線如下：回答下列問題：(1)Co位于元素周期表第

周期，第

族。

四Ⅷ燒渣經水浸、過濾后得濾液1和濾餅1，濾餅1的主要成分是SiO2和H2SiO3；濾液1用氫氧化鈉溶液沉鈷，過濾后得濾餅2[主要成分為Co(OH)2]和濾液2(主要溶質為LiCl)；濾餅2置于空氣中在850

℃煅燒得到Co3O4；濾液2經碳酸鈉溶液沉鋰，得到濾液3和濾餅3，濾餅3為Li2CO3。Co是27號元素，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。由流程和題中信息可知，LiCoO2粗品與SiCl4在500

℃焙燒時生成氧氣和燒渣，燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物；123答案4123答案4(2)燒渣是LiCl、CoCl2和SiO2的混合物，“500℃焙燒”后剩余的SiCl4應先除去，否則水浸時會產生大量煙霧，用化學方程式表示其原因__________________________。

SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HClSiCl4遇水劇烈水解，化學方程式為SiCl4+3H2O===H2SiO3+4HCl。123答案4(3)鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2CO3常用方法的名稱是

。

焰色試驗常用焰色試驗鑒別Li2CO3和Na2CO3。123答案4(4)已知Ksp[Co(OH)2]=5.9×10-15，若“沉鈷過濾”的pH控制為10.0，則溶液中Co2+濃度為____________mol·L-1?！?50℃煅燒”時的化學方程式為

。

5.9×10-76Co(OH)2+O22Co3O4+6H2O123答案4

123答案4(5)導致SiCl4比CCl4易水解的因素有

(填標號)。

a.Si—Cl鍵極性更大 b.Si的原子半徑更大c.Si—Cl鍵鍵能更大 d.Si有更多的價層軌道abd屬性弱，Si—Cl鍵的極性強，分子中Si原子帶有一定的正電荷，容易受到極性強的H2O的吸引，使之容易水解；c項，Si—Cl鍵鍵能更大，更穩(wěn)定，與水解無關，d項，Si位于第三周期，3d軌道更易和H2O分子中的O原子配位。a項，Si—Cl鍵極性更大，易受到極性強的H2O的影響，易水解；b項，Si的原子半徑大，非金123答案43.(2024·湖南，16)銅陽極泥(含有Au、Ag2Se、Cu2Se、PbSO4等)是一種含貴金屬的可再生資源，回收貴金屬的化工流程如右：123答案已知：①當某離子的濃度低于1.0×10-5mol·L-1時，可忽略該離子的存在；②AgCl(s)+Cl-(aq)

[AgCl2]-(aq)

K=2.0×10-5；③Na2SO3易從溶液中結晶析出；④不同溫度下Na2SO3的溶解度如下：溫度/℃020406080溶解度/g14.426.137.433.229.04回答下列問題：(1)Cu屬于

區(qū)元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為

。

ds3d104s1123答案4

有Au、AgCl、PbSO4；濾渣1中加入NaClO3、H2SO4、NaCl，將Au轉化為Na[AuCl4]除去，濾液2中含有Na[AuCl4]，濾渣2中含有AgCl、PbSO4；在濾渣2中加入Na2SO3，進行銀轉化，過濾除去PbSO4，濾液3中加入Na2S2O4，將Ag元素還原為Ag單質，Na2S2O4轉化為Na2SO3，濾液4中溶質主要為Na2SO3，可繼續(xù)進行銀轉化過程。123答案4Cu的原子序數(shù)為29，位于第四周期第ⅠB族，屬于ds區(qū)元素，其基態(tài)原子的價電子排布式為3d104s1。123答案4(2)“濾液1”中含有Cu2+和H2SeO3，“氧化酸浸”時Cu2Se反應的離子方程式為

。

Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O123答案4

123答案4(3)“氧化酸浸”和“除金”工序均需加入一定量的NaCl：①在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是__________________

。

使銀元素轉化為AgCl沉淀在“氧化酸浸”工序中，加入適量NaCl的原因是使銀元素轉化為AgCl沉淀。123答案4②在“除金”工序溶液中，Cl-濃度不能超過

mol·L-1。

0.5123答案4由題目可知AgCl(s)+Cl-(aq)[AgCl2]-(aq)，在“除金”工序溶液中，若Cl-加入過多，AgCl則會轉化為[AgCl2]-，當某離子的濃度低于

123答案4

0.05123答案4

123答案4(5)濾液4中溶質主要成分為

(填化學式)；在連續(xù)生產的模式下，“銀轉化”和“銀還原”工序需在40℃左右進行，若反應溫度過高，將難以實現(xiàn)連續(xù)生產，原因是______________________________________