高考化學(xué)三輪沖刺 專題復(fù)習(xí)6 化工流程中的除雜和結(jié)晶學(xué)案

1、化工流程中的除雜和結(jié)晶1、教學(xué)內(nèi)容分析：本內(nèi)容以元素化合物性質(zhì)為核心、以化工生產(chǎn)為背景，以無(wú)機(jī)化工工藝流程呈現(xiàn)方式考察，流程一般分為三個(gè)過(guò)程：原料處理階段、分離提純階段、獲得產(chǎn)品階段。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即為利用原材料，通過(guò)除雜、分離和提純來(lái)獲得產(chǎn)品。明確流程中除雜試劑、分離和提純方法是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。2、相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)：（1）物質(zhì)除雜原則（2）化工工藝流程常見除雜方法（3）物質(zhì)分離常用方法3、高考情況分析：2015年全國(guó)甲卷27（3）（4）2017年全國(guó)甲卷27（3）2015年全國(guó)乙卷27（3）2017年全國(guó)丙卷27（2）（3）（4） 【引出問(wèn)題1】（2018年深圳一模改編）某火電廠收捕到的粉煤灰的主要

2、成分為SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小組對(duì)其進(jìn)行綜合處理的流程如下： Fe3+Fe2+A13+Mg2+開始沉淀pH1.56.33.49.1完全沉淀pH2.88.34.711.1回答下列問(wèn)題：（1）濾渣的主要成分是_；寫出操作的名稱：_。（2）所得TiO2xH2O沉淀進(jìn)行酸洗的目的為_。（3）加入雙氧水的目的是_；為使濾渣2沉淀完全，需調(diào)pH范圍為_。分析：（1）SiO2不與硫酸反應(yīng)，且難溶于水，無(wú)物質(zhì)與硫酸生產(chǎn)難溶物，故濾渣1的成分為SiO2；依箭頭所示，操作后得到濾液和TiO2xH2O晶體，固液分離，即為過(guò)濾。（2） TiO2xH2O表面可能粘附Fe2+（

3、主）、A13+、Mg2+等易水解離子，故可用酸洗洗去粘附的FeSO4，防止FeSO4水解，提高TiO2xH2O的純度。（3） 濾液2中含有Fe2+，氧化成Fe3+較易除去。明確濾液2中所含溶質(zhì)離子及水解程度大小比較和pH的關(guān)系，即可得出答案。答案：（1）SiO2、過(guò)濾 （2）洗去粘附的FeSO4，防止FeSO4水解，提高TiO2xH2O的純度。（3）將Fe2+氧化成Fe3+，易于除去；4.79.1?？挤ㄖ笇?dǎo)：（1）工藝流程中常見分離方法：過(guò)濾、蒸餾、萃取、升華。依據(jù)箭頭和物質(zhì)的物理性質(zhì)判斷流程選擇的方法。（2）添加的物質(zhì)通常以溶解試劑、沉淀劑、還原劑和氧化劑為主，明確流程此步驟的具體目的是關(guān)鍵

4、。（3）注意流程中的一些關(guān)鍵詞：例如酸浸、過(guò)濾、調(diào)pH、濾渣、濾液等。小結(jié)：分析流程步驟，可從幾個(gè)方面思考流程：反應(yīng)物是什么、發(fā)生了什么反應(yīng)、該反應(yīng)造成了什么后果、對(duì)制造產(chǎn)品有什么作用？抓住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。變式訓(xùn)練1：（2012廣東32，改編）難溶性雜鹵石（K2SO4MgSO42CaSO42H2O）屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡：K2SO4MgSO42CaSO42H2O（s）2Ca2+ + 2K+ + Mg2+ + 4SO42+ 2H2O 為能充分利用鉀資源，用飽和Ca(OH) 2溶液浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下：（1） 加入Ca（OH）2的目的是 。（3

5、）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入 溶液，經(jīng)攪拌等操作后， ，再加入 溶液調(diào)濾液PH至中性。提示：“除雜”環(huán)節(jié)中為了除去什么雜質(zhì)？加什么物質(zhì)即可除去雜質(zhì)又不引入新雜質(zhì)？答案：（1）除去溶液中的 Mg2+ （3）K2CO3、過(guò)濾、稀H2SO4 變式訓(xùn)練2：（2017國(guó)丙27改編）重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦主要成分為FeOCr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示： 回答下列問(wèn)題：（1）步驟的主要反應(yīng)為FeOCr2O3Na2CO3NaNO3Na2CrO4Fe2O3CO2NaNO2（2）濾渣1中含量最多的金屬元素是_，濾渣2的主要成分是_及含硅雜質(zhì)。（3）步驟調(diào)濾液2的pH使

6、之變_(填“大”或“小”)。分析：步驟給出了主要物質(zhì)和主要反應(yīng)，結(jié)合中的關(guān)鍵詞：水浸和過(guò)濾，不難判斷濾渣1和濾液1的成分。通過(guò)調(diào)pH=7和過(guò)濾得到濾渣2和濾液2，結(jié)合濾液1成分和生產(chǎn)目的可知濾渣2為Al(OH)3。答案：（2）Fe、Al(OH)3 （3）小 考點(diǎn)：過(guò)濾、調(diào)pH除雜、結(jié)晶變式訓(xùn)練3：（2017北京26改編）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)3161412熔點(diǎn)/6925193304714在

7、TiCl4中的溶解性互溶微溶難溶氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)_得到粗TiCl4混合液，則濾渣中含有_。（2）精制過(guò)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_。分析：明確TiCl4混有的雜質(zhì)，從給出的資料中獲取TiCl4及所含雜質(zhì)氯化物的性質(zhì)差異，利用蒸餾的原理分離和提純。答案：（1）過(guò)濾；MgCl2、AlCl3、FeCl3（2）SiCl4；高于136，低于181考點(diǎn)：蒸餾歸納總結(jié)：當(dāng)遇到混合物的除雜、分離和提純這一類題時(shí)，我們一定要認(rèn)真在題目中找出要得到的主要物質(zhì)是什么，混有的雜質(zhì)有哪些，認(rèn)真分析當(dāng)加入某一試劑后，能與什么物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成了什么產(chǎn)物，要用什么

8、樣的方法才能將雜質(zhì)除去？這里特別要注意蒸發(fā)與結(jié)晶的方法。跟進(jìn)練習(xí)：1：（2017海南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(guò)程如圖所示： 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(wèn)題：（1）“酸解”時(shí)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(shí)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 。分析：目標(biāo)產(chǎn)物是MgSO47H2O，在不引入雜質(zhì)的情況下選擇硫酸，依據(jù)鎂泥的主要成分，SiO2不溶于硫酸，溶液中的Ca

9、2+會(huì)與硫酸反應(yīng)生成CaSO4沉淀，則可知濾渣1主要成分。次氯酸鈣有強(qiáng)氧化性，氧化鎂為了調(diào)pH值，可推斷次氯酸鈣是為了氧化溶液中的Fe2+，調(diào)pH值是為了沉淀溶液中Fe3+和Al3+。答案：（1）濃硫酸；SiO2、CaSO4（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(wú)色。小結(jié)：調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般滿足兩點(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(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH值。2（2014安徽27改編）LiPF6是鋰離子電池中廣泛應(yīng)用的電解質(zhì)。某工廠用LiF、PCl5為原料，低溫

10、反應(yīng)制備LiPF6，其流程如下：已知：HCl的沸點(diǎn)是85.0，HF的沸點(diǎn)是 19.5。（3）第步分離采用的方法是 ；第步分離尾氣中HF、HCl采用的方法是 。提示：第步從流程看顯然是得到了固體和濾液，從流程和已知中獲取信息判斷步驟答案：（3）過(guò)濾；冷凝3（2013國(guó)乙36）草酸（乙二酸）可作還原劑和沉淀劑，用于金屬除銹、織物漂白和稀土生產(chǎn)。一種制備草酸（含2個(gè)結(jié)晶水）的工藝流程如下：回答下列問(wèn)題：（2）該制備工藝中有兩次過(guò)濾操作，過(guò)濾操作的濾液是 ，濾渣是 ；過(guò)濾操作的濾液是 和，濾渣是。 答案：（2）NaOH溶液；CaC2O4；H2C2O4溶液；H2SO4溶液；CaSO4【引出問(wèn)題2】（20

11、17國(guó)丙27改編）重鉻酸鉀是一種重要的化工原料，一般由鉻鐵礦制備，鉻鐵礦主要成分為FeOCr2O3，還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如圖所示：（4）有關(guān)物質(zhì)的溶解度如圖所示。向“濾液3”中加入適量KCl，_、_、_得到K2Cr2O7固體。冷卻到_(填標(biāo)號(hào))得到的K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多。 a80 b60 c40 d10分析：為得到K2Cr2O7固體產(chǎn)品最多，那應(yīng)該使K2Cr2O7的溶解度盡可能小，其余物質(zhì)溶解度盡可能大，結(jié)合圖像可知溫度較低易于K2Cr2O7析出。答案：（4）蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾、d歸納總結(jié)：混合溶液中可先對(duì)比各物質(zhì)溶質(zhì)的量和溶解度的多少，結(jié)合操作目的，選擇蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶

12、或趁熱過(guò)濾。變式訓(xùn)練1：（2018年深圳一模）某火電廠收捕到的粉煤灰的主要成分為SiO2、A12O3、FeO、Fe2O3、MgO、TiO2等。研究小組對(duì)其進(jìn)行綜合處理的流程如下： 回答下列問(wèn)題：（5）實(shí)驗(yàn)室用MgCl2溶液制備MgCl27H2O，在不斷滴加濃鹽酸或通入HCl后，需要進(jìn)行的操作是_、_、_、干燥。答案：（5）蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾變式訓(xùn)練2：（2013四川11改編）明礬石經(jīng)過(guò)處理后得到明礬KAl(SO4)212H2O。從明礬制備Al、K2SO4和H2SO4的工藝過(guò)程如下所示：焙燒明礬的化學(xué)方程式為：4KAl(SO4)212H2O + 3S = 2K2SO4 + 2Al2O3 +

13、 9SO2 + 48H2O請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（2）從水浸后的濾液中得到K2SO4晶體的方法是 。答案：（2）蒸發(fā)結(jié)晶變式訓(xùn)練3：（2013廣東32）銀銅合金廣泛用于航空工業(yè)。從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如下： Cu(OH)2在800C以上分解；Al(OH)3在3000C以上分解（5）CuSO4溶液也可用于制備膽礬，其基本操作是 、過(guò)濾、洗滌和干燥。答案：（5）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶變式訓(xùn)練4：（2016北京27）以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和H2SO4為原料，制備高純PbO，實(shí)現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下： （3） PbO溶解在NaOH溶液中

14、，存在平衡：PbO（s）+NaOH（aq）NaHPbO2（aq），其溶解度曲線如圖所示。 過(guò)程的目的是提純。結(jié)合上述溶解度曲線，簡(jiǎn)述過(guò)程的操作：_。答案：（3）將粗PbO溶解在一定量35%NaOH溶液中，加熱至110，充分溶解后，趁熱過(guò)濾，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾、洗滌并干燥得到PbO固體。【規(guī)律方法總結(jié)】1、單一溶質(zhì)溶液：所得晶體不帶結(jié)晶水：蒸發(fā)、結(jié)晶所得晶體帶結(jié)晶水：蒸發(fā)濃縮（至有晶膜出現(xiàn)）、冷卻晶體、過(guò)濾。2、混合溶液：溶解度隨溫度升高而增大的晶體：蒸發(fā)濃縮（至有晶膜出現(xiàn)）、冷卻晶體、過(guò)濾、洗滌（冰水洗、熱水洗、乙醇洗）、干燥。溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體：蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾、洗滌

15、、干燥。3、注意問(wèn)題： 考慮物質(zhì)是否受熱分解；考慮金屬離子是否水解。跟進(jìn)練習(xí)：1（2013江蘇19）檸檬酸亞鐵(FeC6H6O7)是一種易吸收的高效鐵制劑，可由綠礬(FeSO47H2O)通過(guò)下列反應(yīng)制備：FeSO4+Na2CO3=FeCO3+Na2SO4 FeCO3+C6H8O7=FeC6H6O7+CO2+H2O某研究性學(xué)習(xí)小組欲從硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、SiO2、Al2O3 )出發(fā)，先制備綠礬，再合成檸檬酸亞鐵。請(qǐng)結(jié)合右圖的綠礬溶解度曲線，補(bǔ)充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO47H2O晶體的實(shí)驗(yàn)步驟(可選用的試劑：鐵粉、稀硫酸和NaOH溶液)：向一定量燒渣中加入足量的稀硫酸充分反應(yīng)，過(guò)

16、濾，向?yàn)V液中滴加過(guò)量的NaOH溶液，過(guò)濾，充分洗滌固體，向固體中加入足量稀硫酸至固體完全溶解，再加入足量的鐵粉，充分?jǐn)嚢韬?，過(guò)濾，得到FeSO4溶液，滴加稀硫酸酸化，得到FeSO47H2O晶體。答案：（5）加熱濃縮得到 60飽和溶液，冷卻至 0結(jié)晶，過(guò)濾，少量冰水洗滌，低溫干燥常見除雜和結(jié)晶解題思路歸納：2（2017海南17改編）以工業(yè)生產(chǎn)硼砂所得廢渣硼鎂泥為原料制取MgSO47H2O的過(guò)程如圖所示： 鎂泥的主要成分如下表：MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%40%20%25%5%15%2%3%1%2%1%2%MgSO4和CaSO4在不同溫度下的溶解度如下表：S(g)

17、/T()2550607090MgSO411.623.332.538.142.5CaSO40.20280.18170.16320.15690.1492回答下列問(wèn)題：（4）分離濾渣3應(yīng)趁熱過(guò)濾的原因是 。答案：（4） 溫度對(duì)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(guò)濾方法除去硫酸鈣。3（2015天津09）廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物，其中銅的含量達(dá)到礦石中的幾十倍。濕法技術(shù)是將粉碎的印刷電路板經(jīng)溶解、萃取、電解等操作得到純銅等產(chǎn)品。某化學(xué)小組模擬該方法回收銅和制取膽礬，流程簡(jiǎn)圖如下： 回答下列問(wèn)題： （4）操作由硫酸銅溶液制膽礬的主要步驟是 。答案：（4

18、）加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾【課后練習(xí)】：1（2016江蘇19）實(shí)驗(yàn)室以一種工業(yè)廢渣（主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物）為原料制備MgCO33H2O。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下： （3）用右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行萃取分液，以除去溶液中的Fe3+。為使Fe3+盡可能多的從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相，采取的操作：向裝有水溶液的儀器A中加入一定量的有機(jī)萃取劑， 、靜置、分液，并重復(fù)多次。（4）請(qǐng)補(bǔ)充完整由萃取后得到的水溶液制備MgCO33H2O的實(shí)驗(yàn)方案：邊攪拌邊向溶液中滴加氨水， ，過(guò)濾、用水洗滌固體23次，在50下干燥，得到MgCO33H2O。已知該溶液中pH=8.5時(shí)Mg(OH)2開始沉淀；p

19、H=5.0時(shí)Al(OH)3沉淀完全?！敬鸢浮浚?） 充分振蕩（4）至5pH8.5，過(guò)濾，邊攪拌邊向?yàn)V液中滴加Na2CO3溶液至有大量沉淀生成，靜置。2（2015國(guó)乙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(wèn)題：（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_（化學(xué)式）。（3）“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是。然后在調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是。答案：（2） Fe3O4；SiO2和CaSO4（3）將Fe

20、2+氧化成Fe3+；使Fe3+與Al3+形成氫氧化物沉淀而除去4（2015山東31）毒重石的主要成分BaCO3（含Ca2+、Mg2+、Fe3+等雜質(zhì)），實(shí)驗(yàn)室利用毒重石制備BaCl22H2O的流程如下:Ca2+Mg2+Fe3+開始沉淀時(shí)的pH11.99.11.9完全沉淀時(shí)的pH13.911.13.2（3） 加入NH3H2O調(diào)節(jié)pH=8可除去 （填離子符號(hào)），濾渣中含 （填化學(xué)式）。答案：（2）Fe3+；Mg(OH)2、Ca(OH)2；5(2013國(guó)甲27)氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級(jí)氧化鋅（含有Fe（）Mn（II）、Ni（II）等雜質(zhì)）的流程如下：提示：在本實(shí)驗(yàn)條

21、件下，Ni（II）不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）反應(yīng)中除掉的雜質(zhì)離子是 。（2）反應(yīng)過(guò)濾得到的濾渣中，除了過(guò)量的鋅外還有 。答案：（1）Fe2+和Mn2+ （2）鎳6（2013北京27）用含有A12O3、SiO2和少量FeOxFe2O3的鋁灰制備A12(SO4)318H2O，工藝流程如下（部分操作和條件略）：向鋁灰中加入過(guò)量稀H2SO4，過(guò)濾；向?yàn)V液中加入過(guò)量KMnO4溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH約為3；加熱，產(chǎn)生大量棕色沉淀，靜置，上層溶液呈紫紅色；加入MnSO4至紫紅色消失，過(guò)濾；濃縮、結(jié)晶、分離，得到產(chǎn)品。（3）已知：生成氫氧化物沉淀的pHAl(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3開始沉淀時(shí)3.46.31.5完全沉淀時(shí)4.78.32.8注：金屬離子的起始濃度為0.1molL-1根據(jù)表中數(shù)據(jù)解釋步驟的目的： 。答案：（3）pH約為3時(shí)，F(xiàn)e2+和Al3+不能形成沉淀，將Fe2+氧化為Fe3+，可使鐵完全沉淀7（2014山東32）工業(yè)上用重鉻酸鈉（Na2Cr2O7）結(jié)晶后的母液（含少量雜質(zhì)Fe3+）生產(chǎn)重鉻酸鉀（K2Cr2O7）。工藝流程及相關(guān)物質(zhì)溶解度曲線如圖： （1）由Na2Cr2O7生產(chǎn)K2Cr2O7，通過(guò)冷卻結(jié)晶析出大量K2Cr2O7的原因是_。（2）向Na2Cr2O7母液中加堿液調(diào)PH的目的是_。（3）固體A主要為_（填化學(xué)式），固體B主要