（通用版）2020高考化学一轮复习第四章非金属及其化合物4.12题型研究“无机化工流程题”解题指导学案（含解析）.doc

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1、1第 12 课时 题型研究“无机化工流程题”解题指导无机化工流程题是以实际的工业生产过程为背景，以解决化学实际问题为思路设置问题，通常以流程图的形式呈现生产过程，有时还结合表格和图像提供多种信息。试题的结构通常分为题头、流程和设问三部分。题头一般是简单介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)；流程部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；设问主要是根据生产过程中涉及的化学知识来设置，从而组成一道完整的化学试题。从要解决的问题看，这类试题通常有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某种物质；二是利用某些物质制备另一物质。1化工生产的一般流程2试题的设问角度化工流程题的考点

2、主要从以下 6 点设置：(1)基本操作除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述。 (2)物质的分离与提纯通过调节 pH 使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等。(3)化学反应速率与化学平衡理论的运用例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等。(4)化学方程式或离子方程式的书写根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。(5)环境与绿色化学

3、思想流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、 “三废”的来源、对环境的影响及处理措施等。(6)化学计算联系原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；联系溶液配制、滴定操2作测定样品中某元素含量或产品纯度；联系溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的 pH 等。题型一 以物质制备为目的工艺流程1工艺流程中的常见专业术语释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，

4、包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少滴定 定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节 pH、促进水解(沉淀)2工艺流程题中常见问题的答题方向常见问题 答题要考虑的角度分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩冷却结晶过滤(洗涤、干燥)提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)在空气中或

5、特定气体中进行的反应或操作要考虑 O2、H 2O、CO 2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作 23 次判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的 pH调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)3“酸作用”还可除去氧化物(膜)“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)使化学平衡移动；控制化学反应的方向控制固体的溶解与结晶控制反应速率：使催化剂

6、达到最大活性升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离典例 1 (2018全国卷)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子 c0(Mn )0.1 molL 1 形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子 Fe3 Fe2 Zn2 Cd2开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2外还有_；氧

7、化除杂工序中 ZnO 的作用是_，若不通入氧气，其后果是_。(3)溶液中的 Cd2 可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为_；沉积锌后的电解液可返回_工序继续使用。解题流程4答案 (1)ZnS O2 ZnOSO 2(或32 = = = = =焙 烧 2ZnS3O 2 2ZnO2SO 2)= = = = =焙 烧 (2)PbSO4 调节溶液的 pH 无法除去杂质 Fe2(3)Cd2 Zn= =CdZn 2(4)Zn2 2e =Zn 溶浸备考方略 解答化工流程题的基本步骤(1)从题干中获取有用信息，阅读题干时要随手画出目的及相关信息，

8、了解反应物是什么，产品是什么，主要分析出产品中各个元素的来源，即分析“元素流向” 。(2)了解流程中一些实验操作的目的，通常都是为了净化原料或者提纯产品。(3)对反应条件的分析可从以下几个方面着手：对反应速率有何影响；对平衡转化率有何影响；对综合生产效益有何影响(从原料来源、能源成本、环境保护、循环利用方面考虑)。5对点练 1 3PbOPbSO 4H2O 化学名：三盐基硫酸铅，简称三盐， M990 gmol1 。不溶于水，微黄色粉末，可用作聚氯乙烯稳定剂。以铅泥(含 PbO、Pb 及 PbSO4等)为原料制备三盐基硫酸铅的工艺流程如图所示。已知：PbSO 4的 Ksp1.8210 8 ，PbC

9、O 3的 Ksp1.46210 13 。请回答下列问题：(1)铅蓄电池其工作原理是 PbPbO 22H 2SO4 2PbSO42H 2O。充电时，阳极的 放 电 充 电电极反应式为_。(2)步骤转化的目的是_，将滤液 1、滤液 3 合并，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤等操作，可得到一种结晶水合物( M322 gmol1 )，其化学式为_；滤液 2 中可循环利用的溶质为_(填化学式)。(3)沉铅的滤液中 c(Pb2 )9.1010 5 molL1 ，则此时 c(SO )24_molL 1 。(4)步骤合成三盐的化学方程式为_；步骤洗涤沉淀时的操作是_；若以 100.0 t 铅泥为原料制得纯净干燥的三

10、盐 49.5 t，假设铅泥中的铅元素有 90%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为_。解析：(1)铅蓄电池充电时，阳极发生氧化反应，其电极反应式为PbSO42H 2O2e =PbO2SO 4H 。(2)步骤加入 Na2CO3溶液能将 PbSO4转化为24PbCO3，可以提高铅元素的利用率。结合上述分析可知滤液 1、滤液 3 中均含有 Na2SO4，再结合所得晶体的摩尔质量可知析出的晶体为 Na2SO410H2O。滤液 2 中的 HNO3可循环使用。(3)沉铅后滤液中 c(Pb2 )9.1010 5 molL1 ，则滤液中 c(SO ) 24Ksp(PbSO4)c(Pb2 )molL1 2.0

11、104 molL1 。(4)步骤 中加入 NaOH 溶液，使 PbSO41.8210 89.1010 5转化成三盐，化学方程式为4PbSO46NaOH 3PbOPbSO4H2O3Na 2SO42H 2O。沉淀表面有 Na2SO4等= = = = =50 60 杂质，洗涤沉淀时，向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作23 次即可。设铅泥中铅元素的质量分数为 x，根据关系式：64Pb 3PbOPbSO 4H2O4 mol207 gmol1 990 g1000 t x90% 49.5 t则 ，解得 x46.0%。4 mol207 gmol 1100.0 tx90% 990 g4

12、9.5 t答案：(1)PbSO 42H 2O2e =PbO2SO 4H 24(2)将 PbSO4转化为 PbCO3，提高铅元素的利用率 Na 2SO410H2O HNO 3(3)2.0104(4)4PbSO46NaOH 3PbOPbSO4H2O3Na 2SO42H 2O 向漏斗中加蒸= = = = =50 60 馏水至浸没沉淀，让蒸馏水自然流下，并重复上述操作 23 次 46.0%题型二 以分离提纯为目的工艺流程1物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作除杂加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。如：除去含 Cu2 溶液中混有的 Fe3 ，可加入 CuO、Cu(OH) 2、Cu 2(OH)

13、2CO3等来调节溶液的 pH加热加快反应速率或使平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如 H2O2、Ca(HCO 3)2、KMnO 4、AgNO 3、HNO 3(浓)等物质降温 防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向移动固液分离过滤分离液液分离：a.有溶解度差异结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干；蒸发结晶、趁热过滤)b.有溶解性差异(萃取)分液c.有沸点差异蒸馏2获得产品阶段的主要操作水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在

14、洗涤过程中的溶解损耗(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)洗涤(冰水、热水、有机溶剂)醇洗(常用于溶解度较大的物质)：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗(若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使其尽快干燥)蒸发时的气 如从溶液中析出 FeCl3、AlCl 3、MgCl 2等溶质时，应在 HCl 的气流中加热，以7体氛围抑制水解防其水解蒸发浓缩、冷却结晶如 K2Cr2O7和少量 NaCl 的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是 K2Cr2O7，母液中是 NaCl 和少量 K2Cr2O7，这样就可分离出大部分 K2Cr2O7；同样原理可

15、除去 KNO3中的少量 NaCl蒸发结晶、趁热过滤如 NaCl 和少量 K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是 NaCl，母液中是 K2Cr2O7和少量 NaCl；同样原理可除去 NaCl 中的少量 KNO3典例 2 (2016全国卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收 V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3质量分数/%2.22.9 2.83.1 2228 6065 12 1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列

16、问题：(1)“酸浸”时 V2O5转化为 VO ，反应的离子方程式为_， 2同时 V2O4转化成 VO2 。 “废渣 1”的主要成分是_。 (2)“氧化”中欲使 3 mol 的 VO2 变为 VO ，则需要氧化剂 KClO3至少为_ 2mol。(3)“中和”作用之一是使钒以 V4O 形式存在于溶液中。 “废渣 2”中含有412_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV 4O R4V4O124OH (ROH412 离 子 交 换 洗 脱为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸” “碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸

17、铵(NH 4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：8_。解题流程 答案 (1)V 2O52H =2VO H 2O SiO 2 2(2)0.5 (3)Fe(OH) 3和 Al(OH)3 (4)碱 (5)K (6)2NH 4VO3 V2O5H 2O2NH 3= = = = =高 温 对点练 2 湿法炼锌产生的铜镉渣主要含锌、镉(Cd)、铜、铁、钴(Co)等金属单质。利用铜镉渣可生产 Cu、Cd 及 ZnSO47H2O 等，其生产流程如图：如表是部分金属离子生成氢氧化物沉淀的 pH(开始沉淀的 pH 按金属离子浓度为 0.1 9molL1 计算)：氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2

18、 Cd(OH)2 Zn(OH)2开始沉淀的 pH 1.9 7.0 7.2 5.4沉淀完全的 pH 3.2 9.0 9.5 8.2请回答下列问题：(1)提高铜镉渣的“浸出”速率的措施有_(写出 1条即可)。(2)Fe 的金属性比 Co 强，该流程中“除钴”_(填“能”或“不能”)用 Zn 代替 Fe， “除钴”中 Fe 发生反应的离子方程式是_。(3)“除铁”操作中加入 H2O2的目的是_，加入 ZnO的目的是调节溶液 pH，以除去溶液中的铁元素，调节溶液 pH 的范围为_， “除铁”操作中的沉淀成分是_(写化学式)。(4)“电解”操作中，Cd 2 在_极放电得到金属 Cd，电极反应式是_。(5

19、)“电解”后的电解废液是 ZnSO4溶液，用该电解废液制备 ZnSO47H2O 的方法是_。(6)“除钴”后的含钴废渣在空气中煅烧，煅烧后的成分测定如表：元素 Co Zn Cu Fe含量/% 59.00 0.52 0.20 13.16则煅烧后所得固体混合物中，钴氧化物的化学式是_。解析：(1)升高温度、增大反应物表面积等均可提高反应速率。(2)因 Zn 的金属性比Fe 强，故可用 Zn 代替铁除钴。除钴中 Fe 与 Co2 发生置换反应生成 Fe2 和 Co。(3)H 2O2可氧化 Fe2 ，使之转化为 Fe3 。根据表格中的数据，可知欲除去溶液中的铁元素，需加入ZnO 调节溶液 pH 的范围

20、为 3.25.4，此时 Fe3 完全转化成 Fe(OH)3 沉淀。(4)电解操作中Cd2 在阴极得电子生成单质 Cd。(5)从 ZnSO4溶液中制备 ZnSO47H2O 的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(6)由题意知，煅烧后所得固体为钴氧化物、ZnO、CuO、Fe 2O3的混合物，设煅烧后所得固体质量为 100 g，结合题表中的数据可知，钴氧化物中 m(O)100 g59.00 g81 gmol1 80 gmol1 160 0.52 g65 gmol 1 0.20 g64 gmol 1gmol1 21.302 g，则钴氧化物中 n(O) 1.33 13.16 g112 gmol 1 21.302 g16 gmol 1mol， n(Co) 1.00 mol，故钴氧化物的化学式为 Co3O4。59.00 g59 gmol 1答案：(1)适当升高浸取液温度(或将铜镉渣磨制成粉末等) (2)能 10FeCo 2 =Fe2 Co(3)将 Fe2 氧化成 Fe3 3.25.4 Fe(OH) 3(4)阴 Cd 2 2e =Cd(5)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 (6)Co 3O4