知識講解 無機化工生產(chǎn)流程專題（基礎(chǔ)）

1、.無機化工消費流程專題根底撰稿：房鑫 審稿：曹玉婷【高考展望】一、考綱要求結(jié)合海水、金屬礦物等自然資源綜合利用的實例，理解運用物質(zhì)性質(zhì)和反響規(guī)律能實現(xiàn)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。認(rèn)識化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測與保護中的重要作用。二、高考動向 化工流程題關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境，它以化工流程為背景素材，將工業(yè)消費中的真實情況以信息的形式給出，運用中學(xué)化學(xué)中涉及到的元素化合物知識、化學(xué)反響原理、化學(xué)實驗技能、化學(xué)計算來解決化工消費實際問題的綜合類題型。與無機框圖推斷題不同，流程類試題摒棄虛擬的框圖，其優(yōu)點是：素材來源廣泛，工業(yè)流程、最新科技成果信手拈來；流程中超綱的可以不設(shè)問，提問靈敏，不受素材限制，有

2、些小問的答案設(shè)計為開放或半開放也很方便；流程圖只提供一個素材背景，即使其中某些物質(zhì)推不出也不影響后面要答復(fù)的問題，減少了“連帶丟分，降低了猜題押題的風(fēng)險。流程類試題最早出如今上海高考試題中，隨后在江蘇和廣東乃至全國更多省市高考試題中相繼出現(xiàn)并逐步替代了無機框圖推斷題。 這些試題的出現(xiàn)是新課程改革催生的必然結(jié)果，試題一方面可以凸現(xiàn)出新課程所強調(diào)的根底性、選擇性和時代性STSE，能關(guān)注學(xué)生的個性開展，另一方面可以突出對學(xué)生素質(zhì)的考察，表達高中化學(xué)新課程的根本理念。這些試題都有著共同的特性，即“以才能測試為主導(dǎo)，考察考生對根底知識、根本技能和方法的掌握程度以及運用所學(xué)知識分析、解決化學(xué)詳細(xì)問題的才能

3、，重視理論聯(lián)絡(luò)實際。關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)開展，具有很高的區(qū)分度和很好的選拔功能。 【方法點撥】【高清課堂：408780工業(yè)流程題考點規(guī)律及如何解讀流程圖】一、化工流程圖的一般形式 工業(yè)流程題目在流程上一般分為三個過程：原料處理別離提純獲得產(chǎn)品要點詮釋：1、規(guī)律：主線主產(chǎn)品，分支副產(chǎn)品，回頭為循環(huán)。2、核心考點：物質(zhì)的分離操作、除雜試劑的選擇、生成條件的控制等。3、原料預(yù)處理初步別離1起到富集反響物的作用：在無機題中，原材料是一種混合物，可能是礦石、某工廠廢料或發(fā)生變質(zhì)的材料等，整個實驗過程或反響流程就是別離提純，想方法提取有效元素。2工業(yè)流程常見的操作與名詞：研礦

4、：增大接觸面積，使反響充分，進步反響速率溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等有時可用堿溶，如鋁礦溶解。水浸：與水接觸反響或溶解。浸出：固體加水酸溶解得到離子浸出。浸出率：固體溶解后離子在溶液中的含量的多少更多轉(zhuǎn)化 。酸浸：在酸溶液中反響使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程。焙燒、灼燒或煅燒構(gòu)造改變更易溶解浸出；使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解吹出利用空氣吹出溶液中的氣體調(diào)pH值除雜：控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。4、中間產(chǎn)品、終極產(chǎn)品的別離提純 1物理方法：溶解過濾、水洗、結(jié)晶、蒸餾 、萃取分液、升華、液化、鹽析、滲析法 、電滲析、離子交換、吸附法、浮選

5、法 2化學(xué)方法：熱分解法，酸、堿處理法，沉淀法 ，氧化復(fù)原法、電解法 二、分析流程題需要的一般思路流程類試題的構(gòu)造分題頭、題干和題尾三部分。題頭一般是簡單介紹實驗?zāi)康暮驮砘蚬に囅M的原材料和工藝消費的目的包括附產(chǎn)品；題干部分主要用框圖形式將操作或物質(zhì)轉(zhuǎn)換或原料到產(chǎn)品的主要消費工藝流程表示出來；題尾主要是根據(jù)流程中涉及到的化學(xué)知識設(shè)制成系列問題，構(gòu)成一道完好的化學(xué)試題。 解答流程題的一般思路是：閱讀全題，確定該流程的目的，看懂消費流程圖；理解流程圖以外的文字描繪、表格信息、后續(xù)設(shè)問中的提示性信息，并在下一步分析和解題中隨時進展聯(lián)絡(luò)和調(diào)用；解析流程圖并考慮從原料到產(chǎn)品依次進展了什么反響，利用了什

6、么原理。每一步操作進展到什么程度最正確，每一步除目的物質(zhì)外還產(chǎn)生了什么雜質(zhì)或副產(chǎn)物，雜質(zhì)或副產(chǎn)物是怎樣除去的等等。要抓住一個關(guān)鍵點：一切反響或操作都是為獲得產(chǎn)品而效勞。解答流程題要注意的問題是：注意化學(xué)方程式的書寫，反響物、產(chǎn)物的分子式書寫要正確；化學(xué)方程式要配平，電極反響式和化學(xué)方程式一定要書寫正確；等號或可逆符號不能少；沉淀、氣體、固態(tài)、水溶液等符號要標(biāo)明。注意評價或比較實驗方案要全面，反響物種類多少、是否易得、是否對環(huán)境有污染；反響產(chǎn)物的種類多少，對目的產(chǎn)物的別離和提純是否有影響；反響條件是否苛刻；儀器、設(shè)備是否要求高；工藝流程、實驗步驟的多少。注意描繪語言的標(biāo)準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，從化學(xué)原理的

7、角度、用化學(xué)語言作答；要抓住主要問題，針對詳細(xì)問題作詳細(xì)分析；要看清題目要求，按要求答題?！镜湫屠}】類型一、以礦石為原料的化工消費流程例1、四川攀枝花蘊藏豐富的釩、鈦、鐵資源。用鈦鐵礦渣主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合價為+4作原料，消費白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：請答復(fù)以下問題：1硫酸與二氧化鈦反響的化學(xué)方程式是_。2向濾液中參加鐵粉，發(fā)生反響的離子方程式為：_、_。3在實際消費過程中，向沸水中參加濾液，使混合液pH達0.5，鈦鹽開場水解。水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請用所學(xué)化學(xué)平衡原理分析通入高溫水蒸氣的

8、作用：_ _。過濾別離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、_、_、_填化學(xué)式，減少廢物排放。4A可用于消費紅色顏料Fe2O3，其方法是：將556a kg A摩爾質(zhì)量為278 gmol溶于水中，參加適量氫氧化鈉溶液恰好完全反響，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體；再向紅褐色膠體中參加3336b kg A和112c kg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反響完成后，有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；過濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料。假設(shè)所得濾液中溶質(zhì)只有硫酸鈉和硫酸鐵，那么理論上可消費紅色顏料_kg。【思路點撥】根據(jù)酸的通性，酸一般可以與金屬氧化物反響，又知道Ti的

9、化合價，可以寫出化學(xué)方程式。【答案】1TiO2+2H2SO4=TiSO42+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O2Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe+2H+=Fe2+H23加水促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低H+濃度促進鈦鹽水解 H2O FeSO4 H2SO44160a+320b+160c【解析】此題屬于化工消費流程題。1考察酸的通性，可以與金屬氧化物反響，又知道Ti的化合價，可以寫出化學(xué)方程式：TiO2+2H2SO4=TiSO42+2H2O或TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O。2參加濃硫酸后，濃硫酸可以氧化亞鐵離子，再參加鐵粉，鐵粉可以復(fù)原鐵離子。除此外，鐵粉還可

10、以與溶液中的H+反響、3考察了影響鹽類水解的因素。4考慮最后溶質(zhì)只有硫酸鈉和硫酸鐵，根據(jù)開場參加A為2a×103mol參加適量氫氧化鈉溶液恰好完全反響,說明參加氫氧化鈉的物質(zhì)的量為4a×103mol，后來又參加12b×103mol的A和2c×103mol的鐵。根據(jù)電荷守恒：nNa+3nFe3+=2nSO42-,溶液中參加的硫酸根離子物質(zhì)的量共計為2a+12b×103mol, nNa+=4a×103mol,可求出溶液中的鐵離子為8b×103mol。根據(jù)鐵元素守恒，紅色顏料中的Fe 為：nFe= 2a+12b+2c-8b mol

11、 =2a+4b+2c×103mol，故n Fe2O3=a+2b+c ×103mol，計算得Fe2O3的質(zhì)量為mFe2O3=160a+320b+160ckg。【總結(jié)升華】此題屬于化工消費流程題，考察物質(zhì)的分離操作、化學(xué)反響原理、守恒法計算等。舉一反三：【高清學(xué)案：408780例2】【變式1】鉻鐵礦的主要成分可表示為FeO·Cr2O3，還含有SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，以鉻鐵礦為原料制備重鉻酸鉀K2Cr2O7的過程如以下圖所示： NaFeO2遇水強烈水解。 Cr2O72+ H2O 2CrO42 + 2H+ 請答復(fù)： 1K2Cr2O7中Cr元素的化合價是 。2生成濾渣1

12、中紅褐色物質(zhì)的反響的化學(xué)方程式是 。濾液1的成分除Na2CrO4外，還含有填化學(xué)式 。3利用濾渣2，可制得兩種氧化物，其中一種氧化物經(jīng)電解冶煉可獲得金屬，該電解反響的化學(xué)方程式是 。4由濾液2轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7溶液應(yīng)采取的措施是 。5向Na2Cr2O7溶液中參加KCl固體，獲得K2Cr2O7晶體的操作依次是：加熱濃縮、 、過濾、洗滌、枯燥。6煅燒鉻鐵礦生成Na2CrO4和NaFeO2反響的化學(xué)方程式是 ?！敬鸢浮?+6 2NaFeO2 + 2H2ONaOH + FeOH3NaAlO2、Na2SiO3和NaOH 32Al2O3熔融4Al + 3O24加硫酸酸化5冷卻結(jié)晶 冰晶石 64FeO&

13、#183;Cr2O3 + 7O2 + 20NaOH8Na2CrO4 + 4NaFeO2+ 10H2O 類型二、以廢料為原料的化工消費流程例2、信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。某“變廢為寶學(xué)生探究小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含70Cu、25Al、4Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設(shè)計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的道路：請答復(fù)以下問題： 第步Cu與酸反響的離子方程式為_；得到濾渣1的主要成分為_。 第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的優(yōu)點是_；調(diào)溶液pH的目的是使_生成沉淀。 用第步所得CuSO4·5H2O制備無水CuSO4的方法是_。 由濾渣2制取

14、Al2SO43·18H2O ，探究小組設(shè)計了三種方案：上述三種方案中，_方案不可行，原因是_ ；從原子利用率角度考慮，_方案更合理。 探究小組用滴定法測定CuSO4·5H2O Mr250含量。取a g試樣配成100 mL溶液，每次取20.00 mL，消除干擾離子后，用c mol·L1 EDTAH2Y2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，平均消耗EDTA溶液bmL。滴定反響如下：Cu2+ + H2Y2 CuY2 + 2H+ 寫出計算CuSO4·5H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達式 _ ；以下操作會導(dǎo)致CuSO4·5H2O含量的測定結(jié)果偏高的是_。a未枯燥錐形瓶 b滴定終點時

15、滴定管尖嘴中產(chǎn)生氣泡 c未除凈可與EDTA反響的干擾離子【思路點撥】第步加稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反響生成Cu2+、Al3+、Fe2+。所以濾渣1的成分是Pt和Au，濾液1中的離子是Cu2+、Al3+、Fe2+?！敬鸢浮?Cu + 4H+ + 2NOCu2+ + 2NO2+ 2H2O 或3Cu + 8H+ + 2NO3Cu2+ + 2NO+ 4H2O Au、Pt 將Fe2+氧化為Fe3+ 不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染 Fe3+、Al3+ 加熱脫水 甲 所得產(chǎn)品中含有較多Fe2SO43雜質(zhì) 乙 c【解析】第步加H2O2的作用是把Fe2+氧化為Fe3+，該氧化劑的優(yōu)點是不引入雜

16、質(zhì)，產(chǎn)物對環(huán)境無污染。調(diào)溶液pH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀。所以濾液2的成分是Cu2+，濾渣2的成分為氫氧化鐵和氫氧化鋁。第步由五水硫酸銅制備硫酸銅的方法應(yīng)是在坩堝中加熱脫水制備硫酸鋁晶體的甲、乙、丙三種方法中，甲方案在濾渣中只加硫酸會生成硫酸鐵和硫酸鋁，冷卻、結(jié)晶、過濾得到的硫酸鋁晶體中混有大量硫酸鐵雜質(zhì)，方法不可行。乙和丙方法均可行。乙方案先在濾渣中加H2SO4，生成Fe2SO43和Al2SO43，再加Al粉，Al粉和Fe2SO43生成Al2SO43，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體。丙方案先在濾渣中加NaOH，和AlOH3反響生成NaAlO2，再在濾液中加H2SO4生成Al

17、2SO43，蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、過濾可得硫酸鋁晶體。但從原子利用角度考慮方案乙更合理，因為丙加的NaOH和制備的Al2SO43的原子組成沒有關(guān)系，造成原子浪費。5考察中和滴定的簡單計算和誤差的分析。，造成偏高的選c?！究偨Y(jié)升華】該實驗題是物質(zhì)制備的工藝流程式試題。在天津第一次以這種形式考察，全國各地已多年屢次出現(xiàn)。舉一反三：【變式1】鋰電池消耗量宏大，這對不可再生的金屬資源的消耗是相當(dāng)大的。因此鋰離子電池回收具有重要意義，其中需要重點回收的是正極材料，其主要成分為鈷酸鋰LiCoO2、導(dǎo)電乙炔黑一種炭黑、鋁箔以及有機粘接劑。某回收工藝流程如下： 1上述工藝回收到的產(chǎn)物有AlOH3、 填化學(xué)式；其中

18、生成AlOH3的離子方程式為 。 2廢舊電池可能由于放電不完全而殘留有原子態(tài)的鋰，為了平安，對拆解環(huán)境的要求是 。 3酸浸時假如用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液也能到達溶解的目的，但不利之處是 。 4生成Li2CO3的化學(xué)反響方程式為 。Li2CO3在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，所以在濃縮結(jié)晶后的操作是 ?！敬鸢浮?CoSO4、Li2CO3 AlO2 + H+ + H2O = AlOH3 或 AlOH4 + H+ = AlOH3 + H2O 2隔絕空氣和水分 3有氯氣生成，污染較大4Li2SO4Na2CO3 = Na2SO4Li2CO3；趁熱過濾答“過濾得一半分 類型三、以海水為原

19、料的化工消費流程例3、海水是宏大的資源寶庫，在海水淡化及綜合利用方面，天津市位居全國前列。從海水中提取食鹽和溴的過程如下：1請列舉海水淡化的兩種方法：_、_。2將NaCl溶液進展電解，在電解槽中可直接得到的產(chǎn)品有H2、_、_、或H2、_。3步驟中已獲得Br2，步驟中又將Br2復(fù)原為Br，其目的為_。4步驟用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可達95，有關(guān)反響的離子方程式為_，由此反響可知，除環(huán)境保護外，在工業(yè)消費中應(yīng)解決的主要問題是_。5某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組為理解從工業(yè)溴中提純溴的方法，查閱了有關(guān)資料，Br2的沸點為59。微溶于水，有毒性和強腐蝕性。他們參觀消費過程后，設(shè)計了如下裝置簡圖：請你參與

20、分析討論：圖中儀器B的名稱：_。整套實驗裝置中儀器連接均不能用橡膠塞和橡膠管，其原因是_。實驗裝置氣密性良好，要到達提純溴的目的，操作中如何控制關(guān)鍵條件：_。C中液體產(chǎn)生顏色為_。為除去該產(chǎn)物中仍殘留的少量Cl2，可向其中參加NaBr溶液，充分反響后，再進展的別離操作是_?！敬鸢浮?蒸餾法、電滲析法、離子交換法及其他合理答案中的任意兩種2Cl2 NaOH NaClO3富集溴元素4Br2SO22H2O=4HSO422Br- 強酸對設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕5冷凝管 Br2腐蝕橡膠控制溫度計b的溫度，并搜集59的餾分深紅棕色 分液或蒸餾【解析】電解NaCl溶液的方程式：2NaCl + 2H2O 2NaOH+H

21、2+Cl2，其中Cl2有可能與NaOH會生成NaClO。步驟I中的Br2的濃度很小，屢次用SO2反復(fù)吸收，最終用Cl2處理，那么可獲得大量的工業(yè)溴。溴具有強氧化性可以氧化SO2，生成H2SO4，因此要注意酸對設(shè)備的腐蝕問題。溴具有腐蝕性，可以腐蝕橡膠。蒸餾的目的，就是通過沸點不同而提純Br2，所以要通過溫度計控制好Br2沸騰的溫度，盡可能使Br2純潔。此題考察了海水中提取溴的實驗。【總結(jié)升華】以下是海水提溴的流程示意圖 舉一反三：【變式1】食鹽是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。1粗食鹽常含有少量K、Ca2、Mg2、Fe3、SO42等雜質(zhì)離子，實驗室提純NaCl的流程如下：提供的試劑：飽和

22、Na2CO3溶液 飽和K2CO3溶液 NaOH溶液 BaCl2溶液 BaNO32溶液 75%乙醇 四氯化碳欲除去溶液I中的Ca2、Mg2、Fe3、SO42離子，選出a所代表的試劑，按滴加順序依次是_只填化學(xué)式。洗滌除去NaCl晶體外表附帶的少量KCl，選用的試劑為_。2用提純的NaCl配制500 mL 4.00 mol·L-1 NaCl溶液，所用儀器除藥匙、玻璃棒外還有_填儀器名稱。3電解飽和食鹽水的裝置如下圖，假設(shè)搜集的H2為2 L，那么同樣條件下搜集的Cl2_填“、“=或“2 L，原因是_。裝置改進后可用于制備NaOH溶液，假設(shè)測定溶液中NaOH的濃度，常用的方法為_。4實驗室制

23、備H2和Cl2通常采用以下反響：ZnH2SO4=ZnSO4H2MnO24HCl濃MnCl2Cl22H2O據(jù)此，從以下所給儀器裝置中選擇制備并搜集H2的裝置_填代號和制備并搜集枯燥、純潔Cl2的裝置_填代號?？蛇x用制備氣體的裝置： 【答案】1BaCl2、NaOH、Na2CO3錯選或多項選擇本小題不得分。NaOH溶液的參加順序及是否答NaOH不影響得分 75乙醇2天平、燒杯、500 mL容量瓶、膠頭滴管3 電解生成的氯氣與電解生成的NaOH發(fā)生了反響 酸堿中和滴定4e d 【解析】1要除去SO42，只有選BaCl2溶液，假設(shè)選用BaNO32，會引入新的離子NO3-，再選用NaOH溶液除去Mg2和Fe3溶液，最后選用Na2CO3溶液除去Ca2，此處不能選用K2CO3溶液，否那么會引入新的K，再用HCl除去過量的CO32。Na2CO3溶液不能加在BaCl2溶液前，否那么會引入Ba2。除去NaCl晶體外表的少量的KCl，應(yīng)選用75%的乙醇，因為CCl4有毒，同時KCl也不會溶解在CCl4中。32NaCl2H2O2NaOHCl2H2，在陰級區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的Cl2能與該區(qū)生成的NaOH反響NaCl、NaClO和H2O，使得部分的Cl2被