2024屆江蘇高考大二輪復(fù)習(xí) 專題六 水溶液中的離子平衡 主觀題突破 3-化工流程中物質(zhì)的分離與提純 學(xué)案

3.化工流程中物質(zhì)的分離與提純1．化工生產(chǎn)過(guò)程中分離、提純、除雜化工生產(chǎn)過(guò)程中分離、提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)的原理緊密聯(lián)系，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥，或蒸餾、萃取、分液等基本實(shí)驗(yàn)操作及原理，并要熟悉所用到的相關(guān)儀器。2．常考分離、提純的操作(1)從濾液中提取一般晶體(溶解度隨溫度升高而增大)的方法：蒸發(fā)濃縮(至少有晶膜出現(xiàn))、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌(冰水洗、熱水洗、乙醇洗等)、干燥。(2)從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法：蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾(如果溫度下降，雜質(zhì)也會(huì)以晶體的形式析出來(lái))、洗滌、干燥。(3)減壓蒸發(fā)的原因：減壓蒸發(fā)降低了蒸發(fā)溫度，可以防止某物質(zhì)分解(如H2O2、濃硝酸、NH4HCO3)或失去結(jié)晶水(如題目要求制備結(jié)晶水合物產(chǎn)品)。(4)洗滌洗滌試劑適用范圍目的蒸餾水冷水產(chǎn)物不溶于水除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)，可適當(dāng)降低固體因?yàn)槿芙舛斐傻膿p失熱水有特殊的物質(zhì)其溶解度隨著溫度升高而下降除去固體表面吸附著的××雜質(zhì)，可適當(dāng)降低固體因?yàn)闇囟茸兓芙舛斐傻膿p失有機(jī)溶劑(酒精、丙酮等)固體易溶于水、難溶于有機(jī)溶劑減少固體溶解；利用有機(jī)溶劑的揮發(fā)性除去固體表面的水分，產(chǎn)品易干燥飽和溶液對(duì)純度要求不高的產(chǎn)品減少固體溶解酸、堿溶液產(chǎn)物不溶于酸、堿除去固體表面吸附著的可溶于酸、堿的雜質(zhì)；減少固體溶解洗滌沉淀的方法：向過(guò)濾器中加入蒸餾水至浸沒(méi)沉淀，待水自然流下后，重復(fù)以上操作2～3次檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若未出現(xiàn)特征反應(yīng)現(xiàn)象，則沉淀洗滌干凈(5)萃取與反萃?、佥腿。豪梦镔|(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度不同，將物質(zhì)從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑的過(guò)程。如用CCl4萃取溴水中的Br2。②反萃取：用反萃取劑使被萃取物從負(fù)載有機(jī)相返回水相的過(guò)程，為萃取的逆過(guò)程。(6)其他①蒸發(fā)時(shí)的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。②減壓蒸餾的原因：減小壓強(qiáng)，使液體沸點(diǎn)降低，防止受熱分解、氧化等。3．根據(jù)溶解度曲線判斷結(jié)晶的方法(1)溶解度受溫度影響較小的(如NaCl)采取蒸發(fā)結(jié)晶的方法。(2)溶解度受溫度影響較大的采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法。(3)帶有結(jié)晶水的鹽，一般采取蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶的方法。應(yīng)用示例1．過(guò)濾(分離固、液混合物)從工廠采集廢液(含F(xiàn)eSO4和少量ZnSO4、MgSO4)，進(jìn)行四氧化三鐵的制備實(shí)驗(yàn)。制備流程如圖所示：操作a、b的名稱分別為_(kāi)_______________________________________________________。2．萃取法分離(1)“萃取分離”溶液中鈷、鋰的萃取率與平衡時(shí)溶液pH的關(guān)系如圖所示，pH一般選擇5左右，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)萃取劑對(duì)Al3＋、Co2＋萃取率與pH的關(guān)系如圖所示。萃取分離鈷、鋁的實(shí)驗(yàn)操作：向萃取分液后的有機(jī)相中加稀硫酸調(diào)pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液；__________________________________________________________________________________________，可得Al2(SO4)3溶液。(3)已知萃取劑A、B中pH對(duì)鈷離子、錳離子萃取率的影響如圖所示，為了除去Mn2＋，應(yīng)選擇萃取劑________(填“A”或“B”)。3．反萃取分離(1)實(shí)驗(yàn)室從含碘廢液(除H2O外，含有CCl4、I2、I－等)中回收碘，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖所示。向含碘廢液中加入稍過(guò)量的Na2SO3溶液，將廢液中的I2還原為I－，其離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。該操作將I2還原為I－的目的是_______________________________________________________________________________________________________________________。(2)釩及其化合物在工業(yè)上有許多用途。從廢釩(主要成分V2O3、V2O5、Fe2O3、FeO、SiO2)中提取五氧化二釩的一種工藝流程如圖：已知：①VOSO4能溶于水，VO2＋與Fe不能反應(yīng)；②有機(jī)溶劑H2R對(duì)VO2＋及Fe3＋萃取率高，但不能萃取Fe2＋?！叭軇┹腿∨c反萃取”可表示為VO2＋＋H2Req\o(,\s\up7(溶劑萃取),\s\do5(反萃取))VOR＋2H＋。為了提高VO2＋的產(chǎn)率，反萃取劑可選用________(填字母)。a．NaClb．NaOHc．H2SO4(3)鉬(Mo)是重要的過(guò)渡金屬元素，具有廣泛用途。由鉬精礦(主要成分是MoS2)濕法回收鉬酸銨[(NH4)2MoO4]部分工藝流程如圖：“濾液2”先加入有機(jī)溶劑“萃取”，再加氨水“反萃取”，進(jìn)行“萃取”和“反萃取”操作的目的是__________________________________________________________________。4．結(jié)晶與過(guò)濾從溶液中得到晶體的過(guò)程：蒸發(fā)濃縮→冷卻結(jié)晶→過(guò)濾→洗滌、干燥。需要加熱得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過(guò)濾。需要冷卻得到的晶體(或物質(zhì))：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。(1)制備MnSO4·H2O晶體。已知溶解度曲線如圖1所示，MnSO4·H2O晶體在曲線拐點(diǎn)右側(cè)。操作方法：滴加稀硫酸酸化，溫度__________(填“高于”“低于”或“等于”)40℃，__________結(jié)晶、__________過(guò)濾，酒精洗滌，低溫干燥。(2)制備FeSO4·7H2O晶體。已知溶解度曲線如圖2所示，F(xiàn)eSO4·7H2O晶體在曲線拐點(diǎn)左側(cè)。操作方法：加熱________，得到________℃飽和溶液，冷卻至________℃結(jié)晶，過(guò)濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。(3)由圖3和圖4，確定以下物質(zhì)的制備方法：①制備KNO3：__________、__________、過(guò)濾、洗滌、干燥。②制備KCl：蒸發(fā)________、__________、洗滌、干燥。③制備無(wú)水Na2SO3：在________(填“高于”“低于”或“等于”)34℃條件下，______、________、洗滌、干燥。[2017·全國(guó)卷Ⅲ，27(4)]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：有關(guān)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(guò)濾得到K2Cr2O7固體。冷卻到________(填字母)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(yīng)類型是________________。1．(1)碘化亞銅(CuI)是陽(yáng)極射線管覆蓋物，不溶于水和乙醇。下圖是工業(yè)上由冰銅制取無(wú)水碘化亞銅的流程。①步驟a中Cu2S被轉(zhuǎn)化為Cu，同時(shí)有大氣污染物A生成，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。熔渣B主要成分為黑色磁性物質(zhì)，其化學(xué)式為_(kāi)___________________。②步驟b中H2O2的作用是___________________________________________________________________________________________________________________________；步驟c中加入過(guò)量NaI涉及的主要反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________________________________________________________________________________________________。③步驟d用乙醇洗滌的優(yōu)點(diǎn)是______________________________________________；檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)下圖是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲線，則由Na2SO4溶液得到Na2SO4固體的操作是______→______→用乙醇洗滌→干燥。用乙醇洗滌而不用水洗的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．磷精礦主要成分為Ca5F(PO4)3，含少量REPO4、FeO、Fe2O3、SiO2，其中RE代表稀土元素。從磷精礦分離稀土元素的工業(yè)流程如下。(1)RE屬于第ⅢB族，其中Sc的基態(tài)原子核外電子排布式為_(kāi)_____________。(2)“酸浸”過(guò)程HNO3與Ca5F(PO4)3反應(yīng)的化學(xué)方程式如下，請(qǐng)補(bǔ)充完整。eq\x()Ca5F(PO4)3＋eq\x()HNO3=eq\x()Ca(NO3)2＋eq\x()______＋eq\x()HF↑(3)“萃取”的目的是富集RE，但其他元素也會(huì)按一定比例進(jìn)入萃取劑中。①通過(guò)3ROH＋POCl3(RO)3PO＋3HCl制得有機(jī)磷萃取劑(RO)3PO，其中—R代表烴基，—R對(duì)(RO)3PO產(chǎn)率的影響如下表?！猂—CH2CH3—CH2CH2CH3—CH2CH2CH2CH3(RO)3PO產(chǎn)率/%826220由表可知，隨著碳原子數(shù)增加，烴基________(填“推電子”或“吸電子”)能力增強(qiáng)，O—H更難斷裂，(RO)3PO產(chǎn)率降低。②“萃取”過(guò)程使用的萃取劑(C4H9O)3PO的結(jié)構(gòu)如圖，與RE3＋配位的能力：1號(hào)O原子________(填“>”“<”或“＝”)2號(hào)O原子。(4)“反萃取”的目的是分離RE和Fe元素。向“萃取液”中通入NH3，F(xiàn)e2＋、Fe3＋、RE3＋的沉淀率隨pH變化如圖。①試劑X為_(kāi)_______(填“Na2SO3”或“NaClO”)，應(yīng)調(diào)節(jié)pH為_(kāi)_______。②通入NH3得到REPO4沉淀的過(guò)程：ⅰ.H3PO4＋3NH3=(NH4)3PO4；ⅱ.________________________________________________________________________(寫出該過(guò)程的化學(xué)方程式)。③若萃取劑改用三丁基氧化膦[C4H93PO]會(huì)導(dǎo)致“反萃取”RE產(chǎn)率降低，其原因?yàn)開(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)若略去“凈化”過(guò)程，則制得的草酸稀土?xí)煊衉___________(填化學(xué)式)雜質(zhì)。(6)在整個(gè)工藝中，可從副產(chǎn)物中提取________(填名稱)，用于生產(chǎn)氮肥。主觀題突破3化工流程中物質(zhì)的分離與提純核心精講應(yīng)用示例1.過(guò)濾、過(guò)濾2．(1)pH在5左右時(shí)，鈷、鋰的分離效率高(2)繼續(xù)向萃取分液后的有機(jī)相中加稀H2SO4調(diào)pH＝0.5以下(或1以下)，然后分液(3)B3．(1)SOeq\o\al(2－,3)＋I(xiàn)2＋H2O=2I－＋2H＋＋SOeq\o\al(2－,4)使四氯化碳中的碘進(jìn)入水層(2)c(3)富集鉬酸根離子(或?qū)f酸根離子和其他雜質(zhì)分離)4．(1)高于蒸發(fā)趁熱(2)濃縮600(3)①蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶②結(jié)晶趁熱過(guò)濾③高于蒸發(fā)結(jié)晶趁熱過(guò)濾真題演練d復(fù)分解反應(yīng)考向預(yù)測(cè)1．(1)①Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu＋SO2Fe3O4②作氧化劑，將Cu2O和Cu氧化為Cu2＋2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I(xiàn)2③洗去殘余水分且可快速晾干蘸取最后一次洗滌液進(jìn)行焰色試驗(yàn)，如果火焰無(wú)黃色則已洗凈(或其他合理答案)(2)蒸發(fā)結(jié)晶趁熱過(guò)濾防止Na2SO4固體轉(zhuǎn)化為Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而損耗解析(1)①步驟a中Cu2S與空氣中的氧氣在1200℃條件下反應(yīng)生成Cu和二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up7(1200℃))2Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分為黑色磁性物質(zhì)可知，F(xiàn)eS與空氣中的氧氣在1200℃條件下反應(yīng)生成四氧化三鐵和二氧化硫。②步驟b的反應(yīng)為在硫酸作用下，H2O2作氧化劑，將氧化亞銅、銅氧化生成硫酸銅；步驟c的反應(yīng)為硫酸銅溶液與過(guò)量的NaI溶液反應(yīng)得到CuI沉淀。③步驟d用乙醇洗滌可以洗去固體表面的水，同時(shí)由于乙醇易揮發(fā)可達(dá)到快速晾干的目的；洗滌液中含有鈉離子、硫酸根離子，可以用焰色試驗(yàn)或酸化的氯化鋇溶液檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈。(2)由圖像溶解度曲線變化可知，Na2SO4的溶解度在溫度較高時(shí)，隨溫度升高而降低，而Na2SO4·10H2O的溶解度隨溫度升高而增大，欲得到Na2SO4固體，應(yīng)采取加熱蒸發(fā)溶劑使Na2SO4結(jié)晶析出，并趁熱過(guò)濾；因Na2SO4難溶于乙醇，所以用乙醇洗滌既能防止Na2SO4和水作用生成Na2SO4·10H2O，又能防止Na2SO4因溶于水而損耗。2．(1)1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar