專題課時4無機化工流程 化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來 并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學知識步步設(shè)問 是無機框圖的創(chuàng)新 它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ) 與化工生產(chǎn)成本 產(chǎn)品提純 環(huán)境保護等相融合 考查物質(zhì)的制備 檢驗 分離提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用 要求考生依據(jù)流程圖分析原理 緊扣信息 抓住關(guān)鍵 準確答題 這類試題具有較強的實用性和綜合性 是近幾年高考化學命題的常考題型 題型說明 使用說明 此類題目多以金屬礦物加工為載體 綜合考查無機 原理和實驗 由于難度大 綜合性強 也可放到一輪結(jié)束以后作為能力專題使用 微題型一以物質(zhì)制備為目的的工藝流程 示例1 2013 全國新課標 27 鋰離子電池的應(yīng)用很廣 其正極材料可再生利用 某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰 LiCoO2 導電劑乙炔黑和鋁箔等 充電時 該鋰離子電池負極發(fā)生的反應(yīng)為6C xLi xe LixC6 現(xiàn)欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源 部分條件未給出 題型示例 回答下列問題 1 LiCoO2中 Co元素的化合價為 2 寫出 正極堿浸 中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 3 酸浸 一般在80 下進行 寫出該步驟中發(fā)生的所有氧化還原反應(yīng)的化學方程式 可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液 但缺點是 4 寫出 沉鈷 過程中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式 5 充放電過程中 發(fā)生LiCoO2與Li1 xCoO2之間的轉(zhuǎn)化 寫出放電時電池反應(yīng)方程式 6 上述工藝中 放電處理 有利于鋰在正極的回收 其原因是 在整個回收工藝中 可回收到的金屬化合物有 填化學式 5 依據(jù)充電時正極的物質(zhì)變化 可寫出放電時的電極反應(yīng) Li1 xCoO2 xe xLi LiCoO2依據(jù)負極充電的電極反應(yīng) 寫出放電時電極反應(yīng)LixC6 xe 6C xLi 以上兩個電極反應(yīng)相加 即得總方程式 6 放電處理 的一個重要目的是 回收鋰 Li 要沉積正極 解答這一問題的關(guān)鍵是Li 怎樣沉積在正極上的 放電時 離子運動的方向是 正向正 負向負 從流程的最終產(chǎn)物上很容易找到回收的金屬化合物 Al OH 3 CoCO3 Li2SO4 2 熟悉常用的操作方法及其作用 1 常見的化工術(shù)語 2 常用的控制反應(yīng)條件的方法 調(diào)節(jié)溶液的pH a 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 例如 已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示 若要除去Mn2 溶液中含有的Fe2 應(yīng)先用氧化劑把Fe2 氧化為Fe3 再調(diào)溶液的pH到3 7 b 調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點要求 能與H 反應(yīng) 使溶液pH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 CuCO3 Cu2 OH 2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH 控制溫度 根據(jù)需要升溫或降溫 改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動 趁熱過濾 防止某物質(zhì)降溫時會析出 冰水洗滌 洗去晶體表面的雜質(zhì)離子 并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗 3 識別流程圖 化工流程中箭尾指出的是投料 反應(yīng)物 箭頭指向的是生成物 包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物 返回的箭頭一般是被 循環(huán)利用 的物質(zhì) 1 工業(yè)上利用硫酸廢渣 含F(xiàn)e2 Fe3 的硫酸鹽及少量CaO和MgO 制備高檔顏料鐵紅 Fe2O3 并回收 NH4 2SO4 具體生產(chǎn)流程如圖所示 題型精練 注 銨黃鐵礬的化學式為 NH4 2Fe6 SO4 4 OH 12回答下列問題 1 在廢渣溶解操作中 加速廢渣溶解的措施有 2 物質(zhì)A是一種氧化劑 工業(yè)上物質(zhì)A最好選用 填序號 A 空氣B Cl2C MnO2D H2O2 簡述工業(yè)上這樣選擇A的理由 寫出A參與反應(yīng)的離子方程式 3 往銨黃鐵礬溶液 含F(xiàn)e3 中加入溶液B至pH為5時產(chǎn)生沉淀 請寫出產(chǎn)生沉淀的離子方程式 4 回收所得的 NH4 2SO4晶體中可能含有的雜質(zhì)是 2 2015 天津理綜 9 廢舊印刷電路板是一種電子廢棄物 其中銅的含量達到礦石中的幾十倍 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 某化學小組模擬該方法回收銅和制取膽礬 流程簡圖如下 3 反應(yīng) 是有機溶液中的CuR2與稀硫酸反應(yīng)生成CuSO4和 若操作 使用右圖裝置 圖中存在的錯誤是 4 操作 以石墨作電極電解CuSO4溶液 陰極析出銅 陽極產(chǎn)物是 操作 由硫酸銅溶液制膽礬的主要步驟是 5 流程中有三處實現(xiàn)了試劑的循環(huán)使用 已用虛線標出兩處 第三處的試劑是 循環(huán)使用的NH4Cl在反應(yīng) 中的主要作用是 5 操作 得到的H2SO4可以利用到反應(yīng) 中 所以第三處循環(huán)的試劑為H2SO4 NH4Cl水解溶液呈酸性 可以中和溶液中的OH 防止由于溶液中的c OH 過高 生成Cu OH 2沉淀 解題策略 1 化工流程題中表述性詞匯的作用化工生產(chǎn)流程和綜合實驗題中經(jīng)常會出現(xiàn)一些表述性詞語中 這些表述性詞語就是隱性信息 它可以暗示我們所應(yīng)考慮的答題角度 常見的有 1 控制較低溫度 ?？紤]物質(zhì)的揮發(fā) 物質(zhì)的不穩(wěn)定性和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等 2 加過量試劑 ?？紤]反應(yīng)完全或增大轉(zhuǎn)化率 產(chǎn)率等 3 能否加其他物質(zhì) 常考慮會不會引入雜質(zhì)或是否影響產(chǎn)品的純度 4 在空氣中或在其他氣體中 主要考慮O2 H2O CO2或其他氣體是否參與反應(yīng)或達到防氧化 防水解 防潮解等目的 5 判斷沉淀是否洗凈 常取少量最后一次洗滌液于試管中 向其中滴加某試劑 以檢驗其中的某種離子 6 檢驗?zāi)澄镔|(zhì)的設(shè)計方案 通常取少量某液體于試管中 加入另一試劑產(chǎn)生某現(xiàn)象 然后得出結(jié)論 7 控制pH ?？紤]防水解 促進生成沉淀或除去雜質(zhì)等 8 用某些有機試劑清洗 常考慮降低物質(zhì)溶解度有利于析出 減少損耗和提高利用率等 2 解題思路明確流程目的 分析條件和性質(zhì) 結(jié)合問題 聯(lián)系原理 答題注意模式 抓住要點 微題型二以分離提純?yōu)槟康牡墓に嚵鞒?示例2 2015 課標全國卷 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Mg2B2O5 H2O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 題型示例 回答下列問題 1 寫出Mg2B2O5 H2O與硫酸反應(yīng)的化學方程式 為提高浸出速率 除適當增加硫酸濃度外 還可采取的措施有 寫出兩條 2 利用 的磁性 可將其從 浸渣 中分離 浸渣 中還剩余的物質(zhì)是 寫化學式 3 凈化除雜 需先加H2O2溶液 作用是 然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5 目的是 4 粗硼酸 中的主要雜質(zhì)是 填名稱 5 以硼酸為原料可制得硼氫化鈉 NaBH4 它是有機合成中的重要還原劑 其電子式為 6 單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼 以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼 用化學方程式表示制備過程 思維提示 1 Mg2B2O5 H2O與硫酸反應(yīng)生成H3BO3 MgSO4 配平即可 為提高浸出速率 可以從溫度 升高溫度 濃度 增大接觸面積 將礦石粉碎 等角度分析 解題策略 1 物質(zhì)分離提純的原則 1 不增 不引入新的雜質(zhì) 2 不減 不減少被提純的物質(zhì) 3 易分離 被提純物與雜質(zhì)易于分離 4 易復原 被提純的物質(zhì)易恢復原來的組成 狀態(tài) 2 明確常用的提純方法 1 水溶法 除去可溶性雜質(zhì) 2 酸溶法 除去堿性雜質(zhì) 3 堿溶法 除去酸性雜質(zhì) 4 氧化劑或還原劑法 除去還原性或氧化性雜質(zhì) 5 加熱灼燒法 除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì) 6 調(diào)節(jié)溶液的pH法 如除去酸性銅溶液中的Fe3 等 3 明確常用的分離方法 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 萃取和分離 利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì) 如用CCl4或苯萃取溴水中的溴 3 蒸發(fā)結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì) 如NaCl 4 冷卻結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì) 易水解的溶質(zhì)或結(jié)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氨氣 1 2013 全國新課標 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)級氧化鋅 含有Fe Mn Ni 等雜質(zhì) 的流程如下 題型精練 提示 在本實驗條件下 Ni 不能被氧化 高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2 回答下列問題 1 反應(yīng) 中除掉的雜質(zhì)離子是 發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 在加高錳酸鉀溶液前 若pH較低 對除雜的影響是 2 反應(yīng) 的反應(yīng)類型為 過濾得到的濾渣中 除了過量的鋅外還有 3 反應(yīng) 形成的沉淀要用水洗 檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法是 4 反應(yīng) 中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3 xZn OH 2 取干燥后的濾餅11 2g 煅燒后可得到產(chǎn)品8 1g 則x等于 2 2015 山東理綜 32 工業(yè)上利用氨氧化獲得的高濃度NOx氣體 含NO NO2 制備NaNO2 NaNO3 工藝流程如下 已知 Na2CO3 NO NO2 2NaNO2 CO2 1 中和液所含溶質(zhì)除NaNO2及少量Na2CO3外 還有 填化學式 2 中和液進行蒸發(fā) 操作時 應(yīng)控制水的蒸發(fā)量 避免濃度過大 目的是 蒸發(fā) 產(chǎn)生的蒸氣中含有少量NaNO2等有毒物質(zhì) 不能直接排放 將其冷凝后用于流程中的 填操作名稱 最合理 3 母液 進行轉(zhuǎn)化時加入稀HNO3的目的是 母液 需回收利用 下列處理方法合理的是 a 轉(zhuǎn)入中和液b 轉(zhuǎn)入結(jié)晶 操作c 轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化液d 轉(zhuǎn)入結(jié)晶 操作 4 若將NaNO2 NaNO3兩種產(chǎn)品的物質(zhì)的量之比設(shè)為2 1 則生產(chǎn)1 38噸NaNO2時 Na2CO3的理論用量為 噸 假定Na2CO3恰好完全反應(yīng) 解析 1 NO2與Na2CO3反應(yīng)有NaNO3生成 2 中和液進行蒸發(fā) 操作的目的是使NaNO2結(jié)晶析出 使NaNO3留在母液中 若水的蒸發(fā)量大 溶液濃度過大時 NaNO3有可能析出 蒸發(fā) 產(chǎn)生的蒸氣中含有少量的NaNO2等有毒物質(zhì) 不能直接排放 將其冷凝后用于流程中的溶堿最合理 3 母液 進行轉(zhuǎn)化時加入稀HNO3可將NaNO2氧化為NaNO3 母液 中的溶質(zhì)主要是NaNO3 將其轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化液或轉(zhuǎn)入結(jié)晶 操作以達到原料循環(huán)利用的目的 可以提高產(chǎn)率 所以合理處理的方法選c d 4 1 38噸NaNO2的物質(zhì)的量為 1 38 106g 69g mol 2 104mol 則生成的NaNO3物質(zhì)的量為 1 104mol 根據(jù)Na原子守恒 則Na2CO3的理論用量 1 2 2 104 1 104 mol 106g mol 1 59 106g 1 59噸 答案 1 NaNO3 2 防止NaNO3的析出溶堿 3 將NaNO2氧化為NaNO3c d 4 1 59 思維建模 化工流程題解題方法首尾分析法對一些線型流程工藝 從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序 試題 首先對比分析流程圖中第一種物質(zhì) 原材料 與最后一種物質(zhì) 產(chǎn)品 從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系 弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜 分離 提純產(chǎn)品的化工工藝 然后再結(jié)合題設(shè)的問題 逐一推敲解答