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2020高考化学第四章非金属及其化合物4.12题型研究“无机化工流程题”解题指导课件

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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*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*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。

目 录

01 以物质制备为目的工艺流程 02 以分离提纯为目的工艺流程 03 课时跟踪检测

题型一 以物质制备为目的工艺流程
题型一 以物质制备为目的 工艺流程

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

将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成

研磨、 雾化

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 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧 (煅烧) 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,包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等

在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液,不溶 酸浸 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

题型一 以物质制备为目的工艺流程
释义 定量测定,可用于某种未知浓度物质的物质的量 滴定 浓度的测定 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、 酸作用 除去杂质离子等 去油污、去铝片氧化膜,溶解铝、二氧化硅、调 碱作用 节pH、促进水解(沉淀)

题型一 以物质制备为目的工艺流程

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

过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作, 分离、提纯 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 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子 用率 利用率、能量的充分利用)

在空气中或 特定气体中 进行的反应
或操作

要考虑O2、H2O、CO2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2~3次

题型一 以物质制备为目的工艺流程

常见问题

答题要考虑的角度

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

①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) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污,除去铝片氧化
膜,溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)

①使化学*衡移动;控制化学反应的方向
控制温度(常 ②控制固体的溶解与结晶 用水浴、冰浴 ③控制反应速率:使催化剂达到最大活性
或油浴) ④升温:促进溶液中的气体逸出,使某物质达到沸点挥发 ⑤加热煮沸:促进水解,聚沉后利于过滤分离

题型一 以物质制备为目的工艺流程
[典例 1] (2018·全国卷Ⅱ)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 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的

pH 范围如下:

金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH

Fe3+ 1.5 2.8

Fe2+ 6.3 8.3

Zn2+ 6.2 8.2

Cd2+ 7.4 9.4

题型一 以物质制备为目的工艺流程 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。

题型一 以物质制备为目的工艺流程 [解题流程]

题型一 以物质制备为目的工艺流程

题型一 以物质制备为目的工艺流程

[答案]

(1)ZnS



3 2

O2

焙烧 =====

ZnO



SO2(



2ZnS +

焙烧 3O2=====2ZnO+2SO2)
(2)PbSO4 调节溶液的 pH (3)Cd2++Zn===Cd+Zn2+

无法除去杂质 Fe2+

(4)Zn2++2e-===Zn 溶浸

题型一 以物质制备为目的工艺流程
备考方略

题型一 以物质制备为目的工艺流程 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,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: ①对反应速率有何影响; ②对*衡转化率有何影响; ③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)。

题型一 以物质制备为目的工艺流程 [对点练 1] 3PbO·PbSO4·H2O 化学名:三盐基硫酸铅,简称三
盐,M=990 g·mol-1。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:PbSO4 的 Ksp=1.82×10-8,PbCO3 的 Ksp=1.462×10-13。 请回答下列问题:
放电 (1)铅蓄电*涔ぷ髟硎 Pb+PbO2+2H2SO4 充电 2PbSO4+ 2H2O。充电时,阳极的电极反应式为___________________。

题型一 以物质制备为目的工艺流程 (2)步骤①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(M=322 g·mol-1),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+)=9.10×10-5 mol·L-1,则此时 c(SO42-) =________mol·L-1。 (4)步骤⑥合成三盐的化学方程式为__________________;步骤 ⑦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________。

题型一 以物质制备为目的工艺流程

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 PbSO4+ 2H2O-2e-===PbO2+SO24-+4H+。(2)步骤①加入 Na2CO3 溶液能将 PbSO4
转化为 PbCO3,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 Na2SO4·10H2O。滤液 2 中的 HNO3 可循环使用。(3)沉铅后滤液中 c(Pb2+) =9.10×10-5 mol·L-1,则滤液中 c(SO24-)=Kscp??PPbb2S+O? 4?=19..8120××1100--85 mol·L-

1=2.0×10-4 mol·L-1。(4)步骤⑥中加入 NaOH 溶液,使 PbSO4 转化成三盐, 化学方程式为 4PbSO4+6NaOH50=~==6=0=℃3PbO·PbSO4·H2O+ 3Na2SO4+

2H2O。沉淀表面有 Na2SO4 等杂质,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 2~3 次即可。设铅泥中铅元素

的质量分数为 x,根据关系式:

4Pb



4 mol×207 g·mol-1

3PbO·PbSO4·H2O 990 g

100.0 t×x×90%

49.5 t

则41m00o.l0×t×20x7×g·9m0o%l-1=4999.05gt,解得 x=46.0%。

题型一 以物质制备为目的工艺流程

答案:(1)PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+SO42-+4H+ (2)将 PbSO4 转化为 PbCO3,提高铅元素的利用率 Na2SO4·

10H2O HNO3 (3)2.0×10-4

(4)4PbSO4



6NaOH

50~60 ℃ =========

3PbO·PbSO4·H2O



3Na2SO4



2H2O 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 2~3 次 46.0%

题型二 以分离提纯为目的工艺流程
题型二 以分离提纯为目的 工艺流程

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 、 Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH

加热 降温 分离

加快反应速率或使*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(HCO3)2 、 KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质
防止某物质在高温时会分解或使*衡向着题目要求的方向移 动
固液分离——过滤
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

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

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

洗涤(冰 水、热

在洗涤过程中的溶解损耗(适用于高温溶解度大、

水、有 低温溶解度小的物质)

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)

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

蒸发时的 气体氛围 抑制水解

如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时, 应在HCl的气流中加热,以防其水解

如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液,若将混合溶

蒸发浓缩 冷却结晶

、液K2C加r热2O蒸7,发母后液再中降是温Na,Cl则和少析量出K的2C固r2体O7主,要这是样 就 可 分 离 出 大 部 分 K2Cr2O7 ; 同 样 原 理 可 除 去

KNO3中的少量NaCl

如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液,若将混合溶 蒸 发 结 晶 、液蒸发一段时间,析出的固体主要是NaCl,母液

趁热过滤 中是K2Cr2O7和少量NaCl;同样原理可除去NaCl 中的少量KNO3

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

[典例 2] (2016·全国卷Ⅲ)以硅藻土为载体的五氧化二钒

(V2O5)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

质量分 数/%

2.2~2.9

2.8~3.1

22~28

60~65

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:

Fe2O3 1~2

Al2O3 <1

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

回答下列问题:

(1)“ 酸 浸 ” 时

V2O5 转 化 为

VO


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 VO2+,则需要氧化剂 KClO3 至少为________ mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以 V4O41-2 形式存在于溶液中。“废 渣 2”中含有________。

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

(4)“



































4ROH



V4O

4- 12

离子交换 洗脱

R4V4O12+4OH-(ROH

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”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发 生反应的化学方程式:________________________________。

题型二 以分离提纯为目的工艺流程 [解题流程]

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

[答案] (1)V2O5+2H+===2VO+ 2 +H2O SiO2

(2)0.5 (3)Fe(OH)3 和 Al(OH)3 (4)碱

(5)K+

高温 (6)2NH4VO3=====V2O5+H2O+2NH3↑

题型二 以分离提纯为目的工艺流程 [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 ZnSO4·7H2O 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 mol·L-1 计算):

氢氧化物 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH

Fe(OH)3 1.9 3.2

Fe(OH)2 7.0 9.0

Cd(OH)2 7.2 9.5

Zn(OH)2 5.4 8.2

题型二 以分离提纯为目的工艺流程
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)。

题型二 以分离提纯为目的工艺流程

(4)“电解”操作中,Cd2+在________极放电得到金属 Cd,电 极反应式是_______________________________________。 (5)“电解”后的电解废液是 ZnSO4 溶液,用该电解废液制备 ZnSO4·7H2O 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________。

题型二 以分离提纯为目的工艺流程
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)H2O2 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 的范围为 3.2~5.4,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 ZnSO4·7H2O 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、Fe2O3 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 g-59.00 g-81 g·mol-1×650g.5·m2ogl-1-80 g·mol-1×640g.2·m0ogl-1- 160 g·mol-1×11123g.1·m6ogl-1=21.302 g,则钴氧化物中 n(O)=1261g.3·m02olg-1≈ 1.33 mol,n(Co)=5959g.·0m0ogl-1=1.00 mol,故钴氧化物的化学式为 Co3O4。

题型二 以分离提纯为目的工艺流程
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 Fe+Co2+===Fe2++Co (3)将 Fe2+氧化成 Fe3+ 3.2~5.4 Fe(OH)3 (4)阴 Cd2++2e-===Cd (5)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 (6)Co3O4



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