无机工艺流程

专题讲座四专题讲座四无机化工流程题复习策略与解题方法指导1.无机化工流程题的特点无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。所以这类题成为近年来高考的必考题型。这类题常呈现的形式：流程图、表格、图像这类题常围绕以下几个知识点进行设问：(1)反应速率与平衡理论的运用；反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等(2)氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写；(3)利用控制pH分离除杂；(4)化学反应的能量变化；(5)实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等；(6)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；专题讲座四(7)环境保护与绿色化学评价。2．工业生产流程主线规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制专题讲座四3．解答无机化工流程试题的程序基本步骤：①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。②然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。③分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：A、反应物是什么B、发生了什么反应C、该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。④从问题中获取信息，帮助解题。专题讲座四解题思路：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点4．熟悉工业流程常见的操作与名词工业流程题目在流程上一般分为3个过程：原料处理→分离提纯→获得产品专题讲座四(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程③灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解④控制反应条件的方法专题讲座四(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH值除杂a．控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。专题讲座四b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。②试剂除杂③加热：加快反应速率或促进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：侯德榜制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动⑤萃取专题讲座四(3)获得产品阶段的常见考点：①洗涤(冰水、热水)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。②蒸发、反应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。③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。⑤重结晶(4)其他常见考点①化学方程式②实验仪器③计算④信息专题讲座四5．注重答案的文字叙述规范(1)洗涤沉淀：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。(2)从溶液中得到晶体：蒸发浓缩－冷却结晶－过滤－洗涤－干燥。(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。专题讲座四6．热点题型探究热点1碱金属及其矿物的开发利用【例1】碳酸钠是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料。工业碳酸钠(纯度约98%)中含有Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Cl－和SO2－4等杂质，提纯工艺流程如下：专题讲座四已知碳酸钠的溶解度(S)随温度变化的曲线如下图所示：回答下列问题：专题讲座四(1)滤渣的主要成分为_______________________________。(2)“趁热过滤”的原因是___________________________。(3)若在实验室进行“趁热过滤”，可采取的措施是_____(写出一种)。(4)若“母液”循环使用，可能出现的问题及其原因是_____。(5)已知：Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3(s)＋10H2O(g)ΔH1＝＋532.36kJ·mol－1Na2CO3·10H2O(s)===Na2CO3·H2O(s)＋9H2O(g)ΔH2＝＋473.63kJ·mol－1写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式____________。专题讲座四解析从题目中可知，该题中的实验目的是从工业碳酸钠中提纯出碳酸钠,工业碳酸钠中含有的杂质有Mg2＋、Fe3＋、Ca2＋、Cl－和SO2－4等，所以该流程的目的就是把这些杂质除去并得到纯净的碳酸钠固体。流程图中加水的目的是使可溶物质溶于水，少量的Ca2＋与CO2－3生成沉淀CaCO3。加入过量的NaOH溶液,很显然是将Mg2＋、Fe3＋转化成Mg(OH)2、Fe(OH)3沉淀，再通过过滤的方法除去。但这一步骤对Cl－和SO2－4是没什么影响的,所以流程图中出现了一个蒸发浓缩结晶和趁热过滤的操作,这肯定是为了使一个随温度升高溶解度变化不大或减小的物质析出来,通过读图可得出Na2CO3·H2O符合这一条件,这样可以通过趁热过滤除去Cl－、SO2－4和一些沉淀不完全的离子。由于Na2CO3·10H2O溶解度随温度的升高变化非常大,如果降温，一定会析出来而影响主要产物，所以要趁热过滤。专题讲座四答案(1)Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3专题讲座四(2)使析出的晶体为Na2CO3·H2O，防止因温度过低而析出Na2CO3·10H2O晶体，令后续的加热脱水耗时长(3)用已预热的布氏漏斗趁热抽滤(4)溶解时有大量沉淀生成，使Na2CO3损耗且产物Na2CO3中混有杂质；原因：“母液”中含有的离子有Ca2＋、Na＋、Cl－、SO2－4、OH－、CO2－3，当多次循环后，使得离子浓度不断增大，溶解时会生成CaSO4、Ca(OH)2、CaCO3等沉淀(5)Na2CO3·H2O(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)ΔH＝＋58.73kJ·mol－1方法技巧首尾分析法：对一些线型流程工艺从原料到产品为一条龙生产工序试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质原材料与最后一种物质产品，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中产生将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可解答了。专题讲座四迁移应用1锂被誉为“金属味精”，以LiCoO2为正极材料的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。工业上常以β­锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6，还含有FeO、MgO、CaO等杂质)为原料来制取金属锂。其中一种工艺流程如下：专题讲座四已知：①部分金属氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH：氢氧化物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀pH2.73.79.6完全沉淀pH3.74.711②Li2CO3在不同温度下的溶解度如下表：温度/℃010205075100Li2CO3的溶解度/g1.5391.4061.3291.1810.8660.728专题讲座四请回答下列问题：(1)用氧化物形式表示LiAlSi2O6的组成：______________。(2)反应Ⅱ加入碳酸钙的作用是______________________。(3)写出反应Ⅲ中生成沉淀A的离子方程式：____________________________________________。(4)反应Ⅳ生成Li2CO3沉淀，写出在实验室中得到Li2CO3沉淀的操作名称__________，洗涤所得Li2CO3沉淀要使用__________(选填“热水”或“冷水”)，你选择的理由是____________________________________________。(5)电解熔融氯化锂生产锂时，阳极产生的氯气中会混有少量氧气，原因是__________________________________。专题讲座四解析(1)将硅酸盐改为氧化物形式的方法为依次将各元素写成氧化物形式，中间用“·”连接，同时要注意氧化物先后顺序。专题讲座四(2)由(1)改写可知，β­锂辉矿在加入过量浓硫酸后，只有SiO2不溶，同时Fe2＋被氧化为Fe3＋，并生成CaSO4沉淀，所以溶液中含有Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Li＋等离子，依据实验目的可知必须除去杂质离子，故在反应Ⅱ中加入碳酸钙的作用为：除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀。(3)利用题干信息知反应Ⅲ要除去Mg2＋，但在加入沉淀剂Ca(OH)2时会引入大量Ca2＋，故还需加入Na2CO3除去Ca2＋,即沉淀A为Mg(OH)2沉淀与CaCO3沉淀的混合物。(4)实验室里分离固液混合物的操作是过滤，由题中给出Li2CO3的溶解度与温度的关系，可知洗涤Li2CO3沉淀要使用热水。(5)由有氧气产生可逆推知可能的原因：加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时产生O2。答案(1)Li2O·Al2O3·4SiO2专题讲座四(2)除去反应Ⅰ中过量的H2SO4；控制pH，使Fe3＋、Al3＋完全沉淀(3)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Ca2＋＋CO2－3===CaCO3↓(4)过滤热水Li2CO3在较高温度下溶解度小，用热水洗涤可减少Li2CO3的损耗(5)加热蒸干LiCl溶液时，LiCl有少量水解生成LiOH，受热分解生成Li2O，电解时产生O2(其他合理答案均可)热点2镁、铝及其矿物的开发利用【例2】高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：专题讲座四(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2＋。检验Fe2＋是否除尽的实验操作是______________________________。(2)通常条件下Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，除杂后溶液中c(Fe3＋)约为______________。(3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是______________。(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是______________________________________。专题讲座四(5)“分离”操作名称是______(填字母代号)。A．蒸馏B．分液C．过滤(6)测定铵明矾组成的方法是：a．称取0.4530g铵明矾样品，高温灼烧，得Al2O3固体0.1020g；b．称取0.4530g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl2溶液，经陈化、过滤、灰化，得BaSO40.4659g。c．称取0.4530g铵明矾样品，加入足量的NaOH溶液，加热，将产生的气体依次通过碱石灰和浓硫酸