无机化学工艺流程题解题策略

专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录方法总述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、图像等。方法总述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)通过调节溶液的pH达到分离除杂的目的。(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。(7)环境保护与绿色化学评价。返回目录方法总述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，从中找出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以解答了。返回目录【解题策略】1．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，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录解题思路：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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录3．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(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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录浸出率：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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH除杂a．控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知Fe(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录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。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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录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。(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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略返回目录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。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略3．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“是为了除去某某杂质”，只写“除杂”等笼统的回答是不给分的。(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。专题提升无机化学工艺流程题的解题策略考点一以混合物的分离、提纯为目的工艺流程题这类题目其实就是对混合物的除杂、分离、提纯。当遇到这一类题时，要求学生一定要认真在题目中找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，主要物质和杂质的性质差别是什么？认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。其中，蒸发浓缩与冷却结晶方法都可以将溶液中的溶质以固体形式析出，具体采用何种方法，主要取决于溶质的溶解度。[要点突破]有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较大，如NH4NO3、KNO3等物质，在蒸发过程中比较难析出来，所以要用冷却方法使它结晶。而有的物质它的溶解度随温度的升高变化比较小，如NaCl、KCl等，有少数物质的溶解度随温度的升高而减小，如Ca(OH)2要使它们析出较多固体溶质时，则要用蒸发浓缩的方法。例如NaCl和KNO3混合溶液，如果将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是KNO3和少量NaCl。如果将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是KNO3，母液中是NaCl和少量KNO3。如果是除杂，杂质所含的量比较少，一般是让主要物质析出来。如KNO3溶液中含少量NaCl，常用冷却结晶法，再经过过滤、洗涤、烘干(不同的物质在烘干时采取的方法不同)，就可得到KNO3固体了。如果NaCl溶液中含少量KNO3，则用蒸发浓缩结晶法，这种方法一般要经过趁热过滤才能得到较纯的主要物质，主要原因是如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来。【示例1】(2013·全国新课标Ⅱ，27)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌[含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下：提示：①在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化，②高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题：[典例示范]工业ZnO――→稀硫酸①浸出液――――――――――→调pH约为5适量高锰酸钾溶液――→过滤②滤液――→Zn③――→过滤滤液―――→Na2CO3④――→过滤滤饼――→煅烧⑤ZnO(1)反应②中除掉的杂质离子是__________，发生反应的离子方程式为__________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是________________。(2)反应③的反应类型为____________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。(3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________。(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2，取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于__________。科学审题明确物质转化过程：工业ZnO――――→稀H2SO4浸出液ZnSO4、FeSO4MnSO4、NiSO4――――――――――――――→调pH≈5，适量KMnO4溶液结合提示②――→过滤滤渣：Fe（OH）3和MnO2滤液：ZnSO4NiSO4――――→Zn过滤结合滤渣：Zn、Ni滤液：ZnSO4提示①――――――→Na2CO3过滤ZnCO3·xZn(OH)2――→煅烧ZnO解析本题实际是利用化学方法对ZnO提纯，就是要除去Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)。综合流程信息、提示信息，显然除去Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)是在②步进行的，Fe2＋被KMnO4氧化为Fe3＋，在pH＝5的条件下，Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀，Mn2＋被KMnO4氧化生成MnO2沉淀。除Ni(Ⅱ)是在③步进行，发生了Ni(Ⅱ)与Zn的置换反应。④、⑤是将Zn2＋(aq)转化为沉淀，重新生成ZnO。(3)中检验沉淀是否洗涤干净，就是检验洗液中是否还含有滤液中的某种离子，显然检验SO42－比较合理。(4)中写出分解化学方程式，列比例式计算即可，125＋99x81(x＋1)11．28.1解得x＝1。答案(1)Fe2＋和Mn2＋MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO4－＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4)1ZnCO3·xZn(OH)2=====△(x＋1)ZnO＋CO2↑＋xH2O1．实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，主要工艺流程如下。(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________。[应用体验]A．品红溶液B．紫色石蕊试液C．酸性KMnO4溶液D．溴水(2)过程①中，FeS、O2和H2SO4反应的化学方程式为__________________________________________________。(3)过程③中需加入的物质是____________。(4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要________________。(5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的________(填序号)。A．稀硫酸B．CaCO3C．NaOH溶液(6)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是____________________________________________________________。(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.7000g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的BaCl2溶液；③过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为3.4950g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)(SO4)]n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)解析SO2具有漂白性，能使品红褪色，SO2有还原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化，而使它们褪色。溶液X为Fe2(SO4)3，需加入还原剂将Fe3＋还原为Fe2＋，又不带入杂质离子，故需加入铁粉。过程⑤中需将酸消耗而调高pH，而CaCO3跟硫酸反应会生成微溶于水的CaSO4而阻止反应的继续进行，故需选用NaOH溶液。由聚铁的化学式可知：n(Fe3＋)＝n(SO42－)＝n(BaSO4)＝答案(1)ACD(2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S(3)铁粉(4)蒸发皿、玻璃棒(5)C(6)促进Fe3＋的水解(7)31.1%3.4950g233g·mol－1＝0.015mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分数＝0.015mol×56g·mol－12.7000g×100%＝31.1%。考点二以制备某一物质为