2021高考化学一轮复习第三章第6课时无机化工流程题解题指导教案鲁科版

-1-第6课时无机化工流程题解题指导[课型标签:题型课提能课]考点无机化工流程题解题指导1.题型解读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。2.过程解读3.答题指导(1)工艺流程题常见答题方向工艺操作(结果)目的评价(或操作名称)方法措施研磨(粉碎)增大接触面积,加快反应(溶解)速率煅烧(焙烧)矿物分解、燃烧,转化为易溶于酸、碱的物质水浸利用水溶性把物质进行分离酸浸(碱浸)利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子控制条件调节溶液pH某些金属离子的沉淀,控制物质的溶解控制温度加快反应速率,促进平衡移动;物质的溶解、析出、挥发等-2-增大某反应物用量增大另一反应物的转化率(产率)某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度分离提纯不相溶液体分液相溶性液体蒸馏难溶性固体过滤易溶性固体蒸发结晶、蒸发浓缩冷却结晶趁热过滤防止温度降低,某物质析出冰水洗涤减少晶体的溶解损失乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失(2)物质成分确定方法①滤渣、滤液成分的确定要考虑样品中原料和杂质的成分在每一步骤中与每一种试剂反应的情况:a.反应过程中哪些物质(离子)消失了?b.所加试剂是否过量或离子间发生化学反应,又产生了哪些新离子?要考虑这些离子间是否会发生反应。②循环物质的确定③副产品的判断4.解题要点(1)审题要点-3-①了解生产目的、原料及产品;②了解题目提供的信息;③分析各步的反应条件、原理及物质成分;④理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。(2)答题切入点①原料及产品的分离提纯;②生产目的及反应原理;③生产要求及反应条件;④有关产率、产量及组成的计算;⑤绿色化学。题型一以物质制备为目的的工艺流程[典例1](2019·全国Ⅰ卷)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:回答下列问题:(1)在95℃“溶浸”硼镁矿粉,产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为。(2)“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+,可选用的化学试剂是。(3)根据H3BO3的解离反应:H3BO3+H2OH++4BOH,Ka=5.81×10-10,可判断H3BO3是酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为,母液经加热后可返回工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是。解析:(1)根据流程图知硼镁矿粉中加入硫酸铵溶液产生的气体为氨气,用碳酸氢铵溶液吸收,反应方程式为NH3+NH4HCO3(NH4)2CO3。(2)滤渣1为不与硫酸铵溶液反应的Fe2O3、Al2O3、SiO2;检验Fe3+的试剂为KSCN。-4-(3)由硼酸的解离方程式知,硼酸在水溶液中是通过与水分子的配位作用产生氢离子,而三价硼原子最多只能再形成一个配位键,且硼酸不能完全解离,所以硼酸为一元弱酸;在“过滤2”前,将溶液pH调节至3.5,目的是将4BOH转化为H3BO3,并促进H3BO3析出。(4)沉镁过程中用碳酸铵溶液与Mg2+反应生成Mg(OH)2∙MgCO3,沉镁过程的离子反应为2Mg2++2H2O+323COMg(OH)2∙MgCO3↓+23HCO或2Mg2++223CO+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑;母液加热分解后生成硫酸铵溶液,可以返回“溶浸”工序循环使用;碱式碳酸镁不稳定,高温下可以分解,故由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是高温焙烧。答案:(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3,促进析出(4)2Mg2++323CO+2H2OMg(OH)2·MgCO3↓+23HCO[或2Mg2++223CO+H2OMg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑]溶浸高温焙烧[对点精练1](2019·全国Ⅱ卷)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白),是一种常用白色颜料。回答下列问题:(1)利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花,亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时,钡的焰色为(填标号)。A.黄色B.红色C.紫色D.绿色(2)以重晶石(BaSO4)为原料,可按如下工艺生产立德粉:①在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡,该过程的化学方程式为。回转炉尾气中含有有毒气体,生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体,该反应的化学方程式为。②在潮湿空气中长期放置的“还原料”,会逸出臭鸡蛋气味的气体,且水溶性变差。其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的(填化学式)。③沉淀器中反应的离子方程式为。(3)成品中S2-的含量可以用“碘量法”测得。称取mg样品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L-1的I2KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密闭,置暗处反应5min,有单质硫析出。以-5-淀粉为指示剂,过量的I2用0.1000mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,反应式为I2+2223SO2I-+246SO。测定时消耗Na2S2O3溶液体积VmL。终点颜色变化为,样品中S2-的含量为(写出表达式)。解析:(1)钡的焰色为绿色,故D正确。(2)①焦炭过量生成CO,反应物为硫酸钡与焦炭,产物为BaS与CO,化学方程式为BaSO4+4CBaS+4CO↑;CO与水蒸气反应生成CO2与H2,化学方程式为CO+H2OCO2+H2。②根据信息臭鸡蛋气味气体为硫化氢气体,强酸制弱酸原理,还原料硫化钡与空气中的水、二氧化碳反应生成了碳酸钡与硫化氢气体。③硫化钡与硫酸锌为可溶性强电解质,写成离子形式,产物ZnS·BaSO4为沉淀,不可拆写成离子,离子方程式为S2-+Ba2++Zn2++24SOBaSO4·ZnS↓。(3)碘单质与硫离子的反应:S2-+I2S+2I-;碘单质与淀粉混合为蓝色,用硫代硫酸钠滴定过量的I2,终点颜色变为浅蓝色至无色;根据氧化还原反应得失电子数相等,利用关系式法解题;根据化合价升降相等列关系式,设硫离子物质的量为nmol:S2-～I22223SO～I21mol1mol2mol1molnmolnmol0.1000V×10-3mol12×0.1000V×10-3molnmol+12×0.1000V×10-3mol=25.00×0.1000×10-3mol,得n=(25.00-12V)×0.1000×10-3则样品中硫离子含量为2molSgnMm×100%=125.000.10003221000Vm×100%。答案:(1)D(2)①BaSO4+4CBaS+4CO↑CO+H2OCO2+H2②BaCO3③S2-+Ba2++Zn2++24SOBaSO4·ZnS↓(3)浅蓝色至无色125.000.10003221000Vm×100%[对点精练2](2019·皖江名校联考)钛是一种重要的金属,以钛铁矿[主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3),还含有少量Fe2O3]为原料制备钛的工艺流程如图所示。-6-(1)滤液1中钛元素以TiO2+形式存在,则“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为。(2)物质A为(填化学式),“一系列操作”为。(3)“水解”步骤中生成TiO2·xH2O,为提高TiO2·xH2O的产率,可采取的措施有、(写出两条)。(4)“电解”是以石墨为阳极,TiO2为阴极,熔融CaO为电解质。阴极的电极反应式为;若制得金属Ti9.60g,阳极产生气体mL(标准状况下)。(5)将少量FeSO4·7H2O溶于水,加入一定量的NaHCO3溶液,可制得FeCO3,写出反应的离子方程式:;若反应后的溶液中c(Fe2+)=2×10-6mol·L-1,则溶液中c(23CO)=mol·L-1。(已知:常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6mol·L-1)解析:(1)因钛铁矿主要成分为FeTiO3,且滤液1中钛元素以TiO2+形式存在,所以其主要反应化学方程式为FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO4·7H2O,故需将溶浸产物中的Fe3+除去,物质A为Fe,“一系列操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。(3)“水解”反应为TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H+,根据平衡移动原理,为提高TiO2·xH2O的产率可以加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等。(4)“电解”过程中阴极反应:TiO2+4e-Ti+2O2-,阳极反应:2O2--4e-O2↑,若制得金属Ti9.60g,则n(Ti)=n(O2)=0.2mol,V(O2)=4480mL(标准状况下)。(5)由题意知该反应离子方程式为Fe2++23HCOFeCO3↓+CO2↑+H2O;常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5×10-6mol·L-1,Ksp(FeCO3)=2.025×10-11mol2·L-2,则c(23CO)=1162.02510210mol·L-1≈1×10-5mol·L-1。答案:(1)FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O(2)Fe蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(3)加水稀释反应物、加碱中和生成的酸、加热等(任写两条)(4)TiO2+4e-Ti+2O2-4480-7-(5)Fe2++23HCOFeCO3↓+CO2↑+H2O1×10-5题型二以分离提纯为目的的工艺流程[典例2](2018·江苏卷)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为。(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。已知:多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃硫去除率=(1-焙烧后矿粉中硫元素总质量焙烧前矿粉中硫元素总质量)×100%①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于。②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是。(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由(填化学式)转化为(填化学式)。(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=。解析:(1)NaOH吸收过量SO2的离子方程式为SO2+OH-3HSO。(2)①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃,不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。-8-②700℃焙烧时,FeS2中的硫元素生成SO2,添加CaO后,SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。(3)用NaOH溶液碱浸后,Al2O3、SiO2溶解,转化为NaAlO2和Na2SiO3,通入过量CO2后,NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。(4)Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,发生反应的化学方程式配平为16Fe2O3+FeS211Fe3O4+2SO2↑,可得关系式FeS2～16Fe2O3,则理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=1∶16。答案:(