2020年高考化学一轮复习 第十章 高考热点微专题系列（十四）课件 新人教版

高考热点微专题系列(十四)无机化工生产流程题的解题策略【典题精析·晓一通百】【典题1】(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下:下列叙述错误的是()A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【精析】A项,由于废旧电池中含有重金属离子等物质,所以合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用;B项,根据流程可知,正极片中的金属元素主要有Al、Fe、Li三种,所以从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li;C项,由于含磷酸亚铁锂滤渣被混酸溶解,而混酸具有强氧化性,所以溶解后铁元素以Fe3+的形式存在,故“沉淀”反应的金属离子为Fe3+;D项,由于硫酸锂是可溶性盐,所以用硫酸钠代替碳酸钠无法沉淀锂离子。答案:D【典题2】(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+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:金属离子Fe3+Fe2+Zn2+Cd2+开始沉淀的pH1.56.36.27.4沉淀完全的pH2.88.38.29.4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。【精析】(1)闪锌矿的主要成分为ZnS,因此焙烧过程中的主要反应为2ZnS+3O22ZnO+2SO2。(2)矿石经过焙烧后生成金属氧化物和SiO2,因此用稀硫酸溶浸时会产生SiO2和PbSO4沉淀,氧化除杂的目的是将溶液中的铁元素以氢氧化铁沉淀的形式除去,因此加入ZnO的目的是调节溶液的pH,让Fe3+形成沉淀;通入O2的目的是将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+而除去,若不通入O2,会导致部分的铁元素仍然以Fe2+的形式存在于溶液。(3)锌粉与溶液中Cd2+发生置换反应,反应的离子方程式为Cd2++Zn====Cd+Zn2+。(4)电解硫酸锌溶液制取锌,Zn2+在阴极放电,发生的电极反应式为Zn2++2e-====Zn,OH-在阳极放电,发生的电极反应式为2H2O-4e-====O2↑+4H+,因此电解结束后的溶液中含有一定量的硫酸,即电解后的溶液为稀硫酸,因此可以放回溶浸工序中循环使用。答案:(1)2ZnS+3O22ZnO+2SO2(2)PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2+(3)Cd2++Zn====Cd+Zn2+(4)Zn2++2e-====Zn溶浸【答题策略·思睿观通】一、物质制备类化工流程题1.明确制备类化工生产流程的特点一个完整的化工生产流程一般具有下列特点2.熟悉常用的操作方法及其作用(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用。(2)常用的控制反应条件的方法①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:a.能影响溶液酸碱性,使pH增大或减小。b.不引入新杂质。例如,若要除去Cu2+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,不可加入NaOH溶液、氨水等。②控制温度。根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。④冰水洗涤。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。3.识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物),箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物),返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。二、提纯类化工流程题1.物质分离提纯的原则(1)不增:不引入新的杂质。(2)不减:不减少被提纯的物质。(3)易分离:被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原:被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2.明确常用的提纯方法(1)水溶法:除去可溶性杂质。(2)酸溶法:除去碱性杂质。(3)碱溶法:除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法:除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法:除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法:如除去酸性铜盐溶液中的Fe3+等。3.明确常用的分离方法(1)过滤。(2)萃取和分液。(3)蒸发结晶。(4)冷却结晶。(5)蒸馏或分馏。(6)冷却法。【类题精练·触类旁通】1.(2019·北京模拟)如图所示(B中冷却装置未画出),将氯气和空气(不参与反应)以体积比约1∶3混合通入含水8%的碳酸钠中制备Cl2O,并用水吸收Cl2O制备次氯酸溶液。已知:Cl2O极易溶于水并与水反应生成HClO;Cl2O的沸点为3.8℃,42℃以上分解为Cl2和O2。(1)①实验中控制氯气与空气体积比的方法是__________________。②为使反应充分进行,实验中采取的措施有____________________。③装置D的作用是________________。(2)①装置B中产生Cl2O的化学方程式为__________。②若B无冷却装置,则进入C中的Cl2O会大量减少。其原因是________________。(3)装置C中采用棕色圆底烧瓶是因为________________________。(4)已知次氯酸可被H2O2、FeCl2等物质还原成Cl-。测定C中次氯酸溶液的物质的量浓度的实验方案为用________取20.00mL次氯酸溶液,加入足量的________,再加入足量的__________,过滤,洗涤沉淀,在真空干燥箱中干燥,用电子天平称量沉淀质量。(可选用的试剂:H2O2溶液、FeCl2溶液、AgNO3溶液)【解析】(1)①通过观察A中产生气泡的速率调节气体的流速可以控制氯气与空气体积比的方法;②多孔球泡增加气体与溶液的接触面积可以加快反应速率;为使反应充分进行,实验中采取的措施有搅拌、使用多孔球泡;③装置D的作用是吸收未反应的氯气,防止污染空气。(2)①装置B中,氯气和碳酸钠反应生成Cl2O,化学方程式为2Cl2+Na2CO3====Cl2O+2NaCl+CO2;②由于该反应为放热反应,温度升高Cl2O会分解,故进入C中的Cl2O会大量减少。(3)水吸收Cl2O制备次氯酸溶液,HClO见光易分解,故装置C中采用棕色圆底烧瓶。(4)次氯酸溶液既有酸性,又有强氧化性,应选用酸式滴定管;具体实验操作是,向20.00mL的次氯酸溶液里加入足量的H2O2溶液,再加入足量的AgNO3溶液,过滤、洗涤,在真空干燥箱中干燥沉淀,用电子天平称量沉淀的质量。答案:(1)①通过观察A中产生气泡的速率调节流速②搅拌、使用多孔球泡③吸收未反应的氯气,防止污染空气(2)①2Cl2+Na2CO3====Cl2O+2NaCl+CO2②该反应放热,温度升高Cl2O会分解(3)HClO见光易分解(4)酸式滴定管H2O2溶液硝酸银溶液2.高纯六水氯化锶晶体(SrCl2·6H2O)具有很高的经济价值,工业上用难溶于水的碳酸锶(SrCO3)为原料(含少量钡和铁的化合物等),制备高纯六水氯化锶晶体的过程为已知:Ⅰ.SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水,100℃时失去全部结晶水。Ⅱ.有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:氢氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2开始沉淀的pH1.56.5沉淀完全的pH3.79.7(1)操作①增大反应速率的措施有________(写一种)。碳酸锶与盐酸反应的离子方程式为__________。(2)酸性条件下,加入30%H2O2溶液,将Fe2+氧化成Fe3+,其离子方程式为_________________。(3)在步骤②～③的过程中,将溶液的pH由1调节至4时,宜用的试剂为________。A.氨水B.氢氧化锶粉末C.氢氧化钠D.碳酸钠晶体(4)操作③中所得滤渣的主要成分是________(填化学式)。(5)步骤④的操作是______________________、______________________。(6)工业上用热风吹干六水氯化锶,适宜的温度是__。A.50～60℃B.70～80℃C.80～100℃D.100℃以上【解析】(1)操作①是让难溶于水的工业碳酸锶与盐酸反应使其更快的溶解在溶液中,所以增大反应速率的措施有:升高温度,充分搅拌让碳酸锶与盐酸进行更大的接触以增大反应速率,增大溶液的浓度等。(3)调节pH是让Fe3+形成Fe(OH)3而沉淀析出,当加入试剂时不要引入新的杂质,故最好是氢氧化锶粉末。(4)操作③之前加入了硫酸使Ba2+形成BaSO4,加入双氧水使Fe2+完全氧化为Fe3+,通过调节pH使Fe3+完全以Fe(OH)3的形式析出,故滤渣的主要成分是Fe(OH)3、BaSO4。(5)步骤④是从溶液中得到晶体,故操作是蒸发浓缩、冷却结晶。(6)因SrCl2·6H2O晶体在61℃时开始失去结晶水,所以温度不能超过61℃,故适宜的温度选择A。答案:(1)加热、充分搅拌、适当增大盐酸浓度等(任写一种)SrCO3+2H+====Sr2++CO2↑+H2O(2)2Fe2++H2O2+2H+====2Fe3++2H2O(3)B(4)Fe(OH)3、BaSO4(5)蒸发浓缩冷却结晶(6)A【加固训练】1.下列化学工艺流程不可行的是()【解析】选A。A项,应首先进行二氧化硫的催化氧化,然后用98.3%的硫酸吸收SO3,所以工艺不可行;B项,符合工业上制高纯硅的流程,工艺是可行的;C项,从提取食盐后的母液中提取单质溴的过程,母液中的溴离子被氧化为溴单质,工艺是可行的;D项,符合工业上用铝土矿制铝的过程,每一步所加试剂必须过量,工艺是可行的。2.(2019·雅礼模拟)含硫煤燃烧会产生大气污染,为防治该污染,某工厂设计了新的治污方法,同时可得到化工产品,该工艺流程如图所示,下列叙述不正确的是()A.该过程中可得到化工产品硫酸B.该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2C.该过程中化合价发生改变的元素为Fe和SD.图中涉及到的反应之一为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O====2FeSO4+2H2SO4【解析】选C。A项,根据工艺流程所示可知,该工艺中Fe2(SO4)3和H2O吸收SO2生成FeSO4和H2SO4,该反应的化学方程式为Fe2(SO4)3+SO2+2H2O====2FeSO4+2H2SO4,该工艺不仅吸收了二氧化硫,还得到了化工产品硫酸亚铁和硫酸;B项,根据A中分析可知该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2;C项,过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫。3.(2019·桂林模拟)SO2通过下列工艺流程可制备化工原料硫酸和清洁能源H2下列说法中不正确的是()A.设备A中的溴水褪色,体现了SO2的还原性B.该生产工艺的优点:Br2可以循环利用,并获得清洁能源H2C.该工艺流程的总反应方程式为SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HBrD.设备C中是否残余硫酸,可在C的样品溶液中加入BaCl2溶液,观察是否有沉淀【解析】选C。A项,设备A中的溴水褪色,发生反应:SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HBr,体现了SO2的还原性;B项,根据转化关系图可判断该生产工艺的优点:Br2可以循环利用,并获得清洁能源H2;C项,由于溴单质可以循环利用,生成物实际上是硫酸和氢气,所以该工艺流程的总反应方程式为SO2+2H2O====H2SO4+H2↑;D项,设备C中是否残余硫酸,可在C的样品溶液中加入B