（通用版）2020高考化学二轮复习 题型二 无机综合——化工流程综合题的研究大题突破教案

无机综合——化工流程综合题的研究考向突破一物质制备类工艺流程题物质制备类工艺流程题的解题策略1．首尾分析法破解无机物制备工艺流程原理与过程。对一些线性流程工艺(从原料到产品为“一条龙”的生产工序)题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和分离、提纯产品的化工工艺，然后结合题设的问题，逐一推敲解答。2．截段分析法对于用同样的原材料生产两种或多种产品(包括副产品)的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。关键在于看清主、副产品是如何分开的，以此确定截几段更合适，一般截段以产品为基准点。3．掌握“5种”原料预处理(研磨、水浸、酸浸、灼烧、煅烧)的作用和“5种”控制反应条件(调溶液pH、控制温度、使用催化剂、趁热过滤、冰水洗涤)的目的。1．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料。某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备TiO2和CaTiO3，并利用黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如图1所示：回答下列问题：(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图2所示。50min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为___________________________；采用H2O2作氧化剂时，其效率低的原因可能是__________________________________。(2)向“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH2)2]，TiO2＋转化为TiO2，写出相应反应的离子方程式：___________________________________________________________________________________________________________________________________，使用尿素而不直接通入NH3的原因是________________________________________________________________________________________________________________。(3)写出“高温煅烧”中由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：_______________________________________________________________________________________________。(4)Fe3＋恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5mol·L－1，计算此时溶液的pH＝________________________________________________________________________。[Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39、水的Kw＝1.0×10－14](5)黄钾铁矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3＋时，不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3的原因是_________________________________________________________。答案(1)KClO3在温度较高时H2O2易分解[或产物中的Fe3＋可以催化H2O2的分解(其他合理答案也可，如H2O2氧化能力弱)](2)TiO2＋＋CO(NH2)2＋2H2O=====△TiO2＋CO2↑＋2NH＋4避免将溶液中Fe3＋沉淀(3)TiO2＋CaCl2·2H2O=====高温CaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑(4)2.7(5)Fe(OH)3为絮状沉淀，不容易分离解析(1)根据题目要求结合图像，在50min时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO4和KClO3，但KMnO4作氧化剂引入了Mn2＋，对后续的物质分离会造成干扰，故选用KClO3作氧化剂。(2)由TiO2＋转化为TiO2可知，Ti元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸性环境中，C、N元素的产物为CO2、NH＋4；由于Fe3＋开始沉淀需要的pH很小，直接通入NH3会使溶液pH快速增大，容易使Fe3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3，可以避免溶液中Fe3＋沉淀。(3)由信息可知制备CaTiO3的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl、H2O。(4)根据Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39和溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5mol·L－1可知，溶液中OH－的浓度为31.0×10－391.0×10－5mol·L－1≈1.0×10－11.3mol·L－1，c(H＋)＝KwcOH－＝10－1410－11.3＝10－2.7mol·L－1，所以pH为2.7。(5)氢氧化铁为絮状沉淀，不易于从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH的方法制取Fe(OH)3。2．铬及其化合物有许多独特的性质和用途。如炼钢时加入一定量的铬可得到不锈钢，K2Cr2O7是实验中常用的强氧化剂之一。(1)铬可形成CrCl3、NaCrO2等盐类物质，则NaCrO2中铬元素的化合价为________________，由此知Cr2O3是__________(填“酸性”“碱性”或“两性”)化合物。(2)某化工厂利用湿法从主要含有锌、铜、铁、铬、镉(Cd)、钴(Co)等单质的铜铬渣中回收铬的流程如下：几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：氢氧化物Fe(OH)3Zn(OH)2Cd(OH)2Cr(OH)3开始沉淀的pH1.587.26沉淀完全的pH3.3129.58①料渣Ⅰ中只含有一种金属单质，该单质是________________________________________，氧化过程中由铁、铬形成的离子均被氧化，则pH的调控范围是____________。②酸浸时形成的金属离子的价态均相同，料渣Ⅱ中含有大量的CoAs合金，请写出除钴时反应的离子方程式：______________________________________________________________，氧化过程中氧化产物与还原产物物质的量之比为__________________。(3)砷酸可用于制造有机颜料、杀虫剂等，将料渣Ⅱ用NaOH处理后可得到亚砷酸钠(Na3AsO3)，再利用如下图所示的三室电解池进行电解可得到砷酸(H3AsO4)及NaOH。则a极应接电源的______极，b电极上电极反应式为_______________________________________________________________________________________________________。答案(1)＋3两性(2)①铜3.3≤pH＜6②2Co2＋＋7Zn＋10H＋＋As2O5===7Zn2＋＋2CoAs＋5H2O1∶1(3)负AsO3－3－2e－＋H2O===AsO3－4＋2H＋解析(1)由化合价规则知NaCrO2中铬元素价态为＋3，由铬形成CrCl3、NaCrO2两类盐及铝元素的性质类推，Cr2O3是两性化合物。(2)①铜不能与稀硫酸反应，故料渣Ⅰ是金属单质铜，调pH时得到Fe(OH)3沉淀，故溶液的pH应不小于3.3，但要小于6。②锌将Co2＋、As2O5还原为相应的单质，然后两种单质形成合金。氧化过程中是Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋、H2O2被还原为H2O，氧化产物与还原产物物质的量之比为1∶1。(3)电解时阳离子移向阴极，故a电极是阴极，与电源负极相连，b电极是阳极，AsO3－3通过阴离子交换膜进入阳极区，AsO3－3在阳极上失去电子转化为AsO3－4：AsO3－3－2e－＋H2O===AsO3－4＋2H＋。3．钼酸钠(Na2MoO4)是一种冷却水系统的金属缓蚀剂，工业上利用钼精矿(主要成分为MoS2)制备金属钼和钼酸钠晶体的流程如图1所示。回答下列问题：(1)如果在空气中焙烧1molMoS2时，S元素转移12mol电子，则MoS2中钼元素的化合价为________；焙烧的另一种产物是________，产生的尾气对环境的主要危害是____________________。(2)若在实验中进行操作2，则从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是______________、过滤、洗涤、干燥。(3)钼精矿中MoS2含量测定：取钼精矿25g，经在空气中焙烧、操作1、操作2得到钼酸钠晶体24.2g，钼精矿中MoS2的质量分数为________________。(已知MoS2的相对分子质量为160，Na2MoO4·2H2O的相对分子质量为242)(4)操作3发生反应的离子方程式为____________________________________________________________。(5)用镍、钼作电极电解浓NaOH溶液制备钼酸钠(Na2MoO4)的装置如图2所示。b电极的材料为________________________________________________________________________(填“镍”或“钼”)，电极反应为___________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)＋4SO2形成酸雨(2)蒸发浓缩、冷却结晶(3)64%(4)MoS2＋6OH－＋9ClO－===MoO2－4＋2SO2－4＋9Cl－＋3H2O(5)钼Mo－6e－＋8OH－===MoO2－4＋4H2O解析(1)根据电子转移数目及化合物中各元素化合价代数和为0，容易计算得出MoS2中Mo元素的化合价为＋4；焙烧的另外一种产物是SO2，SO2能导致酸雨等。(2)从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(3)24.2g钼酸钠晶体的物质的量是0.1mol，由钼原子守恒得MoS2的物质的量为0.1mol，然后再根据质量分数的定义进行计算即可。(4)操作3是将钼精矿与氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液混合，发生反应的离子方程式是MoS2＋6OH－＋9ClO－===MoO2－4＋2SO2－4＋3H2O＋9Cl－。(5)用Ni、Mo作电极电解浓NaOH溶液制备钼酸钠(Na2MoO4)，根据钼的化合价变化，可知Mo电极上发生的是氧化反应，而阳极发生氧化反应，因此阳极的电极材料是钼，电解质溶液呈碱性，因此可以写出阳极的电极反应式是Mo－6e－＋8OH－===MoO2－4＋4H2O。考向突破二物质提纯类工艺流程题物质提纯类工艺流程题的解题策略1．阅读流程图，明确原料中含有的杂质和目标物质以及提纯的流程。2．明确提纯的方法及各种方法使用范围Ⅰ.水溶法：除去可溶性杂质。Ⅱ.酸溶法：除去碱性杂质。Ⅲ.碱溶法：除去酸性杂质。Ⅳ.氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。Ⅴ.加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。Ⅵ.调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。3．明确常用的分离方法同时还要注意物质分离、提纯的原则及注意事项等。1．纳米铜是一种性能优异的超导材料，以辉铜矿(主要成分为Cu2S)为原料制备纳米铜粉的工艺流程如图1所示。(1)用黄铜矿(主要成分为CuFeS2)、废铜渣和稀硫酸共同作用可获得较纯净的Cu2S，其原理如图2所示，该反应的离子方程式为_________________________________________________________________________________________________________________。(2)从辉铜矿中浸取铜元素时，可用FeCl3溶液作浸取剂。①反应：Cu2S＋4FeCl3===2CuCl2＋4FeCl2＋S，每生成1molCuCl2，反应中转移电子的物质的量为_______