2019版高考化學一輪復(fù)習 第八章 水溶液中的離子平衡 專題講座五 化工流程題的解題指導(dǎo)學案.doc

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專題講座五　化工流程題的解題指導(dǎo) 考綱研讀　1.從試題提供的新信息中，準確地提取實質(zhì)性內(nèi)容，并經(jīng)與已有知識塊整合，重組為新知識塊的能力。2.將實際問題分解，通過運用相關(guān)知識，采用分析、綜合的方法，解決簡單化學問題的能力。3.將分析和解決問題的過程及成果，用正確的化學術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達，并做出解釋的能力。 一、工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu) 二、工業(yè)流程題分類突破 題型一　物質(zhì)制備類化工流程題 1．核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫 關(guān)注箭頭的指向：箭頭指入→反應(yīng)物，箭頭指出→生成物。 (1)氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原規(guī)律，①判斷產(chǎn)物，②配平。 (2)非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。 2．原料的預(yù)處理 (1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。 水浸 與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出 固體加水(酸)溶解得到離子 酸浸 在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程 浸出率 固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) (2)灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解。 3．常用的控制反應(yīng)條件的方法 (1)調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點： ①能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大； ②不引入新雜質(zhì)。 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。 (2)控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要的方向移動。 (3)趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時會析出。 (4)冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 [例1]　(2016全國卷Ⅰ，28)NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用來漂白織物等，其一種生產(chǎn)工藝如下： 回答下列問題： (1)NaClO2中Cl的化合價為________。 (2)寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學方程式______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成，精制時，為除去Mg2＋和Ca2＋，要加入的試劑分別為________、________。“電解”中陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是________。 (4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是________。 (5)“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為________。(計算結(jié)果保留兩位小數(shù)) [解題流程] 第一步：讀題目，明確目的——制備NaClO2 第二步：審流程，分塊破題——拆分工藝流程 第三步：看設(shè)問，結(jié)合題中的問題，回到流程圖中找答案。 [得分秘籍] (1)設(shè)問一般相對獨立，無連帶效應(yīng)，一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。 (2)題中基本上都有與流程無關(guān)的問題，可直接作答；對于超綱知識，題目中要么有信息提示，要么與解答題目無關(guān)。 答案　(1)＋3　(2)2NaClO3＋H2SO4＋SO2===2NaHSO4＋2ClO2 (3)NaOH溶液　Na2CO3溶液　ClO(或NaClO2)　(4)2∶1　O2 (5)1.57 題型二　提純類化工流程題 1．明確常用的提純方法 (1)水溶法：除去可溶性雜質(zhì)。 (2)酸溶法：除去堿性雜質(zhì)。 (3)堿溶法：除去酸性雜質(zhì)。 (4)氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì)。 (5)加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。 (6)調(diào)節(jié)溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。 2．明確常用的分離方法 (1)過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。 (2)萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。 (3)蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl。 (4)冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。 (5)蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇或甘油。 (6)冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣。 [例2]　(2017合肥模擬)高純活性氧化鋅可用于光催化、光電極、彩色顯影等領(lǐng)域。以工業(yè)級氧化鋅(含F(xiàn)e2＋、Mn2＋、Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等)為原料，用硫酸浸出法生產(chǎn)高純活性氧化鋅的工藝流程如下： 已知Ksp[Fe(OH)3]＝4.010－38。 回答下列問題： (1)浸出時，為了提高浸出效率可采用的措施有(寫兩種)：______________________________。 (2)氧化時，加入KMnO4溶液是為了除去浸出液中的Fe2＋和Mn2＋(溶液中Mn全部轉(zhuǎn)化為MnO2)，請配平下列除去Fe2＋的離子方程式： MnO＋Fe2＋＋________===MnO2↓＋Fe(OH)3↓＋H＋ (3)加入鋅粉的目的是____________________________________________________________。 (4)已知H2SO4浸出液中，c(Fe2＋)＝5.04 mgL－1、c(Mn2＋)＝1.65 mgL－1。 ①加入KMnO4溶液反應(yīng)一段時間后，溶液中c(Fe3＋)＝0.56 mgL－1，若溶液pH＝3，則此時Fe3＋________(填“能”或“不能”)生成沉淀。 ②若要除盡1 m3上述浸出液中的Fe2＋和Mn2＋，需加入________ g KMnO4。 解析　(1)為了提高浸出效率，可以適當增大硫酸濃度、攪拌、將固體粉碎、提高浸出溫度等。(2)錳元素由＋7價降低到＋4價，而鐵元素由＋2價升高到＋3價，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平方程式。(3)加入鋅粉的目的是消耗溶液中的H＋，調(diào)節(jié)溶液pH，促進溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等形成沉淀而除去。(4)①c(Fe3＋)＝＝1.010－5 molL－1，此時溶液中c(OH－)＝1.010－11 molL－1，c(Fe3＋)c3(OH－)＝1.010－38＜Ksp[Fe(OH)3]，故不能生成Fe(OH)3沉淀。②加入KMnO4將Fe2＋和Mn2＋分別氧化為Fe3＋和MnO2，而KMnO4被還原為MnO2，根據(jù)得失電子守恒可知，加入KMnO4的質(zhì)量為 158 gmol－1＝7.9 g。 答案　(1)將工業(yè)級氧化鋅粉碎、攪拌，增大硫酸濃度(其他合理答案也可)　(2)1　3　7　H2O　1　3　5 (3)調(diào)節(jié)溶液pH，除去溶液中的Cu2＋、Ni2＋、Cd2＋等 (4)①不能?、?.9 1．(2015全國卷Ⅰ，27)硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦(主要成分為Mg2B2O5H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)為原料制備硼酸(H3BO3)的工藝流程如圖所示： 回答下列問題： (1)寫出Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)的化學方程式_______________________________________ ________________________________________________________________________。為提高浸出速率，除適當增加硫酸濃度外，還可采取的措施有________________________________ ____________________________________________________________________(寫出兩條)。 (2)利用________的磁性，可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是___________________________________________________________________(寫化學式)。 (3)“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是____________________________。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是______________________________________________________。 (4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是________(填名稱)。 (5)以硼酸為原料可制得硼氫化鈉(NaBH4)，它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為________。 (6)單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學方程式表示制備過程：_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)Mg2B2O5H2O＋2H2SO42MgSO4＋2H3BO3　提高反應(yīng)溫度、減小鐵硼礦粉粒徑 (2)Fe3O4　SiO2和CaSO4 (3)將Fe2＋氧化為Fe3＋　使Al3＋和Fe3＋形成氫氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸鎂 (5) (6)2H3BO3B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg 2B＋3MgO 解析　(1)Mg2B2O5H2O與硫酸反應(yīng)生成H3BO3、MgSO4，配平即可。為提高浸出速率，可以從溫度(升高溫度)、濃度、增大接觸面積(將礦石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4具有磁性，可以利用鐵塊將其從“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4，CaO與H2SO4生成CaSO4微溶于水，所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。此時溶液中除H3BO3外還有MgSO4[由(1)中反應(yīng)生成]、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“凈化除雜”先加H2O2的目的是將Fe2＋氧化為Fe3＋，然后再通過調(diào)節(jié)pH促進Fe3＋、Al3＋水解生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是沒有除去的MgSO4。(5)NaBH4由Na＋和BH組成。其中的氫顯－1價，－1價的H具有較強的還原性。(6)以硼酸和金屬鎂為原料制備單質(zhì)硼的過程：H3BO3分解生成B2O3，B2O3與金屬鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)B。 2．軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等雜質(zhì)，工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO4H2O的流程如下： 已知：①部分金屬陽離子完全沉淀時的pH如下表 金屬陽離子 Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Mg2＋ 完全沉淀時的pH 3.2 5.2 10.4 12.4 ②溫度高于27 ℃時，MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低。 (1)“浸出”過程中MnO2轉(zhuǎn)化為Mn2＋的離子方程式為________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)第1步除雜中加入H2O2的目的是_______________________________________________。 (3)第1步除雜中形成濾渣1的主要成分為________(填化學式)，調(diào)pH至5～6所加的試劑，可選擇________(填以下試劑的序號字母)。 a．CaO b．MgO c．Al2O3 d．氨水 (4)第2步除雜，主要是將Ca2＋、Mg2＋轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去，寫出MnF2除去Mg2＋的離子反應(yīng)方程式：________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為________。 (已知：MnF2的Ksp＝5.310－3；CaF2的Ksp＝1.510－10；MgF2的Ksp＝7.410－11) (5)采用“趁熱過濾”操作的原因是_______________________________________________。 (6)取少量MnSO4H2O溶于水，配成溶液，測其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性，原因是_____________________________________________________________(用離子方程式表示)。 答案　(1)MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋ (2)將Fe2＋氧化為Fe3＋ (3)Al(OH)3、Fe(OH)3　ab (4)MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2　7.2107 (5)減少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多產(chǎn)品 (6)Mn2＋＋2H2OMn(OH)2＋2H＋ 解析　(1)“浸出”過程中MnO2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子方程式為MnO2＋SO2===SO＋Mn2＋。 (2)第1步除雜中加入H2O2的目的是將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，以便于形成Fe(OH)3沉淀，過濾將沉淀除去。 (3)第1步除雜時調(diào)整溶液的pH在5～6，可以使溶液中的Al3＋、Fe3＋分別形成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以形成濾渣1的主要成分為Al(OH)3、Fe(OH)3；在調(diào)pH至5～6時，為了不引入新的雜質(zhì)離子，所加的試劑應(yīng)該可以與酸發(fā)生反應(yīng)，可選擇含有Ca2＋、Mg2＋的化合物CaO、MgO，a、b正確。 (4)第2步除雜，主要是將Ca2＋、Mg2＋轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氟化物沉淀除去，MnF2除去Mg2＋的離子反應(yīng)方程式是MnF2＋Mg2＋Mn2＋＋MgF2；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝≈7.2107。 (5)由已知②溫度高于27 ℃時，MnSO4晶體的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低，故采用“趁熱過濾”操作可以減少MnSO4H2O在水中的溶解，得到更多產(chǎn)品。 (6)MnSO4是強酸弱堿鹽，Mn2＋發(fā)生水解反應(yīng)。 3．(2016全國卷Ⅲ，28)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為 物質(zhì) V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3 質(zhì)量分數(shù)/% 2.2～2.9 2.8～3.1 22～28 60～65 1～2 <1 以下是一種廢釩催化劑回收工藝路線： 回答下列問題： (1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO，反應(yīng)的離子方程式為________________________，同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2＋。“廢渣1”的主要成分是________。 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋變?yōu)閂O，則需要氧化劑KClO3至少為________ mol。 (3)“中和”作用之一是使釩以V4O形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有________。 (4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈________性(填“酸”“堿”或“中”)。 (5)“流出液”中陽離子最多的是________。 (6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式____________________________________________。 答案　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2 (2)0.5　(3)Fe(OH)3、Al(OH)3　(4)堿　(5)K＋ (6)2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑ 解析　(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO，前后V元素化合價不變，說明沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為V2O5＋2H＋===2VO＋H2O。由于SiO2與H2SO4不反應(yīng)，故“廢渣1”的主要成分為SiO2。(2)VO2＋變?yōu)閂O，V的化合價由＋4價升高到＋5價，轉(zhuǎn)移1e－，而氧化劑KClO3則被還原為KCl，化合價由＋5價降低為－1價，轉(zhuǎn)移6e－，故欲使3 mol VO2＋變?yōu)閂O，需氧化劑KClO3的物質(zhì)的量至少為3 mol16＝0.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3＋、Al3＋，在“中和”時生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，所以“廢渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由題意知逆反應(yīng)是“洗脫”，在堿性環(huán)境中有利于向“洗脫”方向進行，故淋洗液應(yīng)呈堿性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH，所以“流出液”中陽離子最多的是K＋。(6)根據(jù)原子守恒可知偏釩酸銨“煅燒”生成五氧化二釩、氨氣和水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑。