無機化工流程題的解題策略

無機化工流程題的解題策略考綱研讀1.培養(yǎng)從試題提供的新信息中，準(zhǔn)確地提取實質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識塊整合，重組為新知識塊的能力。2.培養(yǎng)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(xué)問題的能力。3.培養(yǎng)將分析和解決問題的過程及成果，用正確的化學(xué)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根據(jù)化合價升降相等配平。(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)在高溫下氧化、分解。(3)審題時要“瞻前顧后”，注意物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)原理的前后聯(lián)系。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](2022·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(xué)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________、________?！半娊狻敝嘘帢O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(dāng)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ClOeq\o\al(－,2)(或NaClO2)(4)2∶1O2(5)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)，如從溶液中提取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、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O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](2022·山東等級模擬考，19)普通立德粉(BaSO4·ZnS)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制備。以粗氧化鋅(含Zn、CuO、FeO等雜質(zhì))和BaSO4為原料制備立德粉的流程如下：(1)生產(chǎn)ZnSO4的過程中，反應(yīng)器Ⅰ要保持強制通風(fēng)，原因是________________________。(2)加入鋅粉的主要目的是_____________________________________(用離子方程式表示)。(3)已知KMnO4在酸性溶液中被還原為Mn2＋，在弱酸性、弱堿性溶液中被還原為MnO2，在堿性溶液中被還原為MnOeq\o\al(2－,4)。據(jù)流程判斷，加入KMnO4時溶液的pH應(yīng)調(diào)至________；a．～b．～c．～濾渣Ⅲ的成分為________。(4)制備BaS時，按物質(zhì)的量之比計算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是________________________________________________________________________；生產(chǎn)過程中會有少量氧氣進入反應(yīng)器Ⅳ，反應(yīng)器Ⅳ中產(chǎn)生的尾氣需用堿液吸收，原因是________________________________________________________________________。(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量為%，高品質(zhì)銀印級立德粉中ZnS含量為%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中選取三種試劑制備銀印級立德粉，所選試劑為____________，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________(已知BaSO4相對分子質(zhì)量為233，ZnS相對分子質(zhì)量為97)。答案(1)防止產(chǎn)生H2的濃度過大而發(fā)生爆炸(2)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑(3)bFe(OH)3、MnO2(4)防止C粉過量，進而形成COO2可能將BaS氧化為SO2，污染環(huán)境(5)ZnSO4、BaS、Na2S4ZnSO4＋BaS＋3Na2S=BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4解析(3)反應(yīng)的目的是除掉Fe2＋，但該過程不能引入新的雜質(zhì)，故MnOeq\o\al(－,4)不能轉(zhuǎn)化為Mn2＋或MnOeq\o\al(2－,4)，需將溶液調(diào)節(jié)至弱酸性。(5)設(shè)ZnS為xmol，BaSO4為ymol，eq\f(97x,97x＋233y)＝%，解得x∶y＝4∶1。1．(2022·原創(chuàng)預(yù)測卷九)甘氨酸亞鐵[(NH2CH2COO)2Fe]是新一代畜禽飼料補鐵添加劑。某實驗小組以硫酸亞鐵為鐵源制備甘氨酸亞鐵，其簡要流程如下。已知相關(guān)物質(zhì)的信息如下：甘氨酸(NH2CH2COOH)檸檬酸(3-羥基-1,3,5-戊三酸)甘氨酸亞鐵[(NH2CH2COO)2Fe]易溶于水，微溶于乙醇，具有兩性易溶于水和乙醇，具有較強的酸性和還原性淺黃褐綠色結(jié)晶粉末，易溶于水，難溶于乙醇，結(jié)構(gòu)如下圖：回答下列問題：(1)步驟(a)中加入鐵粉的作用是______________________________________________；寫出生成沉淀的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________。(2)步驟(b)中為了提高甘氨酸亞鐵的產(chǎn)率，需要控制溶液的pH在～之間，pH過低甘氨酸亞鐵產(chǎn)率將下降，其原因為____________________________________________；檸檬酸的作用包括________(填字母)。A．調(diào)節(jié)溶液的pHB．除去步驟(a)中加入的鐵粉C．防止Fe2＋被氧化D．促進沉淀的溶解，加快反應(yīng)速率(3)步驟(b)中趁熱過濾的目的是_____________________________________________。(4)步驟(c)中加入乙醇的目的是_____________________________________________。(5)產(chǎn)品中Fe2＋含量的檢測：稱取mg樣品溶解于適量蒸餾水中，配制成mL溶液。用移液管取出mL溶液于錐形瓶中，向其中加入一定量混酸X進行酸化，用cmol·L－1的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗KMnO4溶液的體積為VmL。①混酸X可以是________(填字母)。A．HCl和H2SO4 B．HCl和H3PO4C．H2SO4和H3PO4 D．H2SO4和HNO3E．HCl和HNO3②滴定終點的現(xiàn)象為________________________________________________________________________________________________________________________________。③據(jù)此計算Fe2＋的質(zhì)量分數(shù)為______________________________________________。答案(1)防止Fe2＋被氧化FeSO4＋2NH4HCO3=FeCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑(2)H＋會與NH2CH2COOH反應(yīng)，不利于甘氨酸亞鐵的生成ACD(3)除去鐵粉，減少因溫度降低甘氨酸亞鐵析出帶來的損失(4)降低甘氨酸亞鐵的損失(5)①C②當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)溶液時，溶液變?yōu)樽仙驕\紫色，且半分鐘內(nèi)不變色③eq\f,m)×100%解析(1)Fe2＋在空氣中易被氧化，加入Fe粉可防止其被氧化；Fe2＋與HCOeq\o\al(－,3)電離出的COeq\o\al(2－,3)結(jié)合，H＋再和過量的HCOeq\o\al(－,3)反應(yīng)生成CO2。(2)NH2CH2COOH中有堿性基團—NH2，可以和H＋反應(yīng)，故pH應(yīng)控制在～之間。(4)甘氨酸亞鐵難溶于乙醇，加入乙醇可降低其損失。(5)①HCl有還原性、HNO3有氧化性，兩者都會影響滴定結(jié)果，故選C；③由關(guān)系式MnOeq\o\al(－,4)～5Fe2＋可得n(Fe2＋)＝5cV×10－3mol，則Fe2＋的質(zhì)量分數(shù)為eq\f(5cV×10－3×56×4,m)×100%＝eq\f,m)×100%。2．(2022·山東德州一模)金屬Co、Ni性質(zhì)相似，在電子工業(yè)以及金屬材料上應(yīng)用十分廣泛。現(xiàn)以含鈷、鎳、鋁的廢渣(含主要成分為CoO、Co2O3、Ni、少量雜質(zhì)Al2O3)提取鈷、鎳的工藝如下：(1)酸浸時SO2的作用是_________________________________________________。(2)除鋁時加入碳酸鈉產(chǎn)生沉淀的離子方程式：_________________________________________________________________________________________________________。(3)有機層提取出的Ni2＋可用于制備氫鎳電池，該電池工作原理：NiOOH＋MHeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Ni(OH)2＋M，電池放電時正極的電極反應(yīng)式為_______________________________________。(4)用CoCO3為原料采用微波水熱法和常規(guī)水熱法均可制得H2O2分解的高效催化劑CoxNi(1－x)Fe2O4(其中Co、Ni均為＋2價)。如圖是用兩種不同方法制得的CoxNi(1－x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線。①H2O2的電子式________________。②由圖中信息可知：________法制取的催化劑活性更高。③Co2＋、Ni2＋兩種離子中催化效果更好的是________。(5)已知煅燒CoCO3時，溫度不同，產(chǎn)物不同。在400℃充分煅燒CoCO3，得到固體氧化物的質(zhì)量為g，CO2的體積為L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，則此時所得固體氧化物的化學(xué)式為__________。答案(1)還原劑(或?qū)o3＋還原為Co2＋)(2)2Al3＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑(3)NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－(4)①②微波水熱③Co2＋(5)Co3O4解析(1)從流程圖可知，在酸浸過程中Co2O3轉(zhuǎn)化為Co2＋，故SO2為還原劑。(2)Al3＋與COeq\o\al(2－,3)會發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀和CO2氣體：2Al3＋＋3COeq\o\al(2－,3)＋3H2O=2Al(OH)3↓＋3CO2↑。(3)從電池的總反應(yīng)方程式可知，該電池為堿性電池，放電過程中正極NiOOH轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2：NiOOH＋e－＋H2O=Ni(OH)2＋OH－。(4)②從圖像可知，微波水熱法制取的催化劑的催化效果更好。③x值越大，Co2＋的含量越大，H2O2分解的相對初始速率越大，故Co2＋的催化效果更好。(5)根據(jù)元素守恒，n(Co)＝n(CO2)＝eq\fL,L·mol－1)＝mol，m(Co)＝mol×59g·mol－1＝mol，所以該氧化物的化學(xué)方程式為Co3O4。3．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MnSO4·H2O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pH②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(xué)式)，調(diào)pH至5～6所加的試劑，可選擇________(填字母)。a．CaOb．MgOc．Al2O3d．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＋的離子方程式：________________________________________________________________________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)值為________。(已知：MnF2的Ksp＝×10－3；CaF2的Ksp＝×10－10；MgF2的Ksp＝×10－11)(5)采用“趁熱過濾”操作的原因是__________________________________________。(6)取少量MnSO4·H2O溶于水，配成溶液，測其pH發(fā)現(xiàn)該溶液顯酸性，原因是___________________________________________________