適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)第3章金屬及其化合物熱點(diǎn)專攻8無(wú)機(jī)化學(xué)工藝流程題解題策略課件

熱點(diǎn)專攻8無(wú)機(jī)化學(xué)工藝流程題解題策略熱點(diǎn)精講1.化工流程題的基本框架結(jié)構(gòu)

2.化工流程圖中的主要環(huán)節(jié)及分析(1)原料的預(yù)處理①溶解:通常用酸溶,如用稀硫酸等進(jìn)行溶解。水浸與水接觸反應(yīng)或溶解酸浸在酸中反應(yīng),使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,將不溶物通過(guò)過(guò)濾除去浸出率浸出的目標(biāo)物質(zhì)占總目標(biāo)物質(zhì)的百分率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。(2)核心化學(xué)反應(yīng)——陌生化學(xué)(或離子)方程式的書(shū)寫(xiě)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,判斷產(chǎn)物類型,根據(jù)得失電子守恒等配平。②非氧化還原反應(yīng):結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實(shí)際,以及元素守恒規(guī)律等判斷產(chǎn)物。(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并過(guò)濾除去。選擇調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般要考慮兩點(diǎn),一是能與H+反應(yīng),使溶液pH增大;二是不引入新雜質(zhì)。例如要除去MgCl2溶液中混有的Fe3+,可加入MgO、MgCO3、Mg(OH)2等物質(zhì)來(lái)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(dòng)。③趁熱過(guò)濾:防止某些物質(zhì)降溫時(shí)會(huì)析出,混入雜質(zhì)或降低產(chǎn)物的產(chǎn)率。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(guò)程中的溶解損耗。3.解答化工流程題的基本步驟(1)從題干中獲取有用信息,閱讀題干時(shí)要隨手圈出目的及相關(guān)信息,了解反應(yīng)物是什么,產(chǎn)品是什么,主要分析出產(chǎn)品中各種元素的來(lái)源,即分析“元素流向”。(2)了解流程中一些操作的目的,通常都是為了凈化原料或者提純產(chǎn)品。(3)對(duì)反應(yīng)條件的分析可從以下幾個(gè)方面著手:①對(duì)反應(yīng)速率有何影響;②對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率有何影響;③對(duì)綜合生產(chǎn)效益有何影響(從原料來(lái)源、能源成本、環(huán)境保護(hù)、循環(huán)利用等方面考慮)。熱點(diǎn)精練題型1物質(zhì)制備類化工流程題1.(2023·山東卷)鹽湖鹵水(主要含Na+、Mg2+、Li+、Cl-、

和硼酸根等)是鋰鹽的重要來(lái)源。一種以高鎂鹵水為原料經(jīng)兩段除鎂制備Li2CO3的工藝流程如下。已知:常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。(1)含硼固體中的B(OH)3在水中存在平衡:B(OH)3+H2O

H++[B(OH)4]-(常溫下,Ka=10-9.24);B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常溫下,在0.10mol·L-1硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]-,該水解反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________,該溶液的pH=________。

(2)濾渣Ⅰ的主要成分是__________________(填化學(xué)式);精制Ⅰ后溶液中Li+的濃度為2.0mol·L-1,則常溫下精制Ⅱ過(guò)程中

濃度應(yīng)控制在___________mol·L-1以下。若脫硼后直接進(jìn)行精制Ⅰ,除無(wú)法回收HCl外,還將增加________________(填化學(xué)式)的用量。

(3)精制Ⅱ的目的是_______;進(jìn)行操作X時(shí)應(yīng)選擇的試劑是________,若不進(jìn)行該操作而直接濃縮,將導(dǎo)致_________________________________。

[B4O5(OH)4]2-+5H2O2B(OH)3+2[B(OH)4]-9.24Mg(OH)2、CaSO45.5×10-3Na2CO3、CaO除鈣

HCl濃縮時(shí)有Li2CO3沉淀析出,最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小

歸納總結(jié)解答工藝流程題的常用分析方法1.主線法(1)流程圖三部分:原料預(yù)處理、轉(zhuǎn)化與分離階段、獲取最終產(chǎn)物階段。(2)分析每一流程前后物質(zhì)的變化。(3)一般默認(rèn)使用的試劑需過(guò)量。2.雙線法(1)反應(yīng)線———物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。(2)操作線———物質(zhì)在轉(zhuǎn)化時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作。3.四線法(1)試劑線:為達(dá)到最終目的加入的物質(zhì),起到氧化還原、非氧化還原的作用;(2)轉(zhuǎn)化線:元素守恒———焙燒、溶浸、沉淀、煅燒、電解、結(jié)晶等;(3)除雜線:復(fù)分解沉淀、置換沉淀、氧化還原沉淀、加熱產(chǎn)生氣體等;(4)分離線:蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾(趁熱過(guò)濾)、洗滌、干燥等。2.(2024·廣西北海模擬)硫酸鈰銨[(NH4)2Ce(SO4)3]微溶于水,不溶于乙醇,溶于無(wú)機(jī)酸,可用作分析試劑、氧化劑。某工廠用碳酸鈰[Ce2(CO3)3]礦石制備硫酸鈰銨的工藝流程如圖:已知:①Ksp[Ce(OH)4]=2×10-48。②硫酸鈰銨的熔點(diǎn)為130℃,沸點(diǎn)為330℃?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)(NH4)2Ce(SO4)3中鈰元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。

(2)步驟一中,先將Ce2(CO3)3礦石粉碎,目的是_______________________。

(3)步驟二中,反應(yīng)溫度需要控制在0~30℃,原因是____________________。反應(yīng)完全后,要將混合物升溫至90℃,目的是_______________________。

(4)步驟二中,Ce2(SO4)3與H2O2、NH3·H2O反應(yīng)生成Ce(OH)4的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________。

(5)步驟三反應(yīng)完全后的溶液經(jīng)________、________、過(guò)濾,得到晶體。最后用________洗滌2~3次后,得到高純硫酸鈰銨晶體。

(6)若最初稱取一定量的碳酸鈰礦石,其中含Ce2(CO3)34.60kg,經(jīng)該工藝流程最終獲得5.62kg(NH4)2Ce(SO4)3晶體,則(NH4)2Ce(SO4)3的產(chǎn)率為_(kāi)_______(保留三位有效數(shù)字)。

+4價(jià)

增大溶解過(guò)程中固體與稀硫酸的接觸面積,加快溶解速率

溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致過(guò)氧化氫分解、氨水揮發(fā)

除去過(guò)量的過(guò)氧化氫

Ce2(SO4)3+H2O2+6NH3·H2O══2Ce(OH)4↓+3(NH4)2SO4蒸發(fā)濃縮

冷卻結(jié)晶

乙醇

60.6%解析

碳酸鈰[Ce2(CO3)3]礦石用硫酸浸取,Ce3+進(jìn)入溶液,加入過(guò)氧化氫將三價(jià)鈰氧化為四價(jià)鈰,加入氨水升溫至90

℃得到Ce(OH)4懸濁液,加入硫酸、硫酸銨得到硫酸鈰銨晶體。(1)(NH4)2Ce(SO4)3中銨根、硫酸根化合價(jià)分別為+1、-2價(jià),根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為零,可知鈰元素的化合價(jià)為+4價(jià)。(2)將Ce2(CO3)3礦石粉碎,目的是增大溶解過(guò)程中固體與稀硫酸的接觸面積,加快溶解速率,提高浸取效率。(3)過(guò)氧化氫不穩(wěn)定、氨水易揮發(fā),反應(yīng)溫度需要控制在0~30

℃,原因是溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致過(guò)氧化氫分解、氨水揮發(fā);反應(yīng)完全后,要將混合物升溫至90

℃,目的是使過(guò)氧化氫分解為水和氧氣,除去過(guò)量的過(guò)氧化氫。(4)Ce2(SO4)3與H2O2、NH3·H2O反應(yīng)生成Ce(OH)4,反應(yīng)中Ce化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)、過(guò)氧化氫中氧化合價(jià)由-1價(jià)變?yōu)?2價(jià),結(jié)合電子守恒、質(zhì)量守恒可知,化學(xué)方程式為Ce2(SO4)3+H2O2+6NH3·H2O═2Ce(OH)4↓+3(NH4)2SO4。(5)步驟三反應(yīng)完全后的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾,得到晶體。硫酸鈰銨微溶于水,不溶于乙醇,故最后用乙醇洗滌2~3次后,得到高純硫酸鈰銨晶體。(6)由Ce守恒可知,Ce2(CO3)3~2(NH4)2Ce(SO4)3,3.(2024·陜西渭南模擬)工業(yè)廢水任意排放,會(huì)造成環(huán)境污染。“協(xié)同去污,變廢為寶”為處理工業(yè)廢水提供了新思路。電鍍廠產(chǎn)生大量含F(xiàn)eSO4、CuSO4的電鍍廢液,皮革廠產(chǎn)生大量含K2Cr2O7的廢液。兩廠聯(lián)合處理廢水,回收Cu并生產(chǎn)鐵紅和媒染劑Cr2(SO4)3·6H2O,工藝流程如圖:(1)K2Cr2O7中Cr元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。

(2)該工藝中多次用到過(guò)濾,過(guò)濾時(shí)需要的玻璃儀器除燒杯外還有_______。(3)濾液可以通入或加入X經(jīng)一步轉(zhuǎn)化為溶液A,X可以是下列選項(xiàng)中的_______。證明濾液中只含有Fe2+而不含F(xiàn)e3+的實(shí)驗(yàn)方法是____________。A.CO2

B.O2

C.Cl2

D.SO2

E.H2O2+6價(jià)

漏斗、玻璃棒

BCE先滴加KSCN溶液,不顯紅色,再滴加氯水后顯紅色(答案合理即可)(4)濾液與含K2Cr2O7的廢液反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)____________________。(5)從Cr2(SO4)3溶液制取Cr2(SO4)3·6H2O晶體的實(shí)驗(yàn)操作方法為_(kāi)_______、________、過(guò)濾、洗滌、干燥。

(6)已知Cr(OH)3化學(xué)性質(zhì)與Al(OH)3類似,選擇合適的化學(xué)試劑,將流程中的Cr2(SO4)3溶液轉(zhuǎn)化為可用于陶瓷和搪瓷的著色劑Cr2O3,轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的主要化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________。

蒸發(fā)濃縮

冷卻結(jié)晶

Cr2(SO4)3+6NH3·H2O═2Cr(OH)3↓+3(NH4)2SO4、2Cr(OH)3

Cr2O3+3H2O解析

由題給流程可知,向電鍍廢液中加入過(guò)量鐵粉,將溶液中銅離子轉(zhuǎn)化為銅,過(guò)濾得到含有銅、鐵的濾渣和含有硫酸亞鐵的濾液;向?yàn)V渣中加入過(guò)量稀硫酸,將濾渣中的鐵轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵,過(guò)濾得到銅和含有硫酸亞鐵的濾液;向混合后的濾液中通入氧氣或氯氣或加入過(guò)氧化氫,將溶液中的亞鐵離子氧化得到含有鐵離子的溶液A;向?yàn)V液中加入重鉻酸鉀廢液,將溶液中的亞鐵離子氧化得到含有鐵離子和鉻離子的溶液B;向溶液B中加入萃取劑萃取、分液得到含有鐵離子的有機(jī)相和硫酸鉻溶液;硫酸鉻溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到六水硫酸鉻;向有機(jī)相中加入稀硫酸反萃取、分液得到可循環(huán)使用的萃取劑和含有鐵離子的溶液A;向溶液A中加入氫氧化鈉溶液,將鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀,過(guò)濾得到的氫氧化鐵受熱分解得到鐵紅。(1)由化合價(jià)的代數(shù)和為0可知,重鉻酸鉀中鉻元素的化合價(jià)為+6價(jià)。(2)過(guò)濾所需的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒。(3)由分析可知,溶液A為含有鐵離子的溶液,證明濾液中只含有Fe2+而不含F(xiàn)e3+的實(shí)驗(yàn)方法是先滴加KSCN溶液,不顯紅色,再滴加氯水后顯紅色;通入氧氣、氯氣或過(guò)氧化氫,將溶液中的亞鐵離子氧化得到含有鐵離子的溶液A。(4)由分析可知,濾液與廢液發(fā)生的反應(yīng)為酸性條件下,溶液中亞鐵離子與重鉻酸根離子反應(yīng)生成鐵離子、鉻離子和水,反應(yīng)的離子方程式為(5)由分析可知,制得六水硫酸鉻的實(shí)驗(yàn)操作方法為硫酸鉻溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到六水硫酸鉻。(6)由氫氧化鉻的性質(zhì)與氫氧化鋁類似可知,由硫酸鉻溶液制備氧化鉻的反應(yīng)為硫酸鉻溶液與氨水反應(yīng)生成氫氧化鉻沉淀和硫酸銨,過(guò)濾得到的氫氧化鉻受熱分解生成三氧化鉻和水,反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為Cr2(SO4)3+6NH3·H2O═2Cr(OH)3↓+3(NH4)2SO4、2Cr(OH)3

Cr2O3+3H2O。題型2物質(zhì)分離及提純類化工流程題4.(2022·湖北卷)全球?qū)︿囐Y源的需求不斷增長(zhǎng),“鹽湖提鋰”越來(lái)越受到重視。某興趣小組取鹽湖水進(jìn)行濃縮和初步除雜后,得到濃縮鹵水(含有Na+、Li+、Cl-和少量Mg2+、Ca2+),并設(shè)計(jì)了以下流程通過(guò)制備碳酸鋰來(lái)提取鋰。25℃時(shí)相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)如下,LiOH的溶解度:12.4g/100gH2O?；衔颩g(OH)2Ca(OH)2CaCO3Li2CO3Ksp5.6×10-125.5×10-62.8×10-92.5×10-2回答下列問(wèn)題:(1)“沉淀1”為_(kāi)_______________。

(2)向“濾液1”中加入適量固體Li2CO3的目的是_______________________。(3)為提高Li2CO3的析出量和純度,“操作A”依次為_(kāi)_______________、________________、洗滌。

(4)有同學(xué)建議用“侯氏制堿法”的原理制備Li2CO3。查閱資料后,發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)對(duì)常溫下的Li2CO3有不同的描述:①是白色固體;②尚未從溶液中分離出來(lái)。為探究LiHCO3的性質(zhì),將飽和LiCl溶液與飽和NaHCO3溶液等體積混合,起初無(wú)明顯變化,隨后溶液變渾濁并伴有氣泡冒出,最終生成白色沉淀。上述現(xiàn)象說(shuō)明,在該實(shí)驗(yàn)條件下LiHCO3________(填“穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”),有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________。

Mg(OH)2將Ca2+轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去,同時(shí)不引入新雜質(zhì)

蒸發(fā)濃縮

趁熱過(guò)濾

不穩(wěn)定

(5)他們結(jié)合(4)的探究結(jié)果,擬將原流程中向“濾液2”加入Na2CO3改為通入CO2。這一改動(dòng)能否達(dá)到相同的效果,作出你的判斷并給出理由。

能達(dá)到相同效果;改為通入過(guò)量的CO2,則LiOH轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iHCO3,結(jié)合(4)的探究結(jié)果,LiHCO3也會(huì)很快分解產(chǎn)生Li2CO3,能達(dá)到相同的效果解析

(2)濾液1中含有Na+、Li+、Cl-和Ca2+,結(jié)合LiOH的溶解度和化合物的溶度積常數(shù)可推測(cè),加入Li2CO3的目的是將Ca2+轉(zhuǎn)化成CaCO3沉淀除去,同時(shí)不引入新雜質(zhì)。(3)由Li2CO3的溶解度曲線可知,溫度升高,Li2CO3的溶解度降低,即在溫度較高時(shí),其溶解度減小,有利于析出,為提高Li2CO3的析出量和純度,需要在較高溫度下析出并過(guò)濾得到沉淀,即依次蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾、洗滌。(5)“濾液2”中含有LiOH,加入Na2CO3的目的是將LiOH轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2CO3。若改為通入過(guò)量的CO2,則LiOH轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iHCO3,結(jié)合(4)的探究結(jié)果,LiHCO3會(huì)很快分解產(chǎn)生Li2CO3,故這一改動(dòng)能達(dá)到相同的效果。歸納總結(jié)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:除去與酸反應(yīng)的雜質(zhì)。(3)堿溶法:除去與堿反應(yīng)的雜質(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(guò)濾:分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過(guò)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、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)蒸餾或分餾:分離沸點(diǎn)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(diǎn)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。5.(2022·廣東卷)稀土(RE)包括鑭、釔等元素,是高科技發(fā)展的關(guān)鍵支撐。我國(guó)南方特有的稀土礦可用離子交換法處理,一種從該類礦(含鐵、鋁等元素)中提取稀土的工藝如下:已知:月桂酸(C11H23COOH)熔點(diǎn)為44℃;月桂酸和(C11H23COO)3RE均難溶于水。該工藝條件下,稀土離子保持+3價(jià)不變;(C11H23COO)2Mg的Ksp=1.8×10-8;Al(OH)3開(kāi)始溶解時(shí)的pH為8.8;有關(guān)金屬離子沉淀的相關(guān)pH見(jiàn)下表。離子Mg2+Fe3+Al3+RE3+開(kāi)始沉淀時(shí)的pH8.81.53.66.2~7.4沉淀完全時(shí)的pH—3.24.7—(1)“氧化調(diào)pH”中,化合價(jià)有變化的金屬離子是________。

(2)“過(guò)濾1”前,用NaOH溶液調(diào)pH至________的范圍內(nèi),該過(guò)程中Al3+發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________。

Fe2+4.7~6.2Al3++3OH-══Al(OH)3↓(3)“過(guò)濾2”后,濾餅中檢測(cè)不到Mg元素,濾液2中Mg2+濃度為2.7g·L-1。為盡可能多地提取RE3+,可提高月桂酸鈉的加入量,但應(yīng)確?！斑^(guò)濾2”前的溶液中c(C11H23COO-)低于________mol·L-1(保留兩位有效數(shù)字)。

(4)①“加熱攪拌”有利于加快RE3+溶出、提高產(chǎn)率,其原因是___________。②“操作X”的過(guò)程為:先________,再固液分離。

4.0×10-4加熱可以提高分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散速度,攪拌增加溶劑與溶質(zhì)的接觸面積,使溶出更徹底,提高溶出速度,提高產(chǎn)率冷卻結(jié)晶

(5)該工藝中,可再生循環(huán)利用的物質(zhì)有________(寫(xiě)化學(xué)式)。

(6)稀土元素釔(Y)可用于制備高活性的合金類催化劑Pt3Y。①還原YCl3和PtCl4熔融鹽制備Pt3Y時(shí),生成1molPt3Y轉(zhuǎn)移________mol電子。

②Pt3Y/C用作氫氧燃料電池電極材料時(shí),能在堿性溶液中高效催化O2的還原,發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)_______________________。

MgSO415O2+4e-+2H2O══4OH-解析

本題涉