專題19-化工流程(教案)-高三期末化學(xué)大串講(原卷版)

專題19化工流程無機(jī)化工流程題的特點：規(guī)律：主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。核心考點：物質(zhì)的分離操作、除雜試劑的選擇、生產(chǎn)條件的控制。1.流程的呈現(xiàn)主要有以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為主線，以操作過程為主線，甚至有時候會以設(shè)備為主線。2.這類題常圍繞以下幾個知識點進(jìn)行設(shè)問：⑴反應(yīng)速率與平衡理論的運用反應(yīng)物顆粒大?。悍磻?yīng)速率、原料的利用率等溫度：反應(yīng)速率、物質(zhì)的穩(wěn)定性、物質(zhì)的結(jié)晶等⑵氧化還原反應(yīng)的判斷、化學(xué)方程式或離子方程式的書寫；⑶利用控制pH分離除雜；⑷化學(xué)反應(yīng)的能量變化；⑸實驗基本操作：除雜、分離、檢驗、洗滌、干燥等；⑹流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)，資源的回收和利用；⑺環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)評價。原料處理的方法和作用對原料進(jìn)行預(yù)處理的常用方法及其作用：1.粉碎、研磨：減小固體的顆粒度，增大固體與液體或氣體間的接觸面積，加快反應(yīng)速率。2.水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解。3.酸浸：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等，與酸接觸反應(yīng)或溶解，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去。近年來，在高考題出現(xiàn)了“浸出”操作。在化工生產(chǎn)題中，礦物原料“浸出”的任務(wù)是選擇適當(dāng)?shù)娜軇?，使礦物原料中的有用組分或有害雜質(zhì)選擇性地溶解，使其轉(zhuǎn)入溶液中，達(dá)到有用組分與有害雜質(zhì)或與脈石組分相分離的目的。4.浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)。5.灼燒：除去可燃性雜質(zhì)或使原料初步轉(zhuǎn)化，如從海帶中提取碘時的灼燒就是為了除去可燃性雜質(zhì)，將有機(jī)碘轉(zhuǎn)化為碘鹽。6.灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)和組成，使一些物質(zhì)能溶解；并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解，如煅燒高嶺土和石灰石。例1工業(yè)上可用軟錳礦（主要成分是MnO2）和黃鐵礦（主要成分是FeS2）為主要原料制備高性能磁性材料碳酸錳（MnCO3）。其工業(yè)流程如下：回答下列問題：（1）為了提高溶浸工序中原料的浸出率，除了可以攪拌、將礦石研磨粉碎以外，可以采取的措施有（寫兩條）________________。（2）副產(chǎn)品A的化學(xué)式是________________。（3）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu2＋、Ca2＋等雜質(zhì)。若測得濾液中c(F－)＝0.01mol·L－1，則濾液中殘留的c(Ca2＋)＝________________〔已知：Ksp(CaF2)＝1.46×10－10〕。（4）沉錳工序中，加入NH4HCO3后有無色無味的氣體放出，同時有淺紅色的沉淀生成，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是________________；沉錳工序中判斷沉淀已經(jīng)洗滌干凈的實驗操作是________________。（5）已知MnCO3難溶于水和乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解。工業(yè)上一般用少量C2H5OH洗滌的原因是________________。（6）溶浸過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下，請完成并配平該反應(yīng)的離子方程式：_____________FeS2＋_____________MnO2＋_____________＝_____________Fe3＋＋_____________Mn2＋＋_____________SO42－＋_____________，___________________【名師點睛】化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論是重要的化學(xué)原理。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。對于固體來說，其濃度不變，所以要使反應(yīng)速率加快，可通過將固體粉碎成細(xì)小的顆粒、攪拌等方法進(jìn)行。外界條件對化學(xué)平衡移動的影響可通過勒夏特列原理進(jìn)行分析，但是平衡移動的趨勢是微弱的。要會根據(jù)反應(yīng)方程式分析判斷物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率的大小，轉(zhuǎn)化率大的反應(yīng)速率不一定快，物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率大小與反應(yīng)快慢是不同的概念，要掌握其區(qū)別與聯(lián)系。要會根據(jù)方程式中相應(yīng)物質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行有關(guān)物質(zhì)的量的化學(xué)計算。本題將化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、電解原理、滴定方法的應(yīng)用綜合一起考查，反映了考生的綜合應(yīng)用知識分析、解決問題的能力。驗條件的控制和目的一.掌握核心化學(xué)反應(yīng)1.元素及其化合物知識：化工生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程，也是物質(zhì)經(jīng)歷相互轉(zhuǎn)化的過程。理解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就要用到元素及其化合物的相關(guān)知識。一般圍繞鐵、銅、鋁、鎂、氯、硫、磷、硅等元素的單質(zhì)或化合物的工業(yè)制備來進(jìn)行命題，需要掌握這些元素及其化合物的知識2.還要掌握有關(guān)化工生產(chǎn)的知識，熟悉的有純堿工業(yè)、氨工業(yè)、硅單質(zhì)的制備、氯堿工業(yè)、海水中提取鎂、海水中提取溴等；3.化學(xué)反應(yīng)原理：化工生產(chǎn)中把原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的過程就是化學(xué)反應(yīng)的過程，從化學(xué)反應(yīng)原理的角度選擇原料、控制條件和選擇設(shè)備等，是化工生產(chǎn)的基本思路?；瘜W(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識包括質(zhì)量守恒定律、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、電化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)等，做到能綜合運用這些知識分析化工生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)的情況。①調(diào)節(jié)溶液的pH值：使某些離子轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋矶_(dá)到分離的目的，抑制某些離子的水解，防止某些離子的氧化等。在題目中常以表格形式給出信息。例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示物質(zhì)開始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應(yīng)該怎樣做？提示：先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH到3.7。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。調(diào)節(jié)溶液的pH：“酸作用還可以除去氧化物（膜）；“堿作用”還可以除去油污、除去鋁片氧化物、溶解鋁、二氧化硅。②控制體系的溫度a．控制低溫：防止物質(zhì)的分解，如NaHCO3、NH4HCO3、H2O2、HNO3(濃)等；防止物質(zhì)的揮發(fā)，如鹽酸、醋酸等；抑制物質(zhì)的水解，如冰水洗滌，以防止洗滌過程中的溶解損耗；增大氣體反應(yīng)物的溶解度，使其被充分吸收；b．采取加熱：加速某固體的溶解，加快反應(yīng)速率；減少氣體生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移動；趁熱過濾，防止某物質(zhì)降溫時因析出而損耗或帶入新的雜質(zhì)；c．控制范圍：確保催化劑的催化效果，兼顧速率和轉(zhuǎn)化率，追求更好的經(jīng)濟(jì)效益，防止副反應(yīng)發(fā)生等。二.明確反應(yīng)原理注意每一步在什么條件下，發(fā)生了什么反應(yīng)，生成了什么物質(zhì)，這些物質(zhì)分別到哪里去了。如轉(zhuǎn)化成了沉淀還是氣體或生成了其他物質(zhì)。例2硼、鎂及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。已知：硼鎂礦主要成分為Mg2B2O5?H2O，硼砂的化學(xué)式為Na2B4O7?10H2O。利用硼鎂礦制取金屬鎂及粗硼的工藝流程為：回答下列有關(guān)問題：(1)硼砂中B的化合價為________________，溶于熱水后，常用H2SO4調(diào)pH為2～3制取H3BO3，反應(yīng)的離子方程式為____________________________。X為H3BO3晶體加熱脫水的產(chǎn)物，其與Mg制取粗硼的化學(xué)方程式為_______________。(2)MgCl2·7H2O需要在HCl氛圍中加熱，其目的是______________________。若用惰性電極電解MgCl2溶液，其總反應(yīng)離子方程式為

__________________________。(3)鎂-H2O2酸性燃料電池的反應(yīng)機(jī)理為Mg+H2O2+2H+═Mg2++2H2O，則正極反應(yīng)式為___________

。(4)制得的粗硼在一定條件下生成BI3，BI3加熱分解可以得到純凈的單質(zhì)硼?，F(xiàn)將

0.020g粗硼制成的BI3完全分解，生成的I2用0.30mol·L-1

Na2S2O3溶液滴定至終點，并選用指示劑，達(dá)到滴定終點的現(xiàn)象是_________________________________________。消耗Na2S2O3溶液18.00mL。該粗硼樣品的純度為

__________________。(提示：I2+2S2O32－=2I－+S4O62－)例3A部分：由鋯英砂(ZrO2·SiO2，還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))制備ZrO2的流程如下：已知：①ZrO2在強(qiáng)堿性溶液中以ZrO32-形式存在，在強(qiáng)酸性溶液中以ZrO2+形式存在。②部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。Mn+Fe3+Al3+ZrO2+開始沉淀時pH1.93.36.2沉淀完全時pH3.85.68.0(1)操作I所需要的玻璃儀器為___________，操作I除了得到溶液a還可得到_________。(2)加氨水至溶液a中調(diào)節(jié)pH的的范圍是________________。(3)操作II會得到濾液b和濾渣II，濾渣II分離過程如下：氧化物B的化學(xué)式為__________。若試劑X為鹽酸，缺點是___________。(4)操作III除得到Zr(OH)4外還得到某種溶液，向該溶液中加入CaCO3粉末并加熱，得到兩種氣體。該反應(yīng)的離子方程式為_____________________________。(5)加入氨水至溶液b發(fā)生的離子方程式為__________________________。(6)為得到純凈的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是______________。B部分：鈦精礦是從鈦鐵礦或鈦磁鐵礦中采選出來，主要成分為FeTiO3，是生產(chǎn)用途非常廣泛的鈦白粉的原料。以鈦精礦石為原料制備金屬鈦的流程如下圖所示(某些過濾過程已忽略)。已知強(qiáng)酸性溶液中，+4價的鈦元素以TiO2+形式存在，金屬鈦不溶于稀非氧化性酸?；卮鹣铝袉栴}：(1)步驟②中加入鐵屑的作用是__________________。(2)晶體K俗稱綠礬，晶體K的化學(xué)式為____________。(3)試寫出溶液C加熱制備鈦酸沉淀的化學(xué)方程式__________________________________。(4)步驟⑥加入過量的活性炭，則發(fā)生的化學(xué)方程式為_______________，已知TiO2+2Cl2TiCl4+O2為吸熱反應(yīng)，且該條件下反應(yīng)也能夠發(fā)生，為何制備TiCl4過程中還要加入活性炭，試解釋原因_________________。(5)氣體F為氬氣，F(xiàn)的作用是_____________________。(6)溶液H是_________，作用為___________________________?！久麕燑c晴】無機(jī)工業(yè)流程題能夠以真實的工業(yè)生產(chǎn)過程為背景，體現(xiàn)能力立意的命題為指導(dǎo)思想，能夠綜合考查學(xué)生各方面的基礎(chǔ)知識及將已有知識靈活應(yīng)用在生產(chǎn)實際中解決問題的能力，所以這類題成為近年來高考的必考題型。流程題的解題思路為：明確整個流程及每一部分的目的→仔細(xì)分析每步反應(yīng)發(fā)生的條件以及得到的產(chǎn)物的物理或化學(xué)性質(zhì)→結(jié)合基礎(chǔ)理論與實際問題思考→注意答題的模式與要點。解決本類題目的基本方法和步驟為：（1）從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品。（2）然后整體瀏覽一下流程，基本辨別出預(yù)處理、反應(yīng)、提純、分離等階段。（3）分析流程中的每一步驟，從以下幾個方面了解流程：①反應(yīng)物是什么；②發(fā)生了什么反應(yīng)；③該反應(yīng)造成了什么后果，對制造產(chǎn)品有什么作用。抓住一個關(guān)鍵點：一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。物質(zhì)分離或提純的方法化工生產(chǎn)過程中分離提純、除雜等環(huán)節(jié)，與高中化學(xué)基本實驗的原理緊密聯(lián)系，包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、烘干，或蒸餾、萃取、分液等基本實驗操作及原理，并要熟悉所用到的相關(guān)儀器。1.蒸發(fā)、反應(yīng)時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。⑴蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。⑵蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。2.溶解法：利用特殊溶劑把雜質(zhì)溶解而除去，如Fe(Al)可用過量的NaOH溶液而除去Al，CO2(HCl、H2O)先通過飽和食鹽水，再通過濃H2SO4。3.沉淀法：a.加合適的沉淀劑(要使雜質(zhì)離子充分沉淀，加入的沉淀劑必須過量，且在后續(xù)步驟中容易除去)；b.調(diào)節(jié)溶液的酸堿性。4.洗滌法：a.水洗；b.冰水洗；c.有機(jī)溶劑洗。其目的是：洗去目標(biāo)物表面的雜質(zhì)離子；減少目標(biāo)物的溶解損耗或增大有機(jī)雜質(zhì)的溶解量；防止目標(biāo)物形成結(jié)晶水合物；使晶體快速干燥。例4MnSO4·H2O在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面有廣泛的應(yīng)用。軟錳礦-黃鐵礦硫酸浸出法是工業(yè)上制取硫酸錳的一種方法。（1）酸浸時主要反應(yīng)為15MnO2+2FeS2+14H2SO4=15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O，反應(yīng)中被氧化的元素是____。酸浸時，硫酸過量的目的是：①____；②____。（2）加入CaCO3可以將濾液中的Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。CaCO3用量過大，對MnSO4·H2O產(chǎn)量的影響是，____（填“升高”“降低”或“無影響”）。（3）硫酸錳在不同溫度下結(jié)晶可分別得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。硫酸錳在不同溫度下的溶解度和該溫度范圍內(nèi)析出晶體的組成如下圖所示。從過濾Ⅱ所得的濾液中獲得較高純度MnSO4·H2O的操作是：控制溫度在80℃~9