專題11-無機(jī)工藝流程題(全國版)-講義(原卷版)

專題11無機(jī)工藝流程題一、考情分析核心素養(yǎng)科學(xué)精神與社會責(zé)任考綱常見的金屬元素（Na、Mg、Al、Fe、Cu）了解常見金屬的活動順序了解常見金屬及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用了解合金的概念及其重要應(yīng)用考情預(yù)測化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步設(shè)問，是無機(jī)框圖的創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，具有較強的實用性和綜合性，是近幾年高考化學(xué)試題的?？碱}型。預(yù)測2022年高考仍會采用工藝流程圖的形式，以元素化合物知識為載體,圍繞原料的預(yù)處理考查影響速率的因素;圍繞經(jīng)濟(jì)原則考查循環(huán)利用。圍繞產(chǎn)品純度考查物質(zhì)的分離提純(調(diào)pH、結(jié)晶、過濾、洗滌);圍繞核心反應(yīng)或副反應(yīng)考查物質(zhì)變化及定量關(guān)系;陌生方程式的書寫與含量計算是化工流程題的重要組成部分,也是學(xué)生失分較多的能力點,復(fù)習(xí)時應(yīng)加以重視!考點分布考點剖析考點一：整體把握，建立解題模型1．呈現(xiàn)形式2．識圖方法圖1箭頭表示反應(yīng)物加入同時生成物出來；圖2箭頭表示反應(yīng)物分步加入和生成物出來；圖3箭頭表示循環(huán)反應(yīng)。3．考查角度化工流程題的考點主要從以下6點設(shè)置：(1)基本操作除雜、分離、檢驗、洗滌、干燥等實驗操作的步驟描述；加入某些試劑或某個操作步驟的目的描述。(2)物質(zhì)的分離與提純通過調(diào)節(jié)pH使溶液中的金屬離子沉淀達(dá)到分離除雜的目的，據(jù)此選擇需要加入的化學(xué)試劑；加入某種物質(zhì)使難溶物轉(zhuǎn)化為更難溶的物質(zhì)后，通過過濾除去等。(3)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡理論的運用例如，研磨使反應(yīng)物顆粒變小，增大反應(yīng)物間的接觸面積，從而增大反應(yīng)速率，提高原料利用率；升高溫度能增大反應(yīng)速率，使吸熱反應(yīng)平衡正向移動等。(4)化學(xué)方程式或離子方程式的書寫根據(jù)流程圖及設(shè)問中的信息找出反應(yīng)物和生成物，書寫指定的化學(xué)方程式或離子方程式。(5)環(huán)境與綠色化學(xué)思想流程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)、資源的回收和利用、“三廢”的來源、對環(huán)境的影響及處理措施等。(6)化學(xué)計算聯(lián)系原料純度、轉(zhuǎn)化率、損失率、產(chǎn)物產(chǎn)率等計算產(chǎn)品質(zhì)量；聯(lián)系溶液配制、滴定操作測定樣品中某元素含量或產(chǎn)品純度；聯(lián)系溶度積常數(shù)，計算溶液中某離子濃度或完全沉淀時的pH等。(7)化學(xué)反應(yīng)的能量變化；(8)流程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和循環(huán)，資源的回收和利用；4．解題策略考點二：化工歷程常見考點(一)工藝流程中的常見專業(yè)術(shù)語釋義研磨、霧化將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末或?qū)⒁后w分散成微小液滴，增大反應(yīng)物接觸面積，以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分灼燒(煅燒)使固體在高溫下分解或改變結(jié)構(gòu)、使雜質(zhì)高溫氧化、分解等。如煅燒石灰石、高嶺土、硫鐵礦浸取向固體中加入適當(dāng)溶劑或溶液，使其中可溶性的物質(zhì)溶解，包括水浸取、酸溶、堿溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的過程浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少滴定定量測定，可用于某種未知濃度物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度的測定酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金屬離子的水解、除去雜質(zhì)離子等堿作用去油污、去鋁片氧化膜，溶解鋁、二氧化硅、調(diào)節(jié)pH、促進(jìn)水解(沉淀)(二)工藝流程中的常考的操作1、表面處理：用水洗除去表面可溶性雜質(zhì)，金屬晶體可用機(jī)械法(打磨)加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分或化學(xué)法除去表面氧化物、提高光潔度等。2、加氧化劑：氧化某物質(zhì)，生成目標(biāo)產(chǎn)物或除去某些離子。3、在空氣中或在其它氣體中進(jìn)行的反應(yīng)或操作：要考慮氧氣、二氧化碳或其它氣體是否參與反應(yīng)或能否達(dá)到隔絕空氣、防氧化、防水解、防潮解等目的。4、分離、提純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蒸發(fā)結(jié)晶提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl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，如分離乙醇和甘油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，以防止其水解。蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。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pH值。[拓展]：調(diào)節(jié)pH的相關(guān)知識(1)控制溶液的酸堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。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)31.53.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，可先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)節(jié)溶液的pH在3.7≤pH<8.3。(2)調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)應(yīng)滿足兩點：能與H＋反應(yīng)，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。例如：要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。5、控制溶液的pH①調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，使金屬離子（Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al3+、Mg2+等）形成氫氧化物沉淀析出（或抑制水解）。②“酸作用”還可除去氧化物（膜）。③“堿作用”還可除去油污，除去鋁片氧化膜，溶解鋁、溶解二氧化硅等。④特定的氧化還原反應(yīng)需要的酸性條件（或堿性條件）。6、控制溫度（常用水浴、冰浴或油浴）（1）防止副反應(yīng)的發(fā)生（2）使化學(xué)平衡移動；控制化學(xué)反應(yīng)的方向（3）控制固體的溶解與結(jié)晶（4）控制反應(yīng)速率；使催化劑達(dá)到最大活性（5）升溫：促進(jìn)溶液中的氣體逸出，使某物質(zhì)達(dá)到沸點揮發(fā)、加速溶解、加快反應(yīng)速率或促使平衡向某個方向移動（6）加熱煮沸：促進(jìn)水解，膠體聚沉后利于過濾分離（7）趁熱過濾：減少因降溫而析出的溶質(zhì)的量（8）降溫：防止物質(zhì)高溫分解或揮發(fā)；降溫（或減壓）可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求；促使平衡向某個方向移動。（9）控制溫度在一定范圍內(nèi)：綜合多方面因素考慮。如使反應(yīng)速率不至于太慢、抑制或促進(jìn)平衡移動、防止反應(yīng)物分解、防止副反應(yīng)發(fā)生、使催化劑的催化活性最高等。（10）如題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息，則要根據(jù)它們?nèi)芙舛入S溫度升高而改變的情況，尋找合適的結(jié)晶分離方法。7、控制體系的環(huán)境氛圍(1)需要在酸性氣流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶體，抑制水解并帶走因分解產(chǎn)生的水汽。(2)營造還原性氛圍，防止還原性物質(zhì)被氧化。如加入鐵粉防止Fe2＋被氧化。(3)加入氧化劑進(jìn)行氧化。如加入綠色氧化劑H2O2將Fe2＋氧化為Fe3＋，綠色氧化劑H2O2的優(yōu)點：不引入新雜質(zhì)，對環(huán)境無污染。8、過濾問題(1)3個基本操作檢驗溶液中離子是否沉淀完全的方法將溶液靜置一段時間后，用膠頭滴管取上層清液少許放入小試管中，向其中滴入沉淀劑，若無沉淀生成，則說明離子沉淀完全洗滌沉淀沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀，待水自然流下后，重復(fù)操作2～3次檢驗沉淀是否洗滌干凈的方法取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴入某試劑，若沒有特征現(xiàn)象出現(xiàn)，則證明沉淀已洗滌干凈(2)特定洗滌目的冰水洗滌的目的洗去晶體表面的雜質(zhì)離子并降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗乙醇洗滌的目的降低被洗滌物質(zhì)的溶解度，減少其在洗滌過程中的溶解損耗，得到較干燥的產(chǎn)物減壓過濾(抽濾)加快過濾速率，使沉淀更干燥9、結(jié)晶方式蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)分離提純，如除去KNO3中的少量NaCl或受熱易分解的物質(zhì)，如晶體水合物、銨鹽等蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大物質(zhì)的分離提純，可減少雜質(zhì)晶體的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。趁熱過濾的方法：漏斗預(yù)熱，用少量熱蒸餾水通過過濾器，帶加熱裝置的漏斗、抽濾[微點撥]晶體的干燥：要得到干燥的晶體，常見的干燥方法有自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(適用于熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì))。10、外界條件對可逆反應(yīng)的控制(1)使催化劑的活性達(dá)到最高：如工業(yè)合成氨或SO2的催化氧化反應(yīng)，選擇的溫度是500℃左右，原因之一就是該溫度下可使催化劑的活性達(dá)到最高。(2)對于一些工藝來說，降溫或減壓都可以減少能源成本，降低對設(shè)備的要求，達(dá)到綠色化學(xué)的目的。考點三：規(guī)范答題模板1、測定溶液pH的操作將一小塊pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待測液，點在pH試紙上，待試紙變色后，再與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對照。答題關(guān)鍵詞：pH試紙、表面皿、玻璃棒、蘸待測液、比色卡、對照。四步：①取放試紙→②蘸待測液→③點滴試紙→④與比色卡對照。2、從濾液中提取一般晶體（溶解度隨溫度升高而增大的晶體）的方法蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥3、從濾液中提取溶解度受溫度影響較小或隨溫度升高而減小的晶體的方法蒸發(fā)濃縮、趨熱過濾、洗滌、干燥4、溫度不高于××℃的原因適當(dāng)加快反應(yīng)速率，但溫度過高會造成(如濃硝酸)揮發(fā)、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促進(jìn)(如AlCl3)水解等，影響產(chǎn)品的生成。5、滴定到終點的現(xiàn)象滴入最后一滴××標(biāo)準(zhǔn)液，溶液由××色變?yōu)椤痢辽?，且半分鐘?nèi)溶液顏色不再改變，說明已達(dá)到滴定終點【典例剖析】1.（2021·新高考Ⅰ卷）用軟錳礦（主要成分為，含少量、）和BaS制備高純的工藝流程如下。已知：是一種兩性氧化物；25℃時相關(guān)物質(zhì)的見下表。物質(zhì)回答下列問題：（1）軟錳礦預(yù)先粉碎的目的是___________，與BaS溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO的化學(xué)方程式___________。（2）保持BaS投料量不變，隨與BaS投料比增大，S的量達(dá)到最大值后無明顯變化，而的量達(dá)到最大值后會減小，減小的原因是___________。（3）濾液Ⅰ可循環(huán)使用，應(yīng)當(dāng)將其導(dǎo)入到___________操作中（填操作單元的名稱）。（4）凈化時需先加入的試劑X為___________（填化學(xué)式），再使用氨水調(diào)溶液的pH，則pH的理論最小值為___________（當(dāng)溶液中某離子濃度時，可認(rèn)為該離子沉淀完全）。（5）碳化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。2.（2020·全國Ⅲ卷）某油脂廠廢棄的油脂加氫鎳催化劑主要含金屬Ni、Al、Fe及其氧化物，還有少量其他不溶性物質(zhì)。采用如下工藝流程回收其中的鎳制備硫酸鎳晶體()：溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子開始沉淀時的pH沉淀完全時的pH7.28.73.74.72.23.27.59.0回答下列問題：(1)“堿浸”中NaOH的兩個作用分別是______________。為回收金屬，用稀硫酸將“濾液①”調(diào)為中性，生成沉淀。寫出該反應(yīng)的離子方程式______________。(2)“濾液②”中含有的金屬離子是______________。(3)“轉(zhuǎn)化”中可替代的物質(zhì)是______________。若工藝流程改為先“調(diào)pH”后“轉(zhuǎn)化”，即，“濾液③”中可能含有的雜質(zhì)離子為______________。(4)利用上述表格數(shù)據(jù)，計算的=______________(列出計算式)。如果“轉(zhuǎn)化”后的溶液中濃度為，則“調(diào)pH”應(yīng)控制的pH范圍是______________。(5)硫酸鎳在強堿溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作鎳鎘電池正極材料的NiOOH。寫出該反應(yīng)的離子方程式______________。(6)將分離出硫酸鎳晶體后的母液收集、循環(huán)使用，其意義是______________。3.（2020·全國Ⅰ卷）釩具有廣泛用途。黏土釩礦中，釩以+3、+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及。采用以下工藝流程可由黏土釩礦制備。該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金屬離子開始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列問題：(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是___________。(2)“酸浸氧化”中，和被氧化成，同時還有___________離子被氧化。寫出轉(zhuǎn)化為反應(yīng)的離子方程式___________。(3)“中和沉淀”中，釩水解并沉淀為，隨濾液②可除去金屬離子、___________，以及部分的___________。(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，轉(zhuǎn)化為釩酸鹽溶解。濾渣③的主要成分是___________。(5)“調(diào)pH”中有沉淀生成，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________。(6)“沉釩”中析出晶體時，需要加入過量，其原因是___________。4.（2019·全國Ⅲ卷）高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9（1）“濾渣1”含有S和__________________________；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________________________。（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是將________________________。（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_______~6之間。（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是______________。（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。（6）寫出“沉錳”的離子方程式___________________________________________________。（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當(dāng)x=y=時，z=___________。5．（2021·湖南永州市·高三其他模擬）用含鉻不銹鋼廢渣(含、、、等)制取(鉻綠)的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：(1)“堿熔”時，為使廢渣充分氧化可采取的措施是___________、___________。(2)、KOH、反應(yīng)生成的化學(xué)方程式為___________。(3)“水浸”時，堿熔渣中的強烈水解生成的難溶物為___________(填化學(xué)式下同)；為檢驗“水浸”后的濾液中是否含有，可選用的化學(xué)試劑是___________。(4)常溫下“酸化”時pH不宜過低的原因是___________；若出時溶液的pH=8，則___________mol/L。{已知：常溫下，}(5)“還原”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________。(6)由制取鉻綠的方法是___________。6．（2021·九龍坡區(qū)·重慶市育才中學(xué)高三三模）煉鋅礦渣，主要含有鐵酸鎵Ga2(Fe2O4)3、鐵酸鋅ZnFe2O4，它們都為易溶于水的強電解質(zhì)，綜合利用可獲得3種金屬鹽，并進(jìn)一步處理鎵鹽，可制備具有優(yōu)異光電性能的氮化鎵(GaN)，部分工藝流程如下：

已知：①常溫下，浸出液中各離子的濃度及其開始形成氫氧化物沉淀的pH見表1。②金屬離子在工藝條件下的萃取率(進(jìn)入有機(jī)層中金屬離子的百分?jǐn)?shù))見表2。表1：金屬離子濃度及開始沉淀的pH金屬離子濃度(mol·L-1)開始沉淀pH完全沉淀pHFe2＋1.0×10—38.00Fe3＋4.0×10—21.73.2Zn2＋1.55.57.5Ga3＋3.0×10—33.0表2：金屬離子的萃取率金屬離子萃取率(%)Fe2＋0Fe3＋99Zn2＋0Ga3＋97—98.5(1)Ga2(Fe2O4)3中Ga的化合價為___________，“浸出”時其發(fā)生反應(yīng)的主要離子方程式___________。(2)濾液1中可回收利用的物質(zhì)是___________，濾餅的主要成分是_____