2023届新高考化学一轮复习(多选)鲁科版第三章第4课时　无机化工流程解题指导学案

第4课时无机化工流程解题指导1.能运用化学符号描述常见物质及其变化。2.能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素,初步学会运用变量控制的方法研究化学反应。3.具有“绿色化学”观念,能主动关心与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处,合理利用自然资源的观念。以物质制备为主体的无机化工流程1.工艺流程过程解读2.工艺流程中的原料处理与目的3.制备过程中控制反应条件的6种常用方法调节溶液的pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点:①能与H+反应,使溶液pH变大;②不引入新杂质控制温度根据需要升温或降温,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动控制压强改变速率,影响平衡使用合适的催化剂加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间趁热过滤防止某物质降温时析出冰水洗涤洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗1.某兴趣小组利用硫酸厂产生的烧渣(主要含Fe2O3、FeO,还有一定量的SiO2)来制备FeCO3,其流程如图:已知:①FeS2不溶于稀硫酸;②“还原”时,Fe3+通过两个反应被还原,其中一个反应为FeS2+14Fe3++8H2O15Fe2++2SO42-+16H下列说法不正确的是(C)A.“还原”时另一个反应的离子方程式为2Fe3++FeS22S+3Fe2+B.“还原”后可以用KSCN检验Fe3+是否反应完全C.流程中多次进行过滤,过滤所用玻璃仪器为烧杯、漏斗、胶头滴管和玻璃棒D.所得FeCO3需充分洗涤,可用稀盐酸和BaCl2溶液检验FeCO3是否已洗涤干净解析:由题图可知“还原”后过滤所得滤渣中含有S,所以“还原”时另一个反应的离子方程式为2Fe3++FeS22S+3Fe2+,A正确;Fe3+可与KSCN反应生成红色物质,所以“还原”后可以用KSCN检验Fe3+是否反应完全,B正确;过滤时不用胶头滴管,C不正确;所得FeCO3需充分洗涤,用稀盐酸和BaCl2溶液检验最后一次洗涤液中是否含有SO42-来确定FeCO2.(2021·山东临沂二模)工业上用钼精矿(主要成分是MoS2,含少量的PbS)制备钼酸钠晶体(Na2MoO4·2H2O)的流程如图所示。已知:“浸取”时PbO转化为Na2PbO2。回答下列问题。(1)“焙烧”时为了使钼精矿充分反应,可采取的措施是(答出一条即可);“焙烧”时MoS2转化为MoO3,该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为;“浸取”时生成的气体a的电子式为。

(2)“除铅”过程中发生反应的离子方程式为

。

(3)①结晶前需加入Ba(OH)2固体以除去CO32-。当BaMoO4开始沉淀时,CO32-的去除率为87.5%,则Ksp(BaMoO4)=[结晶前溶液中c(MoO42-)=0.40mol/L,c(CO②结晶得到的母液可以在下次重结晶时重复使用,但达到一定次数后必须净化处理,原因是

。

(4)钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下,碳素钢在不同介质中的腐蚀速率实验结果如图。①若缓蚀剂钼酸钠-月桂酰肌氨酸的总浓度为300mg/L,则缓蚀效果最好时钼酸钠(M=206g/mol)的物质的量浓度为mol/L(保留3位有效数字)。

②a点前,随着酸的浓度增大,碳素钢在盐酸中的腐蚀速率明显比在硫酸中的腐蚀速率快,其原因可能是,请设计实验证明上述结论。

解析:(1)“焙烧”时为了使钼精矿充分反应,可采取的措施是将钼精矿粉碎以增大接触面积,通入适当过量的空气或者从下端鼓入空气让钼精矿与空气充分接触;由题意可知,“焙烧”时MoS2转化为MoO3的反应为2MoS2+7O22MoO3+4SO2,故该反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为7∶2;“浸取”时的反应为MoO3+CO32-MoO42-+CO2↑,PbO+CO32-PbO2(2)“浸取”后PbO转化为Na2PbO2,除铅时向溶液中加入沉淀剂Na2S溶液除去Pb2+,离子方程式为PbO22-+2H2O+S2-PbS↓+4OH(3)①当BaMoO4开始沉淀时,溶液中钡离子浓度c(Ba2+)=Ksp(BaMoO4)c(MoO4-)=Ksp(BaMoO4)0.4mol/L,溶液中碳酸根离子浓度c(CO32-)=K(4)①根据图示可知,当钼酸钠-月桂酰肌氨酸浓度相等时,腐蚀速率最小,缓蚀效果最好,所以钼酸钠的浓度为150mg/L,1L溶液中含有的钼酸钠物质的量为150×10-3g206g/mol≈7.28×10答案:(1)将钼精矿粉碎以增大接触面积;通入适当过量的空气;从下端鼓入空气让钼精矿与空气充分接触7∶2··O······C····②使用多次后,母液中杂质的浓度增大,重结晶时会析出杂质,影响产品纯度(4)①7.28×10-4②Cl-有利于碳素钢的腐蚀,SO4制备型工艺流程题过程解读1.读题干,找信息,明确原料成分和生产目的。2.读流程,分析明确流程转化原理和目的。(1)看箭头:进入的是投料(即反应物);出去的是产物(包括主产物和副产物)。(2)看三线:主线主产品、分支副产品、回头为循环。(3)找信息:明确反应条件控制和分离提纯方法。(4)关注所加物质的可能作用:参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。3.读设问,明确所答问题,答什么。常见答题切入点:①原料及产品的分离提纯;②生产目的及反应原理;③生产要求及反应条件;④有关产率、产量及组成的计算;⑤绿色化学。以物质分离提纯为主体的无机化工流程一、物质分离提纯的原则1.不增:不引入新的杂质。2.不减:不减少被提纯的物质。3.易分离:被提纯物与杂质易于分离。4.易复原:被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。二、常用的提纯方法水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节溶液的pH法如除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等三、常用的分离方法过滤分离难溶物和易溶物,根据特殊需要采用趁热过滤或抽滤等方法萃取和分液利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质,如用CCl4或苯萃取溴水中的溴蒸发结晶提取溶解度随温度变化不大的溶质,如NaCl冷却结晶提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸馏或分馏分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离乙醇和甘油冷却法利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气调节溶液pH分离提纯(1)控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀,而另一部分金属离子不能生成氢氧化物沉淀。(2)要求:分离提纯的不同离子开始沉淀与沉淀完全的pH没有交叉点。(3)调节pH所需的物质应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。如除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。1.(2022·广东深圳月考)富硼渣中含有镁硼酸盐(2MgO·B2O3)、镁硅酸盐(2MgO·SiO2)及少量Al2O3、FeO等杂质。由富硼渣湿法制备硫酸镁晶体和硼酸(H3BO3)晶体的一种工艺流程如图:为了获得晶体,会先浓缩溶液接近饱和,然后将浓缩液放入高压釜中,控制温度进行结晶(硫酸镁与硼酸溶解度随温度的变化如图)。下列说法错误的是(B)A.该工艺流程中加快反应速率的措施有两种B.在高压釜中,先降温结晶得到硼酸晶体,再蒸发结晶得到硫酸镁晶体C.“酸浸”中镁硼酸盐发生反应:2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O2MgSO4+2H3BO3D.加入MgO后过滤,所得滤渣主要是Al(OH)3和Fe(OH)3解析:根据流程图可知,该工艺流程中加快反应速率的措施有研磨(增大反应物的接触面积)、加热两种措施,A正确;根据硫酸镁与硼酸溶解度随温度的变化图可知,大约80℃之前硫酸镁和硼酸的溶解度随温度的升高而升高,因此先降温结晶会同时得到硫酸镁和硼酸的晶体,正确的操作应为浓缩后,升温控制温度在200℃以上结晶,趁热过滤得到硫酸镁晶体,再降温结晶,得到硼酸晶体,B错误;“酸浸”时,镁硼酸盐发生的反应为2MgO·B2O3+2H2SO4+H2O2MgSO4+2H3BO3,C正确;加入MgO调节pH可得到Al(OH)3和Fe(OH)3的沉淀,即过滤后的滤渣主要为Al(OH)3和Fe(OH)3的沉淀,D正确。2.(2021·山东潍坊二模)高纯砷(As)常用于制造砷化镓、砷化锗等半导体材料。工业上用含砷废料(主要成分为As2S3,含少量SiO2、Fe2O3、FeO)为原料制取高纯砷的工艺流程(硫化—还原法)如图所示:已知:砷酸(H3AsO4)在酸性条件下有强氧化性,能被SO2、氢碘酸等还原为亚砷酸(H3AsO3),H3AsO3在加热蒸发过程中会失水生成As2O3。25℃时Ksp[Fe(OH)3]的值为1×10-38.6。回答下列问题。(1)半导体材料GaAs中Ga元素的化合价为,“氧化(加压)”时As2S3发生反应的化学方程式为。

(2)用NaOH溶液调溶液的pH时,pH的最小值为(当溶液中某离子浓度为1.0×10-5mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全)。

(3)“还原”过程发生反应的离子方程式为

。

(4)过程中,检验SO2还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸。需进行的实验操作是取3mLSO2还原砷酸后的溶液于试管中,

(请补充完整)。

(5)工业上用硫化-还原法制取砷的优点是

。

解析:(1)根据化合物中各元素化合价代数和为0,砷化合价为-3价,则半导体材料GaAs中Ga元素的化合价为+3价,“氧化(加压)”时As2S3与水、氧气反应生成H3AsO4和硫,发生反应的化学方程式为2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S。(2)25℃时Ksp[Fe(OH)3]的值为1×10-38.6,用NaOH溶液调溶液的pH时,目的是除铁,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)·c3(OH-)=1.0×10-5×c3(OH-)=1×10-38.6,则c(OH-)=10-11.2mol·L-1,故c(H+)=10-2.8mol·L-1,pH的最小值为2.8。(3)“还原”过程二氧化硫与H3AsO4反应生成H3AsO3,发生反应的离子方程式为SO2+H3AsO4+H2OH3AsO3+2H++SO42-。(4)过程中,检验SO2还原砷酸后所得溶液中是否仍存在砷酸,需进行的实验操作是取3mLSO2还原砷酸后的溶液于试管中,加入足量氢碘酸,然后加入几滴淀粉溶液,振荡,若溶液变蓝色,说明存在砷酸,反之,无砷酸。(5)工业上用硫化-还原法制取砷的优点是制取的砷纯度高,H2答案:(1)+3价2As2S3+5O2+6H2O4H3AsO4+6S(2)2.8(3)SO2+H3AsO4+H2OH3AsO3+2H++SO42-(4)加入足量氢碘酸,然后加入几滴淀粉溶液,振荡,若溶液变蓝色,说明存在砷酸,反之,无砷酸(5)制取的砷纯度高,H2工艺流程题常见答题方向工艺操作(结果)目的评价(或操作名称)方法措施研磨(粉碎)增大接触面积,加快反应(溶解)速率煅烧(焙烧)矿物分解、燃烧,转化为易溶于酸、碱的物质水浸利用水溶性把物质进行分离酸浸(碱浸)利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子控制条件调节溶液pH某些金属离子的沉淀,控制物质的溶解控制温度加快反应速率,促进平衡移动;物质的溶解、析出、挥发等增大某反应物用量增大另一反应物的转化率某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度分离提纯不相溶液体分液相溶性液体蒸馏难溶性固体过滤易溶性固体蒸发浓缩、冷却结晶趁热过滤防止温度降低,某物质析出冰水洗涤减少晶体的溶解损失乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失1.(2020·江苏卷,19)实验室由炼钢污泥(简称铁泥,主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如下:(1)酸浸。用一定浓度的H2SO4溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变,实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有(填序号)。

A.适当升高酸浸温度 B.适当加快搅拌速度C.适当缩短酸浸时间(2)还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉,使Fe3+完全转化为Fe2+。“还原”过程中除生成Fe2+外,还会生成(填化学式);检验Fe3+是否还原完全的实验操作是。

(3)除杂。向“还原”后的滤液中加入NH4F溶液,使Ca2+转化为CaF2沉淀除去。若溶液的pH偏低,将会导致CaF2沉淀不完全,其原因是

[Ksp(CaF2)=5.3×10-9,Ka(HF)=6.3×10-4]。(4)沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应,生成FeCO3沉淀。①生成FeCO3沉淀的离子方程式为

。

②设计以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液为原料,制备FeCO3的实验方案:

[FeCO3沉淀需“洗涤完全”,Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]。

解析:(1)适当升高酸浸温度、适当加快搅拌速度,均可以加快铁泥的溶解,即提高铁元素的浸出率。(2)“酸浸”时,H2SO4过量,加入过量铁粉,除生成Fe2+外,还会产生H2。Fe3+与KSCN反应所得溶液呈血红色,当加入KSCN溶液观察不到血红色,则说明Fe3+已完全被还原为Fe2+。(3)当c(Ca2+)·c2(F-)<Ksp(CaF2)时,CaF2不会沉淀出来,HF为弱酸,当pH过低时,H+与F-结合成弱电解质HF,则c(F-)减小,导致CaF2沉淀不完全。(4)①Fe2+与HCO3-反应生成FeCO3沉淀,HCO3-电离出的H+与NH3·H2O结合生成NH4+,则生成FeCO3沉淀的离子方程式可以写成Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O或Fe2++HCO3-+NH3FeCO3↓+NH4+。②用FeSO4和氨水-NH4HCO3混合溶液反应生成FeCO3,若pH大于6.5,则会生成Fe(OH)2沉淀,故需要控制pH不大于6.5;对生成的FeCO答案:(1)AB(2)H2取少量清液,向其中滴加几滴KSCN溶液,观察溶液颜色是否呈血红色(3)pH偏低形成HF,导致溶液中F-浓度减小,CaF2沉淀不完全(4)①Fe2++HCO3-+NH3·H2OFeCO3↓+NH4++H2O或Fe2++HCO3-+NH3②在搅拌下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液,控制溶液pH不大于6.5;静置后过滤,所得沉淀用蒸馏水洗涤2～3次;取最后一次洗涤后的滤液,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,不出现白色沉淀2.(2021·湖南卷,17)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈(Ce)主要以CePO4形式存在,还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下:回答下列问题:(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子,该核素的符号为。

(2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有(至少写两条)。

(3)滤渣Ⅲ的主要成分是(填化学式)。

(4)加入絮凝剂的目的是。

(5)“沉铈”过程中,生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为,常温下加入的NH4HCO3溶液呈(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知:NH3·H2O的Kb=1.75×10-5,H2CO3的Ka1=4.4×10-7,Ka2=4.7×10-11)。

(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4,在高温条件下,Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4,同时生成CO和H2O,该反应的化学方程式为。

解析:焙烧浓硫酸和独居石的混合物、水浸,CePO4转化为Ce2(SO4)3和H3PO4,SiO2与硫酸不反应,Al2O3转化为Al2(SO4)3,Fe2O3转