高考化学一轮复习第四章微专题四无机化工流程解题策略课件

微专题四无机化工流程解题策略[专题精讲]1.明确试题模式2.理清命题角度

命题的角度主要有：(1)原料的处理方法，(2)重要转化的方程式书写，(3)物质的分离、提纯方法与原理，(4)反应条件的控制方法，(5)涉及产率、Ksp的有关计算，(6)涉及的化学反应原理分析等。3.建立思维模型(1)审题干——明确原料成分和目的要求(2)审流程——明确各步转化原理和目的①看箭头：进入的是原料(即反应物)；出去的是生成物(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)审问题——明确答什么①不要答非所问：要看清题目要求，按要求答题，防止答非所问。②规范答题：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语的书写与表示要准确、规范。[典例精析]角度1以分离提纯为主体的化工流程

【典例1】(2023

年辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。已知：物质Fe(OH)3Co(OH)2Ni(OH)2Mg(OH)2Ksp10-37.410-14.710-14.710-10.8回答下列问题：(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为__________(答出一条即可)。

(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1molH2SO5

中过氧键的数目为____________________________________________________________。

(3)“氧化”中，用石灰乳调节pH＝4，Mn2+被H2SO5

氧化为MnO2，该反应的离子方程式为______________________________(H2SO5

的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为MnO2、________(填化学式)。

(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如图所示。SO2

体积分数为____时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；继续增大SO2体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是_____________________________________________________________。

(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为________________。 (6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25℃)，需控制pH不低于____________(精确至0.1)。式为，所以1molH2SO5

中过氧键的数目为NA。＝10-14，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣有Fe(OH)3、CaSO4。(4)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时，Mn(Ⅱ)氧化率最大；继续增大SO2体积分数时，由于SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率。(5)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2，在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O。(6)氢氧化镁的Ksp＝10-10.8，当镁离子完全沉淀时，c(Mg2+)＝10-5mol·L-1，根据Ksp可计算c(OH－)＝10-2.9mol·L-1，根据Kw＝10-14，c(H＋)＝10-11.1mol·L-1，所以溶液的pH＝11.1。

答案：(1)适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎增大接触面积 (2)NA

Fe(OH)3、CaSO4(4)9.0%SO2

有还原性，过多将会降低H2SO5

的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率 (5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O (6)11.1[思维建模]1.物质成分的跟踪与确定(1)循环物质的确定(2)副产品的确定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2.常用的提纯方法3.增大矿石物质的浸出率的措施有：搅拌，加热，增大浸出液的浓度，粉碎增大固液接触面积，延长浸出时间。过滤分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法萃取和 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NaCl4.常用的分离方法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(续表)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法将溶液静置一段时间后，用胶头滴管取上层清液少许放入小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则说明离子沉淀完全洗涤沉淀沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次检验沉淀是否洗涤干净的方法取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净5.三种分离、提纯的深化(1)过滤问题①3个基本操作冰水洗涤的目的洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗乙醇洗涤的目的降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物减压过滤(抽滤)加快过滤速率，使沉淀更干燥②特定洗涤目的蒸发浓缩、冷却结晶适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质的分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl，或受热易分解的物质的提纯，如晶体水合物、铵盐等蒸发结晶、趁热过滤适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少杂质晶体的析出，如除去NaCl中的少量KNO3(2)结晶方式

晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)31.53.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8(3)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。例如，已知几种物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+，可先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH为3.7≤pH<8.3。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。例如，要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu2(OH)2CO3、CuCO3、Cu(OH)2等物质来调节溶液的pH。已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10-2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。回答下列问题：(1)含硼固体中的B(OH)3

在水中存在平衡：B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10-9.34)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]。常温下，在0.10mol·L-1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为_________________________，该溶液pH＝___________。 (3)精制Ⅱ的目的是____________________；进行操作X时应选择的试剂是___________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致_______________________________________________________________________________________________________________。经浓缩结晶后得到晶体，该晶体中含有Mg2+、Na＋、Li＋、Cl－、解析：由流程可知，卤水中加入盐酸脱硼后过滤，所得滤液SO

等，焙烧后生成HCl气体；烧渣水浸后过滤，滤液中加生石灰后产生沉淀，在此条件下溶解度最小的是CaSO4，则滤渣Ⅰ的主要成分为Mg(OH)2、CaSO4；由于CaSO4

微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中再加纯碱又生成沉淀，则滤渣Ⅱ为CaCO3；精制Ⅱ所得滤液经操作X后，所得溶液经浓缩结晶、过滤得到氯化钠，浓缩后的滤液中加入饱和碳酸钠溶液沉锂，得到Li2CO3。微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2+，还需要除去Ca2+，因此，精制Ⅱ的目的是：加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，为了防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸；加入盐酸的目的是除去剩余的碳酸根离子，若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩液中因CO浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小。答案：(1)[B4O5(OH)4]2-＋5H2O===2B(OH)3＋2[B(OH)4]－9.24

(2)Mg(OH)2、CaSO4

5.5×10-3纯碱(3)加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3纯度盐酸浓缩液中因CO浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小角度2以物质制备为主体的化工流程【典例2】(2023年全国甲卷)BaTiO3

是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：

(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是___________________。 (2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为______________________________________________________________。 (3)“酸化”步骤应选用的酸是______(填字母)。a.稀硫酸c.盐酸b.浓硫酸d.磷酸(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________，其原因是______________________________。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2

的化学方程式为____________________________________。

解析：由流程和题中信息可知，BaSO4

与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中有碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2

晶体；BaCl2晶体溶于水后，加入TiCl4

和(NH4)2C2O4

将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2

经热分解得到BaTiO3。

(1)“焙烧”步骤中，BaSO4

与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、BaS和CaS，BaSO4

被还原为BaS，因此，碳粉的主要作用是做还原剂，将BaSO4

还原。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。易溶于水的BaS与过量的CaCl2

可以发生复分解反应生成硫化钙沉淀，因此，“浸取”时主要反应的离子方程式为S2-＋Ca2+===CaS↓。(3)“酸化”步骤是为了将BaS转化为易溶液于的钡盐，由于硫酸钡和磷酸钡均不溶于水，而BaCl2可溶于水，因此，应选用的酸是盐酸，选c。(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S会污染空气，而且CaS与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2

BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的n

∶nCO＝1∶1。答案：(1)做还原剂，将BaSO4

还原(2)S2-＋Ca2+===CaS↓(3)c(4)不可行产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S会污染空气，而且CaS与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低(5)BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl(6)1∶1方法目的解题指导粉碎、研磨将块状或颗粒状的物质磨成粉末增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分，也是提高“浸出率”的方法之一[思维建模]1.原料的预处理方法目的解题指导浸取水浸与水接触而反应或溶解(1)加热、搅拌、适当提高酸(或碱)浓度，可以加快酸(或碱)的浸出速率；增加浸出时间可使样品充分溶解，可提高浸出率。(2)酸溶时所加酸的量不能太多。①过多消耗后续调节pH所加的碱性试剂。②如果实验过程有硫化物，酸过量会形成有毒气体硫化氢酸浸与酸接触而反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去碱浸除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物(续表)方法目的解题指导灼烧(焙烧)1.除去可燃性杂质2.使原料初步转化①除去硫、碳单质。②使有机物转化或除去有机物。③高温下原料与空气中氧气反应等。④使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土(续表)2.物质制备过程的条件控制(1)控制体系的环境氛围①需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2

等含水晶体，抑制水解并带走因分解产生的水汽。②营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2+被氧化。

③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂H2O2

将Fe2+氧化转化为Fe3+，绿色氧化剂H2O2

的优点：不引入新杂质，对环境无污染。(2)控制反应温度①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡向某个方向移动。

③控制温度在一定范围内，综合多方面因素考虑。如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。

④如题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法。

3.在流程题中，常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同的工艺对化学反应的温度或压强有不同的要求，其所起的作用也不一样，但都是能否达到实验目的的关键所在，也是经常考查的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响这两个方面着手。如

(1)使催化剂的活性达到最高。如工业合成氨或SO2

的催化氧化反应，选择的温度是500℃左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。(2)对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求。

[变式训练2](2022年辽宁等级考)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2

杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：金属离子开始沉淀pH完全沉淀pHFe2+6.58.3Fe3+1.62.8Mn2+8.110.1已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3

，FeS2

转变为Fe2O3；②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：回答下列问题：(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为__________(填字母)。a.进一步粉碎矿石b.鼓入适当过量的空气c.降低焙烧温度

(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为_______________________________________________________。(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3+和Mn2+；②____________________。(4)滤渣的主要成分为__________(填化学式)。

(5)生成气体A的离子方程式为________________________。 (6)加入金属Bi的目的是______________________________________________________________________________________。

解析：联合焙烧：由已知信息①和第(2)问题干可知，发生转化：Bi2S3→Bi2O3＋SO2、FeS2→Fe2O3＋SO2、MnO2→Mn2O3＋MnSO4，故联合焙烧后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；水浸：MnSO4进入滤液，滤渣为Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；酸浸：加入过量浓盐酸后，Bi2O3和Fe2O3发生转化：Bi2O3→Bi3+、Fe2O3→Fe3+，因Mn2O