专题11-无机工艺流程题(全国版)-讲义(原卷版)

专题11无机工艺流程题一、考情分析核心素养科学精神与社会责任考纲常见的金属元素（Na、Mg、Al、Fe、Cu）了解常见金属的活动顺序了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用了解合金的概念及其重要应用考情预测化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学试题的常考题型。预测2022年高考仍会采用工艺流程图的形式，以元素化合物知识为载体,围绕原料的预处理考查影响速率的因素;围绕经济原则考查循环利用。围绕产品纯度考查物质的分离提纯(调pH、结晶、过滤、洗涤);围绕核心反应或副反应考查物质变化及定量关系;陌生方程式的书写与含量计算是化工流程题的重要组成部分,也是学生失分较多的能力点,复习时应加以重视!考点分布考点剖析考点一：整体把握，建立解题模型1．呈现形式2．识图方法图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；图3箭头表示循环反应。3．考查角度化工流程题的考点主要从以下6点设置：(1)基本操作除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述。(2)物质的分离与提纯通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂；加入某种物质使难溶物转化为更难溶的物质后，通过过滤除去等。(3)化学反应速率与化学平衡理论的运用例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度能增大反应速率，使吸热反应平衡正向移动等。(4)化学方程式或离子方程式的书写根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。(5)环境与绿色化学思想流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、“三废”的来源、对环境的影响及处理措施等。(6)化学计算联系原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；联系溶液配制、滴定操作测定样品中某元素含量或产品纯度；联系溶度积常数，计算溶液中某离子浓度或完全沉淀时的pH等。(7)化学反应的能量变化；(8)流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用；4．解题策略考点二：化工历程常见考点(一)工艺流程中的常见专业术语释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)(二)工艺流程中的常考的操作1、表面处理：用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)加快反应速率，使反应更充分或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等。2、加氧化剂：氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子。3、在空气中或在其它气体中进行的反应或操作：要考虑氧气、二氧化碳或其它气体是否参与反应或能否达到隔绝空气、防氧化、防水解、防潮解等目的。4、分离、提纯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①蒸发(反应时的气体氛围抑制水解)：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防止其水解。蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。②溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如Fe（Al）可用过量的NaOH溶液而除去Al，CO2（HCl、H2O）先通过饱和食盐水，再通过浓H2SO4。③沉淀法：a.加合适的沉淀剂（要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去）；b.调节溶液的pH值。[拓展]：调节pH的相关知识(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：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：物质开始沉淀沉淀完全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＋，可先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH在3.7≤pH<8.3。(2)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、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。5、控制溶液的pH①调节溶液的酸碱性，使金属离子（Fe2+、Fe3+、Cu2+、Al3+、Mg2+等）形成氢氧化物沉淀析出（或抑制水解）。②“酸作用”还可除去氧化物（膜）。③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、溶解二氧化硅等。④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）。6、控制温度（常用水浴、冰浴或油浴）（1）防止副反应的发生（2）使化学平衡移动；控制化学反应的方向（3）控制固体的溶解与结晶（4）控制反应速率；使催化剂达到最大活性（5）升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发、加速溶解、加快反应速率或促使平衡向某个方向移动（6）加热煮沸：促进水解，胶体聚沉后利于过滤分离（7）趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量（8）降温：防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求；促使平衡向某个方向移动。（9）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。（10）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。7、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＋氧化为Fe3＋，绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，对环境无污染。8、过滤问题(1)3个基本操作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(2)特定洗涤目的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9、结晶方式蒸发浓缩、冷却结晶适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl或受热易分解的物质，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。趁热过滤的方法：漏斗预热，用少量热蒸馏水通过过滤器，带加热装置的漏斗、抽滤[微点拨]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)。10、外界条件对可逆反应的控制(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，原因之一就是该温度下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，达到绿色化学的目的。考点三：规范答题模板1、测定溶液pH的操作将一小块pH试纸放在表面皿上，用玻璃棒蘸取少量待测液，点在pH试纸上，待试纸变色后，再与标准比色卡对照。答题关键词：pH试纸、表面皿、玻璃棒、蘸待测液、比色卡、对照。四步：①取放试纸→②蘸待测液→③点滴试纸→④与比色卡对照。2、从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大的晶体）的方法蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥3、从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法蒸发浓缩、趋热过滤、洗涤、干燥4、温度不高于××℃的原因适当加快反应速率，但温度过高会造成(如浓硝酸)挥发、(如H2O2、NH4HCO3)分解、(如Na2SO3)氧化或促进(如AlCl3)水解等，影响产品的生成。5、滴定到终点的现象滴入最后一滴××标准液，溶液由××色变为××色，且半分钟内溶液颜色不再改变，说明已达到滴定终点【典例剖析】1.（2021·新高考Ⅰ卷）用软锰矿（主要成分为，含少量、）和BaS制备高纯的工艺流程如下。已知：是一种两性氧化物；25℃时相关物质的见下表。物质回答下列问题：（1）软锰矿预先粉碎的目的是___________，与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式___________。（2）保持BaS投料量不变，随与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而的量达到最大值后会减小，减小的原因是___________。（3）滤液Ⅰ可循环使用，应当将其导入到___________操作中（填操作单元的名称）。（4）净化时需先加入的试剂X为___________（填化学式），再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为___________（当溶液中某离子浓度时，可认为该离子沉淀完全）。（5）碳化过程中发生反应的离子方程式为_________________________________。2.（2020·全国Ⅲ卷）某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体()：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子开始沉淀时的pH沉淀完全时的pH7.28.73.74.72.23.27.59.0回答下列问题：(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是______________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。(2)“滤液②”中含有的金属离子是______________。(3)“转化”中可替代的物质是______________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即，“滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。(4)利用上述表格数据，计算的=______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中浓度为，则“调pH”应控制的pH范围是______________。(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式______________。(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。3.（2020·全国Ⅰ卷）钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备。该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：金属离子开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.04.710.1回答下列问题：(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________。(2)“酸浸氧化”中，和被氧化成，同时还有___________离子被氧化。写出转化为反应的离子方程式___________。(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为，随滤液②可除去金属离子、___________，以及部分的___________。(4)“沉淀转溶”中，转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是___________。(5)“调pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是___________。(6)“沉钒”中析出晶体时，需要加入过量，其原因是___________。4.（2019·全国Ⅲ卷）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol·L−1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：金属离子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+开始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9（1）“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将________________________。（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是______________。（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。（6）写出“沉锰”的离子方程式___________________________________________________。（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=___________。5．（2021·湖南永州市·高三其他模拟）用含铬不锈钢废渣(含、、、等)制取(铬绿)的工艺流程如图所示：

回答下列问题：(1)“碱熔”时，为使废渣充分氧化可采取的措施是___________、___________。(2)、KOH、反应生成的化学方程式为___________。(3)“水浸”时，碱熔渣中的强烈水解生成的难溶物为___________(填化学式下同)；为检验“水浸”后的滤液中是否含有，可选用的化学试剂是___________。(4)常温下“酸化”时pH不宜过低的原因是___________；若出时溶液的pH=8，则___________mol/L。{已知：常温下，}(5)“还原”时发生反应的离子方程式为___________。(6)由制取铬绿的方法是___________。6．（2021·九龙坡区·重庆市育才中学高三三模）炼锌矿渣，主要含有铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、铁酸锌ZnFe2O4，它们都为易溶于水的强电解质，综合利用可获得3种金属盐，并进一步处理镓盐，可制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN)，部分工艺流程如下：

已知：①常温下，浸出液中各离子的浓度及其开始形成氢氧化物沉淀的pH见表1。②金属离子在工艺条件下的萃取率(进入有机层中金属离子的百分数)见表2。表1：金属离子浓度及开始沉淀的pH金属离子浓度(mol·L-1)开始沉淀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：金属离子的萃取率金属离子萃取率(%)Fe2＋0Fe3＋99Zn2＋0Ga3＋97—98.5(1)Ga2(Fe2O4)3中Ga的化合价为___________，“浸出”时其发生反应的主要离子方程式___________。(2)滤液1中可回收利用的物质是___________，滤饼的主要成分是_____