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单元热点专题突破化工流程题的突破1.工艺流程图的一般形式:2.原料预处理方式3.必考的反应条件反应条件条件内容调节溶液的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:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新的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,使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率,缩短反应达到平衡的时间趁热过滤防止某物质降温时大量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4.提纯方法方法目的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pH法如除去酸性溶液中的Fe3+等5.分离方法(1)过滤(热滤或抽滤):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。(2)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萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶:提取溶解度随温度的改变变化不大的溶质,如NaCl。(4)冷却结晶:提取溶解度随温度的改变变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。(5)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。(6)冷却法:利用气体易液化的特点分离气体,如合成氨工业中采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。典例(2014·山东高考)工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3+)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图:(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为,通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是。(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是。(3)固体A主要为(填化学式),固体B主要为(填化学式)。(4)用热水洗涤固体A,回收的洗涤液转移到母液(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中,既能提高产率又可使能耗最低。【解题思路】本题通过物质制备的无机流程题考查溶解度在化学与技术中的综合应用。(1)利用题给流程图可知生产K2Cr2O7的步骤是向母液Ⅰ(溶质为Na2Cr2O7)中加入KCl(s)后得到,由此可知由Na2Cr2O7生成K2Cr2O7的反应方程式为Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7+2NaCl;再结合溶解度曲线图可知晶体析出的原因是K2Cr2O7的溶解度受温度影响大,并且低温时溶解度远比其他组分小,故将反应后的热溶液降温可使K2Cr2O7结晶析出。(2)pH=4时,Fe3+可完全转化为Fe(OH)3沉淀,通过过滤可进行固液分离,因此向Na2Cr2O7母液中加碱调节pH=4的目的是除去Fe3+。(3)利用(1)中反应方程式和溶解度曲线知,母液Ⅱ中主要含有NaCl和少量K2Cr2O7,再结合K2Cr2O7在高温时溶解度大可知将母液Ⅱ蒸发浓缩得到的固体A应是NaCl,母液Ⅲ为高温下不饱和的K2Cr2O7溶液,再冷却结晶得到的固体B应是K2Cr2O7。(4)洗涤固体A(NaCl)的洗涤液中含有K2Cr2O7和NaCl,因此将回收液转移到母液Ⅱ中可提高K2Cr2O7产率,同时降低能耗。【参考答案】(1)Na2Cr2O7+2KClK2Cr2O7+2NaCl低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分,随温度的降低,K2Cr2O7溶解度明显减小(合理即得分)(2)除去Fe3+(3)NaClK2Cr2O7(4)Ⅱ高考全解命题点1:(2015·安徽高考)硼氢化钠(NaBH4)在化工等领域具有重要的应用价值。某研究小组采用偏硼酸钠NaBO2为主要原料制备NaBH4,其流程如下:已知:NaBH4(s)常温下能与水反应,可溶于异丙胺(沸点:33℃)。(3)第②步分离采用的方法是过滤;第③步分离(NaBH4)并回收溶剂,采用的方法是蒸馏。命题点2:(2015·山东高考)毒重石的主要成分BaCO3(含Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质),实验室利用毒重石制备BaCl2·2H2O的流程如下:(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨,目的是增大接触面积从而使反应速率加快。命题点3:(2012·新课标全国卷)由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下:(1)在反射炉中,把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右,黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物,且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2、2FeS+3O22FeO+2SO2。,反射炉内生成炉渣的主要成分是FeSiO3。命题点1:步骤②后得到溶液和硅酸钠固体,因此为过滤操作;步骤③后得到硼氢化钠和异丙胺液体,二者能互溶,且异丙胺沸点低,故该步操作为蒸馏。命题点2:研磨、搅拌、加热等均可使反应速率加快。命题点3:注意题中信息“生成Cu和Fe的低价硫化物,且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物”,加入的石英砂应为造渣,故炉渣成分应为FeSiO3。反应的化学方程式为2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2和2FeS+3O22FeO+2SO2。1.工业上以粗铜为原料采取如图所示流程制备硝酸铜晶体:(1)在步骤a中,还需要通入氧气和水,其目的是将NOx转化为硝酸,提高原料的利用率,减少污染物的排放。(2)在保温去铁的过程中,为使Fe3+沉淀完全,根据下表数据,溶液的pH应保持在3.2~4.7范围。调节pH时,可以向溶液中加入的试剂是cd。a.NaOH溶液b.氨水c.Cu(OH)2d.CuO(4)从滤液中制取硝酸铜晶体的操作Ⅰ的具体步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。氢氧化物开始沉淀时的pH氢氧化物沉淀完全时的pHFe3+1.93.2Cu2+4.76.7(3)在操作Ⅰ之前,对滤液用HNO3调节pH=1,其目的是(结合离子方程式说明)由于铜离子水解:Cu2++2H2OCu(OH)2+2H+,调溶液呈酸性能抑制硝酸铜水解。【解析】(1)从题给流程图可知步骤a为将NOx转化为HNO3,故通入氧气和水的目的是使NOx转化为HNO3。(2)调节pH的目的是使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去,但不能使Cu2+沉淀,故pH范围应为3.2~4.7。加入CuO或Cu(OH)2可以消耗溶液中的H+而不引入杂质,可以达到调节溶液pH的目的。(4)从溶液中提取带结晶水的晶体时,不能用加热蒸干的方法,一般需要经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤等操作。2.锰及其化合物在现代工业及国防建设中具有十分重要的地位。(1)锰锌铁氧体是当前广泛使用的一种隐形涂料,其化学组成为MnxZn1-xFe2O4(铁为+3价),当锰锌铁三种金属的质量分数分别为4.6%、21.76%、46.86%时,所得到的锰锌铁氧体对雷达波的吸收能力最强。则锰锌铁氧体中锰元素的化合价为+2,当雷达波吸收能力最强时x=0.2。(2)碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体,工业上以软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿(主要成分FeS2)为主要原料制备碳酸锰的一种工艺流程如下图所示。①写出提高酸浸时原料浸出率的两种方法:搅拌、适当升高温度、研磨矿石、适当加入过量稀硫酸,副产品A是(NH4)2SO4,从废液中提取A的方法是蒸发浓缩、降温结晶。②酸浸时的氧化产物是Fe3+、SO42-,写出对应的离子方程式:2FeS2+15MnO2+28H+2Fe3++15Mn2++4SO42-+14H2O,写出沉锰时反应的离子方程式:Mn2++HCO3-+NH3·H2OMnCO3↓+H2O+NH4+。(3)KMnO4是一种十分重要的氧化剂,工业可用软锰矿为原料先制得锰酸钾,然后电解锰酸钾溶液就可以得到KMnO4,则电解时阳极上的电极反应式为MnO42--e-MnO4-,当电路中有2mol电子通过时,阴极上得到的电极产物质量为2g。【解析】(1)依据化合物中各元素化合价代数和为零可求得锰元素的化合价为+2,由题给数据可得(4.6%÷55)∶(21.7%÷65)=x∶(1-x),解得x=0.2。(2)①搅拌、将矿物粉碎、升高温度、适当增大硫酸浓度均可以加快反应速率,由于铁以Fe(OH)3形式沉淀除去,Mn2+转化为MnCO3,故由废液得到的副产物A是(NH4)2SO4,将废液进行蒸发、浓缩,然后降温结晶即可得到(NH4)2SO4。②由题给信息可先写出:FeS2+MnO2+H+Mn2++Fe3++SO42-,依质量守恒知还有水生成,然后再配平即可;沉锰时是Mn2+、HCO3-、NH3·H2O三者之间发生反应,由此可写出相应的离子方程式。3因阳极发生氧化反应,故阳极上是MnO42-失去电子转化为MnO4-,阴极上是氢离子得到电子转化为氢气,当有2mol电子发生转移时,阴极上生成2g氢气。3.(2015·河北衡水中学五调)某化学小组通过查阅资料,设计了如图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO4·7H2O。已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni,还含有Al(31%)、Fe(1.3%)的单质及氧化物,其他不溶杂质(3.3%)。部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下:沉淀物开始沉淀时的pH完全沉淀时的pHAl(OH)33.85.2Fe(OH)32.73.2Fe(OH)27.69.7Ni(OH)27.19.2(1)“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O。(2)“酸浸”时所加入的酸是H2SO4(填化学式)。(3)加入H2O2时发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O。(4)操作b为调节溶液的pH,你认为pH的调控范围是3.2~7.1。(5)产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeSO4·7H2O),其原因可能是H2O2的用量不足(或H2O2失效或保温时间不足),导致Fe2+未被完全氧化(写出一点即可)。(6)NiSO4·7H2O可用于制备镍氢电池(NiMH),镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中总反应的化学方程式是Ni(OH)2+MNiOOH+MH,则NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-。【解析】(1)“碱浸”过程是为了除去铝及其氧化物,镍单质和铁及其氧化物不和碱反应。(2)“酸浸”时主要是溶解镍金属和铁单质及其氧化物,依据最终得到NiSO4·7H2O,加入的酸不能引入新的杂质,所以需要加入硫酸。(3)加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,再通过调节溶液pH使之转化为Fe(OH)3而除去。(4)调节溶液pH使Fe3+全部沉淀,同时保证Ni2+不沉淀,pH应在3.2~7.1。(6)根据电池工作时正极发生还原反应,即NiOOH得电子生成Ni(OH)2,则正极反应为NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-。