2013高考化学一轮复习 第03章 专题讲座(03) 化学工艺流程题的解题策略课件 新人教版

[学一技]综观近几年的高考试题，涉及金属矿物开发利用无机物的制备与提纯的工艺流程题越来越多，成了近几年高考命题的热点之一。1．试题特点(1)考查的知识符合生产实际，能培养学生联系实际、学以致用的思想。(2)考查的知识全面，涉及到化学基础知识的方方面面，既能考查学生对双基的掌握情况，又能考查应用知识解决化工生产中有关问题的迁移推理能力。(3)试题的阅读量大，设问落点低，能考查学生信息的提取和处理能力。2．解题策略(1)注意从生产实际出发，考虑原料和生产条件的成本、是否符合绿色化学要求。(2)根据题干信息、表格(流程)信息、设问信息、分析、判断试题考查的知识点，明确试题考查的目的。(3)看清问题，规范作答。要注意语言的科学性。要分清操作名称和具体的操作步骤。3．中学化学常见的流程图(1)饱和NaCl溶液――――――→通入足量NH3――――――→通入过量CO2――→过滤NaHCO3晶体――→△Na2CO3(2)废铁屑除油污,―――→稀H2SO4――→Fe粉――→浓缩结晶FeSO4·12H2O绿矾(3)铝矿石――――――→足量NaOH溶液――→过滤滤液―――――→通入足量CO2Al(OH)3――→△Al2O3――→电解Al(4)海水――→石灰乳过滤Mg(OH)2――→盐酸MgCl2――→电解Mg[悟一题][例](2011·广东高考)由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：(注：NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华)(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①___________________________________________，②___________________________________________。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_____________________________________________。(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为_________________________________________________。(4)镀铝电解池中，金属铝为________极，熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl－4和Al2Cl－7形式存在，铝电极的主要电极反应式为_____________________________________________。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_______________________________________________。[解析]本题考查工艺流程，考查元素化合物之间的转化关系和化学实验基本操作。(1)由题意知，Fe2O3、SiO2和金属Al在高温下发生置换反应。(2)粗铝中还存在H2，与Cl2结合形成HCl，高温下Cl2也能与Na和Al反应生成NaCl和AlCl3，AlCl3在700℃时为气态。(3)冷凝后所得的气体A为Cl2和HCl，二者均能与碱液反应。(4)电镀时，镀层金属作阳极，失电子形成阳离子，即Al失电子形成Al3＋，Al3＋再与Cl－结合形成AlCl－4和Al2Cl－7。(5)防止腐蚀的原理包括隔绝金属与电解质溶液的接触、改变金属的内部结构等。[答案](1)Fe2O3＋2Al高温,Al2O3＋2Fe3SiO2＋4Al高温,2Al2O3＋3Si(2)HCl和AlCl3NaCl(3)Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O、H＋＋OH－===H2O(4)阳Al－3e－＋4Cl－===AlCl－4，2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl－7(5)致密的氧化铝膜将环境中的电解质溶液与内层金属隔离[通一类]1．(2012·太原模拟)高纯氧化铝可用于制高压钠灯的陶瓷管。实验室制取高纯氧化铝的流程如下：(1)“除杂”操作是加入适量过氧化氢，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2＋。检验Fe2＋是否除尽的实验操作是________________________________________________________________________。(2)通常条件下Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，除杂后溶液中c(Fe3＋)约为________。(3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是_______________________________________________。(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层的结晶为止，冷却结晶，得到铵明矾(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是_____________________________。(5)“分离”操作名称是________(填字母代号)。A．蒸馏B．分液C．过滤(6)测定铵明矾组成的方法是：a．称取0.4530g铵明矾样品，高温灼烧，得Al2O3固体0.1020g；b．称取0.4530g铵明矾样品，用适量蒸馏水溶解，再加入稍过量的BaCl2溶液，经纯化、过滤、灰化，得BaSO40.4659g。c．称取0.4530g铵明矾样品，加入足量的NaOH溶液，加热，将产生的气体依次通过碱石灰和浓硫酸，浓硫酸增重0.0170g。则铵明矾的化学式为_____________________________________________。解析：(2)根据(1)中除杂后溶液的pH约为8，即c(OH－)≈10－6mol/L，再根据Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)×c3(OH－)≈c(Fe3＋)×(10－6)3＝4.0×10－38，解得c(Fe3＋)≈4.0×10－20mol/L。(6)由a：0.1020gAl2O3的物质的量为0.1020g102g/mol＝1×10－3mol，则0.4530g铵明矾中含有的Al3＋为1×10－3mol；由b：0.4530g铵明矾中含有的SO2－4为0.4659g233g/mol≈2×10－3mol；由c：0.4530g铵明矾中含有的NH＋4为0.0170g17g/mol＝1×10－3mol。综合上述可知n(NH＋4)∶n(Al3＋)∶n(SO2－4)＝1∶1∶2，再根据质量守恒：0.4530g＝1×10－3mol×27g/mol＋1×10－3mol×18g/mol＋2×10－3mol×96g/mol＋m(水)，解得m(水)＝0.2160g，则结晶水的物质的量为0.2160g18g/mol＝0.012mol，即铵明矾的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O。答案：(1)取样，加适量H2O2溶液，振荡，滴加KSCN溶液，若无明显现象，说明Fe2＋已除尽(2)4.0×10－20mol/L(3)抑制Al3＋水解(4)减少可溶性杂质的析出及Al3＋水解(5)C(6)NH4Al(SO4)2·12H2O2．铁及其化合物在日常生活中应用广泛。Fe(NO3)3·9H2O易溶于水，微溶于硝酸，主要用作催化剂和媒染剂。工业上用细铁屑与稀硝酸反应制备，主要流程如下：请回答下列问题(1)Na2CO3溶液可以除油污，原因是(用离子方程式表示)_____________________________________________。(2)耐酸反应器中可以观察到的现象是________________________________________________________________________________；制备过程中需控制加入铁屑的量，当观察到_____________________的现象时应停止加入铁屑。(3)制得的Fe(NO3)3·9H2O用20%HNO3洗涤，其原因_____________________________________________。(4)在实验室中进行蒸发浓缩、降温结晶的操作，所需的仪器有_______________________________________。解析：本题考查了物质的提纯、盐的水解、Fe和HNO3性质。(1)由题意制取Fe(NO3)3·9H2O的原理是铁屑和硝酸反应，反应前用纯碱去油污，原理CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－显碱性。(2)耐酸反应器中铁屑和硝酸反应，生成Fe(NO3)3和NO，现象是铁屑溶解，溶液变为黄色，有无色气体产生，在液面上气体变为红棕色后又变为无色；制备过程中需控制加入铁屑的量，当反应器中产生气泡的速率明显变慢就停止加入铁屑。(3)用20%HNO3洗涤，其原因是Fe(NO3)3微溶于硝酸，可洗去晶体表面附着的杂质且降低洗涤过程中晶体的损耗。(4)蒸发浓缩、降温结晶的操作，所需的仪器有铁架台(带铁圈)(或三脚架)、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、坩埚钳。答案：(1)CO2－3＋H2OHCO－3＋OH－(2)铁屑溶解，溶液变为黄色，有无色气体产生，在液面上气体变为红棕色(后又变为无色)反应器中产生气泡的速率明显变慢(其他合理答案也可以)(3)洗去晶体表面附着的杂质且降低洗涤过程中晶体的损耗(4)铁架台(带铁圈)(或三脚架)、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、坩埚钳3．(2011·福建高考)四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料—钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意如下：回答下列问题：(1)往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋2TiO2＋(无色)＋Fe＋4H＋===2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2OTi3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O===TiO2＋(无色)＋Fe2＋＋2H＋加入铁屑的作用是________。(2)在②→③工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在________范围。(3)若把③中制得的固体TiO2·nH2O用酸清洗除去其中的Fe(OH)3杂质，还可制得钛白粉。已知25°C时，Ksp[Fe(OH)3]＝2.79×10－39，该温度下反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝________。(4)已知：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(l)＋O2(g)ΔH＝＋140kJ·mol－12C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－221kJ·mol－1写出④中TiO2和焦炭、氯气反应生成液态TiCl4和CO气体的热化学方程式：________________。(5)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是________(只要求写出一项)。(6)依据下表信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用________方法。TiCl4SiCl4熔点/°C－25.0－68.8沸点/°C136.457.6解析：本题考查了胶体知识、溶度积常数、化学平衡常数的含义、热化学方程式的书写、物质的提纯等方面的知识，能较好地考查考生的观察能力及处理数据的能力。(1)由流程图知，加铁是为了将Fe3＋还原成Fe2＋，将TiO2＋还原成Ti3＋，由题中所给三个方程知Ti3＋还原性强于Fe2＋，故Ti3＋的存在还可避免Fe2＋被氧化(因为要得到绿矾)。(3)反应Fe(OH)3＋3H＋Fe3＋＋3H2O的平衡常数K＝cFe3＋c3H＋，由Fe(OH)3的溶度积常数Ksp＝c(Fe3＋)·c3(OH－)，再结合常温下KW＝c(H＋)·c(OH－)＝1×10－14，求出K＝KspK3W＝2.79×103。(4)将题中已知的两个热化学方程式同向相加得，TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g)ΔH＝－81kJ·mol－1。(5)由生产流程图知转化过程中有废渣、