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-1-一、题型分析无机化工流程题主要考查考生运用化学反应原理及相关知识来解决化工生产中实际问题的能力,具有考查知识面广、综合性强、思维容量大的特点。这类题型不但综合考查考生在中学阶段所学的元素及其化合物知识以及物质结构、元素周期律、氧化还原反应、化学用语、电解质溶液、化学平衡、电化学、实验操作等知识,而且更重要的是能突出考查考生的综合分析判断能力、逻辑推理能力。这类试题陌生度高,文字量大,包含信息多,思维能力要求高,近年来已成为高考化学主观题中的必考题型。-2-二、解题技巧无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面:一是将原料转化为产品的生产原理;二是除杂并分离提纯产品;三是提高产量和产率采取的措施;四是减少污染,注意环保,发展绿色化学;五是考虑原料的来源和经济成本;六是简化生产设备使生产工艺简便等。命题者围绕以上几方面设问,我们的解题策略是:(1)从生产目的出发,读懂框图(流程)。解答时要看框内,看框外,里外结合;边分析,边思考,易处着手;先局部,后全盘,逐步深入。(2)分析流程中的每一步骤,从几个方面了解流程:A.反应物是什么,B.发生了什么反应,C.该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。抓住一个关键点:一切措施或操作都是为了获得更多更纯的产品。-3-(3)从问题中获取信息,帮助解题,了解流程后着手答题。对反应条件的分析可从以下几个方面着手:对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响(如可以从原料成本,原料来源是否广泛、是否可再生,能源成本,对设备的要求,环境保护等方面综合考虑)。-4-三、突破训练1.(2017河南郑州三模)碲(Te)广泛用于彩色玻璃和陶瓷生产。工业上用精炼铜的阳极泥(主要含有TeO2、少量Ag、Au)为原料制备单质碲的一种工艺流程如下:已知TeO2微溶于水,易溶于较浓的强酸和强碱溶液。(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为。(2)碱浸后的“滤渣”可以部分溶于稀硝酸,发生反应的化学方程式是。(3)“沉碲”时控制溶液的pH为4.5~5.0,生成TeO2沉淀。酸性不能过强,其原因是;防止局部酸度过大的操作方法是。-5-(4)“酸溶”后,将SO2通入TeCl4酸性溶液中进行“还原”得到碲,该反应的化学方程式是。(5)25℃时,亚碲酸(H2TeO3)的Ka1=1×10-3,Ka2=2×10-8。①0.1mol·L-1H2TeO3电离度α约为。(α=已电离弱电解质分子数弱电解质分子总数×100%)②0.1mol·L-1的NaHTeO3溶液中,下列粒子的物质的量浓度关系正确的是。A.c(Na+)c(HTeO3-)c(OH-)c(H2TeO3)c(H+)B.c(Na+)+c(H+)=c(HTeO3-)+c(TeO32-)+c(OH-)C.c(Na+)=c(TeO32-)+c(HTeO3-)+c(H2TeO3)D.c(H+)+c(H2TeO3)=c(OH-)+c(TeO32-)-6-答案:(1)TeO2+2OH-TeO32-+H2O(2)3Ag+4HNO33AgNO3+NO↑+2H2O(3)溶液酸性过强,TeO2会继续与酸反应导致碲元素损失缓慢加入硫酸,并不断搅拌(4)TeCl4+2SO2+4H2OTe+4HCl+2H2SO4(5)①10%②CD-7-解析:(1)TeO2微溶于水,易溶于较浓的强酸和强碱溶液,Ag、Au不与氢氧化钠反应。(2)滤渣的成分是Ag、Au。只有Ag与硝酸反应,反应的化学方程式为3Ag+4HNO33AgNO3+NO↑+2H2O。(3)如果酸性过强,TeO2会溶解,造成碲元素损失;缓慢加入硫酸,并不断搅拌可防止局部酸性过强。(4)SO2将TeCl4还原成Te,本身被氧化成SO42-,因此有TeCl4+SO2Te+H2SO4+HCl,根据化合价升降法进行配平即得化学方程式:TeCl4+2SO2+4H2OTe+4HCl+2H2SO4。-8-(5)①亚碲酸是二元弱酸,以第一步电离为主,H2TeO3HTeO3-+H+,根据Ka1=𝑐(HTeO3-)×𝑐(H+)𝑐(H2𝑇𝑒O3),代入数值,求出c(H+)≈0.01mol·L-1,即转化率为0.01mol·L-10.1mol·L-1×100%=10%;②NaHTeO3的水解平衡常数Kh=𝐾W𝐾a1=1×10-141×10-3=1×10-112×10-8,此溶液应显酸性,即c(OH-)c(H+),A错误。根据电荷守恒,应是c(Na+)+c(H+)=c(HTeO3-)+2c(TeO32-)+c(OH-),B错误。根据物料守恒,c(Na+)=c(TeO32-)+c(HTeO3-)+c(H2TeO3),C正确。根据质子守恒,c(H+)+c(H2TeO3)=c(OH-)+c(TeO32-),D正确。-9-2.(2017江苏化学,19)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低,对实验的影响可忽略)。已知:①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解,如:3NaClO2NaCl+NaClO3②AgCl可溶于氨水:AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl-+2H2O③常温时N2H4·H2O(水合肼)在碱性条件下能还原Ag(NH3)2+:4Ag(NH3)2++N2H4·H2O4Ag↓+N2↑+4NH4++4NH3↑+H2O-10-(1)“氧化”阶段需在80℃条件下进行,适宜的加热方式为。(2)NaClO溶液与Ag反应的产物为AgCl、NaOH和O2,该反应的化学方程式为。HNO3也能氧化Ag,从反应产物的角度分析,以HNO3代替NaClO的缺点是。(3)为提高Ag的回收率,需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤,并。(4)若省略“过滤Ⅰ”,直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水,则需要增加氨水的用量,除因过量NaClO与NH3·H2O反应外(该条件下NaClO3与NH3·H2O不反应),还因为。(5)请设计从“过滤Ⅱ”后的滤液中获取单质Ag的实验方案:(实验中须使用的试剂有:2mol·L-1水合肼溶液,1mol·L-1H2SO4溶液)。-11-答案:(1)水浴加热(2)4Ag+4NaClO+2H2O==4AgCl+4NaOH+O2↑会释放出氮氧化物(或NO、NO2),造成环境污染(3)将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中(4)未过滤掉的溶液会稀释加入的氨水,且其中含有一定浓度的Cl-,不利于AgCl与氨水反应(5)向滤液中滴加2mol·L-1水合肼溶液,搅拌使其充分反应,同时用1mol·L-1H2SO4溶液吸收反应中放出的NH3,待溶液中无气泡产生,停止滴加,静置,过滤、洗涤,干燥-12-解析:(1)在80℃条件下加热,可采用水浴,受热均匀,且温度易控制。(2)反应物为NaClO、Ag和水,产物为AgCl、NaOH和O2,依据得失电子守恒将方程式配平。在该反应中Ag为还原剂,NaClO既作氧化剂又作还原剂;HNO3在氧化Ag时,自身被还原为氮的氧化物,污染环境。(4)氧化后的溶液中含有大量的Cl-,AgCl与氨水的反应原理为AgCl+2NH3·H2OAg(NH3)2++Cl-+2H2O。较多Cl-的存在,使该平衡逆向移动,不利于AgCl沉淀的溶解,同时由于溶液的存在会对加入的氨水起到稀释作用。(5)过滤Ⅱ后的滤液中含有Ag(NH3)2+,依据已知③可知加入2mol·L-1水合肼溶液,即可生成Ag沉淀,同时生成NH3和N2,用1mol·L-1H2SO4溶液吸收NH3防止污染环境,待溶液中无气泡产生,停止滴加水合肼溶液,静置,然后过滤、洗涤,干燥即可得到金属银。-13-3.(2017陕西榆林二模)钴是周期表第四周期第Ⅷ族元素,其化合物用途广泛,如:LiCoO2作锂电池的正极材料,草酸钴可用于指示剂和催化剂制备。Ⅰ.(1)LiCoO2中钴元素的化合价为。(2)工业上将废锂电池的正极材料与过氧化氢溶液、稀硫酸混合加热,可得到CoSO4回收,反应的化学方程式为。可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是。Ⅱ.利用一种含钴矿石[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4·2H2O的工艺流程如下:-14-已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表:沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8(3)浸出过程中加入NaClO3的目的是。(4)请用平衡移动原理说明加Na2CO3调pH至5.2生成沉淀的原因。(5)滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是。(6)“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀。已知某温度下,Ksp(MgF2)=7.35×10-11,Ksp(CaF2)=1.05×10-10。当加入过量NaF后,所得滤液中𝑐(Mg2+)𝑐(Ca2+)=。-15-答案:(1)+3价(2)2LiCoO2+H2O2+3H2SO4Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O生成的氯气造成污染,且盐酸易挥发,浪费很大(3)将Fe2+氧化为Fe3+,利于从混合液中除去(4)因Fe3+和Al3+(用M3+代替)在水溶液中存在平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,CO32-在溶液中存在平衡CO32-+H2OHCO3-+OH-,两者相互促进,最终生成沉淀和CO2气体(5)除去Mn2+(6)0.7-16-解析:Ⅰ.(1)钴酸锂(LiCoO2)中Li为+1价,O为-2价,则钴元素的化合价为+3价。(2)酸浸时反应物有硫酸、过氧化氢以及LiCoO2,生成物有Li2SO4和CoSO4,Co元素化合价降低,则过氧化氢被氧化为氧气,同时生成水,反应的化学方程式为2LiCoO2+H2O2+3H2SO4Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O,因为盐酸具有强酸性和还原性,理论上可以代替H2SO4和H2O2,但由上述反应可知LiCoO2具有强氧化性,加入盐酸后有污染性气体氯气生成。-17-Ⅱ.(3)使Fe2+完全沉淀的pH=9.6,使Co2+完全沉淀的pH=9.2,如直接除掉Fe2+,溶液中的Co2+也沉淀下来。Fe3+完全沉淀的pH=3.7,所以加NaClO3将浸出液中Fe2+氧化为Fe3+,利于从混合液中除去。(4)加Na2CO3调pH=5.2能使Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀,原因是Fe3+和Al3+(用M3+代替)在水溶液中存在平衡M3++3H2OM(OH)3+3H+,CO32-在溶液中存在平衡CO32-+H2OOH-+HCO3-,两者相互促进,最终生成沉淀和CO2气体。(5)由工艺流程可知溶液中的锰离子还未除去,最终得到草酸钴,说明滤液中加入萃取剂的作用是除去锰离子。(6)由溶度积可知,滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀,根据溶度积可知𝑐(Mg2+)𝑐(Ca2+)=𝐾sp(MgF2)𝐾sp(CaF2)=7.35×10-111.05×10-10=0.7。-18-4.(2017河北衡水中学三模)铜是一种重要的战略物资,以黄铜矿(主要成分是CuFeS2)为主要原料生产铜、铁红、单质硫时,原料的综合利用率较高,其主要流程如图所示。已知Na[CuCl2]的电离方程式为Na[CuCl2]==Na++[CuCl2]-。-19-(1)流程中粉碎的目的是,操作①、②、③、④的目的相同,在实验中这种操作的名称是。(2)铁红的一种重要用途是。固体B中含有两种产物,一种是单质C、另一种是原子个数比为1∶1的一种金属的低价态盐,写出堆浸时反应的化学方程式:。(3)写出反应Ⅴ的离子方程式:。-20-(4)此方法中得到的铜纯度不能满足某些生产的需要,需要利用电解法进行提纯。若用如图所示的装置进行电解精炼,则乙溶液中的溶质是,e电极上的电极反应式为。若当电路中有2mol电子通过时,乙中某个电极质量减小了63.92g,则粗铜的纯度为(假设