化学一轮复习精品课件：热点专题课 “无机化工流程题”的解题策略

热点专题课“无机化工流程题”的解题策略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、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型。题型一物质制备类化工流程题[考题感悟](2013·山东高考节选)TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括：酸溶FeTiO3(s)＋2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)＋TiOSO4(aq)＋2H2O(l)水解TiOSO4(aq)＋2H2O(l)=====90℃H2TiO3(s)＋H2SO4(aq)简要工艺流程如下：钛铁矿硫酸矿渣――→冷却钛液Ⅰ70℃试剂A剩余的试剂A结晶过滤FeSO4·7H2O钛液Ⅱ―――――→水解、过滤90℃H2TiO3①酸洗②水洗―――――→干燥、煅烧TiO2(1)试剂A为________。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右，若温度过高会导致产品TiO2收率降低，原因是_______________________________________________________________。(2)取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是________(填化学式)。[解析](1)钛铁矿中的Fe2O3与硫酸反应生成硫酸铁，加入试剂A后的其中一种产物是硫酸亚铁，则试剂A是铁粉。(2)加入KSCN溶液后无明显现象，说明不含Fe3＋，加入H2O2后变红说明含有Fe2＋。这种H2TiO3中含有FeSO4，则煅烧后会产生少量的Fe2O3而使TiO2显黄色。[答案](1)Fe温度过高会导致TiOSO4提前水解，产生H2TiO3沉淀。(2)Fe2＋Fe2O3[解题策略]一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用：①研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。1．明确制备类化工生产流程的特点2．熟悉常用的操作方法及其作用②水浸——与水接触反应或溶解。③酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。④灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。⑤煅烧——改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。(2)常用的控制反应条件的方法：①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：a．能与H＋反应，使溶液pH增大；b．不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。②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。③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。④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。化工流程中箭头指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。3．识别流程图题型二提纯类化工流程题(2013·新课标全国卷Ⅱ)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌(含有Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质)的流程如下：[考题感悟]提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。工业ZnO―――→稀硫酸①浸出液―――→过滤滤液―――→Zn③――→过滤滤液―――→Na2CO3④――→过滤滤饼――→煅烧⑤ZnO调pH约为5适量高锰酸钾溶液②(1)反应②中除掉的杂质离子是________，发生反应的离子方程式为__________________________________；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_________________________。(2)反应③的反应类型为________，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有______________。(3)反应④形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是____________________________________________________。(4)反应④中产物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2g，煅烧后可得到产品8.1g，则x等于_____________。回答下列问题：[解析](1)经反应①所得浸出液中含有Zn2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋。经反应②，Fe2＋被氧化为Fe3＋，进而形成Fe(OH)3沉淀，Mn2＋被氧化为MnO2，发生反应的离子方程式分别为：MnO－4＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋，2MnO－4＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋。在加a锰酸钾溶液前，若溶液的pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质。(2)反应③为Zn＋Ni2＋===Zn2＋＋Ni，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有被置换出来的镍。(3)若该沉淀没有洗涤干净，则沉淀上一定附着有SO2－4。具体的检验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。(4)ZnCO3·xZn(OH)2=====煅烧(1＋x)ZnO＋CO2↑＋xH2OΔm81(1＋x)4418x44＋18x8．1g11.2g－8.1g＝3.1g则811＋x8.1g＝44＋18x3.1g，解得x＝1。[答案](1)Fe2＋和Mn2＋MnO－4＋3Fe2＋＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋、2MnO－4＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入1～2滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。(4)1[解题策略]1．物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2．明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的Fe3＋等。3．明确常用的分离方法(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或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)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。(1)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。(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。4．掌握化工流程的解题方法——首尾分析法对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。