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1、無機工藝流程題解題指導(dǎo)無機工藝流程題解題指導(dǎo)-2-對近幾年的高考試題進行分析,不難發(fā)現(xiàn),很多無機化合物的制備試題都是將化學(xué)工藝或化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)及最新科技成果融入其中,考查學(xué)生運用化學(xué)反應(yīng)原理及相關(guān)知識來解決工業(yè)生產(chǎn)中實際問題的能力。常見的命題角度有:(1)通過物質(zhì)的制備模擬化工生產(chǎn)流程;(2)通過化工流程考查實驗操作過程。-3-1.常用方法常用首尾分析法:首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種原材料與最后一種產(chǎn)品,從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關(guān)系,弄清生產(chǎn)過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜分離提純產(chǎn)品的化工工藝,然后再結(jié)合題設(shè)問題,逐一推敲解答。-4-2.基本步驟(1)審題:從題干中獲取有用

2、信息,了解生產(chǎn)的產(chǎn)品,并在流程圖上標出原料中的成分,找出原料中的雜質(zhì)。審流程圖:看箭頭,進入的是原料(即反應(yīng)物)、出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物);找三線,物料進出線、操作流程線、循環(huán)線。(2)析題:分析流程中的每一步驟,知道“四個什么”:反應(yīng)物是什么、發(fā)生了什么反應(yīng)、該反應(yīng)造成了什么后果、對制造產(chǎn)品有什么作用。抓住一個關(guān)鍵點:一切反應(yīng)或操作都是為獲得產(chǎn)品而服務(wù)。(3)技巧:從問題中獲取信息,幫助解題。題目中所提出的問題,有時對我們分析流程中某一步的作用有很大幫助,所以我們在做題時,不僅要審讀題中所給信息及流程圖,還要把題中所提問題瀏覽一遍。-5-3.思維方向制備類工藝流程題目在流程上一般

3、分為3個過程:原料處理分離提純獲得產(chǎn)品(1)原料處理階段的常見考點。采取一定措施,增大反應(yīng)速率(升高溫度、增大固體反應(yīng)物接觸面積等)。溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。水浸:與水接觸,反應(yīng)或溶解的物質(zhì)留在水中,既不反應(yīng)也不溶解的物質(zhì)通過過濾除去。酸浸:與酸溶液反應(yīng),可溶物進入溶液,不溶物通過過濾除去。灼燒、焙燒、煅燒:改變結(jié)構(gòu),使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解。-6-(2)分離提純階段的常見考點。調(diào)pH除雜。a.控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)溶液的pH以生成Fe(OH)3沉淀

4、。b.調(diào)節(jié)溶液pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點:能與H+反應(yīng),使溶液pH增大;不引入新雜質(zhì)。例如:若要除去含Cu2+的溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。加熱:增大反應(yīng)速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì),則要注意對溫度的控制。如:侯德榜制堿過程中NaHCO3的生成;還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)的使用或生成。-7-降溫:使化學(xué)平衡向著對生成產(chǎn)品有利的方向移動;防止某物質(zhì)在高溫時分解(或溶解)。(3)獲得產(chǎn)品階段的

5、常見考點。洗滌(冰水或熱水):洗去晶體表面的雜質(zhì)離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗;用乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質(zhì),又可減少晶體溶解的損耗。制備無水鹽時的氣體氛圍:如加熱結(jié)晶水合物制備FeCl3、AlCl3、MgCl2等無水鹽時,應(yīng)在HCl氣流中加熱,以抑制金屬離子的水解。-8-蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶:如從NaCl(少量)和KNO3混合物中分離出KNO3,首先加水溶解,再將混合溶液加熱蒸發(fā),然后再降溫,則析出的固體是KNO3。蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾:如從NaCl和少量KNO3的混合物中提純NaCl,首先加水溶解,再將混合溶液蒸發(fā)一段時間,析出固體NaCl,趁熱過濾可得不含KNO3的NaCl。-9

6、-4.規(guī)范答題文字敘述類題目要規(guī)范答題,防止因敘述不嚴謹導(dǎo)致失分,如:(1)洗滌沉淀:往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復(fù)以上操作23次。(2)從溶液中得到晶體:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾(洗滌、烘干或干燥)。(3)趁熱過濾(或冰水洗滌)的目的:防止某些物質(zhì)降溫時析出(或升溫時溶解)而帶入新的雜質(zhì)。(4)反應(yīng)中采取加熱措施的目的:一般是為了增大反應(yīng)速率或加速某固體的溶解。-10-典例(2017課標全國)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質(zhì))來制備。工藝流程如下:-11-12-(3)TiO2

7、xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40 min所得實驗結(jié)果如下表所示:分析40 時TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因 。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4價,其中過氧鍵的數(shù)目為。(5)若“濾液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入雙氧水和磷酸(設(shè)溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5 molL-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?(列式計算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.310-22、1.010-24。(6)寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學(xué)方程式:。-13-解析(1)由圖像可知,當(dāng)鐵的浸出率

8、為70%時,對應(yīng)的條件有2個,一個為100、2 h,另一個為90、5 h。(2)此題考查陌生離子方程式的書寫,第一步應(yīng)搞清所寫的離子方程式是否為氧化還原反應(yīng)的離子方程式。在鈦鐵礦(FeTiO3)中Fe為+2價,Ti為+4價。在 中Ti仍為+4價,故為非氧化還原反應(yīng)。第二步依據(jù)元素守恒和電荷守恒把離子方程式配平。(3)考查反應(yīng)溫度與反應(yīng)物濃度對反應(yīng)速率的影響。溫度低于40 時,TiO2xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度升高而增大;超過40 時,H2O2易分解,NH3也易從反應(yīng)體系中逸出,反應(yīng)物濃度減小,TiO2xH2O轉(zhuǎn)化率下降。(4)設(shè)在化合物L(fēng)i2Ti5O15中有x個O為-2價,y個O為-1價,由化

9、合物中各元素化合價的代數(shù)和為零可得:解得x=7,y=8,即有8個氧原子顯-1價,則過氧鍵的數(shù)目為4。-14-(5)當(dāng)Fe3+沉淀完全時,溶液中=1.310-17 molL-1,因溶液的體積擴大了一倍,c(Mg2+)=0.01 molL-1,QMg3(PO4)2=c3(Mg2+)c2()=0.013(1.310-17)2=1.710-401.010-24即QK,因此不會產(chǎn)生Mg3(PO4)2沉淀。(6)在工業(yè)流程圖中陌生化學(xué)方程式書寫的關(guān)鍵是找準反應(yīng)物和產(chǎn)物,其次要判斷反應(yīng)是否為氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)物為FePO4、Li2CO3和草酸,產(chǎn)物主要為LiFePO4,從Fe的化合價可以看出,此反應(yīng)為氧化還

10、原反應(yīng),FePO4為氧化劑,H2C2O4為還原劑,被氧化為CO2,由元素守恒和電荷守恒,可知氧化劑與還原劑的化學(xué)計量數(shù)之比為2 1。再根據(jù)Li元素、C元素守恒可確定LiFePO4的化學(xué)計量數(shù)為2,CO2的化學(xué)計量數(shù)為3,H2O的化學(xué)計量數(shù)為1。-15-16-121.(2017課標全國改編)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示:-17-12回答下列問題:(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是,還可使用代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是,其不溶于

11、強酸但可與一種弱酸反應(yīng),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(3)加氨水過程中加熱的目的是。沉淀B的主要成分為、(寫化學(xué)式)。(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后,用KMnO4標準溶液滴定,通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量,滴定反應(yīng)(未配平)為:。實驗中稱取0.400 g水泥樣品,滴定時消耗了0.050 0 molL-1的KMnO4溶液36.00 mL,則該水泥樣品中鈣的質(zhì)量分數(shù)為。-18-12答案(1)將Fe2+氧化為Fe3+H2O2溶液(2)SiO2SiO2+4HFSiF4+2H2O(3)促進Fe3+與Al3+水解Fe(OH)3Al(OH)3(4)45.0%-19-12解析(1)由于KspFe(OH)

12、2KspFe(OH)3,Fe3+在pH較小時就可以轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,所以需要將Fe2+氧化為Fe3+;H2O2溶液是“綠色”氧化劑,可以將Fe2+氧化為Fe3+,而且不會引入雜質(zhì)。(2)二氧化硅不溶于鹽酸和硝酸,因此沉淀A是SiO2,其與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+4HF SiF4+2H2O。(3)鹽的水解是吸熱反應(yīng),加熱可以促進Fe3+與Al3+水解,有利于使Fe3+和Al3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。沉淀B的主要成分為Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)根據(jù)反應(yīng)可得如下關(guān)系式:5 5H2C2O42KMnO4n(KMnO4)=0.050 0 molL-136.

13、0010-3 L=1.810-3 mol-20-122.(2016課標全國)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為:-21-12回答下列問題:(1)“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為 ,反應(yīng)的離子方程式為,同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+?！皬U渣1”的主要成分是。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)?,則需要氧化劑KClO3至少為 mol。(3)“中和”作用之一是使釩以 形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為 (ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應(yīng)該呈性(填“酸”“堿”或“中”)。(5)“流出液”中最多的陽離子是。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:。-22-12-23-12