2022届高三化学二轮复习 第8讲：精雕独居石尽赏工艺美——化工流程题 课件

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回答下列问题：（1）“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，写出Al2O3转化为NH4Al(SO4)2的化学方程式：__________________________________________________________________。（2）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调解pH至11.6，依次析出的金属离子是__________________。
【2021·全国乙卷·26】磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺流程条件下，有关金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH见下表：
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
非氧化还原型化学方程式书写
TiO2SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3
（3）“母液①”中Mg2＋浓度为________________ml·L－1。（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是___________。“酸溶渣”的成分是________、__________。（5）“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是____________________________________。
TiO2＋＋(x＋1)H2O==TiO2·xH2O↓＋2H＋
信息型Ksp的相关计算
试剂选择和滤渣分析，绿色化学思想
水解型离子方程式书写，回归教材
（6）将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________，循环利用。
滤液分析，绿色化学思想
(NH4)2SO4、氨水
那些年可爱的(NH4)2SO4?
【2019·全国乙卷·26】硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
（2）“滤渣1”的主要成分有。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是。（4）母液经加热后可返回 工序循环使用。
(NH4)2SO4溶液Vs(NH4)2SO4固体焙烧。
【2021·全国甲卷·26】碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：
（1）I2的一种制备方法如下图所示：
与量有关的氧化还原反应
【2021·山东卷·17】工业上以铬铁矿（FeCr2O4，含Al、Si氧化物等杂质）为主要原料制备红矾钠（Na2Cr2O7· 2H2O）的工艺流程如下。回答下列问题：
为使气体和铬铁矿充分混合，反应物充分反应
将铬元素由CrO42-转变成目标产物红矾钠的Cr2O72-
2017全国卷3第27题
析出Na2Cr2O7· 2H2O，造成产品损失
电化学基础——膜的应用
【2021·河北卷·15】绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺，该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料，不产生废弃物，实现了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如下：
Fe和Cr（或Fe、Cr）
Mg(OH)2和Fe2O3
16NaHCO3 +4Fe(CrO2)2 +7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 16CO2+ 8H2O
Na[Al(OH)4]溶液
回归经典 平稳过渡 湖南卷登场
2017年全国1卷27，使用H2C2O4制备LiFePO4
成本价格，工业级葡萄糖2200元/吨，草酸3000元/吨
某种程度上的机械性知识。“秒杀”。
工艺流程题主要存在以下设问角度：①原料的预处理，②试剂的作用，③基本操作的分析，④陌生方程式的书写，⑤实验条件的分析，⑥工艺程评价，⑦循环利用物质或滤液滤渣分析，⑧Ksp、产率等计算。
产品线产品的获取可能在工艺前段过程，也可能是后段过程。要时刻关切产品核心元素的化合价变化。
杂质线 积累常见杂质的除去方式和存在形式
试剂线 积累常见试剂的作用，构建与除杂和获取产品的联系。
资料卡片：H2O2的要点：不稳定性（受热易分解、遇催化剂Fe3+、Cu2+分解）、强氧化性、还原性、绿色试剂不引入杂质无污染。
操作线 积累常见操作的目的及作用。
资料卡片：工艺题注重反应原理的分析——化学反应本质等。
资料卡片：结晶对象适用于固体产品。
所谓固液法，是根据矿物质在每一道工序（格子）过程中的“状态”的不同，进行“账目”式记录，有利于分析完整整个流程，避免失误，提高解题效率。具体操作是将各个“工序格子”，分为固体和液体的两层，见下图。
注意所加试剂，引起液相和固相中物质的变化，比如此题中的氨水等。
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
不易转化的物质转为容易提取的物质；其他矿转化为氧化物；除去有机物；除去热不稳定的杂质。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH促进水解(沉淀)
铵盐等弱酸性，固体焙烧还是溶液。
[2019·课标全国Ⅰ，26]硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
思考思路：过高、过低＋目的结合分析
试剂线：氧化剂、还原剂、酸碱盐等沉淀剂或“溶解剂”
速率快（不宜过快），产率高
不引入杂质（含杂质少）、原子利用率高
循环使用原子利用率高无污染（减少污染治理成本）
污染：废渣、废液(酸、碱、重金属盐)、废气(Cl2、Br2、硫和氮的氧化物——尾气处理)
防倒吸、防空气、防爆炸、防水解、防暴沸、
一、精雕工艺语言，提升答题精准率
基础部分：经验和知识，应变解决。难题部分：题干信息，设问语言，巧妙突破。
[2013•全国卷Ⅰ•27 ] 锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCO2)，导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是 。
（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_______ 。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 (填化学式)。
二、抓四线固液，提升解题分析效率
三、携证据推理，打破推断疑难桎梏
[2019•全国卷Ⅰ•26 ]
[2015•全国卷Ⅰ•27]
[2021•河北卷•15]
四、品命题视域，尽赏化学工艺之美
1、根据过往考题的产品或工业必备品搜索工艺生产文献，最好是专利。
2、根据预处理→物质转化→产品获取，“四线”，斟酌原始工艺的路线是否需要“简化”或“细化”。
3、根据常规考点，设置问题，细品文献中有关产品获取过程中的关键操作及其原理分析，设置难点，提升区分度。
选择张银雪的《从金属切削废料中回收镍和钴生产硫酸镍和氯化钴》作为命题素材，原文流程图如下：
张银雪.从金属切削废料中回收镍和钴生产硫酸镍和氯化钴[J].化工环保,1997,017(001):33-35.
五、回归教材，尽赏化学工艺之美
氯碱工业硅的制备的工艺流程硫酸工业硝酸工业纯碱工业——侯氏制碱法海水提镁海水提溴海带提碘制玻璃电镀、金属的提纯、电冶金
1、(必修一P20-8题)某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+。为了减少污染并变废为宝，工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜。请根据流程图，在方框和括号内填写物质名称(或主要成分化学式)或操作方法，完成回收硫酸亚铁和铜的简单实验方案。2、(必修二P91-实验4-2) 海带提碘： 海带→海带灰→滤液→H2O2氧化I-为I2→萃取→蒸馏→碘3、(必修二P91-资料卡片)海水提溴： 酸化浓缩海水→氯气氧化Br-为Br2→空气和水蒸气吹出Br2 → SO2还原到Br-(富集)→再氯气氧化到Br2→萃取→蒸馏→溴
蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
4、(必修二P93-4题)海水提镁：镁及其合金是一种用途广泛的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
(1)为了MgSO4转化为Mg(OH)2,试剂①可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 ；验证MgSO4已完全转化为Mg(OH)2的方法是 ；(2)加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是 ；(3)试剂②可以选用 ；(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为： 。
5、(必修二P93-6题)工业上已铝土矿(主要成分Al2O3·3H2O)为原料生产铝，主要包括下列过程：(1)粉碎、筛选后的铝土矿溶解在氢氧化钠溶液中；(2)通入过量二氧化碳使(1)所得溶液中析出氢氧化铝固体；(3)使氢氧化铝脱水生成氧化铝；(4)电解熔融氧化铝生成铝。请写出上述各有关反应的化学方程式，并推测哪一步转化过程消耗的能量最多，为什么？
Al2O3·3H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 4H2O
NaAlO2 + 2H2O + CO2 = Al(OH)3↓ + NaHCO3
2Al(OH)3= Al2O3+ 3H2O
2Al2O3 (熔融) == 4Al + 3O2↑
6、(必修二P94-9)孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2 。某同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下：①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；②将反应后的混合物过滤；③向滤液中加入一种金属粉末。根据上述实验方案，试回答：(1)在第步反应中可观察到的现象是什么？(2)第步加入的金属粉末可以是什么？说明理由。(3)设计从滤液中获得铜的另外一种方案。
孔雀石逐渐溶解，溶液变蓝，有气泡产生
加入的金属应比铜活泼，可用铁
电解硫酸铜溶液或氢氧化铜 氧化铜 再用CO或H2还原。
7、(必修二 P94-10)以金红石(主要成分TiO2)为原料生产金属钛的步骤主要有： (1)在高温下，向金红石与焦炭的混合物中通入Cl2得到TiCl4和一种可燃性气体；(2)在稀有气体(如氩)氛围和加热的条件下，用镁与TiCl4 反应可得到钛。请写出上述两步反应的化学方程式，并分析反应(2)时稀有气体氛围的作用。
TiO2 + 2C + 2Cl2 == TiCl4 + 2CO
TiCl4 + 2Mg ===== Ti + 2MgCl2
防止镁和钛被空气中氧气氧化
稀有气体能否用氮气代替？
8、(必修二 P105-4题)铅丹(Pb3O4)可作为防锈用涂料,呈红褐色. (1)铅丹可用PbO在空气中加热制备,请写出有关反应的化学方程式； (2)铅丹曾用于铁制品防锈，请举例说明铁制品防锈的其他两种方法； (3)铅丹与浓盐酸反应生成PbCl2、Cl2和H2O，请写出反应的化学方程式,说明如何检验反应后有氯气生成？
6PbO + O2 == 2Pb3O4
涂油漆、镀锌 、牺牲阳极的阴极保护法
Pb3O4 + 8HCl (浓)== 3PbCl2 + 4H2O + Cl2↑
将湿润的淀粉KI试纸置于试管口，试纸变蓝，证明有氯气生成
9、(必修二 P106-9题)卤块的主要成分是MgCl2，此外还含有Fe3+，Fe2+ 和Mn2+ 等离子。若以它为原料按下图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁。
若要求产品尽量不含杂质，而且生产成本较低，请根据表1和表2提供的资料，填写空白：
表1 生成氢氧化物沉淀的pH
*Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以，常将它氧化为Fe3+，生成Fe(OH)3 沉淀除去。
(1)在步骤②中加入的试剂X，最佳的选择是 ，其作用是 ；(2)在步骤③中加入的试剂应是 ；之所以要控制pH=9.8，其目的是 ；(3)在步骤④中加入的试剂Z应是 ；(4)在步骤⑤中发生的反应是 。
将Fe2+氧化为Fe3+
使Fe3+、Mn2+沉淀完全
MgCO3 + H2O== Mg(OH)2 + CO2↑
10、(选修四P66-2)在粗制CuSO4·5H2O晶体中常含有Fe2+.在提纯时，为了除去Fe2+，常加入少量H2O2，使Fe2+ 氧化为Fe3+，然后再加入少量碱至pH=4，可以达到除去铁离子而不损失硫酸铜的目的。试解释原因。