2022年高考化学二轮复习专题三 无机化学工艺流程 (含解析)

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专题三　无机化学工艺流程 【考情分析】命题点五年考情分析解读以物质制备为主线的化学工艺流程2018·全国Ⅰ，T272018·全国Ⅲ，T272017·全国Ⅲ，T27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、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学试题的常考题型。以分离提纯为主线的化学工艺流程2018·全国Ⅱ，T262017·全国Ⅰ，T272016·全国Ⅲ，T28 1.工艺流程题过程解读(1)读流程图①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。②三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。(2)解题要点①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品，b.了解题目提供的信息，c.分析各步的反应条件、原理及物质成分，d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理，c.生产要求及反应条件，d.有关产率、产量及组成的计算，e.绿色化学。2.工艺流程题常见答题方向工艺操作(结果)目的评价(或操作名称)方法措施研磨(粉碎)增大接触面积，加快反应(溶解)速率煅烧(焙烧)矿物分解、燃烧，转化为易溶于酸、碱的物质水浸利用水溶性把物质进行分离酸浸(碱浸)利用物质与酸(碱)反应除掉杂质或把目标物质转化为可溶性离子控制条件调节溶液pH某些金属离子的沉淀，控制物质的溶解控制温度加快反应速率，促进平衡移动；物质的溶解、析出、挥发等增大某反应物用量增大另一反应物的转化率(产率)某种试剂的选择是否带入杂质、是否影响产品的纯度分离提纯不相溶液体分液相溶性液体蒸馏难溶性固体过滤易溶性固体蒸发结晶、浓缩冷却结晶趁热过滤防止温度降低，某物质析出冰水洗涤减少晶体的溶解损失乙醇、有机溶剂洗涤减少晶体的水溶性损失 
考点指导1　以物质制备为目的化学工艺流程【典例1】 题头挖掘题头信息(2017·课标全国Ⅰ，27)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，工艺流程如下：题干分析题干流程题尾知道题尾考查哪些问题回答下列问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的时，所采用的实验条件为________________________________________________________________________。(2)“酸浸”后，钛主要以形式存在，写出相应反应的离子方程式_____________________________________________________。(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示： 题尾知道题尾考查哪些问题(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中为________________。(5)若“滤液②”中c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1，加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍)，使Fe3＋恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？___________________________________________________________(列式计算)。 (6)写出“高温煅烧②”中由的化学方程式______________________________________________________。【审题指导】　①分析图像，浸出率达到70%只有90 ℃、100 ℃两条曲线。②反应物FeTiO3＋H＋＋Cl－，生成物TiOCl＋Fe2＋，结合原子守恒和电荷守恒写出离子方程式。③可以从温度、浓度、压强等方面考虑转化率的因素，结合考虑双氧水在高温下易分解、氨水中氨气会逸出。④找出元素的常规价态，Li为＋1价，O为－2价，Ti为＋4价，O中O为－1价，化学式变形为Li2Ti5(O2)xO15－2x，从化合价的代数和为零作答2＋4×5－2x－2(15－2x)＝0，计算得出结果x＝4。⑤由Ksp公式入手计算，Qc与Ksp的关系得出结论。⑥流程题已经给出化学反应的反应物是FePO4和Li2CO3、草酸，生成物LiFePO4，分析化合价变化的元素，结合原子守恒和得失电子守恒写出方程式。【答题规范】　(1)100 ℃、2 h或90 ℃、5 h(2)FeTiO3＋ 4H＋＋ 4Cl－===Fe2＋＋TiOCl＋2H2O(3)低于40 ℃，TiO2·xH2O转化率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降(4)4(5)Fe3＋恰好沉淀完全时， c(PO)＝ mol·L－1＝1.3×10－17mol·L－1。c3(Mg2＋)·c2(PO)值为0.013×(1.3×10－17)2＝1.7×10－40<Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀(6)2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O42LiFePO4＋H2O↑＋3CO2↑【对点训练】1.(2018·北京理综，26)磷精矿湿法制备磷酸的一种工艺流程如下：已知：磷精矿主要成分为Ca5(PO4)3(OH)，还含有Ca5(PO4)3F和有机碳等。溶解度：Ca5(PO4)3(OH)<CaSO4· H2O(1)上述流程中能加快反应速率的措施有________。(2)磷精矿粉酸浸时发生反应：2Ca5(PO4)3(OH)＋3H2O＋10H2SO410CaSO4· H2O＋6H3PO4①该反应体现出酸性关系：H3PO4________H2SO4(填“>”或“<”)。②结合元素周期律解释①中结论：P和S电子层数相同，____________________________________________________________________。(3)酸浸时，磷精矿中Ca5(PO4)3F所含氟转化为HF，并进一步转化为SiF4除去。写出生成HF的化学方程式：____________________________________________________________________。(4)H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除，同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间，不同温度下的有机碳脱除率如图所示。80 ℃后脱除率变化的原因：_______________________________________________________。(5)脱硫时，CaCO3稍过量，充分反应后仍有SO残留，原因是____________________________________________________________________；加入BaCO3可进一步提高硫的脱除率，其离子方程式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)取a g所得精制磷酸，加适量水稀释，以百里香酚酞作指示剂，用b mol·L－1NaOH溶液滴定至终点时生成Na2HPO4，消耗NaOH溶液c mL。精制磷酸中H3PO4的质量分数是________。(已知：H3PO4摩尔质量为98 g·mol－1)解析　(1)流程中能加快反应速率的措施有将磷精矿研磨，酸浸时进行加热。(2)①该反应符合复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。②比较硫酸与磷酸的酸性强弱，可以比较S与P的非金属性强弱。结合元素周期律可以比较S、P的原子半径、核电荷数。(3)根据质量守恒可写出反应的化学方程式。(4)有机碳的脱除率受两个因素的共同影响：一方面，温度越高，反应速率越快，在相同投料比、相同反应时间内，有机碳的脱除率越高；另一方面，温度升高可使较多的H2O2分解，氧化剂的量减少，使得有机碳的脱除率降低。80 ℃后，H2O2分解对有机碳脱除率的影响超过了温度升高的影响，导致脱除率逐渐降低。(5)脱硫是用CaCO3除去剩余的硫酸，由于生成的硫酸钙是微溶物，所以即使CaCO3过量，充分反应后仍有SO残留。加入BaCO3可使CaSO4转化为更难溶的BaSO4，进一步提高硫的脱除率。(6)　　H3PO4　＋　2NaOH===Na2HPO4＋2H2O       98 g        2 mol     m(H3PO4)     10－3bc molm(H3PO4)＝4.9×10－2bc g，则精制磷酸中H3PO4的质量分数为×100%＝%。答案　(1)研磨、加热(2)①<　②核电荷数P<S，原子半径P>S，得电子能力P<S，非金属性P<S(3)2Ca5(PO4)3F＋10H2SO4＋5H2O10CaSO4·0.5 H2O＋6H3PO4＋2HF(4)80 ℃后，H2O2分解速率大，浓度显著降低(5)CaSO4微溶BaCO3＋SO＋2H3PO4===BaSO4＋CO2↑＋H2O＋2H2PO(6)%考点指导2　以分离提纯为目的化学工艺流程【典例2】　(2016·课标全国Ⅲ，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.2～2.92.8～3.122～2860～651～2<1以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为________________________________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________ mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是________。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式________________________________________________________________________。【解题流程】解析　 答案　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2　(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al(OH)3　(4)碱　(5)K＋(6)2NH4VO3V2O5＋H2O↑＋2NH3↑【对点训练】2.(2017·海南化学，17)以工业生产硼砂所得废渣硼镁泥为原料制取MgSO4·7H2O的过程如图所示：硼镁泥的主要成分如下表： MgOSiO2FeO、Fe2O3CaOAl2O3B2O330%～40%20%～25%5%～15%2%～3%1%～2%1%～2%回答下列问题：(1)“酸解”时应该加入的酸是________，“滤渣1”中主要含有________(写化学式)。(2)“除杂”时加入次氯酸钙、氧化镁的作用分别是________________________、________________________。(3)判断“除杂”基本完成的检验方法是________。(4)分离滤渣3应趁热过滤的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析　硼镁泥主要成分是MgO，还有CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，酸溶时MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Al2O3都和硫酸反应，SiO2不与硫酸反应，B2O3转化为H3BO3，则滤渣1为SiO2，次氯酸钙具有强氧化性，加入的次氯酸钙可把亚铁离子氧化成铁离子，MgO促进铁离子、铝离子水解，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3，浓缩过滤得到滤渣3为CaSO4，滤液中含镁离子、硫酸根离子，蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镁晶体，以此来解答。答案　(1)浓硫酸　SiO2(2)氧化亚铁离子　促进铁离子、铝离子转化为沉淀(3)溶液接近为无色(4)温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响不同，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙