2023届高三化学一轮复习 化工流程 课件

这是一份2023届高三化学一轮复习 化工流程 课件，共60页。PPT课件主要包含了核心思想方法，相关知识点，一沉淀的生成，酸碱溶解法，二沉淀的溶解，沉淀的转化，原料的预处理，1调节pH值，抑制水解，③温度控制在某范围等内容，欢迎下载使用。

一、化工流程的一般模型
1、元素守恒思想。原料中的“核心元素”经多步转化，最终“存留”于目标产物中。
2、物料转化思想。“方框” ：反应釜方框中的物质表示反应釜中的“主要物质”方框之间的“箭头”表示“转化关系”箭头的上方或下方：加入的试剂或需控制的条件等。
3、绿色环保思想。对环境无害的物质可以直接排放，部分物质需要循环利用，实现资源利用最大化。
【必修1】元素化合物：化合价、氧化性/还原性、离子反应、产率和纯度的计算、实验操作【必修1】氧化还原反应：陌生方程式的书写、产物判断、得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒【必修2】元素周期律 / 元素周期表、化学键【选修4】电化学：电极判断、产物判断、方程式书写【选修4】弱电解质电离、盐类水解、沉淀溶解平衡、平衡常数相关计算
1、调节pH法除杂：NH4Cl(FeCl3)
除杂：CuCl2(FeCl3)
已知Ksp[Fe(OH)3]=10-38，求使0.1ml/L的FeCl3(aq)中Fe3+开始沉淀的pH和完全沉淀的pH。
加入CuO、Cu(OH)2 、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等调节pH在3~4之间，保证Fe3+沉淀完全，Cu2+还未开始沉淀
MgCl2(FeCl2)
①先加入盐酸酸化的H2O2溶液或通入Cl2
②再加入MgO、Mg(OH)2、MgCO3调节pH
2、沉淀剂法如：用Na2S和H2S作沉淀剂，除去污水中的重金属离子
调节溶液极性使其沉淀，向CuSO4溶液中加入氨水至过量后加入无水乙醇产生深蓝色沉淀{Cu[NH3]4SO4·H2O}
加足量盐酸CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑
CaCO3(s) ⇌ Ca2＋(aq)＋CO32-(aq)
FeS、MnS、NiS、ZnS：FeS + 2H+ == Fe2+ + H2S↑
2、盐溶解法：Mg(OH)2溶于NH4Cl溶液
3、氧化还原溶解法不溶于盐酸的硫化物CuS、Ag2S等溶于稀HNO3。4、配位溶解法：AgCl溶于氨水
沉淀转化的应用1、锅炉除水垢（除去水垢中的CaSO4 ）
先加Na2CO3，再加盐酸
CaSO4＋CO32- ⇌ CaCO3＋SO42-，CaCO3＋2HCl = CaCl2＋H2O＋CO2↑
2、矿物转化例如：原生铜硫化物变成CuSO4溶液，遇到深层闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS)时，便慢慢地使之转变铜蓝(CuS)。
Cu2+(aq) ＋ ZnS(s) ＝ CuS(s) ＋ Zn2+ (aq) Cu2+ (aq) ＋ PbS(s) ＝ CuS(s) ＋ Pb2+ (aq) 。
3、利用沉淀转化原理，在工业废水的处理过程中，常用FeS(s) 、 MnS(s)等难溶物作为沉淀剂除去废水中的Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。
FeS(s) + Hg2+(aq) ⇌ HgS(s) + Fe2+(aq)
将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分
与水接触反应或溶解（后过滤）
使用酸（HCl/HNO3/H2SO4）溶解固体：金属、金属氧化物（膜）、难溶弱酸盐（注意HNO3的氧化性，Fe3O4难溶于酸） 滤渣：SiO2、（注：H2SO4酸浸有CaSO4沉淀，Ca2+一般用CO32-、F-、C2O42-进行除去）
使用碱溶解固体：溶解金属表面油脂膜、酸性氧化物（SiO2）、Al2O3/Al、某些盐、非金属单质
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
作用：①除去可燃物 ②是原料发生氧化、分解反应（如金属硫化物）③改变结构，使一些物质能溶解
固体加水（酸）溶解得到离子
例1、一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
2、常用的控制条件的方法
（2）控制温度：①低温（冷却）：
b、防止挥发（如HCl、HNO3等收集AlCl3等）
c、防止分解（如H2O2、氨水、NaHCO3、NH4HCO3等铵盐）
d、增加气体溶解度，使气体充分吸收、防止气体挥发
②加热（升温）：
a、提高物质的溶解或反应速率
b、减小气体的溶解度，使气体充分逸出
c、使固体充分气化、挥发、防止堵塞
d、使平衡正向移动，提高转化率r产率
a、确保催化剂活性最大 b、兼顾反应速率与化学平衡（特别是△H<0的反应）以及生产成本 c、防止副反应发生
控制温度的方法通常有冰浴、水浴、酒精灯加热等。需要加热但温度控制在100 ℃或100 ℃以下时，通常用热水浴
“蒸馏水洗” ：“有机物洗”：
目的是除去沉淀或晶体表面残留的水溶性杂质；“冰水洗涤”往往能降低晶体在洗涤过程中的溶解损耗
既可以除去沉淀或晶体表面残留的杂质,又可以减少晶体溶解的损耗,同时使沉淀或晶体快速干燥
沉淀的饱和溶液：减小沉淀的溶解。
(1)若滤渣是所需的物质，洗涤的目的是除去晶体表面的可溶性杂质，得到更纯净的沉淀物。(2)若滤液是所需的物质，洗涤的目的是洗涤过滤所得到的滤渣，把有用的物质如目标产物尽可能洗出来。
2.沉淀洗涤的答题规范答题模板：
注洗涤液(沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液)　↓标准(使洗涤液完全浸没沉淀或晶体)　↓重复(待洗涤液流尽后，重复操作2～3次)
3.沉淀是否洗净的答题规范答题模板：
取样(取少量最后一次洗涤液于一洁净的试管中)　↓加试剂[加入××试剂(必要时加热，如检验NH)]　↓现象(不产生××沉淀、溶液不变××色或不产生××气体)　↓结论(说明沉淀已经洗涤干净)
强调某种反应物过量,可能是为了提高另一种反应物的转化率或使反应平衡向某一反应方向移动。或利用混合物中各组分的性质差异达到分离提纯的目的(如利用过量的NaOH溶液分离Mg2+和Al3+)
氧化剂的选择要依据试题设置的情境，常见的氧化剂有氯气、过氧化氢、氧气和次氯酸钠等,为了避免引入新的杂质，通常选择的氧化剂有过氧化氢或氧气
3、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：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
4、常用的分离方法(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。
趁热过滤：防止某物质降温时会析出而带入新的杂质（或造成产物损耗）
(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。
KNO3（NaCl）——蒸发浓缩，冷却结晶NaCl（KNO3）——蒸发结晶，趁热过滤
(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(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。
1、从海水中提取镁单质
铝土矿，主要成分为Al2O3（SiO2、Fe2O3等）冰晶石Na3AlF6：助熔剂，使Al2O3更易熔化
NaAlO2Na2SiO3
Al(OH)3H2SiO3
例1(2015·全国卷Ⅰ，27)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示：
①关注原料、产品、实验目的（从XX中提取/回收/制备XX）。
回答下列问题：(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式_________________________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有___________(写出两条)。(2)利用__________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是__________________________(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是__________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是____________________________________________________。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：__________________________________________________。
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式__________________________________________________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有___________________________________________(写出两条)。
Mg2B2O5·H2OFe3O4
提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径
(2)利用__________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是__________________________(写化学式)。
Mg2B2O5·H2OFe3O4Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3SiO2
Fe3O4CaSO4SiO2
CaSO4 SiO2
②关注产品线和 杂质线
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是__________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是______________________________________。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_____________(填名称)。
将Fe2＋氧化为Fe3＋　
使Al3＋和Fe3＋形成氢氧化物沉淀而除去
H3BO3、MgSO4
Fe(OH)3和Al(OH)3
例2、2019年高考新课标Ⅰ卷硼酸（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：
回答下列问题：（1）在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________________________________。（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______。（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O ⇋ H++B(OH)−4，Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是______酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。
（1）在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_________________________________。
Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3
NH4HCO3+NH3 = (NH4)2CO3
（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______________。
Fe2O3、Al2O3 、SiO2
MgSO4、B(OH)−4
MgSO4、 B(OH)−4
（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2O ⇋ H++B(OH)−4，Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是一元弱酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。
转化为H3BO3，促进析出
（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为________________________________________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。
2Mg2++2H2O+3CO32=Mg(OH)2∙MgCO3↓+2HCO3-
MgSO4 8.9~10.9
2Mg2++H2O+2CO32=Mg(OH)2∙MgCO3↓+CO2↑
(4) 沉积锌后的电解液可返回_________　　　　 工序继续使用。
Zn+Cd2+ = Zn2++Cd
Zn2++2e- = Zn
2H2O -4e-=O2↑+4H+
练习1：（2019∙新课标Ⅲ）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备。
金属离子[c0（Mn+）=0.1ml∙L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下
（1）“滤渣1”含有S和_______；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化 锰反应的化学方程式_______________________________。（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是______________。（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_____～6之间。（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是_________。（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+．若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________。（6）写出“沉锰”的离子方程式_____________________________（7）层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式 为LiNixCyMnzO2，其中Ni、C、Mn的化合价分别为+2、+3、+4 ，当x=y=1/3时，z=________。。
（1）“滤渣1”含有S和______________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式_______________________________。（2）“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________________________________。
Fe、AlMg、ZnNi、Si等元素
SiO2（不溶性硅酸盐）
MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O
将Fe2+氧化为Fe3+
（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_____～6之间。
（4）“除杂1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“滤渣3”的主要成分是_________。（5）“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+．若溶液酸度过高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________。（6）写出“沉锰”的离子方程式_____________________________
F-与H+结合形成弱电解质HF，MgF2⇌Mg2++2F-平衡向右移动
Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O
练习2（2017全国1）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Fe TiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的侵出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。
100℃、2h，90℃，5h
（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-，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：
分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因____________。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。
FeTiO3+ 4H++4Cl− = Fe2++ TiOCl42− + 2H2O
低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速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转化反应速率下降
解题策略：1．学会审题、去粗存精、读懂流程是前提；2．前后联系、运用原理、书写反应是核心；3．原料处理、条件控制、分离提纯是关键。
分析流程思路 关注 原料、产物；关注“产品线”“杂质线”； 关注滤液、滤渣；关注价态变化。