2024届高三化学二轮专题复习-工艺流程题专题突破课件

这是一份2024届高三化学二轮专题复习-工艺流程题专题突破课件，共60页。PPT课件主要包含了增大硫酸的浓度等，FeOH3，CaSO4，SiO2，MgSO4，Fe2＋，作还原剂，Na＋，AgNO3，FeCl3等内容，欢迎下载使用。
1.(2022·全国甲卷)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
回答下列问题：(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为_______________________________。(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有__________________________________、_________________________________。
将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积
(3)加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是__________(填标号)。A.NH3·H2O　　B.Ca(OH)2　　C.NaOH滤渣①的主要成分是________、__________、________。(4)向80～90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为__________________________________________________________________。(5)滤液②中加入锌粉的目的是_______________________________________。(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是__________、__________。
置换Cu2＋为Cu从而除去
2.(2022·全国乙卷)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。
一些难溶电解质的溶度积常数如下表：
一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：
回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为_________________________________________________________________，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。(ⅰ)能被H2O2氧化的离子是____________________；(ⅱ)H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为_________________________________________________________________；(ⅲ)H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是______________________。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤渣的主要成分是_____________________。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有________________。
Pb＋H2O2＋2HAc===Pb(Ac)2＋2H2O
Fe(OH)3、Al(OH)3
3.(2021·全国甲卷)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：
①加入Fe粉进行转化反应的离子方程式为_________________________________________________________________，生成的沉淀与硝酸反应，生成________后可循环使用。②通入Cl2的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为_________________________________________________________________；若反应物用量比n(Cl2)/n(FeI2)＝1.5时，氧化产物为________________________；当n(Cl2)/n(FeI2)>1.5后，单质碘的收率会降低，原因是______________________。
2AgI＋Fe===2Ag＋Fe2＋＋2I－
FeI2＋Cl2===I2＋FeCl2
4.(2021·全国乙卷)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。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
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”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_____________________。(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____________________________________________________。(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得______________，循环利用。
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
考情预测：预测2023年高考仍会以元素化合物知识为载体，围绕原料的预处理，考查影响速率的因素；围绕经济原则考查循环利用；围绕产品纯度考查物质的分离提纯(调pH、结晶、过滤、洗涤)；围绕核心反应或副反应考查物质变化及定量关系；陌生方程式的书写与含量计算是化工流程题的重要组成部分，也是学生失分较多的能力点，复习时应加以重视！
智能点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪1.原料的预处理
[微练1]　铁红(Fe2O3)常用于油漆、油墨及橡胶工业。工业上以一定质量的硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4，另含少量难溶杂质)为主要原料制备铁红的一种工艺流程如下：
已知：某些过渡元素(如Cu、Fe、Ag等)的离子能与NH3、H2O、OH－、SCN－等形成可溶性配合物。(1)工业常将硫铁矿烧渣经过粉碎后再进行“酸浸”，其目的是_________________________________________________________________。(2) “酸浸”时加入的硫酸不宜过量太多的原因是_________________________________________________________________。答案　(1)增大反应物接触面积，加快反应速率，提高烧渣浸出率(2)过量酸会增加沉淀过程中氨水的用量
2.物质成分的跟踪与确定
[微练2]　(2021·广东卷改编)对废催化剂进行回收可有效利用金属资源。某废催化剂主要含铝(Al)、钼(M)、镍(Ni)等元素的氧化物，一种回收利用工艺的部分流程如下：
(1)“水浸”中，形成的Ni(正三价)固体为________。(2) “沉铝”中，生成的沉淀X为________。(3)“沉钼”中，pH为7.0，生成的含M固体为________。(4)①滤液Ⅲ中，主要存在的钠盐有NaCl和Y，往滤液Ⅲ中添加适量NaCl固体后，通入足量氨气，再通入足量CO2，可析出Y，Y是________。答案　(1)Ni2O3　(2)Al(OH)3(3)BaMO4　(4)NaHCO3
智能点二　流程中的操作及条件控制1.物质的分离与提纯
[微练3]　(2021·浙江1月选考)某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体，流程如下：
请回答下列问题：(1)下列说法正确的是________(填字母)。A.步骤Ⅱ，低温可提高浸取率B.步骤Ⅱ，过滤可除去NaFeO2水解产生的Fe(OH)3C.步骤Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7D.步骤Ⅳ，所得滤渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3
(2)步骤Ⅴ，重结晶前，为了得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品，从下列选项中选出合理的操作(操作不能重复使用)并排序：溶解KCl→(____)→(____)→(____)→(____)→重结晶。a.50 ℃蒸发溶剂b.100 ℃蒸发溶剂c.抽滤d.冷却至室温e.蒸发至溶液出现晶膜，停止加热f.蒸发至溶液中出现大量晶体，停止加热
2.常见的流程中的条件控制
[微练4]　(2020·全国卷Ⅰ)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备NH4VO3。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)
NaAl(OH)4＋HCl===Al(OH)3↓＋NaCl＋H2O
利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全
【创新微点】1.反萃取原理
反萃取是利用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。反萃取剂主要起破坏有机相中被萃组分结构的作用，使被萃组分生成易溶于水的化合物，或生成既不溶于水也不溶于有机相的沉淀。经过反萃取及所得反萃液经过进一步处理后，便得到被分离物的成品。反萃后经洗涤不含或少含萃合物的有机相称再生有机相，继续循环使用。
[微练5]　(2022·衡阳联考)二氧化铈(CeO2)是重要的稀土氧化物。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下：
2.陌生图像中条件的选择与控制
条件控制是化学生产和实验中的重要手段，通过控制条件使反应向着实际需要的方向进行和转化，实现物质间的分离和提纯，通过图像选择合适条件是工艺流程题的常见出题形式，在选择复合条件时，注意综合坐标的含义，以及该条件与分离、提纯或制备的关系。
[微练6]　(1)Fe3＋的萃取率与溶液的pH和接触时间之间的关系如图，据此分析，萃取的最佳条件为____________________________________________。
pH＝1.7下萃取60 min
(2)“电解”工艺制锌时Zn2＋利用率较低，废液中有大量的Zn2＋残留。某化工厂拟采用改变酸锌比净化废液的方式来提高原料的利用率，降低成本。下图是工业生产中不同酸锌比时净化液利用率对电解时直流电耗能影响关系图。根据下图分析，该工厂净化废液时的最佳酸锌比为________(填写序号)。
A.5∶1 B.6∶1 C.7∶1 D.10∶1
【题型建模】　化工流程题中的“流程分析”
【分点突破】微题型1　以工业废料及矿物为原料通过分离、提纯制备物质类工艺流程题(主)[精练1]　(2022·辽宁卷)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
回答下列问题：(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为________。a.进一步粉碎矿石b.鼓入适当过量的空气c.降低焙烧温度(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_________________________________________________________________。(4)滤渣的主要成分为________(填化学式)。(5)生成气体A的离子方程式为__________________________________________________________________。(6)加入金属Bi的目的是____________________________________________。
Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O
将Fe3＋转化为Fe2＋
[精练2]　(2022·沈阳质监)镍及其化合物在工业上应用广泛，工业上用红土镍矿[主要成分为Mg3Si2O5(OH)4、Fe2MgO4、NiO、FeO、Fe2O3]为原料，采用硫酸铵焙烧法选择性提取镍并回收副产物黄铵铁矾[化学式可表示为(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，摩尔质量为480 g·ml－1]的工艺流程如图所示：
过氧化氢不稳定，受热易分解；过氧化氢在Fe3＋催化下分解
(2)经分析矿样中大部分铁仍以氧化物形式存在于“浸渣”中，只有部分FeO在空气中焙烧时与(NH4)2SO4反应生成Fe2(SO4)3，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。“浸渣”的主要成分除含有铁元素的化合物外还有________(填化学式)。
(3)若残留在浸出液中的铁完全转化为黄铵铁钒除去，“除铁”时通入NH3调节溶液pH的范围是________。该工艺条件下，Ni2＋生成Ni(OH)2沉淀，Fe3＋生成Fe(OH)3或黄铵铁矾沉淀，开始沉淀和沉淀完全时的pH如表：
(4)“沉镍”时pH调为9.0，滤液中Ni2＋浓度约为____________________ ml·L－1(100.4≈2.5)。(5)由所得滤液获得稳定的MgSO4·7H2O的操作依次是______________________、过滤、洗涤、干燥。
2.5×10－5或10－4.6
(6)对黄铵铁矾进行热分解实验。其结果如图所示，则黄铵铁钒的化学式为____________________。(已知：黄铵铁矾在300 ℃前分解释放的物质为H2O，300～575 ℃之间只有NH3和H2O放出，此时残留固体只存在Fe、O、S三种元素，670 ℃以上得到的是纯净的红棕色粉末)
NH4Fe3(SO4)2(OH)6
[精练3]　(2022·河南名校适应性测试)我国科学家利用一种廉价、高效的铈基催化剂，解决了在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题。二氧化铈是常用的催化剂，以氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)制备CeO2的工艺流程如图所示：
已知：CeO2难溶于稀盐酸，可溶于浓盐酸；Ce2O3可溶于稀盐酸。
请回答下列问题：(1)CeFCO3中铈的化合价为________；将氟碳铈矿研磨成精矿的目的是_________________________________________________________________。(2)碳酸氢钠在270 ℃时可完全分解。500 ℃时在空气中焙烧，CeFCO3与Na2CO3发生化学反应，生成CeO2与Ce2O3(2∶1)、NaF及一种气体，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。(3)焙烧后对产物进行水洗，水洗液不宜使用玻璃容器盛装的原因是_________________________________________________________________。
增大反应物接触面积，加快反应速率
NaF水溶液中F－发生水解反应生成HF，会腐蚀玻璃容器
(4)工业生产中，不仅要考虑目标产物的含量，还要综合考虑生产过程中的时间效率。酸浸时，CeO2含量随盐酸浓度、酸浸温度的变化曲线如图所示，则最适宜的盐酸浓度和酸浸温度为_______________________；当温度升高到一定程度后，CeO2含量随温度升高而减小，其原因可能是_________________________________________________________________。
3 ml/L，45 ℃
温度过高，加快盐酸挥发，盐酸浓度降低较快，浸出率降低
(5)室温下，向酸浸液中加入氢氧化钠溶液调节pH使Ce3＋沉淀完全(通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10－5 ml·L－1时，沉淀就达完全)，则应调节pH大于________(Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20)。(6)为测定酸浸液中CeCl3的浓度，现量取酸浸液V1 mL，加入过量过硫酸铵溶液将Ce3＋氧化为Ce4＋，加热煮沸2 min，然后用c ml/L (NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定，测得终点时消耗标准溶液V2 mL，则CeCl3的浓度为__________ ml·L－1(已知：过硫酸铵具有强氧化性，受热易分解；Fe2＋＋Ce4＋===Ce3＋＋Fe3＋)。若上述过程中没有进行煮沸操作，则测定结果将会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
微题型2　工艺流程与实验结合类无机综合题[精练4]　(2022·马鞍山质监)钛酸钡(BaTiO3)具有优良的铁电，压电和绝缘性能，在电子陶瓷中使用广泛。某兴趣小组设计方案在实验室里制备钛酸钡并测定其纯度，制备简易流程如下：
已知：室温下，TiCl4为无色液体，易挥发。(1)“共沉”在如图装置中完成，仪器A的进水口是________(填“a”或“b”)；仪器B的名称是_______________________________________________________；“共沉”时反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
三颈烧瓶(三颈圆底烧瓶、三口烧瓶)
TiCl4＋BaCl2＋(NH4)2CO3＋4NH3·H2O===Ti(OH)4↓＋BaCO3↓＋6NH4Cl
(2)“减压过滤”如图装置，减压的目的是_________________________________________________________________。
加快过滤速率，得到较为干燥的沉淀
(3)在实验室中研细固体一般使用仪器名称是________，“煅烧”时反应的化学方程式为__________________________________________________________。(4)产品纯度与“共沉”反应时间和“煅烧”时间的关系如下图所示，你认为最佳“共沉”反应时间和“煅烧”时间分别为________ h、________ h。
BaCO3＋Ti(OH)4===BaTiO3＋CO2↑＋2H2O
[精练5]　(2022·汉中十校联考)以Cl2、NaOH、CO(NH2)2(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3，其主要实验流程如图：
已知：①Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O是放热反应；②N2H4·H2O沸点约118 ℃，具有强还原性，能与NaClO剧烈反应生成N2。
(1)步骤Ⅰ为制备NaClO溶液，若温度超过40 ℃，则Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3和NaCl。该反应的离子方程式为_________________________________________________________________；实验中为避免反应过于剧烈，放出大量的热而导致温度升高，副反应加剧，除可以用冰水浴控制温度外，还可以采取的措施为_________________________________________________________________。
减慢氯气通入速度或减小氢氧化钠溶液浓度
(2)步骤Ⅱ为合成N2H4·H2O的装置如图1所示。NaClO碱性溶液与尿素水溶液在40 ℃以下反应一段时间后，再迅速升温至110 ℃继续反应。
①图1中仪器a的名称为_______________，其盛装的溶液是__________________ [填“NaClO碱性溶液”或“CO(NH2)2水溶液”]。②写出合成N2H4·H2O的反应的离子方程式：_____________________________________________；使用冷凝管的目的是_____________________________。
①边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液。实验中确定停止通SO2的实验操作为__________________________________________________。②请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为________时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于________ ℃条件下趁热过滤，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封保存。
测量溶液的pH，若pH约为4时，停止通SO2