高考化学一轮复习第9章水溶液中的离子反应与平衡第47讲无机化工流程题课件

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1．培养从新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2．培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3．培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等形式表达并做出解释的能力。
一、化学工艺流程题的整体设计1．呈现方式——“三大块”
2．解题模型——“四线法”(1)试剂线：为达到最终目的加入的物质，起到酸、碱中和或氧化、还原作用等。(2)转化线：元素守恒——焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等。(3)除杂线：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等。(4)分离线：蒸发、结晶、过滤、洗涤、干燥等。
二、工艺流程中主要环节的分析1．核心反应——陌生方程式的书写关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律，判断生成物并配平。(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际情况判断生成物。
2．原料预处理的六种常用方法及目的
3.控制反应条件的六种常用方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H＋反应，使溶液pH变大。②不引入新杂质，如要除去Cu2＋中混有的Fe3＋时，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。
(3)控制压强。改变速率，影响平衡。(4)使用合适的催化剂。增大反应速率，缩短达到平衡所需要的时间。(5)趁热过滤。防止某物质降温时析出。(6)冰水(或有机溶剂)洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
4．明确常用的分离、提纯方法
三、化工流程中的定量计算1．常见类型及解题方法
一、物质制备类化工流程题1．(2024·江门调研)某工厂以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料，采用联合焙烧法制备超细氧化铋。工艺流程如下：
解析：Bi位于元素周期表第六周期第ⅤA族，其价层电子排布式为6s26p3。答案：6s26p3　
(2)写出“联合焙烧”时MnO2和Bi2S3反应的化学方程式：______________。
(3)若焙烧时MnO2过量可分解为Mn2O3，则“酸浸”时Mn2O3会转化为MnCl2，此时生成的气体A为______________(填化学式)。解析：“酸浸”时Mn2O3会与浓盐酸发生氧化还原反应生成MnCl2、H2O和Cl2，则气体A为Cl2。答案：Cl2　
(4)“酸浸”时需及时补充浓盐酸调节酸浸液的pH小于1.4的目的是_______________________________________________________________。
(6)沉淀反萃取所得草酸铋[Bi2(C2O4)3]用酒精洗去有机残余物，干燥后，在600 ℃、空气气氛下保温2 h进行热分解，热分解产物的X射线衍射图谱如下图所示，出现了Bi2O3的明锐衍射峰。
2．(2022·高考全国甲卷)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见下表：
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__________、_____________。答案：将菱锌矿焙烧产品粉碎　适当增大硫酸浓度(或升高浸取时的反应温度等)(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__________、__________、____________。
解析：制备ZnSO4·7H2O的流程分析如下：
加入物质X调溶液pH＝5，为了不引入新的阳离子，故X宜选用Ca(OH)2；pH＝5时，c(OH－)＝10－9 ml·L－1，根据表中各离子的氢氧化物的Ksp可知，只有Fe3＋能完全沉淀。答案：B　SiO2　CaSO4　Fe(OH)3
(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________________________。解析：Fe2＋被适量KMnO4溶液氧化为Fe(OH)3，同时生成MnO2，Fe(OH)3和MnO2进入滤渣②中。
(5)滤液②中加入锌粉的目的是___________________________。答案：除去Cu2＋　(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____________、____________。答案：CaSO4　MgSO4
二、物质分离、提纯类化工流程题3．(2024·惠州调研)锌是一种重要的金属；锌及其化合物被广泛应用于汽车、建筑、船舶、电池等行业。某科研小组以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图所示。
(1)“浸取”温度为30 ℃时，锌的浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为____________。解析：废锌催化剂加入氨水和氯化铵混合液浸取，锌、铜元素以[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋形式进入溶液，同时铁、锰元素分别转化为氢氧化物沉淀和不反应的二氧化硅成为滤渣1，滤液中加入过氧化氢将锰离子转化为二氧化锰沉淀，加入适量的硫化铵生成硫化铜沉淀，过滤除去，滤液中加入有机试剂萃取分离出含锌的有机相，加入硫酸反萃取得到含锌的水相，电解得到锌。“浸取”温度为30 ℃时，锌的浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为温度过高，氨的挥发量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋减少，不利于废锌催化剂中锌的浸出。答案：温度过高，氨的挥发量增加，生成[Zn(NH3)4]2＋减少，不利于废锌催化剂中锌的浸出　
(2)滤渣1的主要成分为Fe(OH)3、Mn(OH)2和______________(填化学式)。“操作a”的名称是________。解析：根据上述分析可知，滤渣1的主要成分为Fe(OH)3、Mn(OH)2 和SiO2。根据流程图可知，萃取后分离出有机层和水层，所以“操作a”是分液。答案：SiO2　分液　
(3)“深度除锰”时，将残留的Mn2＋转化为MnO2，每生成1 ml MnO2需消耗_______________________ml H2O2。
①当(NH4)2S的加入量≥100%时，锌的最终回收率下降的原因是___________________________(用离子方程式表示)。②“深度除铜”时，(NH4)2S加入量最好选择________(填字母)。A．100%B．110% C．120%D．140%
解析：①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的最终回收率下降的原因是过量的硫离子将锌转化为硫化锌沉淀，离子方程式为[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑；②“深度除铜”时，(NH4)2S加入量最好选择120%，此时除铜效果较好且锌的回收率仍然较高。答案：① [Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3↑　②C
4．(2024·广东六校联考)世界镍矿资源急剧减少，镍的工业需求量日益增加，为提高镍矿的利用率，从某矿渣(主要成分为NiO，还含有Fe2O3、FeO、CaO、SiO2等杂质)回收镍的主要工艺流程如下：
已知：(NH4)2SO4在350 ℃以上分解生成NH3和稀硫酸。
回答下列问题：(1)研磨矿渣的目的是____________________________________。解析：某矿渣(主要成分为NiO，还含有Fe2O3、 FeO、CaO、SiO2等杂质)加入硫酸铵研磨后，600 ℃通入空气焙烧，已知(NH4)2SO4在350 ℃以上分解生成NH3和硫酸，NiO、Fe2O3、FeO、CaO、SiO2在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2 (SO4)3、CaSO4、FeO(OH)，并且在95 ℃的热水中浸泡，过滤得到浸取液和浸渣，浸渣为Fe2O3、FeO (OH)、CaSO4、 SiO2，向浸取液中加入NaF除去钙离子，过滤得到滤液和废渣，废渣的主要成分为氟化钙，加入萃取剂萃取得到水相和有机相，水相通过一系列操作得到硫酸镍，有机相加入稀硫酸后循环使用。研磨矿渣可增大固体接触面积，增大反应速率。答案：增大固体接触面积，增大反应速率　
(2)“浸渣”的成分除有Fe2O3、FeO(OH)、SiO2外，还含有________(写化学式)。解析：由以上分析可知，“浸渣”还含有CaSO4。答案：CaSO4
(3)矿渣中部分FeO在空气中焙烧时与(NH4)2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式为___________________________________________________。
(4)将“浸取液”冷却至室温，测得溶液中c(Ca2＋)＝1.0×10－3 ml·L－1，向其中加入一定量的NaF晶体，搅拌，当溶液中c(F－)＝1.0×10－3 ml·L－1时，除钙率为______________________________________________________。
1．(2023·新高考广东卷)Ni、C均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、C，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、C2＋、C3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；C(OH)2易被空气氧化为 C(OH)3；部分氢氧化物的Ksp见下表。
请回答下列问题：(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为___________。解析：硝酸浸取液(含Ni2＋、C2＋、Al3＋、Mg2＋)中加入活性氧化镁调pH至9.0，过滤，得到滤液1，主要成分是硝酸镁，“结晶纯化”得到硝酸镁晶体，再“热解”得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液“氨浸”，过滤，将滤液2进行“镍钴分离”，得到氯化钴和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中通入氯化氢气体析出氯化镍晶体。活性MgO可与水反应生成Mg(OH)2，化学方程式为MgO＋H2O===Mg(OH)2。答案：MgO＋H2O===Mg(OH)2　
(3)“氨浸”时，由C(OH)3转化为[C(NH3)6]2＋的离子方程式为______。
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。①NH4Al(OH)2CO3属于________(填“晶体”或“非晶体”)。②(NH4)2CO3提高了Ni、C的浸取速率，其原因是____________。解析：①X射线衍射图谱中出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，说明NH4Al(OH)2CO3 属于晶体。②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物可知，(NH4)2CO3能提高Ni、C的浸取速率的原因是减少了胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积。答案：①晶体　②减少了胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积　
(5)“析晶”过程中通入的酸性气体A为________。解析：“析晶”得到NiCl2·4H2O，为了不引入杂质并抑制Ni2＋水解，通入的酸性气体A应为HCl。答案：HCl
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中 n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为________。②“热解”对于从矿石提取Ni、C工艺的意义，在于可重复利用HNO3和__________(填化学式)。
答案：①0.4　②MgO
2．(2023·高考新课标卷)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：
答案：Na2CrO4　
(2)水浸渣中主要有SiO2和________。解析：煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故水浸渣中还含有Fe2O3。答案：Fe2O3　
(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。解析：“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了使[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3沉淀而除去。答案：Al(OH)3　
(4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH9时，会导致___________________________________。
解析：根据题干描述，V2O5既可与酸反应生成盐和水，又可与碱反应生成盐和水，故V2O5具有两性。
(6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_____________________________________________________________。
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如下图所示。
(1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O⇌H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 ml·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为_______________，该溶液pH＝________________________________。
答案：[B4O5(OH)4]2－＋5H2O⇌2B(OH)3＋2[B(OH)4]－　9.24
答案：Mg(OH)2、CaSO4　0.005 5　CaO