第8章 热点题型(十二) 无机化工流程题(课件PPT)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（人教版2019 双选版）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 一轮总复习 多媒体课件 化学（人教版双选） 第八章 水溶液中的离 子反应与平衡 热点题型(十二)　无机化工流程题 热点题型(十二)　无机化工流程题 化学工艺流程是将化工生产过程中主要生产阶段以流程框图形式呈现出来，该类试题通常以化工生产流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应(或复分解反应、电离、水解)方程式的书写、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、物质分离提纯的方法、产率的计算、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等。题目综合性强，难度大，将化学与社会、生产、生活联系起来，旨在考查考生阅读提取信息、迁移应用知识的能力，及科学态度与社会责任的核心素养。 一、常见的化工流程题 1．物质制备类化工流程题 (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：熟练应用氧化还原规律，进行产物判断及配平。 ②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。 (2)原料的预处理 ①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。 水浸 与水接触反应或溶解 酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少 ②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。 (3)常用的控制反应条件的方法 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：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。 例如：若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、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趁热过滤。防止某物质降温时会析出。 ④冰水洗涤。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。 2．以分离提纯为目的的化学工艺流程 (1)物质分离提纯的原则 ①不增：不引入新的杂质。 ②不减：不减少被提纯的物质。 ③易分离：被提纯物与杂质易于分离。 ④易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。 (2)常用的提纯方法 水溶法 除去可溶性杂质 酸溶法 除去碱性杂质 碱溶法 除去酸性杂质 氧化剂或 还原剂法 除去还原性或氧化性杂质 加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质 调节溶液的pH法 如除去溶液中的Fe3＋等 (3)常用的分离方法 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 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 蒸发 结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl 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 蒸馏或 分馏 分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油 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 二、无机化工流程综合题的解题思路与方法 1．主线法分析 (1)流程图一般分三大部分：原料预处理、转化与分离阶段、获取最终产物阶段。 (2)流程中要分析“进” 、“出” 物质和仍然留在溶液中的离子等(否则可能漏掉副产品或干扰离子)。 (3)一般默认进入的物质过量，确保每一步目标元素利用率或转化率最高，产品产率最高，损失最小。当然在某些特殊情况下要控制用量。 2．四线法分析 试剂：为达到最终目的加入的物质，起到氧化还原、非氧化还原的作用； 除杂：复分解沉淀、置换沉淀、氧化还原沉淀；加热产生气体等； 操作：蒸发、结晶、过滤(趁热过滤)、洗涤、干燥等； 转化：元素守恒—焙烧、溶浸、沉淀、煅烧、电解、结晶等。 【典例引领】 例1.(2023·辽宁名校联盟联合考试)以锌焙砂(主要成分为ZnO，含少量Cu2＋、Mn2＋等离子)为原料，制备2Zn(OH)2·ZnCO3的工艺流程如下： 以下说法错误的是(　　) A．“浸取”过程为加快反应速率应适当加热，但温度不宜过高 B．“除杂”步骤也可选择Na2S或K2S为沉淀剂，沉淀杂质离子 C．“沉锌”过程发生反应后释放的气体A为CO2 D．“过滤3”所得滤液可循环使用，其主要成分的化学式是(NH4)2SO4 【流程分析】 解析：选B。 “浸取”过程温度不宜过高，过氧化氢溶液不稳定易分解，温度过高会使过氧化氢大量分解，A项正确；用Na2S或K2S会给溶液带来杂质元素(钠元素或钾元素)，难以除去，故不能用Na2S或K2S，B项错误； “沉锌”过程中发生的反应是3ZnSO4＋6NH4HCO3===2Zn(OH)2·ZnCO3↓＋3(NH4)2SO4＋5CO2↑＋H2O，则气体A为CO2，C项正确；滤液中包含“沉锌”步骤生成的(NH4)2SO4，可以循环到“浸取”步骤使用，D项正确。 例2.(2023·湖南株洲联考)草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备。一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4的工艺流程如图： 已知：①浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等； ②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表： 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 完全沉淀的pH 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8 (1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是___________________________________。 (2)将氯气通入热的氢氧化钠溶液可以来制取NaClO3，请写出该反应的离子方程式__________________；实验需要制取10.65 g NaClO3，需要的氯气由电解食盐水生成，若不考虑反应过程中的损失，则同时生成的氢气的体积为________(标准状况下)。 萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图所示。滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是_________________________________________________________________； 使用萃取剂最适宜的pH是________(填字母)。 A．接近2.0　　B．接近3.0　　C．接近5.0 (4)“除钙、镁”是将溶液中Ca2＋与Mg2＋转化为MgF2、CaF2沉淀。已知某温度下，Ksp(MgF2)＝7.35×10－11，Ksp(CaF2)＝1.05×10－10。当加入过量NaF后，所得滤液中 eq \f(c（Mg2＋）,c（Ca2＋）) ＝________。 【流程分析】 解析：(1)向水钴矿[主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]中加入盐酸和亚硫酸钠，浸出液含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等，根据元素化合价的变化可知，浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Co3＋、Fe3＋还原。(2)氯气与热的氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、氯酸钠和水，反应的离子方程式为：3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O，10.65 g NaClO3的物质的量为 eq \f(10.65 g,106.5 g/mol) ＝0.1 mol，需要氯气0.3 mol，电解饱和食盐水的方程式为：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，生成0.3 mol Cl2的同时，生成0.3 mol H2， 标准状况下的体积为0.3 mol×22.4 L/mol＝6.72 L。(3)根据流程图可知，此时溶液中存在Mn2＋、Co2＋，加入萃取剂的目的是除去Mn2＋，由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液pH在3.0～3.5之间，可使Mn2＋完全沉淀，并防止Co2＋转化为Co(OH)2沉淀，则滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2＋，使用萃取剂适宜的pH是B。(4) eq \f(c（Mg2＋）,c（Ca2＋）) ＝ eq \f(c（Mg2＋）×c2（F－）,c（Ca2＋）×c2（F－）) ＝ eq \f(Ksp（MgF2）,Ksp（CaF2）) ＝ eq \f(7.35×10－11,1.05×10－10) ＝0.7。 答案：(1)将Co3＋、Fe3＋还原　(2)3Cl2＋6OH－ClO＋5Cl－＋3H2O　6.72 L (3)除去Mn2＋　B　(4)0.7 【对点练】 1.(2023·全国卷甲)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。 回答下列问题： “焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_________________________________ ______________________________________________________________________。 “焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为 ______________________________________________________________________。 (3)“酸化”步骤应选用的酸是________(填字母)。 a．稀硫酸 b．浓硫酸 c．盐酸 d．磷酸 如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？________，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 “沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为 ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 (6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的nCO2∶nCO＝________。 解析：(1)结合(2)中题干信息及原子守恒可知，BaSO4、过量碳粉、过量CaCl2在焙烧时反应生成BaCl2、BaS、CaS和CO，其中碳粉的主要作用是作还原剂，使BaSO4转化成BaS。(2)“浸取”时易溶于水的BaS和过量的CaCl2反应生成微溶于水的CaS，反应的离子方程式为S2－＋Ca2＋===CaS↓。(3)“浸取”后滤液中主要为BaCl2，为不引入杂质，酸化时应选择盐酸，a、b均会使Ba2＋转化为BaSO4沉淀，d会引入杂质PO，故c正确。(4)“焙烧”后的产物中含BaS、CaS，如果直接用盐酸浸取，CaS会和盐酸反应生成有毒的H2S气体和CaCl2，从而影响最终产品的纯度，故不能直接用盐酸浸取。(5)结合图示流程、题中信息及原子守恒可写出“沉淀”时BaCl2、TiCl4、(NH4)2C2O4反应的化学方程式为TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O=== BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。(6)根据题目信息和氧化还原反应规律可知，“热分解”时发生反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，故产生的nCO2∶nCO＝1∶1。 答案：(1)作还原剂，将BaSO4转化成BaS　 (2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　盐酸与CaS能产生有毒气体H2S和CaCl2，从而影响最终所得产品的纯度　(5)TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋BaCl2＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1 2．(2023·湖南高考)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一。近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果。工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下： 已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃； ②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体； ③相关物质的沸点： 物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3 沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8 回答下列问题： (1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是________。 (2)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是 ___________________________________________________________________， 阴极的电极反应式为_________________________________________________ ___________________________________________________________________。 “合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI，写出该反应的化学方程式____________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (4)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是 ___________________________________________________________________。 (5)下列说法错误的是__________。 A．流程中Et2O得到了循环利用 B．流程中，“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行 C．“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3)，并蒸出Ga(CH3)3 D．用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I 直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是_______________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 比较分子中的C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3________Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“＝”)，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 解析：(1)晶体Ga(CH3)3的沸点较低，为分子晶体。(2)镓的熔点为29.8 ℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，使Ga熔化为液体，便于纯Ga流出，因此电解池温度控制在40～45 ℃。Ga和Al的性质相似，电解精炼过程中粗镓在阳极失电子产生的Ga3＋在NaOH溶液中形成[Ga(OH)4]－，[Ga(OH)4]－迁移到阴极，得电子被还原为Ga，故阴极反应为[Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－。(3)根据原子守恒，结合流程图中物质转化配平，得反应的化学方程式为Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI。(4)由(3)可知，残渣中含CH3MgI，结合元素守恒可知，其和水反应生成的可燃性气体为CH4。(5)由已知②、③，结合流程图可知，溶剂蒸发、配体交换时Et2O得以循环利用，A项正确；高纯Ga能与H2O、O2反应，CH3I、Ga(CH3)3能与 水反应，有机物能与O2反应，故B项正确；配体交换时NR3和Ga(CH3)3(Et2O)反应得到Ga(CH3)3(NR3)和Et2O，则工序X为解配Ga(CH3)3(NR3)，并利用Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大蒸出Ga(CH3)3，C项正确；Ga(CH3)3和CH3I中均只有1种氢原子，核磁共振氢谱均只有一组吸收峰，但吸收强度不同，可以鉴别，D项错误。(7)Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，为平面三角形结构，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化，为四面体结构，因此C—Ga—C键角大小：Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O)。 答案：(1)分子晶体　(2)使镓熔化，便于纯Ga流出 [Ga(OH)4]－＋3e－===Ga＋4OH－ (3)Ga2Mg5＋8CH3I＋2Et2O===2Ga(CH3)3(Et2O)＋3MgI2＋2CH3MgI　(4)CH4　(5)D　(6)Ga(CH3)3和Et2O的沸点接近，而Ga(CH3)3和NR3的沸点相差较大，解配后可以蒸馏分离出Ga(CH3)3　(7)>　Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化，为平面三角形结构，Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化，为四面体结构 $$