2025届高三化学一轮复习课件第16讲：无机化工流程题解题指导

第16讲　 第四章　金属及其化合物 无机化工流程题解题指导 1.原料的预处理 方法 目的 解题指导 粉碎、 研磨 将块状或颗粒状的物质磨成粉末 增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分，也是提高“浸出率”的方法之一 浸取 水浸 与水接触反应或溶解 (1)加热、搅拌、适当提高酸(或碱)浓度，可以加快浸出速率；增加浸出时间可使样品充分溶解，可提高浸出率 (2)酸溶时所加酸的量不能太多 ①过量的酸多消耗后续调节pH所加的碱性试剂 ②如果实验过程有硫化物，酸过量会形成有毒气体硫化氢 酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 核心必备 方法 目的 解题指导 灼烧 (焙烧) (1)除去可燃性杂质 (2)使原料初步转化   (1)除去硫、碳单质 (2)使有机物转化或除去有机物 (3)高温下原料与空气中氧气反应等 (4)使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 核心必备 2.物质成分的跟踪与确定 (1)滤渣的确定 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 核心必备 (2)循环物质的确定 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 核心必备 (一)原料预处理 1.下图废铁屑为原料制备聚合硫酸铁(PFS)的一种工艺流程如下图 粉碎过筛的目的是___________________________________________________ _____________________________，酸浸时最合适的酸是____________。 选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高 酸浸反应速率 H2SO4 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 2.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。采用由黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程如下图 加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全) Fe2＋ 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 (二)滤渣及循环物质的确定 3.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。 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 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： 金属离子 Fe3＋ Al3＋ Mg2＋ Ca2＋ 开始沉淀的pH 2.2 3.5 9.5 12.4 沉淀完全(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8 回答下列问题： (1)“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____________________________。 (2)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是____________。“酸溶渣”的成分是_______________、____________。 (3)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＋ 硫酸 SiO2 CaSO4 (NH4)2SO4 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 4.锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。 (1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6 生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2 所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是________，“滤渣 Ⅰ”的成分是______________(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣 Ⅰ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：______________________ _________________________________________________________________。 90 ℃ SiO2、CaSO4 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 (2)“滤液 Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子方程式：_______________________________________________。 MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 (三)流程图中方程式书写 5.一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如下图 (1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_________________________________。 (2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有__________。 PbSO4 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 6.钒及其化合物在特种钢材的生产、高效催化剂的制备及航天工业中用途广泛。工业上以富钒炉渣(主要成分为V2O5，含少量Fe2O3和FeO等杂质)为原料提取五氧化二钒的工艺流程如图所示： (1)五氧化二钒中钒的化合价为__________。 (2)焙烧炉中发生的主要反应化学方程式为_______________________________； 也可用氯化钠和氧气代替纯碱进行焙烧反应，写出对应的化学方程式 __________________________________________。 ＋5 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 全能通关 能力点二　 流程中的分离、提纯操作 核心必备 全能通关 1.萃取与反萃取 (1)原理：萃取则是利用物质性质由一个液相转移到另一个液相的分离方法。萃取的作用是： 从矿石的浸出液中，提取和富集有价金属；分离化学性质相近的金属离子。 (2)步骤：萃取的操作步骤一般是首先将水溶液(料液)与有机溶剂(或溶液)充分混合，然后利用两相的密度不同静置分相。分出的称为萃余液，有机相称为负载有机相，被萃入到有机相中去的物质称为被萃取物(起富集或分离作用)。 (3)反萃取：被萃取物萃入有机相后，一般需要使其重新返回水相，此时把负载有机相与反萃剂(一般为无机酸或碱的水溶液，也可以是纯水)接触，使被萃取物转入水相，这一过程相当于萃取的逆过程，故称为反萃取。 能力点二　流程中的分离、提纯操作 核心必备 2.沉淀的洗涤 操作 答题指导 洗涤晶体 洗涤试剂 适用范围 目的 蒸馏水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为溶解而造成的损失 热水 特殊的物质溶解度随着温度升高而下降 有机溶剂 (酒精、丙酮等) 固体易溶于水、难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥 饱和溶液 对纯度要求不高的产品 减少固体溶解 酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解 洗涤沉淀方法：向过滤器中加入洗涤剂至浸没沉淀，待洗涤剂自然流下后，重复以上操作2～3次 能力点二　流程中的分离、提纯操作 核心必备 1.(浙江卷)某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体，流程如图： 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 相关物质的溶解度随温度变化如下图。 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)3 C.步骤Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7 D.步骤Ⅳ，所得滤渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3 BC 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 (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 a e d c 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 2.(2022·湖北卷)某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 25 ℃时相关物质的参数如下： LiOH的溶解度：12.4 g/100 g H2O 化合物 Ksp Mg(OH)2 5.6×10－12 Ca(OH)2 5.5×10－6 CaCO3 2.8×10－9 Li2CO3 2.5×10－2 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 回答下列问题： (1)“沉淀1”为____________________。 (2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是 ___________________________________________________________________。 (3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为______________、______________、洗涤。 Mg(OH)2 将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质 蒸发浓缩 趁热过滤 能力点二　流程中的分离、提纯操作 全能通关 能力点三　 流程中的条件控制 核心必备 全能通关 条件控制 答题指导 控制溶 液的pH ①调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解) ②“酸作用”还可除去氧化物(膜) ③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等 ④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件) 能力点三　流程中的条件控制 核心必备 条件控制 答题指导 控制温度 (常用水 浴、冰水 浴或油浴) ①防止副反应的发生 ②使化学平衡移动；控制化学反应的方向 ③控制固体的溶解与结晶 ④控制反应速率；使催化剂达到最大活性 ⑤升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发 ⑥加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离 ⑦趁热过滤：减少因降温而析出的溶质的量 ⑧降温：防止物质高温分解或挥发；降温(或减压)可以减少能源成本，降低对设备的要求 能力点三　流程中的条件控制 核心必备 (一)温度控制 1.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示： 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (1)“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是___________________________________________________________________。 (2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是 ___________________________________________________________________； “蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是_______________________________________________。 温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小 调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀 抑制Cu2＋的水解 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 2.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，工艺流程如图： 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为_________________________________________。 100 ℃、2 h，90 ℃，5 h 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (2)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_________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 温度/ ℃ 30 35 40 45 50 TiO2·xH2O转化率% 92 95 97 93 88 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 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (二)pH控制 3.从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如图： 已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)](在空气中易被氧化。回答下列问题： 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (1)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lg c总(V)]与pH关系如图1。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)＝0.01 mol·L－1，“沉钒”过程控制pH＝3.0，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为______________(填化学式)。 (2)某温度下，Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。“沉铬”过程最佳pH为__________； (3)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为______________________________________________________________________________________。 6.0 防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化转化为MnO2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 4.利用某钴矿石(主要成分为Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所示。 已知：浸出液中含有的阳离子主 要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。 回答下列问题： (1)钴矿石浸出时加入Na2SO3的目的为 ________________________________。 将Co3＋还原为Co2＋ 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 (2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)与pH的变化关系如图2所示(离子浓度小于10－5 mol·L－1时可认为已除尽)，在萃取余液中通入空气的目的是_____________________________________，用熟石灰调pH至3.2，过滤1所得滤渣的主 要成分为______________，萃取和反萃取的目的是___________________。 (3)用氧化镁调滤液1的pH为9.1时，得到的氢氧化钴粗品中含有的主要杂质为________________________，多次洗涤可提高粗产品中钴含量。“过滤2”后所得滤液直接排放会造成水体污染，须进行处理，用熟石灰调节pH使c(Mg2＋) ≤10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝________。 氧化浸出液中的Fe2＋，便于调pH除去 Fe(OH)3 除去Cu2＋ CaSO4、MgSO4 10－10.8 能力点三　流程中的条件控制 全能通关 集训真题 走进高考 1.(2023·全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下： 已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。 集训真题 走进高考 36 回答下列问题： (1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为____________________________________。 为提高溶矿速率，可采取的措施是_____________________________________ _______________________________________________(举1例)。 (2)加入少量MnO2的作用是__________________________________________。 不宜使用H2O2替代MnO2，原因是______________________________________。 (3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝_________ mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。 MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋H2O＋CO2↑ 粉碎菱锰矿(或适当增大硫酸浓度、 搅拌、适当升高反应液的温度等) 将Fe2＋氧化为Fe3＋ Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解 2.8×10－9 Al3＋ 集训真题 走进高考 (4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________________。 (5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为 _______________________________________。随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________________________________________________。电解废液可在反应器中循环利用。 (6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是 ______________________________________________。 BaSO4、NiS 补充MnSO4溶液、排出含酸电解液 集训真题 走进高考 集训真题 走进高考 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图所示。 集训真题 走进高考 9.24 集训真题 走进高考 集训真题 走进高考 Mg(OH)2、CaSO4 5.5×10－3 CaO 除去溶液中Ca2＋ 盐酸 有LiOH析出 集训真题 走进高考 回答下列问题： (1)“酸浸氧化”需 要加热，其原因是 ___________________________________________________________________。 (2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VOeq \o\al(＋,2)，同时还有________离子被氧化。 c(SOeq \o\al(2－,4))增大，使平 衡Ca2＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出 2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2 V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑ 2V2O5＋4NaCl＋O24NaVO3＋2Cl2 已知：4Fe(CrO2)2＋10Na2CO3＋7O2eq \o(=====,\s\up17(高温))8Na2CrO4＋4NaFeO2＋10CO2、2H＋＋2CrOeq \o\al(2－,4)Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋H2O H3V2O Mn2＋＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))H2↑＋MnO2↓＋2H＋ 2Li2CO3＋8MnO2eq \o(=====,\s\up17(煅烧))4LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑ 2.(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SOeq \o\al(2－,4)和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下： 回答下列问题： (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 mol·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＝________。 [B4O5(OH)4]2－＋5H2O2B(OH)3＋2[B(OH)4]－ B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·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[B4O5(OH)4]2－＋5H2O2B(OH)3＋2[B(OH)4]－，由B元素守恒可知，B(OH)3和[B(OH)4]－的浓度均为0.20 mol·L－1，K＝eq \f(c[B（OH）4]－·c（H＋）,c[B（OH）3])＝c(H＋)＝10－9.24，则该溶液pH＝9.24。 (2)滤渣 Ⅰ 的主要成分是_______________________(填化学式)；精制 Ⅰ 后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中COeq \o\al(2－,3)浓度应控制在_________________mol·L－1 以下。若脱硼后直接进行精制 Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加________的用量(填化学式)。 (3)精制 Ⅱ 的目的是_______________________；进行操作X时应选择的试剂是________________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致____________________。 $$