第14讲 无机化工流程的解题策略(高考水平层级)（课件PPT）-【名师导航】2025年高考化学一轮微考点分层突破（通用版）

第14讲　无机化工流程题的解题策略 第二部分 元素及其化合物 第三章 金属及其化合物 原料预处理阶段 物质转化与分离阶段 目标产物生成阶段 粉碎或 焙烧 原料循环利用 解题思路 首尾对比：对比分析原料与目标产物之间的关系，比较物质变化和主要元素化合价的变化 主元素跟踪：跟踪主要物质(元素)的转化形式和转化方法，即原料→中间转化物质→目标产物 除杂分析：分析原料中的“杂质”转化除去过程，分析每一步骤的目的以及反应产物、反应过程 综合判断：根据题干信息、流程信息、题中设问信息审题、解题（读完全题再做题） 预处理 溶液 浸出 固液分离 滤液 滤渣 金属单质 矿样 酸（碱）浸或盐浸 ①加入氧化剂或还原剂②调pH ③加沉淀剂④加入萃取剂 过滤或萃取分液操作 沉淀物 晶体 目的：使原料中待提取元素的状态，由难浸出的化合物或单质转变成易浸出的化合物 结晶 电解 沉淀剂 无机化工流程试题结构模型 2 3.分析：物质线、操作线 意识为主 思维建模 操作线 物质线 1.审题：题头、题干、题设、背景、目的 2.审图：看线、看箭头（看进出看循环） 4.意识：环保意识、安全意识、成本意识 无机化工流程的解题策略 2.推理核心反应—— 关注箭头的指向： 氧化还原反应 1.关注元素种类——寻找元素去向 物质提取→规律使用 复分解反应 ——关注元素价态： 升降律 归中、歧化 先后律、守恒律 ——关注物质类别 ——关注反应规律 沉淀 气体 难电离物质 溶解平衡 电离平衡 三步走： 物质提取 ↓ 价态分析 ↓ 配平 价态 类别 任务一 理清物质转化线——物料走向 【典例分析·领悟导航】用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下： 回答下列问题 (1)软锰矿预先粉碎的目的是____________________________________________，MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为________________________________。 增大接触面积，充分反应，提高反应速率 MnO2+S2- +H2O=2OH- +MnO+S； 审题 物质线： 分析物料走向 推理核心反应—— 三步走： 物质提取→价态分析→配平 (2)保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是______________________________ 过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2 (3)滤液I可循环使用，应当将其导入到________操作中(填操作单元的名称)。 蒸发 ？ 操作线： 逻辑推理体系成分 饱和Ba(OH)2溶液 规范答题 物质转化线 核心化学反应 元素种类和价态的变化 操作线 分离提纯的基本实验操作 明确目的 分析流程 反应条件的控制 （结合问题分析有关步骤，会提取和应用信息） 原料 目标产物 化学用语、构建规范答题模板 无机化工流程的解题策略 【2024·河北廊坊高三模拟】普通立德粉（BaSO4·ZnS）广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下： （1）生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要 保持强制通风，原因是_____________ 。 （2）加入锌粉的主要目的是 _________________________________ （用离子方程式表示）。 （3）已知KMnO4在酸性环境中被还原为Mn2+，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在碱性环境中被还原为MnO42-。据流程判断，加入KMnO4时溶液的pH应调至 ； a．2.2～2.4 b．5.2～5.4 c．12.2～12.4 滤渣Ⅲ的成分为 。 反应中产生氢气，达一定浓度后易爆炸，出现危险，需要通风 Zn+Cu2+= Zn2++Cu b MnO2和Fe(OH)3 SO42-Zn2+Cu2+Fe2+H+ SO42-Zn2+Fe2+ SO42-Zn2+ Fe3+? 物质线：分析物料走向 操作线： 逻辑推理体系成分 （4）制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1:2，目的是 ；生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是 。 （5）普通立德粉（BaSO4·ZnS）中ZnS含量为29.4%。高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉。所选试剂为 ，反应的化学方程式为 ________________________ （已知BaSO4的相对分子质量为233。ZnS的相对分子质量为97）。 避免产生CO等有毒气体 尾气中含有的SO2等有毒气体 ZnSO4、BaS、Na2S 4 ZnSO4 + BaS + 3 Na2S = BaSO4·4ZnS + 3 Na2SO4 三步走： 物质提取 ↓ 价态分析 ↓ 配平 推理核心反应: BaSO4+ 2C===BaS +2CO2 △ 地壳最多的元素有O、Si、Al、Fe,故矿石中一般含有SiO2、 Al2O3、FexOy 杂质 SiO2为酸性氧化物,Al2O3两性氧化物, FeO, Fe2O3 碱性氧化物 还可能有CaSO4、PbSO4滤渣 SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O Al2O3 + 2OH- = AlO2- + H2O 加H2SO4溶解时,发生反应 Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O SiO2为滤渣; FeO、 Fe2O3为滤渣 加NaOH溶解时,发生反应: 加Na2CO3高温熔融时,发生反应: SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2↑ Al2O3 +Na2CO3= 2NaAlO2 + CO2↑ 对应关系：Na2CO3-----2NaOH 1.除去氧、硅、铝、铁的基本原理 任务二 学会分离提纯 题目呈现形式 粉碎研磨升温溶浸 氧化 调pH 某矿石中,主要成分为XO,还含有SiO2、 Al2O3、Fe2O3、FeO、 YO(陌生)等杂质 用硫酸溶浸,得到X2+、 SiO2、 Fe3+、 Fe2+、Al3+， 过滤弃去SiO2 (PbSO4, CaSO4)不溶物 用H2O2等氧化剂,将Fe2+ 氧化成Fe3+,溶液仅存Fe3+、Al3+杂质 加入XO、 XCO3 、 X(OH)2, 调节pH使Fe3+、Al3+完全沉淀,而X2+不开始沉淀 物质 开始 沉淀 沉淀 完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Al(OH)3 4.0 5.2 X(OH)2 8.3 9.8 c(Rn+) pH 将pH值调节到5.2≤pH<8.3之间,即可除去Fe3+、Al3+ Fe3+ Al3+ X2+ 温馨提示:pH值调节4左右,一般除去Fe3+;pH调节到5左右,一般除去Fe3+和Al3+ Fe2+ 或用O2、NaClO、MnO2等替代 避免引入杂质 Fe2+不适合用调节pH法除去，可氧化为Fe3+，再调节pH除去 2.除去氧、硅、铝、铁的基本思路 XO SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO YO H2SO4溶浸 X2+Al3+ Fe3+ Fe2+ Y2+ SiO2 CaSO4 PbSO4 氧化 X2+Al3+ Fe3+ Y2+ 调pH pH>3.2 X2+Al3+ Y2+ Fe(OH)3 pH>5.2 X2+ Y2+ Fe(OH)3 Al(OH)3 其他 方法 除去 Y2+ 目的：除去Fe2+ 3.除去氧、硅、铝、铁的基本思路 任务二 学会分离提纯 【典例分析·领悟导航】实验室以锌灰（含ZnO、PbO、CuO、FeO、Fe2O3、SiO2等）为原料制备Zn3(PO4)2·4H2O的流程如下，回答下列问题： （1）滤渣Ⅰ的主要成分为 ；步骤Ⅰ中，需先将溶液的pH调至5.1，此时应选择的最佳试剂是 ； a．氨水 b．氢氧化钠 c．氧化锌 d．氢氧化钡 滴加KMnO4溶液后有MnO2生成，该反应的离子方程式为 ；试剂a为 ；步骤Ⅳ反应结束后，得到Zn3(PO4)2·4H2O的操作包括 和干燥。 SiO2、PbSO4 MnO4—+ 3Fe2+ + 7H2O = MnO2↓ + 3Fe(OH)3↓ + 5H+ Zn 任务二 学会分离提纯 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。 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) 。 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。 任务二 学会分离提纯——萃取与反萃取 (1) Et2O+H+ ⇌ Et2OH+ 浓盐酸中,Et2O(乙醚)与H+形成阳离子: 水合Fe3+与Cl-形成配阴离子FeCl4- : (2) Fe3++4Cl- ⇌FeCl4- Et2OH+ 再与FeCl4-形成佯盐 (3)Et2OH+ + FeCl4- ⇌Et2OH+FeCl4- (不带电荷,疏水性,溶于乙醚) 分液,移去水层,Al3+分离出去; 加水,浓盐酸变”稀”,平衡(1)(2)(3)逆向移动,Et2OH+FeCl4- 释放出H+,Cl-,Fe3+重新水合进入水层,蒸馏,实现萃取剂的再生. 经过萃取和反萃取,Fe3+和Al3+实现分离 关键:调节H+、Cl-即盐酸的浓度! 任务二 学会分离提纯——萃取与反萃取 【典例分析·领悟导航】某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下： (1)反应II是铜氨溶液中的Cu(NH3 )42+与有机物RH反应，写出该反应的离子方程式： 。 操作②用到的主要仪器名称为 ，其目的是（填序号） 。 a．富集铜元素 b．使铜元素与水溶液中的物质分离 c．增加Cu2＋在水中的溶解度 萃取 反萃取 Cu(NH3 )42+ RH CuR2 NH3+NH4+ Cu(NH3)42++2RH=2NH4++2NH3+CuR2 分液漏斗 a b √ √ X 任务二 学会分离提纯——萃取与反萃取 【典例分析·领悟导航】某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下： 萃取 反萃取 Cu(NH3 )42+ RH CuR2 NH3+NH4+ H2SO4 RH CuSO4 （2）反应Ⅲ是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和 。若操作③使用下图装置，图中存在的错误是 。 RH 分液漏斗尖端未紧靠烧杯内壁 液体过多 简单表示为: 2RH+Cu2+ ⇌ CuR2+2H+ 关键:控制pH,使平衡移动 任务二 学会分离提纯——萃取与反萃取 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，工艺流程如下： 当堂检测 回答下列问题： (1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为____________________。 (2)“酸浸”后，钛主要以形式存在，写出相应反应的离子方程式_________________________________。 100 ℃、2 h或90 ℃、5 h 解析：(1)根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100 ℃、2 h，也可采用90 ℃、5 h。 (2)“酸浸”时，发生反应的离子方程式为＋2H2O。 FeTiO3+4H＋+4Cl－===Fe2++＋2H2O 当堂检测 (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________。 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反应速率下降，TiO2·xH2O转化率下降 4 解析：(3)当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。 (4)设Li2Ti5O15中过氧键的数目为x，则非过氧键氧原子数目为15－2x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零可得：2x＋2×(15－2x)＝1×2＋4×5，解得：x＝4。 当堂检测 $$