聚焦突破9 浅析以金属矿物、海水资源开发,利用为载体的化学工艺流程(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版）

本讲义聚焦高中化学工艺流程题，系统梳理其“主线主产品，分支副产品，回头为循环”的结构规律，详解研磨、水浸等原料预处理方法，构建目标分析法及“四段论法”的解题支架，形成从结构认识到操作应用再到解题策略的完整学习脉络。 资料以海水提溴、钛铁矿制钛等真实工业流程为案例，通过目标分析法培养科学思维，结合实验操作与物质转化强化化学观念。课中辅助教师直观教学，课后助力学生通过实例训练巩固知识，有效提升解决实际问题的科学探究与实践能力。

1．工艺流程题的结构 规律：“主线主产品，分支副产品，回头为循环”。　 2．对原料预处理的常用方法 (1)研磨——减小固体颗粒的体积，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率。 (2)水浸——与水接触反应或溶解。 (3)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。 (4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时灼烧就是为了除去可燃性杂质。 (5)煅烧——改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。 3．解答工艺流程题的方法——目标分析法 (1)制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有具体的目标、任务。 (2)要求用理论回答的问题应采用“四段论法”　 【突破集训】 1．(2024·浙江高一阶段练习)海洋中蕴藏着大量的化学资源，海水的综合利用示意图如下所示。下列有关说法正确的是(　　) A．海水提溴工艺中“吹出”和“吸收”两个步骤的目的是富集溴 B．工业电解饱和食盐水制备金属钠与氯气 C．向海水中先通入NH3再通入CO2来制备纯碱 D．利用高分子反渗透膜可将海水淡化，但是用传统的蒸馏法淡化更加节能 解析：选A。海水提溴的工艺主要包括氧化、吹出、吸收、蒸馏等环节，先吹出再吸收，目的是富集以提高溴的含量，A正确；工业电解饱和食盐水制备氢氧化钠、氢气与氯气，电解熔融的氯化钠制备金属钠与氯气，B错误；海水中氯化钠浓度太低，应向饱和食盐水中先通入NH3再通入CO2来制备纯碱，C错误；利用高分子反渗透膜将海水淡化，相较于传统的蒸馏法更加节能，D错误。 2．钛铁矿(FeTiO3，其中Ti元素化合价为＋4价)在高温下经氯化得到四氯化钛，再制取金属钛的流程如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．氯化反应中Cl2与C的物质的量之比为1∶1 B．氯化过程中 FeTiO3既不是氧化剂也不是还原剂 C．根据制取金属钛的反应可得出还原性：Mg<Ti D．制取金属钛时选用Ar气体的目的是隔绝空气 解析：选D。由流程可知，氯化反应为2FeTiO3＋6C＋7Cl22FeCl3＋6CO＋2TiCl4，然后用金属镁置换出钛单质：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。A.氯化反应的化学方程式为2FeTiO3＋6C＋7Cl22FeCl3＋6CO＋2TiCl4，Cl2与C的物质的量之比为7∶6，故A错误；B.氯化过程中Ti元素的化合价不变，Fe元素的化合价升高，FeTiO3为还原剂，故B错误；C.由金属镁置换出金属钛：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti可知，还原性：Mg＞Ti，故C错误；D.制取金属钛时选用Ar气体的目的是隔绝空气，防止Mg、Ti被O2氧化，故D正确。 3．钨在冶金工业有重要作用，某化工企业以黑钨矿(主要成分为FeWO4和MnWO4，W元素化合价为＋6价)为原料冶炼金属钨的过程如下： 回答下列问题： (1)“熔融”前需将黑钨矿粉碎，目的是______________________________ ___________________________________________________________。 (2)写出“熔融”过程中生成Fe2O3的化学方程式：______________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (3)下列仪器中，过滤操作用到的有________(填字母)；所得滤渣B的化学式为____________________________________________________。 (4)检验沉淀D是否洗净的操作为取最后一次洗涤液少许于试管中，______________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (5)产品E的化学式为WO3－x，其中W元素化合价有＋5价和＋6价两种。若x＝0.1，则＋5价的W(Ⅴ)占该化合物中钨元素总量的__________(填百分数)；该流程中由产品E冶炼金属钨的方法属于________法。 解析：黑钨矿(主要成分为FeWO4和MnWO4)与空气、碳酸钠熔融反应生成Fe2O3、MnO2、Na2WO4、CO2，加水溶解、过滤，得到滤渣B为Fe2O3、MnO2，滤液A的主要成分是Na2WO4，向滤液A中加入浓盐酸、过滤、洗涤，得到滤液C和沉淀D，煅烧沉淀D得到产品E，再利用热还原法得到钨。(1)“熔融”前需将黑钨矿粉碎，目的是增大接触面积，增大反应速率，使反应更充分。(2)FeWO4在空气中和碳酸钠反应生成Fe2O3、Na2WO4和CO2，化学方程式为4FeWO4＋O2＋4Na2CO32Fe2O3＋4Na2WO4＋4CO2。(3)所给的仪器中，过滤操作用到的有烧杯、漏斗、玻璃棒，故选ACE；Fe2O3、MnO2是难溶物，根据流程最后得到钨，说明Na2WO4是易溶物，因此所得滤渣B的化学式为Fe2O3、MnO2。(4)检验沉淀D是否洗净，主要是检验最后一次洗涤液中是否含有氯离子，操作为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则说明沉淀D已洗涤干净。(5)产品E的化学式为WO3－x，其中W元素化合价有＋5价和＋6价两种。若x＝0.1，设1 mol WO3－x中＋5价的W的物质的量为a mol，＋6价的W的物质的量为b mol，根据化合价及元素守恒可列方程，5a＋6b＝2×(3－0.1)，a＋b＝1，解得a＝0.2，b＝0.8，因此＋5价的W(Ⅴ)占该化合物中钨元素总量的×100%＝20%；该流程中是由WO3－x与氢气反应得到W，因此冶炼金属钨的方法属于热还原法。 答案：(1)增大接触面积，增大反应速率，使反应更充分　(2)4FeWO4＋O2＋4Na2CO32Fe2O3＋4Na2WO4＋4CO2　(3)ACE　Fe2O3、MnO2　(4)滴加稀硝酸酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则说明沉淀D已洗涤干净　(5)20%　热还原 4．(2024·烟台高一期末)工业上冶炼金属铝的原料来源于自然界中重要的矿物质矾土(主要成分为Al2O3，还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质)。从矾土中提取得到Al2O3的工艺流程如下图所示： 请回答下列问题： (1)固体A所含物质的化学式是_____________________________。 (2)写出溶液A与过量气体B反应的离子方程式：____________________________________________________。 (3)Al2O3的熔点很高，因而在工业冶炼时，需将Al2O3熔于熔化的冰晶石(Na3AlF6)中进行电解。有一位同学查阅资料发现，AlCl3的熔点很低，他提出：可通过电解熔融状态的AlCl3制取金属铝。你认为他提出的方案是否可行？为什么？______________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 (4)另一位同学分析了“从矾土中提取Al2O3的工艺流程”后指出：可以从“溶液B”中分离得到另一种重要的化工产品——小苏打。根据这位同学的想法，如果不考虑生产过程的损耗，请你计算每生产10.0 t金属铝，理论上可得到________t小苏打产品(计算结果保留一位小数)。 解析：(1)矾土中加入足量稀盐酸，除SiO2不反应，其余金属元素均生成氯化物溶于水溶液中，向溶液中加入过量NaOH溶液，Al元素以[Al(OH)4]－形式存在，Fe元素最终生成Fe(OH)3沉淀，Mg元素最终生成Mg(OH)2沉淀，故固体A的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2。 (2)溶液A中含有Na[Al(OH)4]、NaOH，要获得Al(OH)3需向溶液中通入过量CO2，离子方程式为[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO，NaOH与过量CO2反应生成NaHCO3，离子方程式为OH－＋CO2===HCO。 (3)AlCl3是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，不能电离成自由移动的离子，不导电，故无法通过电解熔融状态的AlCl3制取金属铝。 (4)按照关系式法，根据相应化学方程式的化学计量数比例关系，设理论上可得到x t小苏打。 Al　～　Al(OH)3　～　NaHCO3 27 84 10.0 t x t ＝，解得x≈31.1。 答案：(1)Fe(OH)3、Mg(OH)2　(2)[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO、CO2＋OH－===HCO　(3)不可行。因为AlCl3是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，不导电　(4)31.1 学科网（北京）股份有限公司 $