2027届高三化学一轮复习课件 ：化学工艺流程思维建模

无机工艺流程思维建模 以绿矾晶体制备为例 Jiang S Y 1 情景引入 硫酸亚铁是一种无机物，化学式为FeSO4，外观为白色粉末。其结晶水合物为在常温下为七水合物，俗称“绿矾”，浅绿色晶体 绿矾在水处理，还原剂，药用，着色剂，农业等多个方面都有重要作用，但自然界中含量极少。 任务一：由 Fe2O3如何制备 FeSO4·7H2O ？ 已知信息 产出要求：画出从 Fe2O3到 FeSO4·7H2O 的完整转化路线图，标注每一步操作、试剂和条件。 1.FeSO4·7H2O溶解度随温度变化 温度/℃ 10 20 30 40 50 溶解度/g 40.0 48.0 60.0 73.3 73.3 2.温度超过60℃， FeSO4·7H2O会失去结晶水变成FeSO4·H2O 3.FeSO4溶于水，不溶于乙醇 1.7.2013 第一个任务比较简单：从纯的氧化铁出发制备绿矾晶体。请大家用5分钟独立思考，完成转化路线设计。注意三个已知条件：溶解度随温度变化、超过60度失去结晶水、硫酸亚铁不溶于乙醇。这三个条件会直接影响你选择结晶方式和洗涤试剂。 ‹#› 由 Fe2O3制备 FeSO4·7H2O 完整转化路线图 Fe2O3 （原料） 稀H2SO4 酸溶 加热搅拌 过量Fe粉 还原 搅拌 过滤 除过量Fe 水浴<60℃ 蒸发浓缩 至晶膜出现 冷却结晶 减压过滤 （抽滤） 乙醇洗涤 洗涤干燥 低温晾干 FeSO4·7H2O （产品） 关键要点： ① 酸溶用稀硫酸，加热促进反应；② 加过量铁粉将 Fe³⁺ 还原为 Fe²⁺，防止 Fe²+被氧化； ③ 蒸发浓缩温度控制在 60℃ 以下，防止失去结晶水 ④ 用乙醇洗涤：减少FeSO4 溶解损失，且乙醇易挥发利于干燥； ⑤ 母液可循环返回蒸发浓缩步骤 1.7.2013 这是从三氧化二铁制备七水硫酸亚铁的完整工艺流程。共9步：原料→酸溶→还原→过滤→蒸发浓缩→冷却结晶→减压过滤→洗涤干燥→产品。每一步都标注了试剂和条件，下方附有化学方程式和关键要点。 ‹#› 已知信息 任务二：小组合作，结合所给信息，设计以黄铁矿烧渣为原料（ Fe2O3 、FeO、SiO2、 Al2O3 ）制备FeSO4·7H2O晶体的物质转化路线。 P204是一种有机酸性萃取剂，用HA表示，萃取方程可简写 可高效萃取Fe3+，不萃取Fe2+，Al3+ 常温下，金属阳离子沉淀的pH如下表 金属阳离子 Fe2+ Fe3+ Al3+ 开始沉淀pH 7.4 2.2 3.4 沉淀完全pH 8.9 3.2 4.7 萃取 反萃取 1.7.2013 第一个任务比较简单：从纯的氧化铁出发制备绿矾晶体。请大家用5分钟独立思考，完成转化路线设计。注意三个已知条件：溶解度随温度变化、超过60度失去结晶水、硫酸亚铁不溶于乙醇。这三个条件会直接影响你选择结晶方式和洗涤试剂。 ‹#› 黄铁矿烧渣（Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3）制备 FeSO4·7H2O 完整路线图 黄铁矿烧渣 （原料） 稀H2SO4 加热 酸浸 过滤 除SiO2渣 P204 萃取 P204萃取 分离Fe3+/Al3+ 反萃取 反萃取 得Fe3+液 过量Fe粉 还原 Fe3+→Fe2+ 水浴<60℃ 浓缩结晶 蒸发浓缩 冷却结晶 乙醇洗涤 抽滤 洗涤干燥 FeSO4·7H2O （产品） 关键分离思路： ① 酸浸后过滤除去不溶于酸的 SiO2　② P204 萃取剂选择性萃取 Fe3+进入有机相，Al3+留在水相（可回收制备单质铝）　③ 反萃取得到纯净 Fe3+溶液 ④ 加过量铁粉还原 Fe3+→Fe2+　⑤ 蒸发浓缩温度<60℃防止失结晶水　⑥ 乙醇洗涤减少溶解损失、母液循环利用 粉碎 氧化Fe2+ H2O2 1.7.2013 这是黄铁矿烧渣制备绿矾的完整工艺路线。与单一原料不同，这里有两个关键分离：一是酸浸后过滤除去不溶于酸的SiO2废渣；二是用P204萃取剂选择性萃取Fe3+，与Al3+分离。反萃取后加铁粉还原Fe3+为Fe2+，再经蒸发浓缩冷却结晶得到绿矾晶体。水相中的Al3+可以回收制备单质铝。 ‹#› 模型建构 工艺流程图一般分为"三段"和"三线" "三段"型符合工业生产的真实情境:原料预处理阶段+转化与分离阶段+获取产品阶段。 预处理阶段 物质转化与分离阶段 目标产品生成阶段 Jiang S Y 7 模型建构 工艺流程图一般分为"三段"和"三线" "三线"，即试剂线、操作线、副产品线，则较为简洁清晰，与真实生产流程较为吻合。 试剂线 操作线 杂质线 Jiang S Y 8 模型运用 〖2026云南卷〗创新驱动，深挖“城市矿山”，一种从废弃印刷电路板(WPCB)(主要含Cu、Ni、Au、Ag)中分离回收有价金属的工艺如下： 已知：① PMS为过一硫酸盐(含过氧键)，在强酸介质中会水解。 ② 1O2表示具有高氧化活性的单线态氧分子。 Jiang S Y 9 试剂线 操作线 杂质线 目标产物 目标产物 〖2026云南卷〗创新驱动，深挖“城市矿山”，一种从废弃印刷电路板(WPCB)(主要含Cu、Ni、Au、Ag)中分离回收有价金属的工艺如下： 已知：① PMS为过一硫酸盐(含过氧键)，在强酸介质中会水解。 ② 1O2表示具有高氧化活性的单线态氧分子。 原料预处理 物质转化与分离 产品 产品 (2)"酸浸1"中发生反应的离子方程式为___ ___。 (3)"滤液2"中主要的金属离子有Ag⁺、______(填离子符号)。 (4)"氧化溶金"中，KCl不能用HCl替代的原因为_ ____ _ ； PMS发生反应的离子方程式HSO5-+SO52-===== ___ ____+_____+1O2 模型运用 Ni2+ Cu、Ag、Au Au Ni+2H⁺=Ni²⁺+H₂↑ Cu²⁺ HCl为强酸，会引入大量H⁺导致溶液 酸性过强，使PMS发生水解而降低氧化能力失效 2SO42- H+ 模型运用 (7)"沉银"时，"滤液2"与"滤液3"混合时有少量Ag2O生成，其反应的化学方程式为____ __。 （5）工序“X”中，抗坏血酸的作用为__ __ 作还原剂，将Au的阳离子还原为Au单质 2AgNO₃+2NaOH=Ag₂O↓+2NaNO₃+H₂O (7)AgNO₃+2NaOH→AgOH↓+NaNO₃，AgOH不稳定→Ag₂O↓+H₂O。 合并得：2AgNO₃+2NaOH=Ag₂O↓+2NaNO₃+H₂O。 (2)"酸浸1"中发生反应的离子方程式为___ ___。 (3)"滤液2"中主要的金属离子有Ag⁺、____ __ (4)"氧化溶金"中，KCl不能用HCl替代的原因为 _ PMS发生反应的离子方程式HSO5-+SO52-===== ___ ____+_____+1O2 模型运用 (5)工序“X”中，抗坏血酸的作用为__ __ (7)"沉银"时，"滤液2"与"滤液3"混合时有少量Ag2O生成，其反应的化学方程式为____ __。 物质转化，金属的性质 物质转化，金属的性质，硝酸的强氧化性 对信息的提取和运用 陌生氧化还原方程式书写 常用还原剂 氢氧化银不稳定，易分解 模型建构 Jiang S Y 14 模型建构 1、操作线 条件的控制 调节 pH 温度 目的 a.控制反应的发生，增强物质的氧化性和还原性，或改变水解程度 b.防止某离子沉淀 c.抑制某离子水解 d.提高某金属离子的萃取率 e.除去氧化物（膜） a.防止或实现某物质水解或分解 b.控制某物质挥发、逸出、溶解或结晶析出 c.防止微生物、酶、催化剂失活 d.防止副反应的发生 e. 调节平衡移动方向 f.调节反应速率 Jiang S Y 15 模型建构 2、试剂线 常见试剂及其作用 氧还剂 酸碱剂 沉淀剂 MnO2、Cl2、NaClO3、Fe3+、O2、H2O2 SO32-、 SO2、 Fe2+、金属单质、H2O2 H2SO4、HCl、CO2、显酸性的铵盐等 NaOH、NH3·H2O、显碱性的Na2CO3 硫化物；金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐（调pH沉淀）；NaF；NH4HCO3等 萃取剂 有机萃取剂萃取特定金属阳离子（反萃取） Jiang S Y 16 模型建构 3、杂质线——对比原料和所需产品的元素组成后，即可确定杂质元素。常见杂质及除杂方式： 常见杂质除去方式 Fe、Al元素 Si元素 Ca、Mg元素 其他元素 调pH，转化为氢氧化物除去 水浸/酸浸后以SiO2形式除去 碱浸转化为H2SiO3除去 使用NaF溶液，转化为氟化物沉淀除去 以硫化物或碳酸盐沉淀的形式除去 Jiang S Y 17 $