高考化学三轮冲刺复习课件——工业流程题型技巧总结 (含解析)

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以物质制备为目的的工艺流程
以分离提纯为目的的工艺流程
(1)挖掘已知信息，分析流程图例1. (2015·课标全国Ⅰ，27)(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)
(2)清楚题目考查哪些问题
(1)写出Mg2B2O5·H2O与硫酸反应的化学方程式___________。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_________ (写出两条)。
水浸、酸浸→化学反应速率→温度、浓度、接触面积、催化剂
例1. (14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)
(2)利用_____的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是________(写化学式)。
(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是____________________。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_____________________。
调节溶液pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀，所加物质需满足：①能与H＋反应，使溶液pH变大；②不引入新杂质。例如若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为________。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_______________。
(3)表述性词汇的隐含信息：
“控制较低温度”——“加过量试剂”——“能否加其他物质”—— “在空气中或在其他气体中”——“判断沉淀是否洗净”——“检验某物质的设计方案”——“控制pH”——“用某些有机试剂清洗”——
“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。 “在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。
练．资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3·MgCO3。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方案，制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2，其简化流程如下：
例. 从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：
(1)步骤①中废渣的主要成分是________，③中X试剂为________。(2)实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是_________________________。(3)②③的变化过程可简化为(下式R表示VO2＋，HA表示有机萃取剂)R2(SO4)n(水层)＋2nHA(有机层) ⇌ 2RAn(有机层)＋nH2SO4(水层)，为提高②中萃取百分率，应采取的措施是_________________________________。
(4)请完成④中的反应离子方程式： ClO3-＋ VO2＋＋ H＋= VO3＋＋ ________＋ ________。(5)25 ℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为________。(6)该工艺流程中，可以循环利用的物质有________。
(2)常用方法选用总结
①物质提纯的“6种”常用方法
①物质分离的“6种”常用方法
练1．以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：
(1)过程Ⅰ中，在Fe2＋催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是________。
(2)过程Ⅰ中，Fe2＋催化过程可表示为：ⅰ：2Fe2＋＋PbO2＋4H＋＋SO42- = 2Fe3＋＋PbSO4＋2H2Oⅱ：……①写出ⅱ的离子方程式：____________________。②下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液变红。b．_____________________________________________。
(3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)＋NaOH(aq) ⇌ NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。
①过程Ⅱ的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程Ⅱ中重复使用，其目的是________(选填序号)。A．减少PbO的损失，提高产品的产率B．重复利用NaOH，提高原料的利用率C．增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率②过程Ⅲ的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程Ⅲ的操作：______________________。
练2．以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分如下表格，下图是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+，反应的离子方程式为_______________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。(2)“氧化”中欲使3 ml的VO2＋变为VO2+，则需要氧化剂KClO3至少为________ ml。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124—形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。
(4)“离子交换”和“洗脱”可表示为：4ROH＋V4O124— ⇌ R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应呈_____性(填“酸”、“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是________。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_______________________。
例1. 已知草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)难溶于水，工业上从废镍催化剂(主要成分为Ni，含有一定量的Al2O3、FeO、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如图所示：
已知：①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据：②Ksp(CaF2)＝1.46×10－10；③某物质浓度小于1.0×10－5 ml·L－1时，视为完全沉淀。
(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施：________________。(2)试剂a是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式：_____。(3)“调pH”时pH的调控范围为__，试用化学反应原理相关知识解释滤渣Ⅱ的生成__。(4)写出“沉镍”时发生反应的离子方程式：_______，证明Ni2＋已经沉淀完全的实验步骤及现象是__，当Ca2＋沉淀完全时，溶液中c(F－)>___ml·L－1(写出计算式即可)。(5)操作a的内容是__________________________________。
例2. (14分)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：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）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__________________。
（3）Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4，其中过氧键的数目为_________________。（4）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式 。
例3.重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：(1)步骤①的主要反应为：FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3 — Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2，上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为____。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_____________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是___，滤渣2的主要成分是____及含硅杂质。(3)步骤④调滤液2的pH使之变___(填“大”或“小”)，原因是___(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_____(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。a．80 ℃　 b．60 ℃ c．40 ℃ d．10 ℃步骤⑤的反应类型是___________。
例4. NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：
回答下列问题：(1)NaClO2中Cl的化合价为________。(2)写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式____________________。