2024届高三化学高考备考一轮复习工艺流程专题课件

这是一份2024届高三化学高考备考一轮复习工艺流程专题课件，共3页。PPT课件主要包含了思维模型和方法模型，真题演练，产品分离提纯，蒸发浓缩趁热过滤，条件控制，温度控制，高考真题·导向等内容，欢迎下载使用。
工业流程图的基本环节：
1.原料的预处理方法：①溶解 ②研磨 ③焙烧 ④煅烧 ⑤灼烧 ⑥烧结 ⑦雾化
2.控制反应条件：①pH值的控制。②温度控制：加热、降温、趁热过滤、冰水洗涤等 ③压强控制：减压过滤、减压蒸馏等 ④反应物用量或浓度控制 ⑤溶剂控制（水、冷水、冰水、乙醇等） ⑥加料方式控制（逆向接触、加料顺序、缓慢加料、间歇性加料等） ⑦加氧化剂、还原剂等
3.涉及到的物质分离和提纯的方法（熟记仪器、操作步骤和操作要点）①结晶 ②过滤 ③蒸馏 ④分液 ⑤萃取 ⑥升华 ⑦盐析
一、原料预处理1.浸出：包括酸浸、碱浸、水浸、铵盐浸取等。 目的是溶解矿样得到离子，过滤除去不溶物。酸的作用：①溶解金属氧化物（膜）、碳酸盐等；②调节pH促进弱酸根水解（沉淀）碱的作用：①去油污、去铝片氧化膜、溶解铝、氧化铝转化为偏铝酸盐、溶解二氧 化硅生成硅酸盐、将碲（硒）单质及其化合物转化为亚碲酸盐、将硼 转化为NaBO2等；②调节pH促进弱碱阳离子水解（沉淀）2.浸出率：固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少提高浸出率的措施:①适当加热或提高反应温度；②将块状固体粉碎；③适当增大**溶液的浓度；④充分搅拌；⑤延长反应时间（区别提高浸出效率）
（2023·全国乙卷第27题） 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：
（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_______(举1例)。
（1）菱锰矿中主要含有MnCO3，加入硫酸后可以与其反应，硫酸溶矿主要反应的化学方程式为：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；为提高溶矿速率，可以将菱锰矿粉碎；
Si、Fe、Ni、Al、MnCO3
3. 煅烧或焙烧： 目的：改变结构，转化为能溶解的物质，并使一些杂质高温下氧化、分解； ①氧化焙烧：是在氧化气氛中和低于焙烧物料熔点的温度下进行的焙烧过程。 目的：使物料中的全部或部分硫化物脱硫转变为氧化物。 例：铅、锌的熔炼，便先要将铅、锌的硫化物变成氧化物后，再还原成金属。②还原焙烧：指在低于炉料熔点和还原气氛条件下，使矿石中的金属氧化物转变为相应 低价金属氧化物或金属的焙烧过程。 该焙烧过程中，一般要在矿石中附加细小的炭粒作还原剂。 还原焙烧目前主要用于处理难选的铁、锰、镍、铜、锡、锑等矿物原料。
（2023·全国甲卷第26题）BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：（1）“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______。（2）“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。 “浸取”时主要反应的离子方程式为_______。
（1）“焙烧”步骤中，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、BaS和CaS，BaSO4被还原为BaS，因此，碳粉的主要作用是做还原剂，将BaSO4还原。（2）S2-易发生水解生成HS-，
3. 煅烧或焙烧：③氯化焙烧：矿物原料与氯化剂混合，在一定的温度和气氛下进行焙烧，有价金属转 变为气相或凝聚相的金属氯化物与物料其他组分分离的过程。④煅烧：可以改变某些化合物的组成或发生晶形的转变，再用相应方法处理，达到除去杂质和使有用组分离富集的目的。 煅烧的工业实例: 例：煅烧石灰石；煅烧菱铁矿使之转变为强磁性的Fe3 O4,然后用磁选法回收。⑤灼烧：将固体物质加热到高温以达到脱水、分解或除去挥发性杂质、烧去有机物等。
4.研磨：增大固体样品与溶液的接触面积，加快反应（浸取）速率或使反应更充分。
1．(2022全国甲卷26题)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为 ___________________________________。
ZnO、SiO2Ca、Mg、Fe、Cu的氧化物
Zn2+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+
目的：制备ZnSO4·7H2O
(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有_______、_______。
增大压强、将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积、适当增大硫酸的浓度等
1、过滤（1）仪器：铁架台、铁圈、漏斗、滤纸、玻璃棒、烧杯（2）在进行沉淀的实验时，如何认定沉淀已经完全？表达一：静置，待沉淀沉积后，往上层清夜中继续滴加××试剂，若不产生沉淀证明沉淀完全； 表达二：过滤，取滤液少许于试管中，滴加××试剂，若不产生沉淀证明沉淀完全。（3）沉淀洗涤： 操作是沿玻璃棒向漏斗里注入水，使水面没过沉淀，待水滤出后，重复操作2-3次。（4）冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗（5）乙醇洗涤：①降低被洗涤物质的溶解度，减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗； ②加快晶体的干燥。
（6）怎么证明沉淀洗涤干净？取最后一次洗涤液少许，滴加沉淀剂振荡，若无沉淀，说明已经洗涤干净
（7）过滤后所得的滤液仍然浑浊，原因可能是什么？ 玻璃棒下端靠在滤纸的单层处，导致滤纸破损；过滤时液体高于滤纸边缘等（8）减压过滤（抽滤）：加快过滤速度；减少晶体含有的水分。（9）趁热过滤：减少过滤时间、保持过滤温度； 防止××杂质析出，提高产品纯度； 或防止降温过程中××析出而损耗；
（1）仪器：铁架台、铁圈、石棉网、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管（接液管）、锥形瓶、碎瓷片（2）冷凝管有直形、球形和蛇形冷凝管三种（图3），蒸馏只能用直形冷凝管，冷凝回流直形、 球形和蛇形冷凝管均可使用，冷凝效果蛇形冷凝管最好。沸点较高的物质的冷却用空气冷凝即可。（3）冷凝管的作用；图1蒸馏时起冷凝作用 图2反应发生器中起冷凝回流作用。（4）步骤及操作注意事项： ①温度计水银球位于支管处；②两种情况冷凝水都是从下口通入；③加碎瓷片防止暴沸（5）减压蒸馏：减小压强，使液体沸点降低，防止（如双氧水、硝酸等）受热分解、挥发。
3、蒸发结晶（1）仪器：铁架台、铁圈、蒸发皿、玻璃棒、酒精灯（2）从滤液中提取晶体的操作： ①蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥②蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥③减压（小心）蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥：
KNO3溶液中获取KNO3固体
蒸发浓缩(至出现晶膜)，降温结晶，过滤
蒸发结晶(至出现大量晶体，余热蒸干)
NaCl溶液中获取NaCl固体
KNO3溶液(含少量NaCl)中获取KNO3固体
蒸发浓缩，降温结晶，过滤(滤出的晶体为KNO3)
NaCl溶液(含少量KNO3)中获取NaCl 固体
蒸发结晶，趁热过滤(滤出的晶体为NaCl)
(3)为提高Li2CO3的析出量和纯度， “操作A”依次为__________、________、洗涤。
温度升高，Li2CO3的溶解度降低，在温度高时，溶解度小，有利于析出。对控温的考查。
2．(2022湖北新高考18题)全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。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。
Na+Li+Cl―Mg2+Ca2+
Na+Li+Cl―Ca2+
3、蒸发结晶（3）如何进行结晶蒸发操作？将溶液转移到蒸发皿中加热，并用玻璃棒不断搅拌，待有大量晶体出现（出现晶膜）时停止加热，利用余热蒸干剩余水分。注意： ①不断搅拌，防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅。②最后用余热加热；③加热时蒸发皿中液体不超过容积2/3（4）产品进一步提纯的操作：重结晶 （5）在氯化氢气流中蒸发：抑制某离子水解
1、控制pH值：（1）控制pH的目的： ①调节pH中和酸或者碱；②抑制某离子水解，防止损耗；③提高pH促进某金属离子水解，使其形成氢氧化物沉淀，便于过滤而除去。④防止发生副反应；⑤降低pH促进SiO3-、AlO2-离子水解，使其形成氢氧化物沉淀，便于过滤而除去。等。⑤加CuO原因：加CuO消耗溶液中的H+的，提高溶液pH，促进Fe3+的水解，生成Fe(OH)3沉淀析出。
（2）控制pH的方法：加酸、碱、金属氧化物、通CO2等如：调pH值使得Cu2+（4.7-6.2）中的Fe3+（2.1-3.2）沉淀， ①pH值范围是：3.2-4.7。②原因：调节溶液的pH值至3.2-4.7，使Fe3+全部以Fe(OH)3沉淀的形式析出而Cu2+不沉淀，且不会引入新杂质③如调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，增大溶液pH值；不引入新杂质。④可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3。
(3)加入物质X调溶液pH=5，最适宜使用的X是_______(填标号)。 A．NH3·H2O B．Ca(OH)2 C．NaOH滤渣①的主要成分是 ______、______、______。
关键：除去杂质离子，且不引人新杂质，成本低，无污染。
ZnCO3、SiO2Ca、Mg、Fe、Cu的化合物
目的：除去部分杂质离子
Fe(OH)3CaSO4SiO2
Zn2+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
2、温度控制：（1）控制温度的目的：控制温度的目的从三个大方面考虑： ①物质性质方面：熔沸点、挥发性、溶解度、稳定性等方面。如：防止温度过高**挥发或分解（双氧水、硝酸、碳酸氢铵等）防止温度过高**产品溶解损耗 防止温度过低**（杂质）结晶析出，影响产品纯度。防止温度过低使引起××液体凝固，堵塞导管等加热是为了使**杂质分解（气化）而除去加热是为了驱赶出溶解在水中的**气体，。冷却是为了使**产物液化，使其与其他物质分离；
②化学反应方面：反应的方向（副反应）、速率（包括催化剂活性）、限度等方面如：防止温度过高导致副反应的发生，影响反应物利用率和产品纯度防止温度过高（低）导致催化剂的活性降低；防止温度过高导致平衡逆向移动，降低产率。防止温度过低反应速率慢，生产效率降低；或平衡逆向移动，降低产率。。加热的目的是促进Fe3+水解（防止形成胶体），聚沉后利于过滤分离加热的目的是加快反应速率或溶解速率；促进平衡向吸热方向移动；③生产效益、安全方面：如：降温或减压可以减少能源消耗，降低对设备的要求，节约成本。防止温度过高反应过于剧烈，发生危险。其他：如煮沸：除去溶解在溶液中的气体，（如氧气，防止产品被氧化）；促进水解（防止形成胶体），聚沉后利于过滤分离
（2）控制温度的方法①加热方式：直火加热、小火加热、酒精喷灯加热、垫石棉网加热、电热套加热、水浴加热、油浴加热、加热煮沸等水浴加热适用于加热温度不超过100℃时，其优点：受热均匀，便于控制温度。②冷却的方式：空气冷凝、冷凝管冷凝、冰水冷却等③通过温度计进行控制：温度计水银球位置（反应物中、水浴中、蒸馏烧瓶支管口附近等） ④通过压强进行控制：减压蒸发（蒸馏）⑤通过加料方式进行控制：缓慢滴加、应间歇性缓慢加入如：防止温度过高采取的措施是小火小心加热、水浴加热（100℃以下）、减压蒸发、缓慢滴加药品、间歇性缓慢加入反应物、使用温度计控制温度等。
3、反应物用量、浓度及加料方式控制（1）反应物用量或浓度的控制的目的：①控制产物 ②控制反应速率 ③控制反应物转化率和产品产率 ④控制环境温度 ⑤抑制（促进）离子的水解 ⑥降低生产成本酸浸时酸过量的目的：为了提高矿石中某金属元素的浸取率；抑制**离子的水解等。对有多种反应物的体系，增大便宜、易得的反应物的浓度目的是：提高其他物质的利用率，使反应充分进行；降低生产成本等。如：增大浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等。（应结合具体问题进行具体分析）。（2）控制加料的方法：逆向接触、加料顺序、缓慢加料、间歇性加料等。 缓慢加料的目的：使反应更充分；防止反应速率太快；防止升温太快；控制反应体系的pH；防止药品添加过量，发生副反应等。4、氧化控制：加氧化剂的目的：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子。 如：除去Cu2+中的Fe2+加双氧水的目的：将Fe2+氧化为Fe3+，便于形成氢氧化铁沉淀而除去。
(4)向80~90℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为___________________________________________。
3Fe2++MnO4― +7H2O=3Fe(OH)3↓+MnO2↓+5H+
(5)滤液②中加入锌粉的目的是___________________________________________。
Zn+Cu2+=Zn2++Cu，置换Cu2+为Cu从而除去
目的：氧化Fe2+离子
Fe(OH)3MnO2
Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+
Zn2+Ca2+Mg2+
四、产品收集： 过滤、结晶、蒸馏等五、循环使用：提高原料利用率，降低生产成本；减少污染，保护环境等。
(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是_______、_______。
CaSO4 MgSO4
高沸点酸制低沸点酸考查基础知识：实验室制备HX
数据综合分析→物质的分离条件→综合运用化学知识→解决实际问题能力。
(2022·四川成都摸底测试)硫酸锌是制造锌钡白和锌盐的主要原料,也可用作木材的防腐剂等。用氧化锌烟尘(主要成分为ZnO,还含有少量PbO、CuO、Fe2O3、FeO等)生产ZnSO4·7H2O的流程如图所示
有关金属离子[c(Mn+)=0.1 ml·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下:
(1)“酸浸”时用的稀酸是　　　　;滤渣1的主要成分是　　　　。 (2)“氧化”时的离子方程式为 　 ;加入ZnO除杂时溶液的pH控制范围是　　　　～5.0。 (3)滤渣3含有锌和　　　　　　;由滤液得到 ZnSO4·7H2O的操作是　 、洗涤、干燥。(4)取14.35 g ZnSO4·7H2O加热至不同温度,剩余固体的质量如下表:
则680 ℃时剩余固体的化学式为　　　　(填字母)。 A.ZnO B.Zn3O(SO4)2C.ZnSO4 D.ZnSO4·H2O
1.(2022·江苏阜宁中学期中)工业上由粗锰粉(主要杂质为Fe、Ni、Pb等金属单质)制备高纯碳酸锰。其主要工艺流程如图:
下列有关说法不正确的是(　 　)
2.(2022·山东济宁二模)一种以镍电极废料(含Ni以及少量Al2O3、Fe2O3和不溶性杂质)为原料制备NiOOH的流程如图所示:
“酸浸”后溶液中的金属离子除Ni2+外还有少量的Al3+和Fe2+等,下列说法错误的是(　 　)A.氧化性:Fe3+>Ni2+B.除杂过程仅为过滤操作C.氧化过程中每生成1 ml NiOOH消耗2 ml OH-D.工业上也可电解碱性Ni(OH)2悬浊液制备NiOOH,加入一定量的KCl有助于提高生产效率
3.(2022·重庆巴蜀中学练习)工业上常采用堆浸—反萃取—电积法从锌矿(主要成分为ZnS,含有FeS2、CuS、NiS、SiO2等杂质)中获得锌,其流程如图所示:
已知:①“堆浸”时金属硫化物均转化为硫酸盐;②pH较高时,FeOOH为胶状沉淀;③在我国,富矿少、贫矿多,矿物中锌的质量分数低于5%的矿属于贫矿。回答下列问题。
4.叠氮化钠(NaN3)不溶于乙醚,微溶于乙醇,易溶于水,常用于汽车安全防护袋的气源,汽车发生剧烈碰撞时,立即自动充气。实验室模拟尿素法制备水合肼(N2H4·H2O)并利用其进一步反应制取NaN3的流程如图所示:
已知:①N2H4·H2O易溶于水,具有强还原性,易被氧化成N2;②一定条件下,碱性NaClO溶液与尿素溶液反应生成N2H4·H2O。
4.(6)某实验室设计了如图所示装置制备N2H4。双极膜是阴、阳复合膜,层间的H2O解离成OH-和H+并可分别通过双极膜定向移动。①双极膜中产生的　　　　(填“H+”或“OH-”)移向多孔铂电极。②石墨电极反应式为　 。
1.(2022·山东卷)高压氢还原法可直接从溶液中提取金属粉。以硫化铜精矿(含Zn、Fe元素的杂质)为主要原料制备Cu粉的工艺流程如下,可能用到的数据见下表。
下列说法错误的是(　 　)A.固体X主要成分是Fe(OH)3和S;金属M为ZnB.浸取时,增大O2压强可促进金属离子浸出C.中和调pH的范围为3.2～4.2D.还原时,增大溶液酸度有利于Cu的生成
2.(2021·河北卷)“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生金柔作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是(　 　)A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
解析:钢是以铁为主的含碳合金,A正确;钢的含碳量越高,硬度和脆性越大,B正确;合金的熔点比其组分的熔点低,生铁的含碳量(2%～4.3%)大于熟铁的含碳量(约0.1%),故生铁熔点比熟铁低,C错误;赤铁矿的主要成分是Fe2O3,D正确。
3.(2020·全国Ⅲ卷)宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色,历经千年色彩依然,其中绿色来自孔雀石颜料(主要成分为Cu(OH)2·CuCO3),青色来自蓝铜矿颜料(主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3)。下列说法错误的是(　 　)A.保存《千里江山图》需控制温度和湿度B.孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化C.孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱D.Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
4.(2020·江苏卷)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　 　)A.铝的金属活泼性强,可用于制作铝金属制品B.氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料C.氢氧化铝受热分解,可用于中和过多的胃酸D.明矾溶于水并水解形成胶体,可用于净水
解析:铝具有很好的延展性,可以用于制作铝金属制品,与铝的活泼性无关,A项错误;电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电,与熔点高无关,B项错误;氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应,与氢氧化铝受热分解无关,C项错误;明矾中的Al3+可以水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有很强的吸附能力,可以吸附水中的悬浮物,起到净水作用,D项正确。