归纳与整理优质课教案设计

元素与工艺流程

一、高考真题

1．(2017·全国卷Ⅲ)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 ℃

c．40 ℃

B．60 ℃

D．10 ℃

高温

步骤⑤的反应类型是________。

(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为________。

2．(2016·全国卷Ⅰ)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________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2和Ca2，要加入的试剂＋＋分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是________。

(4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为________，该反应中氧化产物是________。

(5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为________。(计算结果保留两位小数) 3．(2015·全国卷Ⅰ)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)的工艺流程如下所示：

回答下列问题：

(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)。

(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_______________________________________________________。

(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__________________________________________________。

二、基本知识

(一)记化工术语，明思考角度

术语

研磨

搅拌

水浸

酸浸

碱浸

灼烧

思考角度

减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率

使反应物充分接触，提高反应或溶解速率

与水接触反应或溶解

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

除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物

除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质

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

常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀而除去

根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动

改变速率，影响平衡

加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间

提高纯度，减少结晶损失

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

减少晶体损失，降低因溶质的溶解而引起的损耗

排除溶液中溶解的气体

煅烧

调节溶液

的pH 控制温度

控制压强

使用合适

的催化剂

趁热过滤

冰水洗涤

有机物洗

涤(乙醇) 加热煮沸

2．解题策略

解题步骤

明确目的找出“两料”

解题策略

①仔细阅读题头，明确工艺流程的目的。

②对照流程找出原料和辅料。

①以核心辅助原料为准，把流程分为原料预处理、核心化学反应、细审流程

分段剖析

产品分离提纯三个阶段。

②依据箭头指向，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，融通对流程的整体分析。

③某些暂时琢磨不透的环节，可先“淡化处理”，不必过多在此占用时间，如在解题过程需要用到此知识，再回头看看。

规范答题

先易后难

①结合题目要求，充分利用题给信息，分析每问，规范解答。

②先易后难：确保易拿的分数先拿，最后难拿的题目，再带着问题回看流程进行有针对的分析。

题型一

物质制备类工艺流程

1．物质制备过程中反应条件的控制

(1)溶液的pH ①控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。

②控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

a．控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3、Mn2＋＋溶液中含有的Fe2，先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH。

＋＋＋b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质＋＋＋来调节溶液的pH。

(2)温度

加热的目的

降温的目的

(3)浓度

①根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。

②反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。

(4)压强：改变反应速率，使平衡向需要的方向移动。

(5)催化剂：选择合适的催化剂，能加快反应速率。

2．获得产品阶段的常用操作

(1)洗涤(冰水、热水)：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；乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质，又可减少晶体溶解的损耗。

(2)蒸发时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。

(3)蒸发浓缩、冷却结晶：如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl。

加快反应速率或促进平衡向某个方向移动

防止某物质在高温时会溶解或为了使化学平衡向题目要求的方向移动

(4)蒸发结晶、趁热过滤：如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是少量K2Cr2O7和NaCl；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3。

[典例]

硼镁泥是一种工业废料，主要成分是MgO(占40%)，还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如图所示。

已知，某些氢氧化物沉淀的pH如表所示。

氢氧化物

Mg(OH)2

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Al(OH)3

请回答下列问题：

(1)在“酸解”过程中，欲加快“酸解”时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)加入的NaClO可与Mn2反应：Mn2＋ClO＋H2O===MnO2↓＋2H＋Cl，还有一种＋＋－＋－开始沉淀时的pH 9.3 7.6 2.7 3.7 完全沉淀时的pH 10.8 9.6 3.7 4.7 离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为_______________________ ________________________________________________________________________。

(3)“滤渣”的主要成分除Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外，还有____________。

(4)已知不同温度下MgSO4、CaSO4的溶解度如表所示。

温度/℃

MgSO4的溶解度/g CaSO4的溶解度/g 40 30.9 0.210 50 33.4 0.207 60 35.6 0.201 70 36.9 0.193 “除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据表中数据，简要说明操作步骤：蒸发浓缩、______。“操作Ⅰ”是将滤液继续蒸发浓缩、冷却结晶、________，便可得到MgSO4·7H2O。

(5)实验中提供的硼镁泥共100 g，得到的MgSO4·7H2O为172.2 g，计算MgSO4·7H2O的产率：________。

题型二

物质提纯类工艺流程

1．物质分离、提纯的六种物理方法

2．物质分离、提纯的八种化学方法

[典例]

(2016·全国卷Ⅲ)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。从废钒催化剂中回收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为：

物质

质量分

数/%

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

V2O5

2.2～2.9 V2O4

2.8～3.1 K2SO4

22～28 SiO2

60～65 Fe2O3

1～2 Al2O3

＜1

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 mol的VO2变为VO2，则需要氧化剂KClO3至少为________ mol。

＋＋(3)“中和”作用之一是使钒以V4O412形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________。

－(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4O412－离子交换洗脱R4V4O12＋4OH(ROH为－强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________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：________________________________________________________________________。

[课堂练——练熟方法] 1．某煤矿筛选煤后的废弃煤矸石中主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用该煤矸石可生产金属Al及红色颜料Fe2O3。其生产工艺流程如下图所示：

回答下列问题：

(1)将煤矸石进行粉碎，使粉末状的煤矸石在盐酸中酸浸，煤矸石粉碎操作的目的是______________，“酸浸”操作后的溶液Ⅰ中阳离子除H外，还有____________。

(2)残渣主要成分的化学式为____________，写出该物质的一种用途：_____________。

(3)“转化ⅰ”操作加入NH3的作用是__________________________________________ ________________________________________________________________________。

(4)“碱溶”操作中发生化学反应的离子方程式为______________________________ ________________________________________________________________________。

(5)“转化ⅱ”操作通入了过量的气体X，X的化学式为________________。

(6)电解氧化铝的阳极反应式为____________________，若该煤矸石中含Al2O3为25%，且“酸浸”“转化i”“碱溶”“转化ⅱ”Al损失均为2%，则处理1.00 t该煤矸石，最后电解转移的电子为________mol。

2．工业上回收利用某合金废料(主要含Fe、Cu、Al、Co、Li等)的工艺流程如图所示。＋

已知：Co、Fe都是中等活泼金属。

已知：Ksp[Cu(OH)2]＝4.0×10Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－19－21，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10＋＋－32，Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38，。常温下，pH＝7.3时Li或Co3开始沉淀。

(1)金属M为________。

(2)①加入H2O2的作用是________________________(用离子方程式表示)。

②氨水的作用是调节溶液的pH，常温下，使溶液中杂质离子刚好沉淀完全而全部除去(浓度小于1.0×105 mol·L－－1认为完全沉淀)。需调节溶液的pH范围为__________。

(3)充分焙烧的化学方程式为_______________________________________________。

(4)已知Li2CO3微溶于水，其饱和溶液的浓度与温度的关系如表所示。操作2中，蒸发浓缩后必须趁热过滤，其原因是__________________________________________。

温度/℃

浓度/(mol·L1) －10 0.21 30 0.17 60 0.14 90 0.10 (5)用惰性电极电解熔融Li2CO3制取锂，阳极生成两种气体，则阳极的电极反应式为______________________。

(6)①Li、Co形成的某锂离子电池的正极是LiCoO2，含Li导电固体为电解质。充电时，Li被还原为Li，并以原子形式嵌入电池负极材料C6中(如图a所示)。电池反应为LixC6＋Li1－xCoO2放电充电＋＋C6＋LiCoO2，写出该电池放电时的负极反应式：_________________。

放电充电②锂硫电池的总反应为2Li＋SLi2S，图b表示用锂硫电池给锂电池充电，请在图b两电极边的“(

)”中填写“Li”或“S”，以达到给锂电池充电的目的。