第三单元　含硅矿物与信息材料第二课时教学实录

找好方向,脚踏实地,为六月辉煌而拼搏

玉田二中高三化学二轮专项（模块）复习出题专用纸I

标题

化学工艺流程

命题人

王海英

时间

3.20 关于考点解释

通常以化工生产流程图的形式，以陌生元素或陌生化合物知识为载体，综合考查元素化合物知识、氧化还原反应方程式的书写、实验基本操作、实验步骤的分析、通过化工原理的分析判断流程中残渣或废液的成分、反应条件的控制与选择、、Ksp的应用、绿色化学思想的体现等，可以说是真正的学科内综合题

能力要求描述

综合应用

重点难点精要1. 化学工艺流程题中原料的预处理

分析

2.化学工艺流程题中反应条件的控制

3.化学工艺流程题中方程式的书写

4.化学工艺流程题中物质的分离与提纯

重点难点习题示例及对点训练

【例1】8. 我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿（ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子[c0(Mn+)=0.1 mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子

Fe3+

Fe2+

Zn2+

Cd2+

开始沉淀的pH 1.5 6.3 6.2 7.4 沉淀完全的pH 2.8 8.3 8.2 9.4 回答下列问题：

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为______________；沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。

命题点一、化学工艺流程题中原料的预处理

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_______________________。

总结:原料预处理的常用方法

方法

目的

研磨

减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率

水浸

与水接触反应或溶解

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

碱浸

除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物

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的灼烧就是为了除去可燃性杂质

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

1

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[对点训练]

1．(2015·全国卷Ⅰ节选)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：

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．(2018·石家庄二模)稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下：

已知：废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出) 成分含量/% Y2O3

ZnO Al2O3

PbO2

MgO 预处理前

24.28 41.82 7.81 1.67 0.19 预处理后

68.51 5.42 4.33 5.43 0.50 试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为________________________________。

3．某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下：

试回答在“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有___________________________________________________________(两条即可)。

命题点二、反应条件的控制

（2）滤渣1的主要成分除SiO2外还有___________；氧化除杂工序中ZnO的作用是____________，若不通入氧气，其后果是________________。

常见反应条件的控制及目的总结: 1．控制溶液的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的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

①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。

②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．控制反应的温度

(1)控制化学反应速率。

(2)控制平衡移动方向。

(3)控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。

(4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。

(5)防止或实现某物质水解或分解。

(6)使催化剂达到最大活性。

(7)防止副反应的发生。

2

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3．调节反应物的浓度

(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．控制反应体系的压强

(1)改变化学反应速率。(2)影响平衡移动的方向。

5．使用催化剂

加快反应速率，提高生产效率。

[对点训练]

1．(2018·全国卷Ⅰ节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

(1)pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。

(2)工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是____________________________。

2．碳酸锂(相对分子质量为74)广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业。制备流程如下：

已知：碳酸锂的溶解度(g·L－1)见下表。

温度/℃

0 10 20 30 40 50 60 80 100 Li2CO3

1.54 1.43 1.33 1.25 1.17 1.08 1.01 0.85 0.72 (1)硫酸化焙烧工业反应温度控制在250～300 ℃，主要原因是___________；

同时，硫酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则______(填字母)。

A．增加酸耗量

B．增加后续杂质的处理量

C．增加后续中和酸的负担

(2)水浸时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是

_______________________________________________________________ (3)“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是________________________ 过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4，还可能含有________。

命题点三、化学工艺流程题中方程式的书写

（3）溶液中的Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_________________。

方法总结:用离子方程式或化学方程式表示某个阶段的反应，是化学工艺流程题中的经典题型，涉及的物质一般是陌生物质，考查的内容一般是离子反应和氧化还原反应的结合，难度较大。

(一)理清离子反应的相关知识

1．化工流程题中主要涉及的5类离子反应

(1)难溶物溶解的离子反应

①ZnCO3溶于稀硫酸：ZnCO3＋2H＋=== Zn2＋＋H2O＋CO2↑

②Cr(OH)3溶于盐酸：Cr(OH)3＋3H＋===Cr3＋＋3H2O ③Al(OH)3溶于强碱：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O (2)沉淀转化的离子反应

①ZnS 转化为CuS：ZnS＋Cu2＋===CuS＋Zn2＋

②AgCl转化为AgI：AgCl＋I－===AgI＋Cl－

③Mg(OH)2转化为Fe(OH)3：

3Mg(OH)2＋2Fe3＋===2Fe(OH)3＋3Mg2＋

(3)同种元素在同种价态、不同pH条件下转化的离子反应

①CrO24－在酸性条件下转化为Cr2O27－：2CrO24－＋2H＋===Cr2O27－＋H2O ②V2O5在酸浸时转化为VO＋2：V2O5＋2H＋===2VO＋2＋H2O ③Cr(OH)3在碱性条件下转化为Cr(OH)4－：Cr(OH)3＋

OH－=== Cr(OH)4－

3

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(4)与量有关的离子反应

①向Ca(OH)2溶液中滴加NaHCO3溶液

NaHCO3溶液少量：HCO－3＋OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O NaHCO3溶液过量：2HCO－3＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO23－＋2H2O ②向NaHSO4溶液中滴加Ba(OH)2溶液

加Ba(OH)2溶液至SO24－恰好沉淀：H＋＋OH－＋SO24－＋Ba2＋===BaSO4↓＋H2O

加Ba(OH)2溶液至溶液呈中性：2H＋＋2OH－＋SO24－＋Ba2＋===BaSO4↓＋2H2O (5)涉及氧化还原反应的离子反应

①KMnO4与盐酸反应生成MnCl2和Cl2：

2MnO－4＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O ②碱性条件下NaClO将Fe(OH)3氧化为Na2FeO4：

2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO24－＋3Cl－＋5H2O ③置换反应

Zn+Cd2+Zn2++Cd 陌生氧化还原反应方程式书写的具体步骤

[对点训练]

1、

(2017·全国卷Ⅰ节选)27．（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，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为___________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42－形式存在，写出相应反应的离子方程式__________________。

（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式

。

2．(2018·全国卷Ⅲ节选)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：

(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

4

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“调pH”中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________命题点四、化学工艺流程题中物质的分离与提纯

例．(2017·全国卷Ⅲ节选)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―高温―

→Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2。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。

(2)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________。

方法总结：化学工艺流程题中物质的分离与提纯

(一)物质分离、提纯的六种物理方法

(二)分离提纯中的各种答题规范

1．判断沉淀剂过量的答题规范

沉淀剂过量的目的是使杂质离子沉淀完全。判断沉淀剂已过量的一般操作规范是把反应后的混合物静置一段时间，吸取少量上层清液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的沉淀剂，若没有沉淀生成，则证明沉淀剂已过量。

2．洗涤沉淀时的答题规范

由于沉淀生成时，表面吸附一定量的离子，因此，过滤后要进行沉淀的洗涤。洗涤规范是向过滤得到的沉淀上慢慢注入适量蒸馏水至刚好浸没沉淀，然后静置，让其自然流下，重复以上操作2～3次，直至洗涤干净。为了减少沉淀的溶解，可用冰水或有机溶剂洗涤。

3．检验沉淀洗涤干净的答题规范

检验沉淀是否洗涤干净，主要是检验洗涤液中是否还含有在溶液中吸附的离5

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子。一般的检验规范是取少量最后一次的洗涤液，置于一洁净的试管中，再滴加少量的检验试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。

4．溶液结晶答题规范

从溶液中得到带结晶水的晶体的规范是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

5．除杂答题规范

在书写某一步骤是为了除杂时，应该规范回答，“是为了除去××杂质”，“除杂”等一类万能式的回答是不能得分的。

[对点训练]

SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。

回答下列问题：

(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。

(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是

(3)已知室温下Mn(OH)2的Ksp＝4.5×10－13，向MnSO4溶液中滴加氨水使溶液的pH＝10，请列式计算，判断此时溶液中Mn2＋是否沉淀完全：___________________________

玉田二中高三化学二轮专项（模块）复习出题专用纸II

课堂检测

1．电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。以下是从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程图：

(1)氯金酸(HAuCl4)中Au的化合价为________。

(2)铜阳极泥氧化时，采用低温焙烧而不采用高温焙烧的原因是_____________________

(3)“焙烧渣”在“①酸浸”时发生反应的离子方程式为

_____________________________________________________________________ (4)“②浸金”反应中，H2SO4的作用为________，该步骤的分离操作中，需要对所得的AgCl进行水洗。简述如何判断AgCl已经洗涤干净？___________________________________

(5)氯金酸(HAuCl4)在pH为2～3的条件下被草酸还原为Au，同时放出二氧化碳气体，则该反应的化学方程式为_________________________________________________________

(6)甲醛还原法沉积银，通常在搅拌下于室温及弱碱性条件下进行，甲醛被氧化为碳酸氢根离子，则该反应的离子方程式为_________________________________________________ 2．(2018·合肥质检)高铁酸钾(K2FeO4)是新型多功能水处理剂。其生产工艺如图1所示：

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回答下列问题：

(1)反应①应在温度较低的情况下进行，因温度较高时NaOH与Cl2反应生成NaClO3，写出温度较高时反应的离子方程式：______________________________________________ (2)在溶液Ⅰ中加入NaOH固体的目的是__________(填字母)。

A．与溶液Ⅰ中过量的Cl2继续反应，生成更多的NaClO B．NaOH固体溶解时会放出较多的热量，有利于提高反应速率

C．为下一步反应提供碱性的环境

D．使NaClO3转化为NaClO (3)反应的温度、原料的浓度和配比对高铁酸钾的产率都有影响。图2为不同的温度下，不同质量浓度的Fe(NO3)3对K2FeO4生成率的影响；图3为一定温度下，Fe(NO3)3质量浓度最佳时，NaClO浓度对K2FeO4的生成率的影响。

工业生产中最佳温度为________，Fe(NO3)3与NaClO两种溶液的最佳质量浓度之比为________。

(4)反应③的离子方程式为

往溶液Ⅱ中加入饱和KOH溶液得到湿产品的原因是

_____________________________________________________________

(5)高铁酸钾作为水处理剂是能与水反应的，其离子反应是：

4FeO24－＋10H2O===4Fe(OH)3(胶体)＋3O2↑＋8OH－

则其作为水处理剂的原理是：

①______________________________________________________________ ②______________________________________________________________。

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