第二单元 溶液的酸碱性优秀公开课教案

泉州市公开课：2018届高三化学二轮专题复习

《化工流程题的解题策略》

2018.5.16

【教学目标】 知识目标：1、了解化学与科学、技术、社会的相互关系，了解在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。

2、掌握中学化学基本理论、元素化合物、实验基本操作的方法。 能力目标：培养学生获取信息的能力、解决问题的能力、化学用语的表达能力。 情感态度价值观：通过流程题中的化工生产与化学知识的整合渗透，树立科学的解题思想。 【教学方法】归纳、总结、交流、讨论 【教学辅助】多媒体 【教学过程】 一、化工流程题的特点 （怎么考？）

1、工业生产流程的主要框架：原料→I预处理→II分离提纯→III核心反应→产品 2、试题本质：从混合物中提取纯净物。 3、核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、核心的化学反应、产品分离提纯。 化工流程题常常在哪些地方设问？

(1）据流程图或题目提供的反应物和部分生成物书写陌生情景的方程式； （2）滤渣的成分； （3）滤液的成分；

（4）核心反应条件的控制和原因；

（5）选择化学除杂试剂及原因； （6）调PH值的范围及试剂的选择；

（7）常用的分离方法、实验操作及相关实验仪器；

（8）流程中的物质转化和循环

（9）有关平衡的问题

（10）相关化学计算 二、解答化工流程题 （怎么做？）

此类试题的题干通常包括文字说明、工艺（实验）流程以及供参考的数据（以表格、图像等呈现）。 （一）读题 1、①先粗读：明确原料、明确杂质、明确目标产品。先不必把每个环节的原理都搞清楚。

②后针对问题再精读：根据题目去分析具体细节，研究某一步或某一种物质。 【注】：在答题时应注意：前一问题回答不了，并不一定会影响后面的问题。 2、读流程图的方法：抓箭头：①主线主产品；②支线副产品；③回头循环品。 3、思考要有方向——在化学基础理论框架下，结合实际问题进行思考。

常用思考方法：

①反应原理：复分解、氧还反应发生的条件，书写原则等

②提高原料利用率：利用好副产品、循环使用原料、能量尽可能利用。

③反应速度：化学反应速率（措施有粉碎、加热、增大浓度、搅拌等） ④提高产率：化学平衡向右移动。

⑤提高产品纯度：产品的分离、提纯等实验基本操作问题。

⑥绿色环保：反应物尽可能无毒无害无副作用，“三废”的处理，涉及绿色化学问题。

（二）样品的预处理

：

粉碎、煅烧、溶解等

①粉碎的目的：增大接触面积，加快反应速率（反应快）；或使反应更完全。

②煅烧的目的：(A)除去有机物杂质或者碳的杂质（如题意告知该矿样中含C或有机物杂质）；或(B)使一些具有还原性的物质被空气中氧气氧化、分解（思考样品成分中是否有具有还原性的物质，且看在整个流程中是否需要被氧化）；

或(C)改变矿样的结构，使其在后面的酸溶（或碱溶或水溶）中更易溶解。

③溶解：（有酸溶、碱溶、水溶；又叫酸浸、碱浸、水浸） 酸浸目的：与酸反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。

碱浸目的：与碱反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。 水浸目的：使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。

1

【思考】提高浸出率的措施通常有哪些？粉碎、搅拌、升温、增大酸（或碱）浓度。 （三）、控制反应条件（重要） 1、调节pH：控制溶液的酸碱性使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。

调节PH除杂：（一般是除Fe2+、Fe3+） （1）、除Fe2+要将其氧化成Fe3+，氧化剂可选择H2O2、Cl2、HNO3、NaClO或氯水，到底选择谁，要据具体的题景来选择； （2）调PH所加试剂：一般是含被提纯物质中的金属阳离子对应的a、金属；b、金属氧化物；c、金属氢氧化物；d、金属碳酸盐（总之，这些物质要能与H+反应，又难溶于水，这样可即使过量而又不会引入新的杂质离子），有时候也可能加NaOH或氨水来调PH ，要据题意具体分析（一般是加的Na+、NH4+不会在后续的程序中难以分离） ＋＋【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 。

（3）调PH的调节范围：据题意告知的某离子完全沉淀或开始沉淀的PH数据来选择，不能随意更改，应该是题目中原始数据的组合。 【例如】已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH（如下表所示）物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)3 2.7 ~ 3.7 Fe(OH)2 7.6 ~ 9.6 Mn(OH)2 8.3 ~ 9.8 ＋＋问题：若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？ ＋＋先加双氧水把Fe2氧化成Fe3，再调节3.7≤PH＜8.3 2、保持酸过量（酸化）的目的：通常是抑制某金属阳离子的水解。 3、温度的控制（可用水浴或冰水浴或油浴来控制） a、冰水浴目的：通常防止某种物质温度过高时会分解或挥发或溶解； b、水浴目的：通常防止某种物质温度过高时会分解或挥发也可能是为了使某物质达到

沸点挥发出来，具体问题要具体分析。如侯德榜制碱中，将CO2通入NaCl的氨溶液中，保持溶液的温度为（30+2）℃，可得NaHCO3晶体，温度控制在这个范围，目的就是防止NaHCO3分解。而在Br2的制取过程中，出溴口的温度控制在80～90℃，目的就是要使Br2挥发出来而又减少水蒸气混入Br2中。 c、使催化剂的活性达到最好：如工业合成氨或工业SO2氧化为SO3时，选择的温度是500℃左右，原因之一就是使催化剂的活性达到最高。 d、防止副反应的发生：如乙醇的消去反应温度要控制在170℃，原因是就是在140℃时会有乙醚产生。 e、对于一些工艺来说，降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的要求。 4、改变压强：加快反应速率，或促进化学平衡向某个方向移动。

（四）物质的分离和提纯的方法及目的

：

①结晶（重结晶)：固体物质从溶液中析出的过程。

②过滤：固、液分离（主要仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒） ③趁热过滤：防止某物质降温时会析出。 ④洗涤：通常有水洗、冰水洗涤、醇洗。

水洗目的：洗去晶体表面的杂质离子（适用于溶解度小的溶质）。

冰水洗涤目的：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。

（适用于高温溶解度大、低温溶解度小的溶质）。 醇洗目的：（常用于溶解度较大的溶质）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。（若对溶解度小的溶质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使尽快干燥。 ⑤蒸馏：液、液分离（主要仪器：蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、尾接管） ⑥蒸发：利用加热的方法，使溶液中溶剂不断挥发而析出溶质（晶体）的过程。

（实验仪器：蒸发皿、铁架台、玻璃棒、坩埚钳、酒精灯）。

2

三、典例分析：

1、（2017.3龙岩市质检）湿法炼锌产生的铜镉渣主要含锌、铜、铁、镉（Cd）、钴（Co）等单质。一种由铜镉渣生产金属镉的流程如下：

稀硫酸铜镉渣浸出铜渣Zn、As2O3除钴含钴废渣KMnO4、ZnO除铁MnO2Fe(OH)3电解电解废液

镉单质下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为0.1 mol·L-1计算）：

氢氧化物

开始沉淀的pH 沉淀完全的pH

（1）提高酸浸速率的措施有_____________________________。（答两条）

（2）除钴过程中，锌粉会与As2O3形成微电池产生AsH3，该微电池的电池反应式为

。

（3）除铁时先加入适量KMnO4，再加入ZnO。

①KMnO4的作用是

。（用离子反应方程式表示）

②ZnO的作用是

。

（4）净化后的溶液用惰性电极电解可获得镉单质，电解的离子方程式为________________________；

电解废液中可循环利用的溶质是

。

（5）利用反应CaCO3 (s)+ Cd2+ (aq)

CdCO3(s)+ Ca2+ (aq)，可除去工业废水中的Cd2+，若反Fe(OH)3

1.5 3.3 Fe(OH)2

6.5 9.9 Cd(OH)2

7.2 9.5 应达到平衡后溶液中c(Ca2+)=0.1 mol·L-1，此时溶液中c(Cd2+)=

mol·L-1。

[已知：Ksp(CaCO3)=2.8×10，Ksp(CdCO3)=5.04×10] -9-13

参考答案：

（1）升高温度；增大硫酸浓度；将铜镉渣粉碎、搅拌等（2分）

（2）6Zn+As2O3+6H2SO4=6ZnSO4+2AsH3↑+3H2O （2分）

（3）①MnO4-+3Fe2++4H+=MnO2↓+3Fe3++2H2O（2分）

②调节溶液p H在3.3~7.2之间，确保Fe3+沉淀完全。（2分）

（说明：没写出pH值范围，只得1分）

（4）2Cd2++H2O=2Cd+O2↑+4H+（2分）；H2SO4（2分）（5）1.8×10-5（2分）

3

四、当堂练习：

1、（2017.3南平市质检）炼铁高炉的烟尘中主要含有Fe2O3和FeO，还含有少量的CuO、ZnO、SiO2等物质。通过下列步骤可从烟尘中得到有用物质。

已知：25 ℃，Ksp [Fe(OH)3]=4×10-38

Kb(NH3·H2O)=1.75×10-5 （1）“酸浸”步骤中所用的硫酸浓度太高会产生SO2有害气体，但也不能太低，理由是：

。

（2）已知“氧化”步骤中1molMnO2得到2 mole-，写出反应的离子方程式：

。

能判断氧化是否完全的试剂是

（填标号）。

A. 氯水

B. 硫氰酸钾溶液

C. 高锰酸钾酸性溶液

D. 氢氧化钠溶液

（3）

“除铁”步骤中用氨水将溶液的pH调节到5，若温度为25℃，溶液中

c (Fe3+)=

mol·L-1，c (NH4+) / c (NH3·H2O)=

。

（4）

“除锰”步骤中还原产物为K2SO4，则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比

为

。

（5）

“还原”步骤中X是

。

（6）

电解ZnSO4溶液的装置如图所示。阳极的电极反应式

是

。

2、（2017江苏四市联考）实验室以软锰矿（主要成分为Mn02,还有少量FeO、Fe203、MgO和Al2O3杂质）为原料制备高锰酸钾的流程如下图：

(1)“酸浸”需要加热的目的是

。

此过程中发生反应的离子方程式是

。(任写一条）

(2) “熔融”过程中，Mn02被KC103氧化成K2Mn04。

4

①该反应的化学方程式为

。

②加入KC103应过量的原因除了提高MnO2利用率，还有

。

③将适量KClO3和KOH混合均匀后在坩埚内高温反应，应选用坩埚为

。(选填序号）

a.石英坩埚

b.铁坩埚

c.氧化铝坩埚

(3)己知：①MnO42-只存在于强碱环境(pH>13.5)中，当pH降低时，MnO42-会歧化为

MnO4- 和Mn02；②饱和碳酸钾溶液的pH约为12.3，饱和碳酸氢钾溶液的pH约为8.8；③相关物质的溶解度曲线如下图。

请补充完整：

由浸取液制备KMn04晶体的实验方案：向浸取液中缓缓通入C02 ，将溶液的PH值调至

，

，

，低温烘干得KMn04晶体。

参考答案：

1、（1）浓度太低，酸浸速率慢（2分）（2）2Fe2++MnO2+4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O（3分）C （1分）

（3）4×10-11

（1分）

1.75×104

（1分）

（4）1:1 （2分）（5）锌（2分）

（6）4OH— -4e-＝O2↑+2H2O

（或2 H2O -4e-＝O2↑+4H+）（3分）

2、

5

五、课后作业：

3．孔雀石主要含Cu2（OH）2CO3，还含少量铁的化合物和硅的化合物。以孔雀石为原料可制备CuCl2·3H2O及纯碱，流程如下图。

且知：溶液A只含Cu2+、Fe2+、Fe3+三种金属离子，且三种离子沉淀的pH如表所示。

金属离子

pH 氢氧化物开始沉淀

氢氧化物完全沉淀

Fe

1.9 3.2 3+Fe

7.0 9.0 2+Cu

4.7 6.7 2+

回答下列问题：

（1）图中“试剂1”为

。

（2）加入CuO作用是调节溶液pH，

则pH的范围为

。

（3）气体E、F与饱和食盐水作用生成H和G时，E和F应按一定先后顺序通入饱

和食盐水中。其中，应先通入气体是

（填代号及对应物质的化学式）

（4）由溶液C获得CuCl2·3H2O，需要经过

、

、过滤等操作。

（5）已知：常温下Cu(OH)2的Ksp＝2×10-20。

计算Cu2++2H2O

6

Cu(OH)2 +2H+

反应平衡常数

。

4．镍及其化合物用途广泛。某矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，以下是从该矿渣中回收NiSO4的工艺路线：

矿渣

(NH4)2SO4

研磨

600℃焙烧

95℃热水

浸泡

浸渣

浸出液

NaF 除钙

废渣

萃取剂

无机相

萃取

有机相（再生后循环利用）

…

NiSO4

已知：(NH4)2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2(SO4)3。锡（Sn）位于第五周期第ⅣA族。

（1）焙烧前将矿渣与(NH4)2SO4混合研磨，混合研磨的目的是________________________。

（2）“浸泡”过程中Fe2(SO4)3生成FeO(OH)的离子方程式为：

______________________________________________________________，

“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)外还含有______

__（填化学式）。

（3）为保证产品纯度，要检测“浸出液”的总铁量：取一定体积的浸出液，用盐酸酸化后，加入SnCl2将Fe3+还原为Fe2+，所需SnCl2的物质的量不少于Fe3+物质的量的________倍；除去过量的SnCl2后，再用酸性K2Cr2O7标准溶液滴定溶液中的Fe2+，还原产物为Cr3+，滴定时反应的离子方程式为：

_____________________________________________。

（4）“浸出液”中c(Ca2+) = 1.0×103mol·L1，当除钙率达到99%时，溶液中c(F) = ______ mol·L1。

－－－－[已知Ksp (CaF2)=4.0×10－11] （5）本工艺中，萃取剂与溶液的体积比（V0/VA）对溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影响如图所示，V0/VA的最佳取值是________。

100

80

Ni2+ Fe2+ 萃取60

率/% 40

20

0

0.1

0.2

V0/VA

0.3

0.4

7