1、必备知识 整合 关键能力 突破 微专题微专题4 4元素及其化合物在工元素及其化合物在工 业流程题中的考查业流程题中的考查 必备知识 整合 关键能力 突破 无机工业流程题是以真实的工业生产过程为背景,以体现学生能力立意的命题 为指导思想,综合考查学生的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解 决问题的能力;以元素化合物的性质知识为载体,综合氧化还原、强弱电解质、 平衡移动原理、电化学、物质结构等理论知识以及实验的基本操作,对考生的 思维能力进行综合考查。其题型结构特点、呈现形式、设问角度如下图所示: 必备知识 整合 关键能力 突破 必备知识 整合 关键能力 突破 典型案例典型案例 例例(202
2、0山东,16,12分)用软锰矿(主要成分为MnO2,含少量Fe3O4、Al2O3)和 BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下: 必备知识 整合 关键能力 突破 已知:MnO2是一种两性氧化物;25时相关物质的Ksp见下表。 物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2 Ksp110-16.3110-38.6110-32.3110-12.7 回答下列问题: (1)软锰矿预先粉碎的目的是增大接触面积,充分反应,提高反应速率, MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为MnO2+BaS+H2O Ba(OH)2+MnO+S。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)保持BaS投料
3、量不变,随MnO2与BaS投料比增大,S的量达到最大值后无明 显变化,而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小,减小的原因是过量的MnO2消 耗了产生的Ba(OH)2。 (3)滤液可循环使用,应当将其导入到蒸发操作中(填操作单元的名称)。 (4)净化时需先加入的试剂X为H2O2(填化学式),再使用氨水调溶液的pH, 则pH的理论最小值为4.9(当溶液中某离子浓度c1.010-5molL-1时,可认 为该离子沉淀完全)。 (5)碳化过程中发生反应的离子方程式为Mn2+HC+NH3H2OMnCO3+ N+H2O。 3 O 4 H 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)预先粉碎软锰矿,可以增大
4、接触面积,充分反应,从而提高反应速率 和原料的利用率。从题给流程图中可以看出,MnO2和BaS溶液反应除生成 MnO外,还生成S和Ba(OH)2,根据得失电子守恒和原子守恒可得反应的化学 方程式为MnO2+BaS+H2OMnO+Ba(OH)2+S。(2)由题给信息可知MnO2 是一种两性氧化物,故可与Ba(OH)2反应,Ba(OH)2的量会减少。(3)蒸发结晶析 出Ba(OH)2,过滤后,滤液是饱和的Ba(OH)2溶液,其中含有Ba(OH)2,为循环使 用,可将其导入到蒸发操作中。(4)为除尽Fe2+,可加入H2O2将其氧化为Fe3+。 由题表中相关物质的Ksp可知,Fe3+完全沉淀需要的pH
5、比Al3+完全沉淀所需pH 小,溶液pH只需达到Al3+完全沉淀所需pH即可;设Al3+恰好完全沉淀时溶液中 必备知识 整合 关键能力 突破 OH-浓度为xmolL-1,则1.010-5x3=110-32.3,x=10-9.1,pOH=9.1,pH=14-9.1=4.9。 (5)碳化过程中生成MnCO3的反应为Mn2+HCMnCO3+H+,生成的H+ 再和所加氨水反应生成N,故反应的离子方程式为Mn2+HC+NH3H2O MnCO3+N+H2O。 3 O 4 H 3 O 4 H 必备知识 整合 关键能力 突破 规律方法规律方法 该题设计了通过软锰矿制备高纯MnCO3的流程,着重考查了原料转化为
6、产品 的生产原理、除杂并分离提纯产品;物质的循环使用,节约经济成本,提高产 量和产率;物质的推断;陌生离子方程式的书写;Ksp的相关计算等知识。解答 该类题的解题思路如下: 必备知识 整合 关键能力 突破 1.阅读题干和题目的问题(带着问题去阅读),能做到: (1)明确流程的目的; (2)利用首尾分析法,粗略判断要除去的杂质(可以从物质的角度、离子的角 度、元素的角度); (3)将问题和工艺流程图相结合,看所涉及的物质是否熟悉,从这两个方面来 决定是否要掌握流程中每一步产生的物质的情况。 2.分段分析,前后联系推断物质。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2020江西名校联考)镓是制作高性能半
7、导体的重要原料。工业上常从锌矿 冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物, 利用该矿渣制镓的工艺流程如下: 必备知识 整合 关键能力 突破 已知:镓在元素周期表中位于第四周期第A族,化学性质与铝相似。 lg20.3,lg30.48。 部分物质的Ksp如下表所示。 物质Zn(OH)2Ga(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3 Ksp1.610-172.710-31810-162.810-39 (1)滤渣1的主要成分是SiO2、PbSO4(写化学式)。 (2)加入H2O2的目的是2Fe2+H2O2+2H+2Fe3+2H2O(用离子方程式表 示)。 必备知识 整合
8、关键能力 突破 (3)调pH的目的是使Fe3+、Ga2+沉淀完全而Zn2+不沉淀;室温条件下,若浸 出液中各阳离子的浓度均为0.01mol/L,当溶液中某种离子浓度小于110-5 mol/L时即认为该离子已完全除去,则pH应调节的范围为5.48pH6.6。 (4)操作D包括:蒸发浓缩,冷却结晶,过滤、洗涤、干燥。 (5)制备、精炼金属Ga。 电解法制备金属镓。用惰性电极电解NaGaO2溶液即可制得金属镓,写出阴 极电极反应式:Ga+2H2O+3e-Ga+4OH-。 2 O 必备知识 整合 关键能力 突破 电解法精炼金属镓(粗镓中含Zn、Fe、Cu等杂质,已知氧化性:Zn2+Ga2+ Fe2+K
9、spFe(OH)3,Ga3+完全沉淀时Fe3+也 已经完全沉淀,浓度小于110-5mol/L,c(OH-)=mol/ sp3 3 3 () (Ga ) KGa OH c 31 3 5 2.7 10 1 10 必备知识 整合 关键能力 突破 L=310-9mol/L,c(H+)=10-5mol/L,pH=-lg=5.48,Zn2+开始沉淀时 c(OH-)=mol/L=410-8mol/L,c(H+)=10-6mol/L, pH=-lg=6.6,则pH应调节的范围为5.48pH6.6。(4)操作D包括:蒸发 浓缩,冷却结晶,过滤、洗涤、干燥等。(5)电解NaGaO2溶液制备Ga,Ga元素 的化合价
10、由+3降为0,Ga转化为Ga,为还原反应,电解时还原反应在阴极发生, 阴极的电极反应式为Ga+2H2O+3e-Ga+4OH-。电解精炼镓时粗镓 与电源的正极相连,已知离子氧化性:Zn2+Ga2+Fe2+ GaFeCu,则阳极上Zn、Ga失电子进入电解质溶液,Fe、Cu以金属单质进入 1 3 5 1 10 3 sp2 2 () (Zn) KZn OH c 17 1.6 10 0.01 1 4 6 1 10 4 2 O 2 O 必备知识 整合 关键能力 突破 电解质溶液,则阳极泥成分是Fe、Cu,阴极上Ga得电子发生还原反应生成 Ga,电极反应式为Ga+2H2O+3e-Ga+4OH-;甲烷燃料电池负极电极反应 为CH4+10OH-8e-C+7H2O,所以标准状况下: 8Ga3CH4 870g322.4L 56.0g6.72L 但是电解精炼镓时能量的利用率达不到100%,实际所消耗标准状态下的CH4 体积大于6.72L。故A、C说法正确。 2 O 2 O 2 3 O
