1、金属及其化合物金属及其化合物第三章第三章综合课综合课2无机化工流程题的解题指导无机化工流程题的解题指导化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣纯
2、等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型。化学命题的常考题型。1流程图模式流程图模式规律：规律：箭头指出是原料，箭头指向是产物。主线主产品、分支副产品、回头为箭头指出是原料，箭头指向是产物。主线主产品、分支副产品、回头为循环。循环。2常见设问角度常见设问角度(1)化学方程式或离子方程式的书写。化学方程式或离子方程式的书写。(2)物质成分的判断。物质成分的判断。(3)除杂试剂的选择。除杂试剂的选择。(4)物
3、质分离提纯操作。物质分离提纯操作。(5)反应条件的控制。反应条件的控制。(6)产率的计算、纯度的计算。产率的计算、纯度的计算。一、操作方法解读一、操作方法解读类型一物质制备类化工流程题类型一物质制备类化工流程题1对原料进行预处理的常用方法及其作用对原料进行预处理的常用方法及其作用(1)研磨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，加快反减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。应速率。(2)水浸水浸与水接触反应或溶解。与水接触反应或溶解。(3)酸浸酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物
4、通过过滤除去。去。(4)灼烧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。是为了除去可燃性杂质。(5)煅烧煅烧改变结构，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。解，如煅烧高岭土。2常用的控制反应条件的方法常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物所需的物质一般应满足两点：质一般应满足两点：能与能与H反应，使溶液
5、反应，使溶液pH增大；增大；不引入新杂质。不引入新杂质。例如：若要除去例如：若要除去Cu2中混有的中混有的Fe3，可加入，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物等物质来调节溶液的质来调节溶液的pH，不可加入，不可加入NaOH溶液、氨水等。溶液、氨水等。(2)控制温度。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。控制温度。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。(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。趁热过滤。防止某物质降温时会析出。(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。冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少
6、晶体在洗涤过程中的溶解损耗。类型二提纯类化工流程题类型二提纯类化工流程题1明确常用的提纯方法明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的法：如除去酸性溶液中的Fe3等。等。2明确常用的分离方法明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物
7、，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用用CCl4或苯萃取溴水中的溴。或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O
8、、FeSO47H2O等。等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。混合气体中的氨气。二、答题模板二、答题模板1除杂：除去除杂：除去中的中的2干燥：除去干燥：除去气体中的水蒸气，防止气体中的水蒸气，防止3增大原料浸出率增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体
9、的流速浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。，增大气液或固液接触面积。4加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生一般是有利于生成物生成的方向成的方向)移动。移动。5温度不高于温度不高于的原因，适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发的原因，适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如如浓硝酸浓硝酸)、分解、分解(如如H2O2、NH4HCO3)、氧化、氧化(如如Na2SO3)或促进水解或促进水解(如如AlCl3)等，影等，影响产品的生成。响产品的生成。6从滤液中提取一般晶体从滤液中提取一般晶体(
10、溶解度随温度升高而增大溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩的方法：蒸发浓缩(至少至少有晶膜出现有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗冰水洗、热水洗、乙醇洗)、干燥。、干燥。7从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤，如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来、洗涤、干蒸发浓缩、趁热过滤，如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来、洗涤、干燥。燥。8控制某反应的控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀
11、，调节pH所用试剂所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱，以避免引入新的杂质；pH分离时的范围分离时的范围确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。9减压蒸馏减压蒸馏(减压蒸发减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如如H2O2、浓硝酸、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。受热分解、挥发。10检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液
12、静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。11洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作后，重复操作23次。次。12检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。13洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表
13、面的可溶性杂质。14冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。减少其在洗涤过程中的溶解损耗。15乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。损耗，得到较干燥的产物。16蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时溶液时为获得为获得AlCl3需在需在HCl气流中进行。气流中进行。17事先煮沸溶液的原因
14、：除去溶解在溶液中的事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的(如氧气如氧气)防止某物质被氧化。防止某物质被氧化。1(2017全国卷全国卷，27)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制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备，铬铁矿的主要成分为FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：2 7 陶瓷在高温下会与陶瓷在高温下会与Na2CO3反应反应 Fe Al(OH)3 小小(5)某工厂用某工厂用m1 kg铬铁矿粉铬铁矿粉(含含Cr2O3 40%)制制备备K2Cr2O7，最终得到产品，最终得到产品m2 kg，产率为
15、，产率为_。(4)有关物质的溶解度如图所示。向有关物质的溶解度如图所示。向“滤液滤液3”中加入适量中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到固体。冷却到_(填标号填标号)得到的得到的K2Cr2O7固体产品固体产品最多。最多。a80b60c40d10步骤步骤的反应类型是的反应类型是_。d 复分解反应复分解反应(1)氯化过程：氯化过程：TiO2与与Cl2难以直接反应，加碳生成难以直接反应，加碳生成CO和和CO2可使反应得以进可使反应得以进行。行。已知：已知：TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(g)O2(g)H1175.4 kJmol
16、12C(s)O2(g)=2CO(g)H2220.9 kJmol1沸腾炉中加碳氯化生成沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和和CO(g)的热化学方程式：的热化学方程式：_。氯化过程中氯化过程中CO和和CO2可以相互转化，根据可以相互转化，根据如图判断：如图判断：CO2生成生成CO反应的反应的H_0(填填“”“”“”“”“”)，判断依据：，判断依据：_。TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(g)2CO(g)H45.5 kJmol1 随温度升高，随温度升高，CO含量增大，说明生成含量增大，说明生成CO的的反应是吸热反应反应是吸热反应 氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的氯化反应的尾气须
17、处理后排放，尾气中的HCl和和Cl2经吸收可得粗盐酸、经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是溶液，则尾气的吸收液依次是_。氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有混合液，则滤渣中含有_。(2)精制过程：粗精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯经两步蒸馏得纯TiCl4。示意图如下：。示意图如下：物质物质a是是_，T2应控制在应控制在_。H2O、FeCl2溶液、溶液、NaOH溶液溶液 MgCl2、AlCl3、FeCl3 SiCl4 高于高于136，低于，低于181 氯化反应的尾气中含有氯化反应的尾气中含有HCl和和Cl2，经吸收得
18、到粗盐酸、，经吸收得到粗盐酸、FeCl3溶液，可用水溶液，可用水吸收吸收HCl得到粗盐酸，用得到粗盐酸，用FeCl2溶液吸收溶液吸收Cl2得到得到FeCl3溶液，最后用溶液，最后用NaOH溶液吸收溶液吸收未被吸收的未被吸收的HCl和和Cl2，防止污染环境，故尾气吸收液依次为水、，防止污染环境，故尾气吸收液依次为水、FeCl2溶液、溶液、NaOH溶液。溶液。由由TiCl4及所含杂质氯化物的性质表格数据可知，氯化产物冷却至室温，及所含杂质氯化物的性质表格数据可知，氯化产物冷却至室温，AlCl3、FeCl3和和MgCl2均变成固体，均变成固体，SiCl4和和TiCl4为液体，故过滤所得滤渣中含有为液
19、体，故过滤所得滤渣中含有AlCl3、FeCl3和和MgCl2。(2)粗粗TiCl4中含有中含有SiCl4，由于，由于TiCl4的沸点高于的沸点高于SiCl4，故经过蒸馏塔一进行蒸馏，故经过蒸馏塔一进行蒸馏后可除去后可除去SiCl4，物质，物质a为为SiCl4。经蒸馏塔二进行蒸馏后得到纯。经蒸馏塔二进行蒸馏后得到纯TiCl4，而使其他杂质，而使其他杂质留在物质留在物质b中，故中，故T2应控制在应控制在136181。3(2017江苏卷，江苏卷，19)某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量某科研小组采用如下方案回收一种光盘金属层中的少量Ag(金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略金属
20、层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略)。水浴加热水浴加热 (2)NaClO溶液与溶液与Ag反应的产物为反应的产物为AgCl、NaOH和和O2，该反应的化学方程式为，该反应的化学方程式为_。HNO3也能氧化也能氧化Ag，从反应产物的角度分析，以，从反应产物的角度分析，以HNO3代替代替NaClO的缺点是的缺点是_。(3)为提高为提高Ag的回收率，需对的回收率，需对“过滤过滤”的滤渣进行洗涤，并的滤渣进行洗涤，并_。(4)若省略若省略“过滤过滤”，直接向冷却后的反应容器中滴加，直接向冷却后的反应容器中滴加10%氨水，则需要增加氨水，则需要增加氨水的用量，除因过量氨水的用量，除因过量NaClO与
21、与NH3H2O反应外反应外(该条件下该条件下NaClO3与与NH3H2O不反不反应应)，还因为，还因为_。4Ag4NaClO2H2O=4AgCl4NaOHO2 会释放出氮氧化物会释放出氮氧化物(或或NO、NO2)，造成环境污染，造成环境污染 将洗涤后的滤液合并入过滤将洗涤后的滤液合并入过滤的滤液中的滤液中 (5)请设计从请设计从“过滤过滤”后的滤液中获取单质后的滤液中获取单质Ag的实验方案：的实验方案：_ _(实实验中须使用的试剂有：验中须使用的试剂有：2 molL1水合肼溶液，水合肼溶液，1 molL1H2SO4)。向滤液中滴加向滤液中滴加2 molL1水合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用水
22、合肼溶液，搅拌使其充分反应，同时用1 molL1 H2SO4溶液吸收反应溶液吸收反应中放出的中放出的NH3，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥，待溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤、洗涤，干燥4(2017全国卷全国卷，26)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：钙含量的过程如图所示：回答下列问题：回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，
23、还需加入几滴硝在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是酸。加入硝酸的目的是_，还可使用还可使用_代替硝酸。代替硝酸。将样品中可能存在的将样品中可能存在的Fe2氧化为氧化为Fe3 H2O2 SiO2(或或H2SiO3)SiO24HF=SiF42H2O(或或H2SiO34HF=SiF43H2O)防止胶体生成，易沉淀分离防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 45.0%解析：解析：(1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节加入氨水调节pH45
24、，目的是除去，目的是除去Al元素和元素和Fe元素，而在此元素，而在此pH范围内，范围内，Fe元素元素只有转化为只有转化为Fe3才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2氧化为氧化为Fe3；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。(2)水泥样品中的水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有SiO2(或反应生成的或反应生成的H2SiO3)不溶于不溶于盐酸，所以沉淀盐酸，所以沉淀A的主要成分是的主要成分是SiO2(或或H2SiO3)。Si
25、O2(或或H2SiO3)不与强酸反应，但不与强酸反应，但可溶于氢氟酸中，反应的化学方程式为可溶于氢氟酸中，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O(或或H2SiO34HF=SiF43H2O)。1审题步骤审题步骤(4)“在空气中或在其他气体中在空气中或在其他气体中”主要考虑主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判断沉淀是否洗净判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检验某物质的设计方案检验某物质的设计方案”通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。生某现象，然后得出结论。(7)“控制控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用某些有机试剂清洗用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。提高利用率等。谢谢观看
