1、突破全国卷专题讲座突破全国卷专题讲座(四四) 无机化学工艺流程题的解题策略无机化学工艺流程题的解题策略 专题三专题三 元素及其化合物元素及其化合物 专题三专题三 元素及其化合物元素及其化合物 命题趋势命题趋势 化学工艺流程题充分体现元素化合物与自然界化学工艺流程题充分体现元素化合物与自然界和社会生活和社会生活 的密切联系的密切联系，体现其社会应用价值。此外体现其社会应用价值。此外，这类题目能考这类题目能考 查学生的化学基础知识和基本技能查学生的化学基础知识和基本技能，又有较好的区分度又有较好的区分度， 受到命题者的青睐。该类试题有如下几个命题角度：受到命题者的青睐。该类试题有如下几个命题角度：
2、 角度二角度二 反应条件反应条件 反应反应 条件条件 条件作用或目的条件作用或目的 调节调节 溶液溶液 的的 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 所需的物质一般应满足两点：能与所需的物质一般应满足两点：能与 H 反应 反应，使溶液使溶液 pH 增大；不引入新的杂质增大；不引入新的杂质 控制控制 温度温度 根据需要升温或降温根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需改变反应速率或使平衡向需要要 的方向移动的方向移动 反应条件反应条件 条件作用或目的条件作用或目的 控制压强控制压强 改变反应速率改变反应速率，使平衡向需要的方向移动使平
3、衡向需要的方向移动 使用催化剂使用催化剂 加快反应速率加快反应速率，缩短达到平衡的时间缩短达到平衡的时间 趁热过滤趁热过滤 防止某物质降温时会大量析出防止某物质降温时会大量析出 冰水洗涤冰水洗涤 洗去晶体表面的杂质离子洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗并减少晶体在洗 涤过程中的溶解损耗涤过程中的溶解损耗 角度三角度三 提纯方法提纯方法 提纯方法提纯方法 目的目的 水溶法水溶法 除去可溶性杂质除去可溶性杂质 酸溶法酸溶法 除去碱性杂质除去碱性杂质 碱溶法碱溶法 除去酸性杂质除去酸性杂质 氧化剂或还原剂法氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质除去还原性或氧化性杂质 加热灼烧法加热灼烧法 除去
4、受热易分解或易挥发的杂质除去受热易分解或易挥发的杂质 调节调节 pH 法法 如除去酸性铜盐溶液中的如除去酸性铜盐溶液中的 Fe3 等 等 角度四角度四 分离方法分离方法 (1)过滤：过滤：分离难溶物和易溶物分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过根据特殊需要采用趁热过 滤或者抽滤等方法。滤或者抽滤等方法。 (2)萃取和分液：萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度不利用溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度不 同提取分离物质同提取分离物质，如用如用 CCl4或苯萃取溴水中的溴。或苯萃取溴水中的溴。 (3)蒸发结晶：蒸发结晶： 提取溶解度随温度变化不大的溶质提取溶解度随温度变化不大的溶质， 如如
5、 NaCl。 (4)冷却结晶：冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解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 物的 溶 质 或 结 晶 水 合 物 ， 如如 KNO3、 FeCl3、 CuCl2、 CuSO45H2O、FeSO47H2O 等。等。 (5)蒸馏或分馏：蒸馏或分馏：分离沸点相差较大且互溶的液体混合物分离沸点相差较大且互溶的液体混合物， 如分离乙醇和甘油。如分离乙醇和甘油。 (6)冷却法：冷却法：利用气体易液化的特点分离气体利用气体易液化的特点分离气体，如如合成氨工合成氨工 业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。
6、突破策略突破策略 1粗读题干粗读题干，挖掘图示挖掘图示 图示中一般会呈现超出教材范围的知图示中一般会呈现超出教材范围的知识识，但题目中往往会但题目中往往会 有提示或者问题中不涉及有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个所以一定要关注题目的每一个 关键字关键字，尽量弄懂流程图尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出但不必将每一种物质都推出， 只需问什么推什么。如制备类无机化工题只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题可粗读试题， 知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。 2携带问题携带问题，精读信息精读信息 这里信息包括三个方面：一是
7、主干这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示二是流程图示，三是三是 设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住重点抓住 物质流向物质流向(“进入进入”与与“流出流出”)、实验操作方法等。、实验操作方法等。 3跳跃思维跳跃思维，规范答题规范答题 答题时应注意前后问题往往没有答题时应注意前后问题往往没有“相关性相关性”，即前一问未即前一问未 答出答出，不会影响后面答题。要求用理论回答的试题不会影响后面答题。要求用理论回答的试题，应采应采 用用“四段论法四段论法”： 改变了什么条件： 改变了什么条件(或是什么条件或是什么条件)根据什根据什 么理论么
8、理论有什么变化有什么变化得出什么结论。得出什么结论。 突破训练突破训练 1(2017 高考全国卷高考全国卷，27，14 分分)Li4Ti5O12和和 LiFePO4 都是锂离子电池的电极材料都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿可利用钛铁矿(主要成分为主要成分为 FeTiO3，还含有少量还含有少量 MgO、SiO2等杂质等杂质)来制备。工艺流来制备。工艺流 程如下：程如下： 回回答下列问题：答下列问题： (1)“酸浸酸浸”实验中实验中， 铁的浸出率结果如图所示。 由图可知铁的浸出率结果如图所示。 由图可知， 当 铁 的 浸 出 率 为当 铁 的 浸 出 率 为 70% 时时 ， 所 采 用 的
9、 实 验 条 件 为所 采 用 的 实 验 条 件 为 _。 (2)“酸浸酸浸”后后， 钛主要以钛主要以 TiOCl2 4 形式存在形式存在， 写出相应反应写出相应反应 的离子方程式：的离子方程式：_。 (3)TiO2xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应沉淀与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验所得实验 结结果如下表所示：果如下表所示： 温度温度/ 30 35 40 45 50 TiO2xH2O 转化率转化率/% 92 95 97 93 88 分析分析 40 时时 TiO2xH2O 转化率最高的原因：转化率最高的原因： _。 (4)Li2Ti5O15中中 Ti 的化合价为的化合价为4，其中过氧
10、键的数目为其中过氧键的数目为 _。 (5)若若“滤液滤液”中中 c(Mg2 ) 0.02 mol L 1， ，加入双氧水和加入双氧水和 磷酸磷酸(设溶液体积增加设溶液体积增加 1 倍倍)， 使使 Fe3 恰好沉淀完全即溶液中 恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe3 ) 1.010 5 mol L 1， ，此时是否有此时是否有 Mg3(PO4)2沉淀沉淀 生成？列式计算。生成？列式计算。FePO4、Mg3(PO4)2的的 Ksp分别为分别为 1.3 10 22、 、1.010 24。 。 (6)写出写出“高温煅烧高温煅烧”中由中由 FePO4制备制备 LiFePO4的化学的化学 方程式：方程式：_。
11、解析：解析：(1)从图像直接可以看出从图像直接可以看出，铁的浸出率为铁的浸出率为 70%时对应时对应 的温度的温度、时间、时间，符合温度升高符合温度升高，反应速率加快反应速率加快，值得注意值得注意 的是的是，这类填空题可能有多个合理答案。这类填空题可能有多个合理答案。(2)考查离子方程考查离子方程 式书写。难点为生成物还有什么式书写。难点为生成物还有什么，钛酸亚铁中钛为钛酸亚铁中钛为4 价价， 铁为铁为2 价价， 产物有氯化亚铁产物有氯化亚铁， 比较比较 FeTiO3和和 TiOCl2 4 知知， 产物中一定有产物中一定有 H2O。值得注意的是钛酸亚铁与盐酸反应是。值得注意的是钛酸亚铁与盐酸反
12、应是 非氧化还原反应。非氧化还原反应。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性联系化学反应速率、双氧水和氨水性 质质分析转化率。这类问题要从两个角度分析分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于即低于 40 时时，随着温度的升高随着温度的升高，反应速率加快；高于反应速率加快；高于 40 时时， 氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快氨水挥发速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓导致反应物浓 度降低度降低，结结果转化率降低。果转化率降低。(4)考查化学式与元素化合价关考查化学式与元素化合价关 系。锂元素在化合物中只有一种化合价系。锂元素在化合物中只有一种化合价(1)，化合物中元化合物中元 素化
13、合价代数和等于素化合价代数和等于 0， 过氧键中氧显过氧键中氧显1 价价， 类似双氧水、类似双氧水、 过氧化钠。如果能求出过氧化钠。如果能求出1 价氧原子个数价氧原子个数，就能求出过氧键就能求出过氧键 数目数目，即过氧键数目等于即过氧键数目等于1 价氧原子个数的一半。设价氧原子个数的一半。设 Li2Ti5O15中中2 价、价、1 价氧原子个数分价氧原子个数分别为别为 x、y。有。有 x y15 2xy22， ，解得解得 x7，y8。所以。所以，过氧键数目为过氧键数目为8 2 4。 (5)考查溶度积计算以及判断沉淀是否形成。考查溶度积计算以及判断沉淀是否形成。分两步计算：分两步计算： 计算铁离子
14、完全沉淀时磷酸根离子浓度。计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。c(Fe3 ) c(PO3 4 ) Ksp(FePO4)，c(PO3 4 )1.3 10 22 1.010 5 molL 1 1.310 17 molL 1。 。混合后混合后，溶液中镁离子浓度为溶液中镁离子浓度为 c(Mg2 ) 0.01 mol L 1， ， c3(Mg2 ) c2(PO3 4 )0.013(1.310 17)2 1.710 40K spMg3(PO4)2， ，没有磷没有磷酸镁沉淀生成。酸镁沉淀生成。(6)草酸中碳为草酸中碳为 3 价价， 高温煅烧过程中铁的化合价降低高温煅烧过程中铁的化合价降低， 碳的化合价升高碳
15、的化合价升高， 有有 CO2生成。生成。 答案：答案：(1)100 、2 h，90 、5 h (2)FeTiO34H 4Cl =Fe2 TiOCl2 4 2H2O (3)低于低于 40 ，TiO2xH2O 转化反应速率随温度升高而增转化反应速率随温度升高而增 加；超过加；超过 40 ，双氧水分解与氨气逸出导致双氧水分解与氨气逸出导致 TiO2xH2O 转化反应速率下降转化反应速率下降 (4)4 (5)Fe3 恰好沉淀完全时 恰好沉淀完全时，c(PO3 4 )1.3 10 22 1.010 5 mol L 1 1.310 17mol L 1， ， c3(Mg2 ) c2(PO3 4 )值为值为
16、0.013(1.310 17)2 1.710 40K spMg3(PO4)2， ， 因此不会生成因此不会生成 Mg3(PO4)2 沉淀。沉淀。 (6)2FePO4Li2CO3H2C2O4= 高温高温 2LiFePO43CO2 H2O 回答下列问题：回答下列问题： (1)步骤步骤的主要反应为的主要反应为 FeOCr2O3Na2CO3NaNO3 高温高温 Na2CrO4Fe2O3 CO2NaNO2 上述反应配平后上述反应配平后 FeO Cr2O3与与NaNO3的系数比为的系数比为_。 该 步 骤 不 能 使 用 陶 瓷 容 器该 步 骤 不 能 使 用 陶 瓷 容 器 ， 原 因 是原 因 是 _
17、 _。 (2)滤渣滤渣 1 中含量最多的金属元素是中含量最多的金属元素是_， 滤渣滤渣 2 的主要成分是的主要成分是_及含硅杂质。及含硅杂质。 (3)步骤步骤调滤液调滤液 2 的的 pH 使之变使之变_(填填“大大”或或 “小小”)，原因是原因是_(用离子方程式表示用离子方程式表示)。 (5)某工厂用某工厂用 m1 kg 铬铁矿粉铬铁矿粉(含含 Cr2O3 40%)制备制备 K2Cr2O7， 最终得到产品最终得到产品 m2 kg，产率为产率为_。 解析：解析：(1)1 mol FeO Cr2O3参与反应共失去参与反应共失去 7 mol 电子电子，而而 1 mol NaNO3参与反应得到参与反应
18、得到2 mol电子电子， 根据得失电子守恒根据得失电子守恒， 二者的系数比为二者的系数比为 27。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二 氧化硅发生反应氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤步骤 中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣 1， 所以滤渣所以滤渣 1 中中 含量最多的金属元素是含量最多的金属元素是 Fe。结合流程图可知。结合流程图可知，滤渣滤渣 2 的主的主 要成分是氢氧化铝及含硅杂质。要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液滤液 2 中存在平衡：中存在平衡： 2CrO2 4 2H Cr
19、2O2 7 H2O，氢离子浓度越大氢离子浓度越大(pH 越越 小小)，越有利于平衡正向移动越有利于平衡正向移动，所以步骤所以步骤应调节滤液应调节滤液 2 的的 pH 使之变小。使之变小。(4)根据题图根据题图，可知温度越低可知温度越低，K2Cr2O7的溶的溶 解度越小解度越小，析出的重铬酸钾固体越多析出的重铬酸钾固体越多，故故 d 项正确。步骤项正确。步骤 中发生的反应为中发生的反应为 Na2Cr2O72KCl=K2Cr2O7 2NaCl，其属于复分解反应。其属于复分解反应。 (5)该铬铁矿粉中该铬铁矿粉中 Cr2O3的物质的量为的物质的量为m 1 103 g40% 152 gmol 1，根根
20、 据据 Cr 元 素 守 恒 可求 得元 素 守 恒 可求 得 K2Cr2O7的 理论 质 量的 理论 质 量 m0 m1103 g40% 152 gmol 1294 g mol 1 10 3 kg g 1 147m1 190 kg， 所以产品的产率为所以产品的产率为m2 m0 100%190m2 147m1 100%。 答案：答案：(1)27 陶瓷在高温下会与陶瓷在高温下会与 Na2CO3反应反应 (2)Fe Al(OH)3 (3)小小 2CrO2 4 2H Cr2O2 7 H2O (4)d 复分解反应复分解反应 (5)190m2 147m1 100% 3(2017 南通模拟南通模拟)ZrO
21、2常用作陶瓷材料常用作陶瓷材料，可由锆英砂可由锆英砂(主主 要成分为要成分为 ZrSiO4， 也可表示为也可表示为 ZrO2 SiO2， 还含少量还含少量 Fe2O3、 Al2O3、SiO2等杂质等杂质)通过如下方法制取。通过如下方法制取。 已知：已知：ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的能与烧碱反应生成可溶于水的 Na2ZrO3， Na2ZrO3与酸反应生成与酸反应生成 ZrO2 。 。 部分金属离子在实验条件下沉淀的部分金属离子在实验条件下沉淀的 pH 如下表：如下表： (1)熔融时熔融时 ZrSiO4发生反应的化学发生反应的化学方程式为方程式为_， 滤渣滤渣的化学式为的化学式为_。 (2)
22、为使过滤为使过滤所得滤液中的杂质离子沉淀完全所得滤液中的杂质离子沉淀完全，需用氨水需用氨水 调调 pHa，则则 a 的范围是的范围是_；继续加氨；继续加氨 水至水至 pHb 时时，所发生反应的离子方程式为所发生反应的离子方程式为 _。 (3)向过滤向过滤所得滤液中加入所得滤液中加入 CaCO3粉末并加热粉末并加热，得到两种得到两种 气体。该反应的离子方程式为气体。该反应的离子方程式为 _。 (4)为得到纯净的为得到纯净的 ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤需要洗涤，检验检验 Zr(OH)4 是否洗涤干净的方法是是否洗涤干净的方法是 _。 解解析：析：(1)锆英砂与锆英砂与 NaOH 在熔融状态下
23、在熔融状态下，生成生成 Na2ZrO3、 Na2SiO3、NaAlO2，Fe2O3不溶不溶，再加入再加入 HCl 酸浸时酸浸时，Fe2O3 溶解生成溶解生成 Fe3 ， ，Na2ZrO3转化成转化成 ZrO2 ， ，Na2SiO3转化成转化成 H2SiO3沉淀沉淀，NaAlO2转化成转化成 Al3 。 。ZrSiO4与与 NaOH 的反的反 应为非氧化还原反应应为非氧化还原反应，根据元素守恒可配平反应的化学方根据元素守恒可配平反应的化学方 程程式。式。(2)加入氨水加入氨水，除去除去 Fe3 、 、Al3 杂质 杂质，但不可使但不可使 ZrO2 沉淀 沉淀，所以所以 pH 的范围为的范围为 5
24、.26.2。继续加入氨水。继续加入氨水， 使使 ZrO2 转化为 转化为 Zr(OH)4沉淀沉淀，1 mol ZrO2 参 参加反应生成加反应生成 1 mol Zr(OH)4， 根据电荷守恒知根据电荷守恒知， 产物有产物有 2 mol NH 4生成 生成， 根据根据 N 原子守恒知原子守恒知， 反应物有反应物有 2 mol NH3 H2O 参加反应参加反应， 根据根据 H、 O 原子守恒知原子守恒知， 反应物需要补充反应物需要补充 1 mol H2O。 (3)NH 4 水解显酸性水解显酸性，加入加入 CaCO3可生成可生成 CO2，同时促进了同时促进了 NH 4水 水 解解，加热生成加热生成
25、NH3。(4)过滤过滤处的滤液为处的滤液为 NH4Cl，检验检验 Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净沉淀是否洗涤干净， 只要检验最后一次洗涤液中是只要检验最后一次洗涤液中是 否含有否含有 Cl 即可。 即可。 答案：答案： (1)ZrSiO44NaOH= 高温高温 Na2SiO3Na2ZrO32H2O H2SiO3(或或 H4SiO4) (2)5.26.2 ZrO2 2NH3H2OH2O=Zr(OH)4 2NH 4 (3)2NH 4 CaCO3= Ca2 2NH3CO2H2O (4)取最后一次洗涤液取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银再滴加硝酸银 溶液溶液，若无沉淀生成若无沉淀生成，则则 Zr(OH)4洗涤干净洗涤干净
