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1、無機工藝流程題解題指導無機工藝流程題解題指導-2-對近幾年的高考試題進行分析,不難發(fā)現(xiàn),很多無機化合物的制備試題都是將化學工藝或化學工業(yè)生產及最新科技成果融入其中,考查學生運用化學反應原理及相關知識來解決工業(yè)生產中實際問題的能力。常見的命題角度有:(1)通過物質的制備模擬化工生產流程;(2)通過化工流程考查實驗操作過程。-3-1.常用方法常用首尾分析法:首先對比分析生產流程示意圖中的第一種原材料與最后一種產品,從對比分析中找出原料與產品之間的關系,弄清生產過程中原料轉化為產品的基本原理和除雜分離提純產品的化工工藝,然后再結合題設問題,逐一推敲解答。-4-2.基本步驟(1)審題:從題干中獲取有用

2、信息,了解生產的產品,并在流程圖上標出原料中的成分,找出原料中的雜質。審流程圖:看箭頭,進入的是原料(即反應物)、出去的是生成物(包括主產物和副產物);找三線,物料進出線、操作流程線、循環(huán)線。(2)析題:分析流程中的每一步驟,知道“四個什么”:反應物是什么、發(fā)生了什么反應、該反應造成了什么后果、對制造產品有什么作用。抓住一個關鍵點:一切反應或操作都是為獲得產品而服務。(3)技巧:從問題中獲取信息,幫助解題。題目中所提出的問題,有時對我們分析流程中某一步的作用有很大幫助,所以我們在做題時,不僅要審讀題中所給信息及流程圖,還要把題中所提問題瀏覽一遍。-5-3.思維方向制備類工藝流程題目在流程上一般

3、分為3個過程:原料處理分離提純獲得產品(1)原料處理階段的常見考點。采取一定措施,增大反應速率(升高溫度、增大固體反應物接觸面積等)。溶解:通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。水浸:與水接觸,反應或溶解的物質留在水中,既不反應也不溶解的物質通過過濾除去。酸浸:與酸溶液反應,可溶物進入溶液,不溶物通過過濾除去。灼燒、焙燒、煅燒:改變結構,使一些雜質在高溫下氧化、分解。-6-(2)分離提純階段的常見考點。調pH除雜。a.控制溶液的酸堿性使其中的某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調溶液的pH以生成Fe(OH)3沉淀

4、。b.調節(jié)溶液pH所需的物質一般應滿足兩點:能與H+反應,使溶液pH增大;不引入新雜質。例如:若要除去含Cu2+的溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。加熱:增大反應速率或促進平衡向某個方向移動。如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質,則要注意對溫度的控制。如:侯德榜制堿過程中NaHCO3的生成;還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質的使用或生成。-7-降溫:使化學平衡向著對生成產品有利的方向移動;防止某物質在高溫時分解(或溶解)。(3)獲得產品階段的

5、常見考點。洗滌(冰水或熱水):洗去晶體表面的雜質離子,并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗;用乙醇洗滌既可洗去晶體表面的雜質,又可減少晶體溶解的損耗。制備無水鹽時的氣體氛圍:如加熱結晶水合物制備FeCl3、AlCl3、MgCl2等無水鹽時,應在HCl氣流中加熱,以抑制金屬離子的水解。-8-蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶:如從NaCl(少量)和KNO3混合物中分離出KNO3,首先加水溶解,再將混合溶液加熱蒸發(fā),然后再降溫,則析出的固體是KNO3。蒸發(fā)結晶、趁熱過濾:如從NaCl和少量KNO3的混合物中提純NaCl,首先加水溶解,再將混合溶液蒸發(fā)一段時間,析出固體NaCl,趁熱過濾可得不含KNO3的NaCl。-9

6、-4.規(guī)范答題文字敘述類題目要規(guī)范答題,防止因敘述不嚴謹導致失分,如:(1)洗滌沉淀:往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀,待水自然流下后,重復以上操作23次。(2)從溶液中得到晶體:蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾(洗滌、烘干或干燥)。(3)趁熱過濾(或冰水洗滌)的目的:防止某些物質降溫時析出(或升溫時溶解)而帶入新的雜質。(4)反應中采取加熱措施的目的:一般是為了增大反應速率或加速某固體的溶解。-10-典例(2017課標全國)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料,可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備。工藝流程如下:-11-12-(3)TiO2

7、xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應40 min所得實驗結果如下表所示:分析40 時TiO2xH2O轉化率最高的原因 。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4價,其中過氧鍵的數(shù)目為。(5)若“濾液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.010-5 molL-1,此時是否有Mg3(PO4)2沉淀生成?(列式計算)。FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.310-22、1.010-24。(6)寫出“高溫煅燒”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式:。-13-解析(1)由圖像可知,當鐵的浸出率

8、為70%時,對應的條件有2個,一個為100、2 h,另一個為90、5 h。(2)此題考查陌生離子方程式的書寫,第一步應搞清所寫的離子方程式是否為氧化還原反應的離子方程式。在鈦鐵礦(FeTiO3)中Fe為+2價,Ti為+4價。在 中Ti仍為+4價,故為非氧化還原反應。第二步依據(jù)元素守恒和電荷守恒把離子方程式配平。(3)考查反應溫度與反應物濃度對反應速率的影響。溫度低于40 時,TiO2xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增大;超過40 時,H2O2易分解,NH3也易從反應體系中逸出,反應物濃度減小,TiO2xH2O轉化率下降。(4)設在化合物Li2Ti5O15中有x個O為-2價,y個O為-1價,由化

9、合物中各元素化合價的代數(shù)和為零可得:解得x=7,y=8,即有8個氧原子顯-1價,則過氧鍵的數(shù)目為4。-14-(5)當Fe3+沉淀完全時,溶液中=1.310-17 molL-1,因溶液的體積擴大了一倍,c(Mg2+)=0.01 molL-1,QMg3(PO4)2=c3(Mg2+)c2()=0.013(1.310-17)2=1.710-401.010-24即QK,因此不會產生Mg3(PO4)2沉淀。(6)在工業(yè)流程圖中陌生化學方程式書寫的關鍵是找準反應物和產物,其次要判斷反應是否為氧化還原反應。反應物為FePO4、Li2CO3和草酸,產物主要為LiFePO4,從Fe的化合價可以看出,此反應為氧化還

10、原反應,FePO4為氧化劑,H2C2O4為還原劑,被氧化為CO2,由元素守恒和電荷守恒,可知氧化劑與還原劑的化學計量數(shù)之比為2 1。再根據(jù)Li元素、C元素守恒可確定LiFePO4的化學計量數(shù)為2,CO2的化學計量數(shù)為3,H2O的化學計量數(shù)為1。-15-16-121.(2017課標全國改編)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示:-17-12回答下列問題:(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是,還可使用代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是,其不溶于

11、強酸但可與一種弱酸反應,該反應的化學方程式為。(3)加氨水過程中加熱的目的是。沉淀B的主要成分為、(寫化學式)。(4)草酸鈣沉淀經稀H2SO4處理后,用KMnO4標準溶液滴定,通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量,滴定反應(未配平)為:。實驗中稱取0.400 g水泥樣品,滴定時消耗了0.050 0 molL-1的KMnO4溶液36.00 mL,則該水泥樣品中鈣的質量分數(shù)為。-18-12答案(1)將Fe2+氧化為Fe3+H2O2溶液(2)SiO2SiO2+4HFSiF4+2H2O(3)促進Fe3+與Al3+水解Fe(OH)3Al(OH)3(4)45.0%-19-12解析(1)由于KspFe(OH)

12、2KspFe(OH)3,Fe3+在pH較小時就可以轉化為Fe(OH)3沉淀,所以需要將Fe2+氧化為Fe3+;H2O2溶液是“綠色”氧化劑,可以將Fe2+氧化為Fe3+,而且不會引入雜質。(2)二氧化硅不溶于鹽酸和硝酸,因此沉淀A是SiO2,其與氫氟酸反應的化學方程式為SiO2+4HF SiF4+2H2O。(3)鹽的水解是吸熱反應,加熱可以促進Fe3+與Al3+水解,有利于使Fe3+和Al3+轉化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。沉淀B的主要成分為Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)根據(jù)反應可得如下關系式:5 5H2C2O42KMnO4n(KMnO4)=0.050 0 molL-136.

13、0010-3 L=1.810-3 mol-20-122.(2016課標全國)以硅藻土為載體的五氧化二釩(V2O5)是接觸法生產硫酸的催化劑。從廢釩催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分為:-21-12回答下列問題:(1)“酸浸”時V2O5轉化為 ,反應的離子方程式為,同時V2O4轉化成VO2+?！皬U渣1”的主要成分是。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)?,則需要氧化劑KClO3至少為 mol。(3)“中和”作用之一是使釩以 形式存在于溶液中?！皬U渣2”中含有。(4)“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為 (ROH為強堿性陰離子交換樹脂)。為了提高洗脫效率,淋洗液應該呈性(填“酸”“堿”或“中”)。(5)“流出液”中最多的陽離子是。(6)“沉釩”得到偏釩酸銨(NH4VO3)沉淀,寫出“煅燒”中發(fā)生反應的化學方程式:。-22-12-23-12