1、无机工艺流程题解题指导,-2-,对近几年的高考试题进行分析,不难发现,很多无机化合物的制备试题都是将化学工艺或化学工业生产及最新科技成果融入其中,考查学生运用化学反应原理及相关知识来解决工业生产中实际问题的能力。常见的命题角度有: (1)通过物质的制备模拟化工生产流程; (2)通过化工流程考查实验操作过程。,-3-,1.常用方法 常用首尾分析法:首先对比分析生产流程示意图中的第一种原材料与最后一种产品,从对比分析中找出原料与产品之间的关系,弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂分离提纯产品的化工工艺,然后再结合题设问题,逐一推敲解答。,-4-,2.基本步骤 (1)审题: 从题干中获取有用
2、信息,了解生产的产品,并在流程图上标出原料中的成分,找出原料中的杂质。 审流程图:看箭头,进入的是原料(即反应物)、出去的是生成物(包括主产物和副产物);找三线,物料进出线、操作流程线、循环线。 (2)析题:分析流程中的每一步骤,知道“四个什么”:反应物是什么、发生了什么反应、该反应造成了什么后果、对制造产品有什么作用。抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。 (3)技巧:从问题中获取信息,帮助解题。题目中所提出的问题,有时对我们分析流程中某一步的作用有很大帮助,所以我们在做题时,不仅要审读题中所给信息及流程图,还要把题中所提问题浏览一遍。,-5-,3.思维方向 制备类工艺流程题目
3、在流程上一般分为3个过程: 原料处理分离提纯获得产品 (1)原料处理阶段的常见考点。 采取一定措施,增大反应速率(升高温度、增大固体反应物接触面积等)。 溶解:通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。 水浸:与水接触,反应或溶解的物质留在水中,既不反应也不溶解的物质通过过滤除去。 酸浸:与酸溶液反应,可溶物进入溶液,不溶物通过过滤除去。 灼烧、焙烧、煅烧:改变结构,使一些杂质在高温下氧化、分解。,-6-,(2)分离提纯阶段的常见考点。 调pH除杂。 a.控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。如若要除去Al3+、Mn2+溶液中含有的Fe2+,先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,再调
4、溶液的pH以生成Fe(OH)3沉淀。 b.调节溶液pH所需的物质一般应满足两点:能与H+反应,使溶液pH增大;不引入新杂质。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等物质来调节溶液的pH,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去。 加热:增大反应速率或促进平衡向某个方向移动。 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质,则要注意对温度的控制。如:侯德榜制碱过程中NaHCO3的生成;还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质的使用或生成。 降温:使化学平衡向着对生成产品有利的方向移动;防止某物质在高温时
5、分解(或溶解)。,-7-,(3)获得产品阶段的常见考点。 洗涤(冰水或热水):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;用乙醇洗涤既可洗去晶体表面的杂质,又可减少晶体溶解的损耗。 制备无水盐时的气体氛围:如加热结晶水合物制备FeCl3、AlCl3、MgCl2等无水盐时,应在HCl气流中加热,以抑制金属离子的水解。 蒸发浓缩、冷却结晶:如从NaCl(少量)和KNO3混合物中分离出KNO3,首先加水溶解,再将混合溶液加热蒸发,然后再降温,则析出的固体是KNO3。 蒸发结晶、趁热过滤:如从NaCl和少量KNO3的混合物中提纯NaCl,首先加水溶解,再将混合溶液蒸发一段时间,析出固体N
6、aCl,趁热过滤可得不含KNO3的NaCl。,-8-,4.规范答题 文字叙述类题目要规范答题,防止因叙述不严谨导致失分,如: (1)洗涤沉淀:往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀,待水自然流下后,重复以上操作23次。 (2)从溶液中得到晶体:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤、烘干或干燥)。 (3)趁热过滤(或冰水洗涤)的目的:防止某些物质降温时析出(或升温时溶解)而带入新的杂质。 (4)反应中采取加热措施的目的:一般是为了增大反应速率或加速某固体的溶解。,-9-,典例(2017全国)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO
7、2等杂质)来制备。工艺流程如下:,-10-,回答下列问题: (1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为 。,-11-,(2)“酸浸”后,钛主要以 形式存在,写出相应反应的离子方程式 。 (3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示:,分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因 。 (4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4价,其中过氧键的数目为 。 (5)若“滤液”中c(Mg2+)=0.02 molL-1,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1.01
8、0-5 molL-1,此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成? (列式计算)。 FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.310-22、1.010-24。 (6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式: 。,-12-,解析:(1)由图像可知,当铁的浸出率为70%时,对应的条件有2个,一个为100 、2 h,另一个为90 、5 h。 (2)此题考查陌生离子方程式的书写,第一步应搞清所写的离子方程式是否为氧化还原反应的离子方程式。在钛铁矿(FeTiO3)中Fe为+2价,Ti为+4价。在 中Ti仍为+4价,故为非氧化还原反应。第二步依据元素守恒和电荷守恒把离子方程式配平。
9、(3)考查反应温度与反应物浓度对反应速率的影响。温度低于40 时,TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增大;超过40 时,H2O2易分解,NH3也易从反应体系中逸出,反应物浓度减小,TiO2xH2O转化率下降。 (4)设在化合物Li2Ti5O15中有x个O为-2价,y个O为-1价,由化合物中各元素化合价的代数和为零可得: 解得x=7,y=8,即有8个氧原子显-1价,则过氧键的数目为4。,-13-,(6)在工业流程图中陌生化学方程式书写的关键是找准反应物和产物,其次要判断反应是否为氧化还原反应。反应物为FePO4、Li2CO3和草酸,产物主要为LiFePO4,从Fe的化合价可以看出,此反应为
10、氧化还原反应,FePO4为氧化剂,H2C2O4为还原剂,被氧化为CO2,由元素守恒和电荷守恒,可知氧化剂与还原剂的化学计量数之比为21。再根据Li元素、C元素守恒可确定LiFePO4的化学计量数为2,CO2的化学计量数为3,H2O的化学计量数为1。,-14-,答案:(1)100 、2 h,90 、5 h,-15-,1,2,1.(2017全国,改编)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:,-16-,1,2,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,还需加入几滴硝酸。
11、加入硝酸的目的是 ,还可使用 代替硝酸。 (2)沉淀A的主要成分是 ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为 。 (3)加氨水过程中加热的目的是 。沉淀B的主要成分为 、 (写化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀硫酸处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应(未配平)为: +H+H2C2O4Mn2+CO2+H2O。实验中称取0.400 g水泥样品,滴定时消耗了0.050 0 molL-1的KMnO4溶液36.00 mL,则该水泥样品中钙的质量分数为 。,-17-,1,2,答案 (1)将Fe2+氧化为Fe3+ H2O2溶液 (2)SiO2 SiO2+
12、 4HF=SiF4+2H2O (3)促进Fe3+与Al3+水解 Fe(OH)3 Al(OH)3 (4)45.0%,-18-,1,2,解析 (1)由于KspFe(OH)2KspFe(OH)3,Fe3+在pH较小时就可以转化为Fe(OH)3沉淀,所以需要将Fe2+氧化为Fe3+;H2O2溶液是“绿色”氧化剂,可以将Fe2+氧化为Fe3+,而且不会引入杂质。 (2)二氧化硅不溶于盐酸和硝酸,因此沉淀A是SiO2,其与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4+2H2O。 (3)盐的水解是吸热反应,加热可以促进Fe3+与Al3+水解,有利于使Fe3+和Al3+转化为Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀。沉淀B的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3。,-19-,1,2,2.(2016全国)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为:,以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:,-20-,1,2,-21-,1,2,-22-,1,2,-23-,1,2,(5)前面依次加入了KClO3、KOH,则“流出液”中最多的阳离子是K+。 (6)由题意可知反应物为NH4VO3,产物之一为目标产品V2O5,由原子守恒可知反应的化学方程式为2NH4VO3 V2O5+2NH3+H2O。,
