1、- 1 -专题 07 化工流程中物质的结晶化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。1. 蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出 FeCl3、AlCl 3、MgCl 2等溶质时，应在 HCl 的气流中加热，以防其水解。 蒸发浓缩、冷却结晶：如除去 KNO3中的少量 NaCl。 蒸发结晶、趁热过滤：如除去 NaCl 中的少量 KNO3。2. 溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如 Fe(Al)可用过量的 NaOH 溶液而除去Al，CO 2(HCl、H
2、2O)先通过饱和食盐水，再通过浓 H2SO4。3. 沉淀法：a. 加合适的沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去)；b. 调节溶液的酸碱性。4. 洗涤法：a.水洗；b.冰水洗；c.有机溶剂洗。其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。一、物质结晶的一般步骤典例 1 铬铁矿(FeCr 2O4)中含有 Al2O3、Fe 2O3等杂质，以铬铁矿为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的工艺流程示意图如下(部分操作和条件略)：(1)铬铁矿(FeCr 2O4)改写为氧化物的形式为_。(2)反应
3、中发生了两个主要反应，其中一个主要反应的化学方程式为 4FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 8Na2CrO4+2Fe2O3+8CO2；另一个主要反应的化学方程式为 _。(3)写出反应中生成固体 B 的离子方程式为_。(4)pH 5 时，发生反应有_（写离子方程式） ，Na 2Cr2O7 + 2KCl = K2Cr2O7+ 2NaCl。下表是相关物质的溶解度数据：- 2 -物质 溶解度 ( g / 100 g H2O )0 40 80KCl 28 40.1 51.3NaCl 35.7 36.4 38K2Cr2O7 4.7 26.3 73Na2Cr2O7 163 215 376加入 K
4、Cl 固体后经一系列操作析出 K2Cr2O7晶体的理由是_。获得 K2Cr2O7晶体的操作由多步组成，依次是加入 KCl 固体、蒸发浓缩、_、_、洗涤、干燥得到晶体。(5)某种酒精测试仪中，K 2Cr2O7在酸性条件下将乙醇氧化为乙酸，自身被还原为三价铬离子，该反应的氧化剂与还原剂的物质的量比为_。(6)含铬废渣(废水)的随意排放对人类生成环境有极大的危害，电解法是处理铬污染的一种方法，电解时，在阴极区有 Fe(OH)3和 Cr(OH)3沉淀生成(已知 KspFe(OH)3 = 4.01038， KspCr(OH)3 = 6.01031)。已知电解后的溶液中 c(Cr3+)为 3.0105 m
5、ol/L，则溶液中 c(Fe3+)为_ mol/L。【答案】FeOCr 2O3 Na2CO3+ Al2O3 2NaAlO2 + CO2AlO 2 + CH3COOH + H2O = Al(OH)3+ CH3COO2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2OK2Cr2O7的溶解度比 Na2Cr2O7小，且温度对氯化钠的溶解度影响较小，但对重铬酸钾的溶解度影响较大，利用复分解反应在低温下可以得到重铬酸钾冷却结晶过滤 2: 32.01012- 3 -二、根据物质的溶解度特点选择结晶方法典例 2 工业上，以钛铁矿（主要含 FeTiO3，还含有 Fe2O3 和 Al2O3、SiO 2等杂质）为原料制备
6、二氧化钛并得到副产品绿矾(FeSO 47H2O)的工艺流程如下图所示。 - 4 -已知：TiO 2+在一定条件下会发生水解。回答下列问题：（1）要提高酸浸时钛矿石的溶解速率，可行的措施是（写一条即可）_。黑钛液中生成的主要阳离子有 TiO2+和 Fe2+，步骤主要反应的化学方程式是_。（2）步骤中，加入铁粉的主要作用是_，同时也会将部分 TiO2+还原为 Ti3+。（3）向滤液 2 中通入空气的目的是_（用离子方程式表示） 。（4）请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤中加入热水稀释将 TiO2+转化为 Ti(OH)4 的原因:_。（5）副产品绿矾中含有杂质Al 2(SO4)3。要将副产品进一步
7、提纯，请结合右图的绿矾溶解度曲线完成提纯过程：将副产品溶于稀硫酸中，充分搅拌后，用 NaOH 溶液调节反应液的 pH约为 5，过滤沉淀后得到 FeSO4溶液，_，过滤，用冰水洗涤，低温干燥，得到FeSO47H20 晶体。（6）用氧化还原滴定法测定制备得到的产品中 TiO2的质量分数：在一定条件下，将一定量的产品溶解并将 TiO2还原为 Ti3 ，再以 KSCN 溶液作为指示剂，用硫酸铁铵NH 4Fe(SO4)2标准溶液滴定 Ti3 至全部生成 Ti4 。滴定终点的现象是_。- 5 -滴定分析时，称取 TiO2试样 0.2 g，消耗 0.1 mol/L NH4Fe(SO4)2标准溶液 24.00
8、mL，则TiO2的质量分数为_。【答案】粉碎矿石或加热反应物或及时搅拌等 FeTiO32H 2SO4 FeSO4TiOSO 42H 2O 将 Fe3+转化为 Fe2+并防止 Fe2 被氧化 4Ti3+ O2 + 2H2O 4TiO2+ + 4H+ TiO2+在溶液中水解： TiO2+ + 3H2O Ti(OH)4 + 2H+ H 0，当加入热水稀释、升温后，平衡正向移动，生成 Ti(OH)4 加热浓缩得到60的饱和溶液，再冷却至室温（或 0）结晶 滴入最后 滴标准溶液时, 锥形瓶内溶液变成红色, 且半分钟不褪色 96% 三、根据不同物质的溶解度差异选择结晶方法典例 3 某铬铁矿主要成分是 Fe
9、OCr2O3，含有 FeCO3、SiO 2、Fe 3O4等杂质，现由该铬铁矿制备强氧化剂 Na2Cr2O7 的流程如下：- 6 -已知：常温下，K spFe(OH)3=1.010-38，K spCr(OH)3=6.310-30回答下列问题：（1）物质 B 为_， 溶液 E 为_。（2）溶液 G 中经检测不含 H2O2的可能原因是_。（3）若步骤调节 pH 后，c(Cr 3+)=6.3mol/L，则 pH 范围是_（离子浓度不大于 1.010-5mol/L 即可认为沉淀完全） 。（4）步骤发生的离子方程式为_。（5）Na 2Cr2O7和 Na2SO4的溶解度随温度变化的曲线如下图所示，步骤中操作
10、 a 为_、_。 （6）若称取 mg 该铬铁矿，其中 FeOCr2O3的质量分数为 70%，最终制得 n g Na2Cr2O7固体，则该过程中 Cr 元素的转化率为_。【答案】 Fe 3O4 NaHCO3 过量的 H2O2，被 Fe3+催化分解 3pH4 7H2O+3S2O32-+2Cr3+=6SO42-+Cr2O72-+14H+ 加热浓缩 趁热过滤 100%- 7 -四、考虑物质的水解选择结晶方法典例 4 铍铜是广泛应用于制造高级弹性元件的良好合金。某科研小组从某废旧铍铜元件(含 BeO:25%、CuS:71%、少量 FeS 和 SiO2)中回收铍和铜两种金属的工艺流程如下:- 8 -已知:
11、I.铍、铝元素化学性质相似II.常温下:KspCu(OH) 2=2.210-20、KspFe(OH) 3=4.010-38、KspMn(OH) 2=-2.110-13(1)滤液 A 的主要成分除 NaOH 外，还有_ (填化学式)，写出反应 I 中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式_。(2)溶液 C 中含 NaCl、BeCl 2和少量 HCl，为提纯 BeCl2，选择最合理步骤顺序_。a.加入过量的 NaOH b.通入过量的 CO2 c.加入过量的氨水d.加入适量的 HC1 e.过滤 f.洗涤从 BeCl2溶液中得到 BeCl2固体的操作是_。(3)MnO 2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫
12、单质，写出反应 II 中 CuS 发生反应的化学方程式_。若用浓 HNO3溶解金属硫化物，缺点是_(任写一条)。(4)溶液 D 中含 c(Cu2+)=2.2mol/L、c(Fe 3+)=0.008mol/L c(Mn2+)=0.01mol/L，逐滴加入稀氨水调节 pH 可依次分离，首先沉淀的是_ (填离子符号)，为使铜离子开始沉淀，常温下应调节溶液的 pH 值大于_。【答案】 Na2SiO3、Na 2BeO2 BeO22-+4H+=Be2+2H2O cefd 在氯化氢气流中蒸发结晶（或蒸发结晶时向溶液中持续通入氯化氢气体） MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O
13、产生污染环境的气体 Fe 3+ 4【解析】考查化学工艺流程， （1）旧铍铜原件的成分 BeO、CuS、FeS、SiO 2，根据信息I，BeO 属于两性氧化物，CuS 不与氢氧化钠溶液反应，FeS 不与氢氧化钠反应，SiO 2属于酸性氧化物，能与氢氧化钠溶液反应，因此滤液 A 中主要成分是 NaOH、Na 2SiO3、Na 2BeO2；根据信息 I，BeO 2 与过量盐酸反应生成氯化- 9 -五、比较物质的溶解度大小，解释得到晶体的原因典例 5 以电石渣主要成分为 Ca(OH)2和 CaCO3为原料制备 KClO3的流程如下：(1)氯化过程控制电石渣过量、在 75 左右进行。氯化时存在 Cl2与
14、 Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO) 2进一步转化为 Ca(ClO3)2。电石与 H2O 反应的化学方程式为_。生成 Ca(ClO)2的化学方程式为_。提高 Cl2转化为 Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有_(填序号)。A适当加快通入 Cl2速率B充分搅拌浆料C加水使 Ca(OH)2完全溶解- 10 -(2)氯化过程中 Cl2转化为 Ca(ClO3)2的总反应方程式为：6Ca(OH)26Cl 2=Ca(ClO3)25CaCl 26H 2O，氯化完成后过滤。 75 时 Ca(ClO) 2进一步转化为 Ca(ClO3)2的反应方程式为_。滤渣的主要成分为_(填化学式)
15、。(3)向滤液中加入稍过量 KCl 固体可将 Ca(ClO3)2转化为 KClO3的原因是_。若溶液中 KClO3的含量为 100 gL1 ，从该溶液中尽可能多地析出 KClO3固体的方法是_。【答案】CaC 22H 2O = C2H2 +Ca(OH)2 2Cl22Ca(OH) 2=CaCl2Ca(ClO) 22H 2O B 3Ca(ClO)2=2CaCl2Ca(ClO 3)2 CaCO3、Ca(OH) 2 四种离子组合成的四种盐中KClO3的溶解度最小 蒸发浓缩、冷却结晶 - 11 -六、评价物质结晶的实验方案典例 6 信息时代产生的大量电子垃圾对环境造成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究
16、小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含 70%Cu、25%Al、4%Fe 及少量 Au、Pt 等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜晶体的路线：回答下列问题：（1）第步 Cu 与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣 1 的主要成分为_。（2）第步加入 H2O2的作用是_，使用 H2O2的优点是_；调节 pH 的目的是使_生成沉淀。（3）用第步所得 CuSO45H2O 制备无水 CuSO4的方法是_。（4）由滤渣 2 制取 Al2(SO4)318H2O，探究小组设计了三种方案：上述三种方案中，_方案不可行 。【答案】Cu4H 2NO 3 Cu2 2NO 22H 2O 或3Cu8H 2NO 3 3Cu2 2NO4H 2OAu Pt 把 Fe2 氧化为 Fe3 该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境无污染 Fe3 和 Al3 加热脱水 甲- 12 -【解析】（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe 发生反应生成 Cu2 、Al 3 、Fe 2 ；所以滤渣 1 的成分是
