1、突破全国卷专题讲座(四)无机化学工艺流程题的解题策略学生用书P64命题趋势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的密切联系，体现其社会应用价值。此外，这类题目能考查学生的化学基础知识和基本技能，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：角度一原料预处理方式角度二反应条件反应条件条件作用或目的调节溶液的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；不引入新的杂质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压强改变反应速率，使平衡向需要的方向移动使用催化剂加快反应速率，缩短达到平衡的
2、时间趁热过滤防止某物质降温时会大量析出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角度三提纯方法提纯方法目的水溶法除去可溶性杂质酸溶法除去碱性杂质碱溶法除去酸性杂质氧化剂或还原剂法除去还原性或氧化性杂质加热灼烧法除去受热易分解或易挥发的杂质调节pH法如除去酸性铜盐溶液中的Fe3等角度四分离方法(1)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中的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4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NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水
3、解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：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。(6)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。突破策略1粗读题干，挖掘图示图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但题目中往往会有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，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，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。2携带问题，精读信息这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示，三是
4、设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。3跳跃思维，规范答题答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)根据什么理论有什么变化得出什么结论。突破训练1(2017高考全国卷，27，14分)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、SiO2等杂质)来制备。工艺流程如下：回答下列问题：(1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用
5、的实验条件为_。 (2)“酸浸”后，钛主要以TiOCl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：温度/3035404550TiO2xH2O转化率/%9295979388分析40 时TiO2xH2O转化率最高的原因：_。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为4，其中过氧键的数目为_。(5)若“滤液”中c(Mg2)0.02 molL1，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)1.0105 molL1，此时是否有Mg3(PO4)2沉淀生成？列式计算。FePO4、Mg3(PO4)2的
6、Ksp分别为1.31022、1.01024。 (6)写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式：_。解析：(1)从图像直接可以看出，铁的浸出率为70%时对应的温度、时间，符合温度升高，反应速率加快，值得注意的是，这类填空题可能有多个合理答案。(2)考查离子方程式书写。难点为生成物还有什么，钛酸亚铁中钛为4价，铁为2价，产物有氯化亚铁，比较FeTiO3和TiOCl知，产物中一定有H2O。值得注意的是钛酸亚铁与盐酸反应是非氧化还原反应。(3)联系化学反应速率、双氧水和氨水性质分析转化率。这类问题要从两个角度分析，即低于40 时，随着温度的升高，反应速率加快；高于40 时，氨水挥发
7、速率加快、双氧水分解速率加快，导致反应物浓度降低，结果转化率降低。(4)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(1)，化合物中元素化合价代数和等于0，过氧键中氧显1价，类似双氧水、过氧化钠。如果能求出1价氧原子个数，就能求出过氧键数目，即过氧键数目等于1价氧原子个数的一半。设Li2Ti5O15中2价、1 价氧原子个数分别为x、y。有，解得x7，y8。所以，过氧键数目为4。(5)考查溶度积计算以及判断沉淀是否形成。分两步计算：计算铁离子完全沉淀时磷酸根离子浓度。c(Fe3)c(PO)Ksp(FePO4)，c(PO) molL11.31017 molL1。混合后，溶液中镁离子浓
8、度为c(Mg2)0.01 molL1，c3(Mg2)c2(PO)0.013(1.31017)21.71040KspMg3(PO4)2，没有磷酸镁沉淀生成。(6)草酸中碳为3价，高温煅烧过程中铁的化合价降低，碳的化合价升高，有CO2生成。答案：(1)100 、2 h，90 、5 h(2)FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O(3)低于40 ，TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降(4)4(5)Fe3恰好沉淀完全时，c(PO) molL11.31017molL1，c3(Mg2)c2(PO)值为0.013(1.31
9、017)21.71040KspMg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。(6)2FePO4Li2CO3H2C2O42LiFePO43CO2H2O2(2017高考全国卷，27，15分)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FeOCr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：回答下列问题：(1)步骤的主要反应为FeOCr2O3Na2CO3NaNO3Na2CrO4Fe2O3CO2NaNO2上述反应配平后FeOCr2O3与NaNO3的系数比为_。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是_。(2)滤渣1中含量最多的金属元素是_，滤渣2的主要成分是_及含硅杂质。(3)步
10、骤调滤液2的pH使之变_(填“大”或“小”)，原因是_(用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到_(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。 a80 b60 c40 d10 步骤的反应类型是_。(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为_。解析：(1)1 mol FeOCr2O3参与反应共失去7 mol电子，而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为27。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅
11、发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡：2CrO2HCr2OH2O，氢离子浓度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移动，所以步骤应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。步骤中发生的反应为Na2Cr2O72KCl=K2Cr2O72NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0294 g
12、mol1103 kgg1 kg，所以产品的产率为100%100%。答案：(1)27陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)FeAl(OH)3(3)小2CrO2HCr2OH2O(4)d复分解反应(5)100%3(2017南通模拟)ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2SiO2，还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取。已知：ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2。部分金属离子在实验条件下沉淀的pH如下表：金属离子Fe3Al3ZrO2开始沉淀时pH1.93.66.2沉淀完全时pH3.25.2
13、8.0(1)熔融时ZrSiO4发生反应的化学方程式为_，滤渣的化学式为_。(2)为使过滤所得滤液中的杂质离子沉淀完全，需用氨水调pHa，则a的范围是_；继续加氨水至pHb时，所发生反应的离子方程式为_。(3)向过滤所得滤液中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为_。(4)为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验 Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是_。解析：(1)锆英砂与NaOH在熔融状态下，生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2，Fe2O3不溶，再加入HCl酸浸时，Fe2O3溶解生成Fe3，Na2ZrO3转化成ZrO2，Na2SiO3转化成H2SiO3
14、沉淀，NaAlO2转化成Al3。ZrSiO4与NaOH的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒可配平反应的化学方程式。(2)加入氨水，除去Fe3、Al3杂质，但不可使ZrO2沉淀，所以pH的范围为5.26.2。继续加入氨水，使ZrO2转化为 Zr(OH)4沉淀，1 mol ZrO2参加反应生成1 mol Zr(OH)4，根据电荷守恒知，产物有2 mol NH生成，根据N原子守恒知，反应物有2 mol NH3H2O参加反应，根据H、O原子守恒知，反应物需要补充1 mol H2O。(3)NH水解显酸性，加入CaCO3可生成CO2，同时促进了NH水解，加热生成NH3。(4)过滤处的滤液为NH4Cl，检验Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净，只要检验最后一次洗涤液中是否含有Cl即可。答案：(1)ZrSiO44NaOHNa2SiO3Na2ZrO32H2OH2SiO3(或H4SiO4)(2)5.26.2ZrO22NH3H2OH2O=Zr(OH)42NH(3)2NHCaCO3Ca22NH3CO2H2O(4)取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净
