1、模块一 元素及其化合物 专题一 金属及其化合物热点专题(一)无机化工流程题的突破策略题 型 一题 型 二化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型。题型一 物质制备类化工流程题 考题感悟(2014安徽高考)LiPF6 是锂离子电池中广泛应用的电解质。某工厂用 LiF、
2、PCl5 为原料，低温反应制备 LiPF6，其流程如下：已知：HCl 的沸点是85.0，HF 的沸点是 19.5。(1)第步反应中无水 HF 的作用是_、_。反应设备不能用玻璃材质的原因是_(用化学方程式表示)。无水 HF 有腐蚀性和毒性，工厂安全手册提示：如果不小心将 HF 沾到皮肤上，可立即用 2%的_溶液冲洗。(2)该流程需在无水条件下进行，第步反应中 PF5 极易水解，其产物为两种酸，写出 PF5 水解的化学方程式：_。(3)第步分离采用的方法是_；第步分离尾气中HF、HCl 采用的方法是_。(4)LiPF6 产品中通常混有少量 LiF。取样品 w g，测得 Li 的物质的量为 n m
3、ol，则该样品中 LiPF6 的物质的量为_mol(用含 w、n 的代数式表示)。解析(1)由流程图中的变化过程可判断，无水 HF 在第步反应中既作溶剂，又作反应物。HF 腐蚀玻璃，反应为 4HFSiO2=SiF42H2O。因为氢氟酸显酸性，HF 沾到皮肤上可用显弱碱性的 NaHCO3 溶液冲洗。(2)根据水解反应规律，PF5 水解的产物应是 HF 和 H3PO4，化学方程式为 PF54H2O=5HFH3PO4。(3)第步为固液分离，应采用的方法是过滤。第步应根据 HCl 和 HF 的沸点差异，采用冷凝的方法分离。(4)设 w g 样品中含有 x mol LiPF6，y mol LiF，则 x
4、yn,152x26yw，解得：x(w26n)/126。答案(1)反应物 溶剂 SiO24HF=SiF42H2O NaHCO3(2)PF54H2O=H3PO45HF(3)过滤 冷凝(4)w26n126解题策略1明确制备类化工生产流程的特点一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点原料 对原料的预处理 核心化学反应 产品的提纯分离 目标产物2熟悉常用的操作方法及其作用(1)对原料进行预处理的常用方法及其作用：方法作用研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。水浸 与水接触反应或溶解。酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。方法作用灼烧除
5、去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。煅烧改变结构，使一些物质能溶解。并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土。(2)常用的控制反应条件的方法：调节溶液的 pH。a控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的 pH 如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去 Mn2溶液中含有的 Fe2，应先用氧化剂把 Fe2氧化为 Fe3，再调溶液的 pH 到 3.7。b调节 pH 所需的物质一般应满足两点要求：能与 H反应，使溶液 pH 增大；
6、不引入新杂质。例如：若要除去 Cu2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。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。趁热过滤。防止某物质降温时会析出。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。3识别流程图化工流程中箭头指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。应用体验1(2016临沂模拟)工业上用某矿渣(含有 Cu2O、Al2O3、Fe2O3、SiO2)制取铜的操作流程如下：已知：Cu2O2H=CuCu2H2O(1)实
7、验操作的名称为_；在空气中灼烧固体混合物D 时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有_(填仪器名称)。(2)滤液 A 中铁元素的存在形式为_(填离子符号)，生成该离子的离子方程式为_，检验滤液 A中存在该离子的试剂为_(填试剂名称)。(3)金属 E 与固体 F 发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为_。(4)常温下，等 pH 的 NaAlO2 和 NaOH 两份溶液中，由水电离出的 c(OH)前者为后者的 108倍，则两种溶液的 pH_。(5)利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是_(填代号)。a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c精铜作阴极
8、，电解后电解液中 Cu2浓度减小d粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤为：称取一定质量的样品_过滤、洗涤、干燥称量剩余固体铜的质量。(填缺少的操作步骤，不必描述操作过程的细节)解析：矿渣和盐酸反应，Al2O3、Fe2O3 与盐酸反应生成 AlCl3、FeCl3，Cu2O 和盐酸反应生成 CuCl2和 Cu，SiO2 和盐酸不反应，所以固体混合物 B 有 Cu 和 SiO2，由于 2FeCl3Cu=FeCl2CuCl2，故滤液 A 含有 Fe2、Cu2、Al3；向滤液 A 中加入过量NaOH 溶液，
9、生成 Fe(OH)2、Cu(OH)2 沉淀，同时生成 NaAlO2，由于 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，所以固体混合物 D 是Fe(OH)3和 Cu(OH)2，滤液 C 是 NaAlO2 和 NaOH 溶液；Fe(OH)3和 Cu(OH)2 在空气中燃烧生成 CuO 和 Fe2O3，所以固体混合物 F是 CuO 和 Fe2O3；NaAlO2 溶液经一系列操作后得到的单质 E 是金属铝。(1)分离固体和液体的方法是过滤；灼烧固体物质用坩埚。(2)Fe2用 KSCN 溶液和新制氯水检验。(3)铝和氧化铁的反应属于铝热反应，反应的化学方程式为 2AlFe2O3=高温 2FeAl2O
10、3。(4)NaOH溶液中 c(OH)水c(H)，NaAlO2溶液中 c(OH)水c(OH)，设溶液中的 pHx，则 NaAlO2 溶液中 c(OH)水10 x14 mol/L，NaOH 溶液中 c(OH)水10 x mol/L，则 10 x1410 x108，解得 x11。(5)a.部分电能转化为热能，错误；b.粗铜接电源正极，发生氧化反应，正确；c.精铜作阴极，阳极上部分其他金属进入溶液导致析出的 Cu 大于溶解的 Cu，故电解后电解液中 c(Cu2)减小，正确；d.粗铜精炼时通过的电量与阴极析出 Cu 的量有确定关系，错误。所缺步骤为：将浓 H2SO4 用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分
11、反应。答案：(1)过滤 坩埚(2)Fe2 Cu2Fe3=Cu22Fe2 硫氰化钾溶液和新制氯水(3)2AlFe2O3=高温 2FeAl2O3(4)11(5)bc 将浓硫酸用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分反应题型二 提纯类化工流程题 考题感悟(2013新课标全国卷)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌含有 Fe()、Mn()、Ni()等杂质的流程如下：提示：在本实验条件下，Ni()不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是 MnO2。回答下列问题：(1)反应中除掉的杂质离子是_，发生反应的离子方程式为_；在加高锰酸钾溶液前，若 pH 较低，对除杂的影响是_。(2)反应的反应
12、类型为_，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有_。(3)反应形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4)反应中产物的成分可能是 ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的滤饼 11.2g，煅烧后可得到产品 8.1g，则 x 等于_。解析(1)经反应所得浸出液中含有 Zn2、Fe2、Mn2、Ni2。经反应，Fe2被氧化为 Fe3，进而形成 Fe(OH)3 沉淀，Mn2被氧化为 MnO2，发生反应的离子方程式分别为：MnO4 3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H，2MnO4 3Mn22H2O=5MnO24H。在加高锰酸钾溶液前，若溶液的 pH较低，铁离子和锰离子不能生成沉淀，从
13、而无法除去铁和锰杂质。(2)反应为 ZnNi2=Zn2Ni，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有被置换出来的镍。(3)若该沉淀没有洗涤干净，则沉淀上一定附着有 SO24。具体的检验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中，滴入 12 滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净。(4)ZnCO3xZn(OH)2=煅烧(1x)ZnOCO2xH2O m81(1x)44 18x 4418x81 g 11.2 g8.1 g3.1 g则811x8.1 g4418x3.1 g，解得 x1。答案(1)Fe2和 Mn2 MnO4 3Fe27H2O=3Fe(OH)3 MnO2 5H、2MnO
14、4 3Mn2 2H2O=5MnO24H 铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应 镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入 12 滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4)1解题策略1物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质
15、。(6)调节溶液的 pH 法：如除去酸性铜溶液中的 Fe3等。3明确常用的分离方法(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里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：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业
16、采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。4掌握化工流程的解题方法首尾分析法对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(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，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。应用体验2(2014广东卷)石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含 SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和 MgO(0.5%)等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：SiCl4 的沸点为 57.6，金属氯化物的沸点均高于 1
17、50)(1)向反应器中通入 Cl2 前，需通一段时间 N2，主要目的是_。(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体中的碳氧化物主要为_，由气体中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为_。(3)步骤为：搅拌、_，所得溶液中的阴离子有_。(4)由溶液生成沉淀的总反应的离子方程式为_，100 kg 初级石墨最多可获得的质量为_kg。(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。解析：(1)因为高温条件下，C 和 O2 能发生反应，所以通入N2 的目的是排出装置内的 O2，防止高温时石墨被空气中 O2氧化。(2)2CSiO2=高温 Si2CO，所以气体中
18、碳氧化物主要为CO；水玻璃成分为 Na2SiO3，因为氧化物杂质均转化为相应的氯化物，则 SiO2 转化为 SiCl4，则气体及气体中含 Si 元素的成分只能是 SiCl4，因此可得 SiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O。(3)固体中主要成分为 AlCl3、FeCl3、MgCl2，加过量 NaOH后生成 NaAlO2、NaCl、Fe(OH)3、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2均难溶，所以必须过滤才能得溶液，故步骤为过滤；溶液中阴离子有 OH、AlO2、Cl。(4)溶液中含 Na、OH、AlO2、Cl，加入乙酸乙酯，加热后，能生成沉淀的只能是 AlO2；反应条件是
19、加热不是灼烧，所以沉淀应为 Al(OH)3 而不是 Al2O3，离子方程式为 AlO2 2H2O=Al(OH)3OH。初级石墨中含 Al2O3 5.1%，依据铝原 子 守 恒 可 知 100 kg 初 级 石 墨 最 多 可 获 得 的 质 量 为100 kg5.1%102 gmol1 278 gmol17.8 kg。(5)用石墨作电极防止铜件的电化学腐蚀，应采用外加电流的阴极保护法，铜件作阴极，石墨作阳极。答案：(1)排出装置内的 O2，防止高温时石墨被空气中氧气氧化(2)CO SiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O(3)过滤 Cl、OH、AlO2(4)AlO2 2H2O=Al(OH)3OH 7.8(5)如图
