1、高三第1轮总复习 化学 第三章 金属及其化合物阶段性复习课三阶段性复习课三热点专题系列(三)金属矿物综合利用的工艺流程化学工艺流程题近几年是高考的热点，所占的分值也相当大，但由于此类试题陌生度高，对我们的能力要求也大，加上有的试题文字量大，容易产生畏惧感，所以这类题的得分不是很理想。解题指导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，弄清生产流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。2.基本步骤(1)审题从题干中获取有用信息，了解生产的产品，并在流程框图
2、上，标出原料中的成分，找出原料中的杂质。审流程图：看箭头，进入的是投料(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，流程下题目中所提的问题，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，不仅要把题中所给信息及流程图审一遍，还要把题中所提问题浏览一遍。3.思维方向化工流程题目在流程上一般分为三个过程：原料处理 分离提纯
3、获得产品(1)原料处理阶段操作的主要目的粉碎、加热目的增大反应速率。酸溶、碱溶、水溶(常见化工术语：水浸、浸出、酸浸)溶解。灼烧、焙烧、煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。(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，应该先用氧化剂把 Fe2氧化为 Fe3，再调溶液的 pH 至 3.7；注意把溶液的 pH 调至 3.7，并不是加
4、酸调节，而是增大 pH，应该加碱或其他与酸反应的物质。B.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。试剂除杂：加入某一试剂，使杂质溶解或沉淀或转化为气体。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、易水解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如侯氏制碱中的 NaHCO3；还有如 H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为
5、使化学平衡向着题目要求的方向移动。萃取：利用萃取原理将混合物进行分离，一般还需通过分液和蒸馏等方法。(3)获得产品阶段的常见考点洗涤(冰水、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。蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出 FeCl3、AlCl3、MgCl2 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。重结晶。规范答题文字叙述类题目要规范答题，防止出现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
6、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会析出(或升温时会溶解)而带入新的杂质。4.反应中采取加热措施的作用：一般是为了增大反应速率或加速某固体的溶解。题型探究1.碱金属及其矿物的开发利用碱金属都是比较活泼的金属，单质的冶炼一般用电解熔融氯化物的方法；碱金属的盐大多数易溶于水，其盐的获取一般是除去其他杂质，从滤液中经过蒸发或结晶的方法获取。例 1 氯化钾样品中含有少量碳酸钾、硫酸钾和不溶于水的杂质。为了提纯氯化钾，先将样品溶于适量水中，充分搅拌后过滤，再将滤液按下图所示步骤进行操作。回答下列问题：(1
7、)起始滤液的 pH_7(填“大于”“小于”或“等于”)，其原因是_；(2)试剂的化学式为_，中发生反应的离子方程式为_；(3)试剂的化学式为_，中加入试剂的目的是_；(4)试剂的名称是_，中发生反应的离子方程式为_；(5)某同学称取提纯的产品 0.7759 g，溶解后定容在 100 mL 容量瓶中，每次取 25.00 mL 溶液，用 0.1000 molL1 的硝酸银标准溶液滴定，三次滴定消耗标准溶液的平均体积为 25.62 mL，该产品的纯度为_(列式并计算结果)。答案(1)大于 强碱弱酸盐 K2CO3 水解，使体系呈碱性(2)BaCl2 Ba2SO24=BaSO4、Ba2CO23=BaCO
8、3(3)K2CO3 除去 A 中的 Ba2(4)盐酸 2HCO23=H2OCO2(5)25.62103 L0.1000 molL174.5 gmol1100.0 mL25.00 mL0.7759 g100%98.40%2.铝及其矿物的开发利用做与铝有关的制备和分离提纯类习题时要抓住铝及其化合物的两性，特别是与强碱溶液的反应。例 2 从铝土矿(主要成分是 Al2O3，含 SiO2、Fe2O3、MgO 等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如图：请回答下列问题：(1)流程甲加入盐酸后生成 Al3的离子方程式为_。(2)流程乙加入烧碱后生成 SiO23 的离子方程式为_。(3)验证滤液 B 含 Fe3，
9、可取少量滤液并加入_(填试剂名称)。(4)滤液 E、K 中溶质的主要成分是_ (填化学式)，写出该溶液的一种用途_。(5)已知 298 K 时，Mg(OH)2 的溶度积常数 Ksp5.61012，取适量的滤液 B，加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得 pH13.00，则此温度下残留在溶液中的 c(Mg2)_。解析 流程甲：铝土矿中加入过量盐酸后能溶解 Al2O3、Fe2O3、MgO，SiO2 不溶于盐酸，所以固体 A为 SiO2，滤液 B 中有 AlCl3、FeCl3、HCl、MgCl2；滤液 B 中加入过量烧碱后 FeCl3、MgCl2 分别转化为 Fe(OH)3、Mg(OH)2 沉淀 C
10、，AlCl3 转化为 NaAlO2，滤液 D 中有 NaAlO2、NaCl、NaOH；滤液 D 中通入过量 CO2 后NaAlO2 转化为 Al(OH)3 沉淀 F，滤液 E 中有 NaHCO3、NaCl。流程乙：铝土矿中加入过量烧碱后能溶解 Al2O3、SiO2，Fe2O3、MgO 不溶于烧碱，所以固体 X 为 Fe2O3、MgO，滤液 Y 中有 NaAlO2、Na2SiO3、NaOH；滤液 Y 中通入过量 CO2 后 NaAlO2、Na2SiO3、NaOH 分别转化为 Al(OH)3 和 NaHCO3、H2SiO3和 NaHCO3、NaHCO3，所以沉淀 Z 为 Al(OH)3 和 H2S
11、iO3，滤液 K 为 NaHCO3 溶液。(1)流程甲加入盐酸后与 HCl 反应生成 Al3的应为铝土矿中的 Al2O3。(2)SiO2 可以溶于 NaOH 中生成 Na2SiO3。(3)检验 Fe3的特征反应很多，如遇 KSCN 显红色，遇苯酚显紫色，与 OH结合生成红褐色沉淀等。(4)生成 E、K 时，CO2 均是过量的，故应生成 NaHCO3。(5)由于 Kspc(Mg2)c2(OH)，所以 c(Mg2)5.61012/(0.1)25.61010(molL1)。答案 (1)Al2O36H=2Al33H2O(2)SiO22OH=SiO23 H2O(3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案)(4)
12、NaHCO3 制纯碱(或制发酵粉等合理答案)(5)5.61010 molL13.镁及其矿物的开发利用(1)分析原理首先要分析 Mg 的冶炼原理：MgCl2(熔融)=通电 MgCl2，所以我们首先要获得纯净的 MgCl2。(2)分析初始原料海水中含有 MgCl2，但浓度极低，所以要富集。方法：蒸发浓缩海水。海水中除含有 MgCl2 外，还含有 Na、K、Ca2、SO24、Br、I等可溶性离子，所以还要分离、提纯。分析离子中只有 Mg2与 OH反应生成 Mg(OH)2 沉淀。我们可以用价格便宜的碱 Ca(OH)2 使 Mg2转化成 Mg(OH)2 沉淀，从而将 Mg2分离出来。(3)制得无水 Mg
13、Cl2得到的 Mg(OH)2 沉淀与盐酸反应生成 MgCl2 溶液，进一步处理即可得到无水 MgCl2，电解可得到镁单质。例 3 镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上 60%的镁从海水中提取，海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：(1)若在空气中加热 MgCl26H2O，生成的是 Mg(OH)Cl 或 MgO，写出相应反应的化学方程式：_。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的 HCl 气流中加热 MgCl26H2O，能得到无水 MgCl2，其原因是_。(2)Mg(OH)2 沉淀中混有的 Ca(OH)2 应怎样除去？写出实验步骤：_。(3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在
14、溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。溶解时：_。过滤时：_。蒸发时：_。(4)获得 HCl 的反应为 2CH4O24Cl2=2CO8HCl(不考虑其他反应)。事实上，生产中 HCl 一直在循环使用。试从理论上分析，是否需要补充 HCl，简要说明理由。解析(1)根据信息书写化学方程式，首先分析反应物、生成物的化合价可知，此反应不是氧化还原反应，反应物是 MgCl26H2O，如果生成物为 Mg(OH)Cl，根据质量守恒定律，生成物除 Mg(OH)Cl 外，还有HCl 和 H2O，即 MgCl26H2O=Mg(OH)ClHCl5H2O；同理，也可以
15、写出生成 MgO 的化学方程式。(2)因为 Mg(OH)2 的溶解度小于 Ca(OH)2 的，可以加入氯化镁溶液发生反应 Ca(OH)2MgCl2=Mg(OH)2CaCl2，CaCl2 易溶于水而除去。(4)在工业生产中注重效益，HCl 可以循环使用，根据氯元素守恒可知理论上不需要补充 HCl。答案(1)MgCl26H2O=Mg(OH)ClHCl5H2O 或 MgCl26H2O=MgO2HCl5H2O 在干燥的 HCl 气流中加热 MgCl26H2O，抑制了 MgCl2 的水解，并带走了 MgCl26H2O 受热时产生的水蒸气，故能得到无水 MgCl2(2)加入 MgCl2 溶液，充分搅拌，过
16、滤，沉淀用水洗涤(3)搅拌，加速溶解引流，使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒搅拌，防止因局部过热引起液滴或晶体飞溅(4)不需要补充 HCl，因为 Cl22HClMg(OH)2MgCl2Cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不需要补充 HCl。4.其他金属矿物的开发利用例 4 硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是 ZnCO3，并含少量的 Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO 等，生产工艺流程示意图如下：(1)将菱锌矿研磨成粉的目的是_。(2)完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：Fe(OH)2_ _=Fe(OH)3Cl(3)针铁矿(Goethite)是
17、以德国诗人歌德(Goethe)名字命名的，组成元素是 Fe、O 和 H，化学式量为 89，化学式是_。(4)根据下表数据，调节“滤液 2”的 pH 时，理论上可选用的最大区间为_。(5)工业上从“滤液 3”制取 MgO 过程中，合适的反应物是_(选填序号)。a.大理石粉 b.石灰乳c.纯碱溶液d.烧碱溶液(6)“滤液 4”之后的操作依次为_、_、过滤、洗涤、干燥。(7)分析图中数据，菱锌矿粉中 ZnCO3 的质量分数不低于_。解析(1)将菱锌矿研磨成粉可以增大反应时的接触面积，使反应更加充分。(2)漂白粉的成分中含有次氯酸根，调节酸碱度后，具有较强的氧化性，能使2 价的铁氧化成3 价，氢氧化亚
18、铁变成氢氧化铁必须增加氢氧元素的量，可以推测出另一种反应物为水，清楚了反应物，一般可以顺利地配平。(3)化学式量为 89，组成元素是 Fe、O 和 H，其中铁的相对原子质量为 56，扣掉 56 剩下 33，式子中只能含 2 个氧原子和一个氢原子，所以可能的组成为 FeO(OH)。(4)pH8.0，Zn(OH)2 完全沉淀，pH10.5 开始溶解，而 Mg(OH)2 在 pH10.4 的时候开始沉淀，为了使 Zn(OH)2 能完全析出且不影响 Mg(OH)2，溶液的酸碱度控制在 8.0pH10.4 范围。(5)大理石粉难溶于水，选择熟石灰和烧碱溶液可以使溶液的碱性增强，有利于镁离子完全沉淀。(6
19、)蒸发浓缩、冷却结晶能使晶体尽快地析出。(7)矿粉中 nZnCO3nZnOm281 molmZnCO3125m281 g，则矿粉中 ZnCO3%的最小值为125m281m1 100%。答案 (1)增大反应物接触面积(或增大反应速率或使反应更充分)(2)2Fe(OH)2ClOH2O=2Fe(OH)3Cl(3)FeO(OH)(4)8.0pH10.4(5)bd(6)蒸发浓缩 冷却结晶(7)125m2/81m1四 以“金属回收利用”为载体串联金属单质及其化合物的性质真题展示 2012天津高考信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含
20、 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和硫酸铝晶体的路线：知识串联(1)Fe、Al 遇浓 HNO3、浓 H2SO4 发生_现象，属于_变化。考查铁、铝单质的性质(2)Cu 与稀 H2SO4 反应吗？与稀 HNO3 呢？Cu 与浓 H2SO4、浓 HNO3 反应吗？若反应，写出反应的化学方程式。_考查铜单质的化学性质(3)第步中加 H2O2 的作用是_，反应的离子方程式为_。能起到相同作用的还可以是_，写出相应的离子方程式_，但是，使用 H2O2 效果最好，原因是_。考查 Fe2与 Fe3之间的转化(4)滤液 1 中既含 Fe2，又含有 F
21、e3，如何通过实验检验其中的 Fe2与 Fe3？_考查 Fe2与 Fe3的检验(5)Fe 与稀 HNO3 反应时，若铁粉过量，反应的离子方程式为_，若 HNO3 过量，反应的离子方程式为_。考查单质铁的化学性质(6)Fe 与 H2O 蒸气反应 和 Fe 在氧气中燃烧的共同产物是_，该物质与铝粉在高温条件下反应的化学方程式为_。考查铁、铝的化学性质和铝热反应(7)由滤渣 2 制取 Al2(SO4)318H2O，探究小组设计了三种方案：甲：滤渣2 H2SO4 酸浸液,蒸发、冷却、结晶、过滤Al2(SO4)318H2O乙：滤渣2 H2SO4 酸浸液适量Al粉过滤滤液,蒸发、冷却、结晶、过滤 Al2(
22、SO4)318H2O丙：滤渣2NaOH溶液过滤滤液 H2SO4 溶液,蒸发、冷却、结晶、过滤 Al2(SO4)318H2O上述三种方案中，_方案不可行，原因是_。考查 Al(OH)3 的两性(8)如何由 Al 制备 Al(OH)3，找出最佳途径，写出反应的离子方程式。_。考查 Al(OH)3 的制备(9)由 Al2(SO4)318H2O 如何制备金属铝？写出反应的化学方程式，是离子反应的写离子方程式。_。考查铝的冶炼(10)NaOH 溶液可由 Na 或 Na2O2 与水反应得到，写出这两个反应的化学方程式并标出电子转移的方向和数目。_。考查 Na、Na2O2 的性质(11)写出反应 的离子方程
23、式。_。考查钠的化合物之间的转化(12)如何通过实验方法鉴别同浓度的 Na2CO3 与 NaHCO3 溶液？_。考查 Na2CO3 与 NaHCO3 的性质答案：(1)钝化 化学(2)Cu 与稀 H2SO4 不反应；3Cu8HNO3=3Cu(NO3)22NO4H2OCu2H2SO4(浓),CuSO4SO22H2OCu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O(3)将 Fe2氧化为 Fe3 2Fe2H2O22H=2Fe32H2OCl2、NO3 和 H、MnO4 和 H等等 2Fe2Cl2=2Fe32Cl 3Fe2NO3 4H=3Fe3NO2H2O,5Fe2MnO4 8H=5Fe3Mn24
24、H2O不引入杂质，对环境无污染(4)取少量溶液 1，滴入几滴 KSCN 溶液，若溶液变成红色，证明含有 Fe3；取少量溶液 1，滴入几滴酸性 KMnO4 溶液，若 KMnO4 溶液褪色，证明含有 Fe2。(5)3Fe8H2NO3=3Fe22NO4H2O Fe4HNO3=Fe3NO2H2O(6)Fe3O4 8Al3Fe3O4=高温 9Fe4Al2O3(7)甲 因为酸浸液是 Al2(SO4)3 与 Fe2(SO4)3 的混合液，所得产品中含有较多的 Fe2(SO4)3 杂质。(8)途径Al3HAl33OHAl(OH)3途径AlOHAlO2 HAl(OH)3途径消耗原料最少，反应的离子方程式为：2A
25、l6H=2Al33H2 2Al2H2O2OH=2AlO23H2 Al33AlO2 6H2O=4Al(OH)3(9)Al33NH3H2O=Al(OH)33NH42Al(OH)3=Al2O33H2O2Al2O3=电解冰晶石4Al3O2(10)2Na2H2e2O=2NaOHH2(12)方法一：分别滴加 BaCl2(或 CaCl2)溶液，有白色沉淀生成的是 Na2CO3 溶液，无沉淀生成者为 NaHCO3溶液。方法二：分别测量同浓度 Na2CO3 和 NaHCO3 溶液的 pH，pH 大者为 Na2CO3 溶液，pH 小者为 NaHCO3溶液。方法三：分别向同浓度的 Na2CO3 和 NaHCO3 溶液中逐滴加入同浓度的稀盐酸，开始即产生气泡的为NaHCO3 溶液，开始无气泡，过一段时间再产生气泡的为 Na2CO3 溶液。感谢观看 THE END