1、题型突破 二无机化工生产流程题的突破方法【题型分析】对近年的高考试题进行分析,不难发现,无机化合物的制备试题很多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,考查考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。化学工艺流程题主要从以下两点设置：(1)环境与化学：主要涉及“废水、废气、废渣”的来源,以及对环境的影响和处理原理。(2)重要化工生产及资源利用：旨在用所学的基本理论指导化工生产。从命题趋势来看,一般有两种题型：(1)从实验设计和评价的角度对化工生产进行模拟。(2)根据一些化工生产的流程来考查考生的综合应用能力。类型一操作流程型【解析】(1)根据化合价代数和为零可算出
2、LiCoO2中,钴元素的化合价为+3价。(2)根据工艺流程中有Al(OH)3固体和题干中的铝箔,易推知是铝与NaOH溶液反应,所以离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2Al +3H2。(3)根据工艺流程中有Li2SO4溶液、CoSO4(Co为+2价)溶液,所以加H2SO4、H2O2酸浸的过程中发生的氧化还原反应有2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O,因为反应时温度为80,还会发生双氧水分解反应：2H2O2 O2+2H2O;用盐酸酸浸,由于盐酸容易被氧化成Cl2,污染环境。=(4)“沉钴”过程中发生反应后产物经过滤有CoCO3,所以反应的化学方程
3、式为CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2。(5)充电时,该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-=LixC6,可知放电时是Li1-xCoO2转化为LiCoO2。所以方程式为Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C。(6)放电时,LixC6在负极失电子产生Li+,经电解质移向正极,并进入正极材料LiCoO2中。流程工艺中回收的金属化合物有Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3。答案：(1)+3价(2)2Al+2OH-+2H2O=2Al +3H2(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O,2H
4、2O2 O2+2H2O 盐酸容易被氧化成Cl2,污染环境(4)CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C(6)放电时Li+移向正极 Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3=高分策略,规范解题1.物质制备类型化工生产流程题的解题策略：(1)明确原始物质及目标物质。(2)明确化工生产流程：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。(3)掌握主要的化工生产原理等。(4)掌握常见的与化工生产有关的操作方法及作用。尤其要注意对原料进行的预处理和控制反应条件的常用方法,它们分别是：对原料进行预处理的常用
5、方法及其作用：研磨以增大接触面积而加快反应速率;对原料酸(或水)浸的目的是与酸(或水)接触反应或溶解;灼烧以除去可燃杂质;煅烧以促使物质转化。常用的控制反应条件的方法：调节溶液的pH使某些金属离子沉淀;控制温度、压强以加快反应速率或使平衡移动;趁热过滤以防止某物质降温而析出;冰水洗涤以洗去杂质离子而减少晶体的损耗。2.提纯类化工生产流程题的解题策略：(1)明确原料中所含杂质和主要物质。(2)认真分析流程图,明确提纯的流程。(3)明确提纯的方法：水溶法、酸溶法、碱溶法、氧化或还原法、加热灼烧法、调节溶液的pH法等。(4)明确常用的分离方法：过滤、萃取和分液、结晶(蒸发结晶、冷却结晶)、蒸馏或分馏
6、等;同时还要注意物质分离、提纯的原则及注意事项等。类题试做,精题精练(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11.2 g,
7、煅烧后可得到产品8.1 g,则x等于。【解析】本题的各步操作目的及变化是：工业级氧化锌中含有铁、锰、镍等杂质,第一步加入稀硫酸可以溶解氧化锌,同时让铁、锰、镍转化为金属阳离子;第二步在浸出液中加入酸性高锰酸钾溶液,可以除去Fe2+和Mn2+,将它们转化为沉淀除去,此时滤液中剩余Zn2+和Ni2+;第三步加入锌粉,可以置换出金属镍而除去;第四步向滤液中加入碳酸钠溶液可以将Zn2+转化为碳酸锌沉淀;第五步将碳酸锌沉淀煅烧即可得到纯净的氧化锌固体。(1)反应中除去的杂质离子是Fe2+和Mn2+,发生反应的离子方程式为Mn +3Fe2+7H2O=3Fe(OH)3+MnO2+5H+,2Mn +3Mn2+
8、2H2O=5MnO2+4H+在加高锰酸钾之前,若溶液的pH较低,则铁离子和锰离子不能生成沉淀而除去。(2)反应的反应类型是置换反应,过滤所得的滤渣中除了过量的锌外还有置换出来的金属镍。(3)反应过滤出的沉淀在用蒸馏水洗涤后,若已经洗涤干净则滤液中不含硫酸根离子,因此只需要加入硝酸酸化的硝酸钡溶液即可检验沉淀是否洗涤干净。(4)第五步煅烧发生反应的方程式为ZnCO3xZn(OH)2=(x+1)ZnO+CO2+xH2O125+99x81(x+1)11.2 g8.1 g列比例式解得x=1。答案：(1)Fe2+和Mn2+Mn +3Fe2+7H2O=3Fe(OH)3+MnO2+5H+,2Mn +3Mn2
9、+2H2O=5MnO2+4H+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类型二原材料转化流程型【解析】(1)由实验流程可看出CeO2是一种难溶于水也难溶于稀盐酸的氧化物,洗涤滤渣A的目的是除去可溶性的Fe3+等;检验Fe3+是否洗净的方法是取最后一次洗涤液,加入KSCN溶液,若不出现红色,则说明已洗净。(2)由CeO2和Ce3+的铈元素价态可看出在酸性条件下CeO2与H2O2发生氧化还原反应：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2+4H2O。(3)萃取
10、剂不能与原溶剂互溶,所以TBP不能与水互溶;萃取操作的主要玻璃仪器还缺少分液漏斗。(4)由电子得失守恒可得知关系式：Ce(OH)4 FeSO4,故nCe(OH)4=n(FeSO4)=0.100 0 molL-10.025 L=0.002 5 molmCe(OH)4=0.002 5 mol208 gmol-1=0.52 gw=100%=97.0%。答案：(1)Fe3+取最后一次洗涤液,加入KSCN溶液,若不出现红色,则说明已洗净;反之,未洗净(2)2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3+O2+4H2O SiO2(3)不能 分液漏斗(4)97.0%高分策略,规范解题这种类型的题目的解答最关键是“抓
11、住流程图中每步转化的物质变化”来分析解决问题,审题时可以“在方框下面标示转化后生成的所有物质”,这类题常常涉及与原材料转化有关的知识点：(1)绿色化学理念：绿色化学理念包含原子的经济性和不使用、不产生对环境有污染的物质两层意思。(2)原料与产品的简单计算。(3)化学方程式或离子方程式的书写。(4)某步转化试剂的选择。(5)加入某试剂的原因。类题试做,精题精练1.(2013广东高考)银铜合金广泛用于航空工业,从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：(注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450和80)(1)电解精炼银时,阴极反应式为;滤渣A与稀HNO3反应,产生的气体在空气
12、中迅速变为红棕色,该气体变色的化学反应方程式为。(2)固体混合物B的组成为;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为。(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：CuO+Al2O3 CuAlO2+。高温=(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为mol CuAlO2,至少需要1.0 molL-1的Al2(SO4)3溶液L。(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是、过滤、洗涤和干燥。【解析】(1)仿照精炼铜的原理可以确定粗银做阳极：Ag-e-=Ag+,纯银做阴极：Ag+e-=Ag。滤渣A中的金
13、属与稀硝酸反应生成无色的NO,NO与空气中的氧气反应生成红棕色的NO2：2NO+O2=2NO2。(2)结合信息和流程图分析可知：硫酸铜、硫酸铝固体与稀氢氧化钠反应生成氢氧化铜和氢氧化铝,煮沸时氢氧化铜分解为CuO,氢氧化铝不分解,所以B应该为CuO和Al(OH)3,若NaOH过量,两性氢氧化物Al(OH)3就会溶解：Al(OH)3+OH-=Al +2H2O。(3)依据题给反应物和生成物可以判断：CuO转化为CuAlO2,铜元素化合价由+2下降为+1,CuO做氧化剂,所以生成的物质还应有氧气(化合价-20),根据氧化还原反应中得失电子守恒可配平反应：4CuO+2Al2O3 4CuAlO2+O2。
14、(4)银铜合金中的铜的物质的量n(Cu)=50.0 mol,根据元素守恒可得生成的CuAlO2也是50.0 mol,依据CuAlO2中的Cu和Al个数关系及铝原子个数守恒可得,nAl2(SO4)3=25.0 mol,则需要硫酸铝溶液的体积是25.0 L。(5)用溶液制备带结晶水的晶体的一般操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。高温=答案：(1)Ag+e-=Ag2NO+O2=2NO2(2)CuO和Al(OH)3Al(OH)3+OH-=Al +2H2O(3)424O2(4)50.025.0(5)蒸发浓缩、冷却结晶2.聚合氯化铝是新型、高效絮凝剂和净水剂,其单体是液态碱式氯化铝Al2(OH
15、)nCl6-n,工业上常采用铝盐溶液部分水解制备碱式氯化铝,其工艺流程如下：已知：高岭土：Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)及少量杂质和水。Al3+以氢氧化物形式完全沉淀时,溶液的pH为5.2。根据流程图回答下列问题：(1)写出溶解过程中反应的离子方程式。(2)加适量铝粉的主要目的是。(3)溶液的pH需控制在4.24.5的原因是,具体操作中除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是_。(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90100,控制该温度的操作名称是,写出该过程反应的化学方程式。【解析】(1)高岭土中的Al2O3、Fe2O3在溶解时可与盐酸反应,Si
16、O2为酸性氧化物,不与盐酸反应。(2)加适量铝粉可除去溶液中的铁离子杂质。(3)pH超过4.5,Al3+会形成Al(OH)3沉淀;pH低于4.2,Al3+水解程度很小,很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-n。溶液的pH需控制在4.24.5,所以具体操作中除添加必要的试剂,还需借助的实验用品是pH计(或精密pH试纸)。(4)“蒸发浓缩”需保持温度在90100,故需要水浴加热。此时铝离子水解生成Al2(OH)nCl6-n,反应的化学方程式为2AlCl3+nH2O=Al2(OH)nCl6-n+nHCl答案：(1)Al2O3+6H+=2Al3+3H2O、Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O
17、(2)除去溶液中的铁离子(3)pH超过4.5,Al3+会形成Al(OH)3沉淀;pH低于4.2,Al3+水解程度很小,很难形成液态碱式氯化铝Al2(OH)nCl6-npH计(或精密pH试纸)(4)水浴加热2AlCl3+nH2O=Al2(OH)nCl6-n+nHCl3.(2012江苏高考)废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如下：(1)铜帽溶解时加入H2O2的目的是_(用化学方程式表示)。铜帽溶解完全后,需将溶液中过量的H2O2除去。除去H2O2的简便方法是。(2)为确定加入锌灰(主要成分为Z
18、n、ZnO,杂质为铁及其氧化物)的量,实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu2+的含量。实验操作为：准确量取一定体积的含有Cu2+的溶液于带塞锥形瓶中,加适量水稀释,调节溶液pH=34,加入过量的KI,用Na2S2O3标准溶液滴定至终点。上述过程中反应的离子方程式如下：2Cu2+4I-=2CuI(白色)+I22S2 +I2=2I-+S4滴定选用的指示剂为,滴定终点观察到的现象为。若滴定前溶液中的H2O2没有除尽,所测定的Cu2+含量将会(填“偏高”“偏低”或“不变”)。(3)已知pH11时Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成Zn(OH)42-。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的
19、pH按金属离子浓度为1.0 molL-1计算)。实验中可选用的试剂：30%H2O2、1.0 molL-1HNO3、1.0 molL-1NaOH。由除去铜的滤液制备ZnO的实验步骤依次为：。过滤。过滤、洗涤、干燥。900煅烧。开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe3+1.13.2Fe2+5.88.8Zn2+5.98.9【解析】(1)结合第(1)问要求将铜帽溶解可知其目的是将铜溶解;双氧水受热易分解。(2)淀粉遇碘显蓝色;若双氧水没除尽,铜离子与双氧水均能氧化碘离子产生碘,碘与硫代硫酸钠反应,导致硫代硫酸钠用量增大,所测铜离子含量将会偏高。(3)结合给出离子沉淀的pH和实验步骤,应先用双氧水将Fe2+氧化为Fe3+,使Fe3+完全转化为沉淀,过滤除去后,继续调节pH使Zn2+转化为氢氧化锌,再过滤、洗涤、干燥、煅烧得氧化锌。答案：(1)Cu+H2O2+H2SO4=CuSO4+2H2O加热(至沸)(2)淀粉溶液 蓝色褪去 偏高(3)向滤液中加入适量30%H2O2,使其充分反应滴加1.0 molL-1NaOH,调节溶液pH约为5(或3.2pH5.9),使Fe3+沉淀完全向滤液中滴加1.0 molL-1NaOH,调节溶液pH约为10(或8.9pH11),使Zn2+沉淀完全
