资源简介 (共47张PPT)主讲老师:专题4化学工艺流程题考向预测2024高考化学考题预测专题考情解码重温经典解法点拨2024考题预测无机化工流程题考情分析:情境:真实的工业生产情境试题呈现:I卷选择题(新高考省份,3分)、II卷大题(14~15分)元素载体:第四周期过渡金属元素(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等)相关化合物为主,也可能是主族元素相关化合物或其它周期过渡金属元素核心:元素化合物知识和分离提纯操作设问:流程分析分离提纯操作计算问题其他问题滤渣及滤液成份分析、涉及的方程式书写、循环物质判断、除杂试剂判断分离操作相关问题、提纯操作相关问题Ksp相关计算、pH的相关计算、热重问题、产率计算等物质结构相关问题考情解码重温经典解法点拨2024考题预测【例1】(23河北卷T10)一种以锰尘(主要成分为 Mn3O4 ,杂质为铝、镁、钙、铁的氧化物)为原料制备高纯 MnCO3 的 清洁生产新工艺流程如下:已知:室温下相关物质的 Ksp 如下表。下列说法错误的是A.酸浸工序中产生的气体①为氯气B.滤渣①主要成分为 Al(OH)3 和 Fe(OH)3C. 除杂②工序中逐渐加入 NaF 溶液时,若 Ca2+ 、Mg2+浓度接近,则 CaF2先析出D.沉淀工序中发生反应的离子方程式为 Mn2+ + 2HCO3-=MnCO3 ↓+ CO2 ↑ + H2OMnO·Mn2O3Cl2Al(OH)3、Fe(OH)3MgF2、CaF2CO263Ksp小C√√×√Mn2+、Mg2+、Fe3+、Al3+【例2】(2023山东卷T13)一种制备Cu2O的工艺路线如图所示,反应Ⅱ所得溶液pH在3~4之间,反应Ⅲ需及时补加NaOH以保持反应在pH=5条件下进行。常温下,H2SO3的电离平衡常数Ka1=1.3×10-2,Ka2=6.3×10-8。下列说法正确的是A.反应I、Ⅱ、Ⅲ均为氧化还原反应B.低温真空蒸发主要目的是防止NaHSO3被氧化C.溶液Y可循环用于反应Ⅱ所在操作单元中吸收气体ID.若Cu O产量不变,参与反应Ⅲ的X与CuSO4物质的量之比n(X)/n(CuSO4)增大时,需补加 NaOH的量减少SO2CO2NaHSO3溶液Na2SO3溶液Na2SO3溶液Na2SO3固体SO32-+2Cu2++2H2O = SO42-+ Cu2O+4H+CD√√××【例3】(2024九省联考辽吉黑试卷T-12)实验室合成高铁酸钾(K2FeO4)的过程如下图所示。下列说法错误的是A. 气体a的主要成分为Cl2B. 沉淀b的主要成分为KClO3C. K2FeO4中Fe的化合价为+6D. 反应2为2Fe(NO3)3+10KOH+3KClO=2K2FeO4+3KCl+6KNO3+5H2OCl2KClB√√√×【例4】(2023全国甲卷)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料,采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题:(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为 。(3)“酸化”步骤应选用的酸是 (填标号)。a.稀硫酸 b.浓硫酸 c.盐酸 d.磷酸(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取,是否可行? ,其原因是 。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为 。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡,产生的n(CO2):n(CO) 。BaTiO(C2O4)2BaS、CaS、CaCl2、CBaS、BaCl2BaCl2CaS、CBaCl2(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是 。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为 。(3)“酸化”步骤应选用的酸是 (填标号)。a.稀硫酸 b.浓硫酸 c.盐酸 d.磷酸做还原剂,将BaSO4还原S2-+Ca2+=CaS↓cBaS、CaS、CaCl2、CBaS、BaCl2BaCl2CaS、C、BaSO4BaCl2BaTiO(C2O4)2(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取,是否可行? ,其原因是 。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为 。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡,产生的n(CO2):n(CO) 。不可行产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S会污染空气,而且CaS与盐酸反应生成可溶于 水的CaCl2,导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去、最终所得产品的纯度降低BaCl2+TiCl4+H2O+2(NH4)2C2O4=BaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HClBaTiO(C2O4)2BaTiO3C4O62CO2CO21:1【例5】(2023全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下:已知:Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。回答下列问题:(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 。为提高溶矿速率,可采取的措施 (举1例)。(2)加入少量MnO2的作用是 。不宜使用H2O2替代MnO2,原因是 。(3)溶矿反应完成后,反应器中溶液pH=4,此时c(Fe3+)= mol·L-1;用石灰乳调节至pH≈7,除去的金属离子是 。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有 。(5)在电解槽中,发生电解反应的离子方程式为 。随着电解反应进行,为保持电解液成分稳定,应不断 。电解废液可在反应器中循环利用。(6)煅烧窑中,生成LiMn2O4反应的化学方程式是 。菱锰矿(MnCO3,含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)Mn2+、Fe3+、Al3+、Ni2+、BaSO4、NiS、SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3MnSO42Li2CO3+8MnO2 4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑煅烧(1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 。为提高溶矿速率,可采取的措施 (举1例)。(2)加入少量MnO2的作用是 。不宜使用H2O2替代MnO2,原因是 。MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑粉碎菱锰矿将Fe2+氧化为Fe3+Fe3+可以催化H2O2分解(3)溶矿反应完成后,反应器中溶液pH=4,此时c(Fe3+)= mol·L-1;用石灰乳调节至pH≈7,除去的金属离子是 。(4)加入少量BaS溶液除去Ni2+,生成的沉淀有 。(5)在电解槽中,发生电解反应的离子方程式为 。随着电解反应进行,为保持电解液成分稳定,应不断 。电解废液可在反应器中循环利用。(6)煅烧窑中,生成LiMn2O4反应的化学方程式是 。Ksp[Fe(OH)3]=2.8×10-39,Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33,Ksp[Ni(OH)2]=5.5×10-16。2.8×10-9Al3+BaSO4、NiSMn2++2H2O H2↑+ MnO2↓ +2H+通电加入Mn(OH)22Li2CO3+8MnO2 4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑煅烧【例6】(2023辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、镁元素的回收。已知:物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8回答下列问题:(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为 (答出一条即可)。(2)“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),1 mol H2SO5中过氧键的数目为 。(3)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、 (填化学式)。(4)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是 。(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为 。(6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25℃),需控制pH不低于 (精确至0.1)。镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)MnO2、CaSO4、Fe(OH)3Co2+、Ni2+、Mg2+Ni(OH)2、Co(OH)2Mg2+(1)用硫酸浸取镍钴矿时,提高浸取速率的方法为 (答出一条即可)。(2)“氧化”中,混合气在金属离子的催化作用下产生具有强氧化性的过一硫酸(H2SO5),1 mol H2SO5中过氧键的数目为 。(3)“氧化”中,用石灰乳调节pH=4,Mn2+被H2SO5氧化为MnO2,该反应的离子方程式为(H2SO5的电离第一步完全,第二步微弱);滤渣的成分为MnO2、 (填化学式)。适当升温Mg(OH)2NAMn2++HSO5-+H2O=MnO2+SO42-+3H+CaSO4、Fe(OH)3(4)“氧化”中保持空气通入速率不变,Mn(Ⅱ)氧化率与时间的关系如下。SO2体积分数为 时,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;继续增大SO2体积分数时,Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是 。镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)MnO2、CaSO4、Fe(OH)3Co2+、Ni2+、Mn2+、Mg2+Ni(OH)2、Co(OH)2Mn2+、Mg2+9.0%SO2有还原性,过多将会降低H2SO5的浓度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率(5)“沉钴镍”中得到的Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成CoO(OH),该反应的化学方程式为 。(6)“沉镁”中为使Mg2+沉淀完全(25℃),需控制pH不低于 (精确至0.1)。4Co(OH)2+O2=4CoO(OH)+2H2O11.1物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8【例7】(2023河北卷)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下:已知:室温下的Ksp(CuCl)=10-6.8。回答下列问题:(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为 (填化学式)。(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 。(4)浸取工序宜在30~40℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl-= + 。(6)真空干燥的目的为 。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离,同时得到CuCl。[Cu(NH3)2]Cl[Cu(NH3)4]Cl2FeCuClCuSO4(1)首次浸取所用深蓝色溶液①由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到,其主要成分为 (填化学式)。(2)滤渣的主要成分为 (填化学式)。(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl,该工序发生反应的化学方程式为 。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液①,氧化工序发生反应的离子方程式为 。[Cu(NH3)4]Cl2Fe[Cu(NH3)4]Cl2+Cu=2[Cu(NH3)2]Cl8NH3+4[Cu(NH3)2]++O2+4H+=4[Cu(NH3)4]2++2H2O(4)浸取工序宜在30~40℃之间进行,当环境温度较低时,浸取液再生后不需额外加热即可进行浸取的原因是 。(5)补全中和工序中主反应的离子方程式[Cu(NH3)2]++2H++Cl-= + 。(6)真空干燥的目的为 。[Cu(NH3)2]Cl[Cu(NH3)4]Cl2FeCuClCuSO4盐酸和液氨反应放热CuCl↓ 2NH4+防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化【例8】(2024九省联考河南卷)钢渣是钢铁行业的固体废弃物,含有2CaO·SiO2、Fe2O3、FeO、Al2O3和V2O3等物质。一种以钢渣粉为原料固定CO2并制备V2O3的工艺流程如图所示。已知:钢渣中Ca元素质量分数为30%,V2O3在稀盐酸和NH4Cl混合溶液中不易被浸出。该工艺条件下,有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示:金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ca2+开始沉淀的pH 1.9 7.2 3.5 12.4沉淀完全的pH 2.9 8.2 5.1 13.8回答下列问题:(1)浸出1过程生成的SiO2“包裹”在钢渣表面形成固体膜,阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措施有 (除粉碎外,举1例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是 。(2)为避免引入杂质离子,氧化剂A应为 (举1例)。(3)滤液C的溶质可循环利用,试剂B应为 。(4)若Ca的浸出率为90%,理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定 kg CO2。(5)富钒渣焙烧可生成钒钙盐,不同钒钙盐的溶解率随pH变化如图所示。已知浸出2的pH约为2.5,则应控制焙烧条件使该钒钙盐为 。该培烧反应的化学方程式是 。(6)微细碳酸钙广泛应用于医药、食品等领域,某种碳酸钙晶胞如图所示。已知a=b=4.99 nm,c=17.3 nm,α=β= 90°,γ=120°,该晶体密度为 g/cm3 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。钢渣是钢铁行业的固体废弃物,含有2CaO·SiO2、Fe2O3、FeO、Al2O3和V2O3等物质。已知:钢渣中Ca元素质量分数为30%,V2O3在稀盐酸和NH4Cl混合溶液中不易被浸出。该工艺条件下,有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH如下表所示:金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ Ca2+开始沉淀的pH 1.9 7.2 3.5 12.4沉淀完全的pH 2.9 8.2 5.1 13.8Fe3+、Fe2+、Al3+、Ca2+V2O3Fe3+、Al3+、Ca2+Fe(OH)3、Al(OH)3氨水双氧水NH4Cl钒钙盐(1)浸出1过程生成的SiO2“包裹”在钢渣表面形成固体膜,阻碍反应物向钢渣扩散。提高浸出率的措施有 (除粉碎外,举1例)。该浸出过程不使用稀硫酸代替稀盐酸的原因是 。(2)为避免引入杂质离子,氧化剂A应为 (举1例)。(3)滤液C的溶质可循环利用,试剂B应为 。(4)若Ca的浸出率为90%,理论上1吨钢渣在“固碳”中可固定 kg CO2。Fe3+、Fe2+、Al3+、Ca2+V2O3Fe3+、Al3+、Ca2+Fe(OH)3、Al(OH)3氨水双氧水NH4Cl钒钙盐适当升温形成微溶于水的CaSO4覆盖在钢渣表面,阻碍反应物与钢渣反应H2O2氨水钢渣中Ca元素的质量分数为30%,Ca的浸出率为90%297(5)富钒渣焙烧可生成钒钙盐,不同钒钙盐的溶解率随pH变化如图所示。已知浸出2的pH约为2.5,则应控制焙烧条件使该钒钙盐为 。该培烧反应的化学方程式是 。Ca2V2O7V2O3+2CaCO3+O2 Ca2V2O7+2CO2焙烧(6)微细碳酸钙广泛应用于医药、食品等领域,某种碳酸钙晶胞如图所示。已知a=b=4.99 nm,c=17.3 nm,α=β= 90°,γ=120°,该晶体密度为 g/cm3 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。Ca2+:顶点8、棱心4、体内4CO32-:棱上8、体内4×1023考情解码重温经典解法点拨2024考题预测1.矿石类处理方案矿石碱煮水洗酸浸碱浸Na2CO3熔融去除表面油污空气(O2)焙烧除去表面有机物,氧化过程溶解矿石中碱性成分变成溶液中离子溶解矿石中酸性成分变成溶液中离子溶解SiO2、给定信息2.除杂问题除杂离子交换树脂调pH沉淀法形成配合物萃取与反萃取调高pH去除溶液中Fe3+、Al3+加入沉淀剂去除某种离子,如:M2+ + 2HCO3- = MCO3↓ + CO2↑ + H2O具有空轨道的Mn+,易与可提供孤对电子的配体形成配合物从而实现溶解加入萃取剂,实现水相及有机相的分离加入某反应物发生化学反应实现反萃取通过离子交换柱上交换离子,实现除杂3.滤渣、滤液成分分析滤渣不溶物沉淀物矿石浸取过程的不溶物沉淀过程得到的沉淀物滤液产品中元素走主线加入(矿石及外加)和除去的物质判断滤液成分循环成份分析:消耗→生成型(主体是流程分析)母液的循环(返回加热浓缩、冷却结晶步骤)4.分离与提纯操作分离操作过滤分液蒸馏萃取固液不溶物,过滤的玻璃仪器互不相溶的液体,分液注意事项沸点相差较大的两种互溶液体,常用于有机物的分离萃取剂的选用,有机相无机相的处理提纯母液中得溶质晶体洗涤干燥重结晶加热浓缩、冷却结晶、过滤除去晶体表面杂质离子并降低晶体的溶解常温干燥/减压干燥/高温干燥杂质除去的更彻底5.方程式的书写重点为陌生氧化还原及复分解方程式的书写!陌生氧化还原方程式的书写反应物与产物的确定(主线判断)反应所处酸碱性 (H++H2O) / (OH-+H2O)配平问题陌生复分解方程式的书写反应物与产物的确定(结合前后信息)配平问题6.计算常考问题Ksp的相关计算:完全沉淀,离子浓度降到10-5 mol/L以下共沉淀体系,离子浓度比值的关系热重曲线:金属元素一般转化为对应的氧化物,抓住失重比例,分析失重过程,写出对应成份及涉及的反应方程式。考情解码重温经典解法点拨2024考题预测1.(百师联盟24届二轮复习联考一)纳米铜是一种性能优异的超导材料 , 以辉铜矿(主要成分为 Cu2S)为原料制备纳米铜粉的工艺流程如图所示。下列表述不正确的是A. “浸取”产物有CuSO4、FeSO4、S,浸取时,在有氧环境下效果更好B. “过滤”中若所得滤液仍然浑浊,需要再次过滤C. “萃取” 中为提高萃取效果减少损失,应该用适量的萃取剂多次萃取D. “ 还原”发生反应的离子方程式为 : 2Cu2+ +N2H4 = 2Cu+N2↑ +4H+DSCu2+、Fe2+Cu2+Fe2+√×√√2.(河北省首届化学说题比赛)近年来,我国新能源汽车迅速发展,失效三元锂离子电池的清洁回收具有重要意义。某科研团队提出“石墨自还原焙烧—碳酸化水浸提锂—氧化氨浸”工艺用来回收失效锂离子电池中的元素Li、Cu、Co、Ni,部分流程如下:已知:①“还原焙烧”产物为Ni、Co、Cu、Li2CO3;②相关配离子数据见表:配离子 [Co(NH3)6]3+ [Co(NH3)6]2+K稳 4.5×1033 1.3×105K稳越大,表明该配离子越稳定。回答下列问题:(1)将电池拆解物“破碎”的目的为_____________________________________________。(2)滤液I中的主要溶质为_______________(填化学式),流程中可循环利用的气体为_______________(填化学式)。(3)“氧化氨浸”中生成[Cu(NH3)4]2+的离子方程式为____________________________,该步骤中加入适量(NH4)2CO3溶液可有效提高金属的浸取率,原因为:①缓冲了溶液的pH变化,有利于金属氨配合物的稳定;②_________________________________________________。(4)“氧化氨浸”中钴以[Co(NH3)6]3+的形式浸出,则“蒸氨沉钴”步骤中加入还原剂N2H4·H2O的目的为_____________________________________________________________。(5)已知“蒸氨沉钴”所得产物之一为(NH4)2Co9(CO3)7(OH)6·4H2O(M=1161 g/mol),在700℃下焙烧3 h后得到稳定的氧化物,其残留率为62.3%,则焙烧产物为__________(填化学式)。已知:①“还原焙烧”产物为Ni、Co、Cu、Li2CO3;②相关配离子数据见表:配离子 [Co(NH3)6]3+ [Co(NH3)6]2+K稳 4.5×1033 1.3×105K稳越大,表明该配离子越稳定。Ni、Co、Cu、Li2CO3Ni、Co、CuLiHCO3CO2[Co(NH3)6]3+NH3、N2CoxOy(1)将电池拆解物“破碎”的目的为_____________________________________________。(2)滤液I中的主要溶质为_______________(填化学式),流程中可循环利用的气体为_______________(填化学式)。(3)“氧化氨浸”中生成[Cu(NH3)4]2+的离子方程式为____________________________,该步骤中加入适量(NH4)2CO3溶液可有效提高金属的浸取率,原因为:①缓冲了溶液的pH变化,有利于金属氨配合物的稳定;②_________________________________________________。Ni、Co、Cu、Li2CO3Ni、Co、CuLiHCO3CO2[Co(NH3)6]3+NH3、N2CoxOy增大接触面积,加快反应速率,提高电池拆解物的利用率LiHCO3NH3、CO22Cu+O2+4NH3+4NH4+=2[Cu(NH3)4]2++2H2O提高溶液中氨的浓度,促进金属与氨形成配合物离子(4)“氧化氨浸”中钴以[Co(NH3)6]3+的形式浸出,则“蒸氨沉钴”步骤中加入还原剂N2H4·H2O的目的为_____________________________________________________________。(5)已知“蒸氨沉钴”所得产物之一为(NH4)2Co9(CO3)7(OH)6·4H2O(M=1161 g/mol),在700℃下焙烧3 h后得到稳定的氧化物,其残留率为62.3%,则焙烧产物为__________(填化学式)。K稳越大,表明该配离子越稳定。配离子 [Co(NH3)6]3+ [Co(NH3)6]2+K稳 4.5×1033 1.3×105将较稳定的[Co(NH3)6]3+还原为较不稳定的[Co(NH3)6]2+,使NH3更易蒸出m=1161×62.3%≈723 gm(Co)=9×59=531 gm(O)≈723-531=192gn(Co):n(O)=9:192/16=9:12=3:4Co3O4 展开更多...... 收起↑ 资源预览