【课堂新坐标】2017届高三化学通用版二轮复习第1部分专题3突破点14无机化工工艺流程

提示：在本实验条件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。
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回答下列问题： (1)反应②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③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④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④中产物的成分可能是ZnCO3· xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅 烧后可得到产品8.1 g，则x等于________。
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以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
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回答下列问题： (1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋ 2 ，反应的离子方程式为_______________， 同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是________。 (2)“氧化”中欲使3 mol的VO2＋变为VO＋ 2 ，则需要氧化剂KClO3至少为 ________mol。 (3)“中和”作用之一是使钒以V4O4 12 形式存在于溶液中。“废渣2”中含有
－ － 中，消耗V4O4 同时生成 OH ，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离 12
子最多的是K＋。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”过程中生成 V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程 高温 式：2NH4VO3=====V2O5＋H2O＋2NH3↑。
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(3)由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以
－ V4O4 12 形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成
Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，从而除去Fe3 、Al3 ，故“废渣2”中含有Fe(OH)3和
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3．控制压强 改变反应速率，影响化学平衡。 4．趁热过滤 过滤是为了得到产品或除去杂质，在除杂时，有些产品在温度较低时会结晶 析出，从而混在杂质中，造成损失，故“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶 析出，因此趁热过滤的目的可从两方面回答：一是提高纯度，二是减少结晶损 失。
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提炼2 化工工艺流程中条件控制 1.调节溶液的pH 其目的主要是：防止“某离子”的水解，防止“某离子”的沉淀，确保“某 离子”完全沉淀，防止“某些物质”的溶解等。调节pH所需的物质一般应满足两 点：①能与H＋(或OH－)反应，使溶液的pH增大(或减小)；②不引入新的杂质。 2．控制温度 (1)升温：加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使 某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等。(2)降温：防止某物质在高温时分解、挥 发、升华或促进平衡向放热方向移动。
＋ ＋ － Al(OH)3。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4O4 12
离子交换 洗脱
R4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，应增加溶 液中c(OH－)，使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。
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(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程
回访2 (2015· 全国卷Ⅰ)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要 成分为Mg2B2O5· H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原 料制备硼酸(H3BO3)的工艺流程如下所示：
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回答下列问题： (1)写出Mg2B2O5· H2O与硫酸反应的化学方程式： ______________________________________________________________。 为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有______(写出两 条)。 (2)利用________的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物 质是________(写化学式)。 (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是________。然后再调节溶液的pH 约为5，目的是___________________________。
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核 心 知 识 · 聚 焦
突破点14
热 点 题 型 · 探 究
无机化工工艺流程
专 题 限 时 集 训
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提炼1 化工工艺流程中常见操作 1.研磨 增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。 2．焙烧 高温下使固体原料分解、反应或改变结构。
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[解析] 从分析整个流程图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问 题。 (1)在反应②中，通过调节溶液的pH，高锰酸钾能将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3
＋
，将Mn2＋氧化为MnO2而除去；若开始溶液的pH过低，Fe2＋、Mn2＋将很难生成沉
淀而除去。 (2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2＋、Ni2＋、H＋等，加入锌后可将 Ni置换出来，故滤渣中还含有金属镍。
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4．盐类水解的具体应用 水解规律和水解反应的控制(抑制或促进)。 5．绿色化学思想 物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。
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回访1 (2016· 全国丙卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫 酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。 废钒催化剂的主要成分为： 【导学号：14942056】
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△ [答案] (1)Mg2B2O5· H2O＋2H2SO4 ===== 2H3BO3＋2MgSO4 将矿石粉碎 (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4 使Fe3＋与Al3＋形成氢氧化物沉淀而除去 提高反应温度、
(3)将Fe2＋氧化成Fe3＋ (4)(七水)硫酸镁
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5．加入物质 ①加碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。 ②加沸石或碎瓷片：防止液体暴沸。③加有机溶剂：萃取某些物质，或降低 某些物质的溶解度。
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提炼3 化工工艺流程中常涉及的化学反应原理和化学思想 1.沉淀溶解平衡的相关应用 形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。 2．反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用 反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。 3．氧化还原反应规律 强弱律、守恒律、优先律。
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(4)“粗硼酸”中的主要杂质是________(填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂， 其电子式为________。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可 制备单质硼，用化学方程式表示制备过程：___________________。
(5)
△ △ (6)2H3BO3=====B2O3＋3H2O、B2O3＋3Mg=====2B＋3MgO
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回访3
(2013· 新课标全国卷Ⅱ)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(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)等杂质]的流程如下：
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2017版高三二轮复习与策略 [解析] (1)盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出Mg2B2O5· H2O与硫酸反
△ 应的化学方程式：Mg2B2O5· H2O＋2H2SO4 ===== 2MgSO4＋2H3BO3。可采取升高温 度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。(2)Fe3O4具有磁 性。“浸渣”中除含Fe3O4外，还含有与H2SO4不反应的SiO2，以及CaO与H2SO4反 应生成的微溶物CaSO4。 (3)硫酸浸出后的滤液中，含有的主要物质有MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、 Al2(SO4)3、H3BO3等，H2O2具有氧化性，因此加入H2O2溶液可将其中的Fe2＋氧化 为Fe3 。由工艺流程图可知，最后过滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的pH约为
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5．洗涤 水洗：通常是为了除去水溶性杂质，适用于不溶于水的固体物质或液体物质 的洗涤。冰水洗涤：通常是为了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。有机物(乙醇)洗涤：通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解 损失，便于固体的干燥。
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＋ [解析] (1)“酸浸”时V2O5转化为VO＋ ， V O 、 VO 2 2 5 2 中V元素均显＋5价，V
元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写 出离子方程式：V2O5＋2H＋===2VO＋ 2 ＋H2O。废钒催化剂中除SiO2外，其余物质 均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。 (2)“氧化”中使3 mol的VO2＋变为VO＋ 2 ，转移电子的物质的量为3 mol×(5－4)＝3 mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl元素由＋5价降低到－1价，根据电子守恒可 3 mol 知，需要KClO3的物质的量至少为 6 ＝0.5 mol。
＋
5，可使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀、Al3＋转化为Al(OH)3沉淀。
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2017版高三二轮复习与策略 (4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液，可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸
镁。 (5)NaBH4是一种离子化合物，由Na＋与[BH4]－构成，其电子式为
。 (6)以H3BO3与Mg为原料可制备单质B，根据反应物的性质结合质量守恒定律 △ 可知，其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3=====B2O3＋3H2O，B2O3＋ △ 3Mg=====3MgO＋2B。
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[答案] (1)V2O5＋2H＋===2VO＋ SiO2 2 ＋H2O (2)0.5 ＋2NH3↑ (3)Fe(OH)3和Al(OH)3 (4)碱 (5)K＋ 高温 (6)2NH4VO3 ===== V2O5＋H2O
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－
________。
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(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROH＋V4O 4 12
－
离子交换 R4V4O12 洗脱
＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈 ________性(填“酸”、“碱”或“中”)。 (5)“流出液”中阳离子最多的是________。 (6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方 程式：___________________________。
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3．浸出 水浸：使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中。酸浸：使金 属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。碱浸：除去油污、溶解酸 性氧化物、铝及其氧化物。对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙 醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度。 4．加热煮沸 排除溶液中溶解的气体。
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(3)反应④生成的沉淀为ZnCO3，同时生成Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤