2020版高考一轮复习：大题突破(2) 化学工艺流程

TiO2·xH2O 转化下降 (4)4
(5)Fe3
＋
恰
好
沉
淀
完
全
时
,c(PO
3－ 4
)
＝
1.3×10－22 1.0×10－5
mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1,c3(Mg2＋)·c2(PO34－)值 为 0.013×(1.3×10－17)2≈1.7×10－40<Ksp[Mg3(PO4)2], 因此不会生成 Mg3(PO4)2 沉淀
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
蒸发结 晶
提取溶解度随温度变化不大的溶质,如 NaCl
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、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O 等
(4)Li2 Ti5O15 中 Ti 的化合价为＋4,其中过氧键 的数目为________。
(5)若“滤液②”中 c(Mg2＋)＝0.02 mol·L－1,加 入双氧水和磷酸(设溶液体积增加 1 倍)⑦,使 Fe3＋恰 好沉淀完全即溶液中 c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1, 此 时 是 否 有 Mg3(PO4)2 沉 淀 生 成 ？
__________________________________________ (列式计算)⑦。FePO4、Mg3(PO4)2 的 Ksp 分别为
1.3×10－22、1.0×10－24。
(6)写 出 “高 温 煅 烧 ②” 中 由 FePO4 制备 LiFePO4 的化学方程式____________________ ________________________________________。
蒸馏或 分离沸点不同且互溶的液体混合物,如分离
分馏 乙醇和甘油
冷却法
利用气体液化的特点分离气体,如合成氨工 业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气
[深度归纳] 1.增大原料浸出率(离子在溶液中被浸出的百分 率)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气 体的流速(浓度、压强)、增大气液或固液接触面积。 根据物质的具体性质,原料浸泡可分为水浸、酸浸、 碱浸、醇浸等。 2.过滤问题 (1)3 个基本操作 ①检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液 静置一段时间后,用胶头滴管取上层清液少许放入小
试管中,向其中滴入沉淀剂,若无沉淀生成,则说明离 子沉淀完全。
②洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸 没沉淀,待水自然流下后,重复操作 2～3 次。
(6)2FePO4 ＋ Li2CO3 ＋ H2C2O4 =高==温== 2LiFePO4
＋3CO2↑＋H2O
类型 2 提纯型工艺流程题
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。
信息提取 ①明确生产目的：利用钛铁矿为
原料制备 Li4Ti5O12 和 LiFePO4。 ②明确原料：明确原料的主要成分是 FeTiO3
和杂质成分是 MgO、SiO2；MgO 可以与酸反应 而 SiO2 不溶于酸。
③关注核心反应：盐酸酸浸(哪些物质与酸反
应,哪些物质不溶于酸等)、双氧水氧化(氨水存在
3.解题方法 (1)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。
大题突破(二) 化学工艺流程
[题型解读]
1.呈现形式 化学工艺流程题由题引、题干和题设三部分 构成。 (1)制备型题型特点
(2)提纯型题型特点
2.设问方式 题引一般简单介绍该工艺生产流程的原材 料和生产目的、产品(包括副产品)；题干以工业 生产实际为主要背景,以文字、工艺流程图、表格 相结合的形式呈现；题设主要是根据生产过程中 涉及的化学知识步步设问,形成与化工生产紧密 联系的化工工艺试题,主要涉及原料的选择、循环 利用、绿色化学、环境保护、分离提纯、反应原 理、实验操作、产率计算等。
(4)Li2Ti5O15 中 Ti 的化合价为＋4,Li 的化合 价为＋1,而过氧键(—O—O—)中 O 元素的化合 价为－1,设过氧键的个数为 x 个,其余 O 原子为 y 个,则有 2x＋y＝15,根据化合物中各元素化合价 的代数和为 0 可得：(＋1)×2＋(＋4)×5＋(－1)·2x ＋(－2)·y＝0,解得 x＝4,y＝7,故过氧键数目为 4 个。
mol·L—1,此时,浓度熵为 Qc＝c3(Mg2＋)·c2(PO34—) ＝ 0.013 × (1.3×10 — 17)2 ≈ 1.7 × 10 — 40 ＜
Ksp[Mg3(PO4)2] ＝ 1.0×10 － 24, 故 不 会 生 成 Mg3(PO4)2 沉淀。
(6) 由 工 艺 流 程 图 可 知 , “ 高 温 煅 烧 ②” 中 FePO4 、 Li2CO3 、 H2C2O4 在 高 温 下 反 应 生 成 LiFePO4,结合原子守恒推知,产物还有 CO2 和
(2)分段分析法：对于用同样的原材料生产多 种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流 程题,用分段分析法更容易找到解题的切入点。
(3)交叉分析法：有些化工生产选用多组原材 料,先合成一种或几种中间产品,再用这一中间产 品与部分其他原材料生产所需的主流产品,这种 题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示 意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生 产流水线,然后上下交叉分析。
(2)钛铁矿的主要成分为 FeTiO3,加入盐酸“酸 浸”后,钛主要以 TiOCl24—形式存在,结合原子守恒 和电荷守恒写出离子方程式。
(3)TiO2·xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应在 40 ℃时 TiO2·xH2O 的转化率最高,当温度低于 40 ℃时,TiO2·xH2O 转化率随温度升高而增加；当 温度超过 40 ℃时,因为 H2O2 不稳定受热发生分解 并且氨气逸出,导致 TiO2·xH2O 转化率下降。
时哪些离子被氧化、磷酸存在时哪些离子被氧 化)、高温煅烧(反应物、反应条件和生成物)等。
④识图像：坐标含义(横坐标是时间、纵坐标是 铁的浸出率、等温线等),关键点(平衡点)；从关键 点纵坐标为 70 时,分析条件为“100 ℃、2 h”或 “90 ℃、5 h”两个点。
⑤信息理解与应用：从生成物分析钛的化合价 变化情况,进而确定反应情况。
2.在流程题中,常会看到压强、温度等外界条 件的出现,不同的工艺对化学反应的温度或压强有 不同的要求,其所起的作用也不一样,但都是能否 达到实验目的的关键所在,也是命题专家们经常考 查的地方。对外界条件的分析主要从对反应速率 和平衡转化率的影响这两个方面着手。如
①使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨 或 SO2 的催化氧化反应,选择的温度是 500 ℃左右, 原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。
H2O,根据质量守恒定律写出化学方程式。
[答案] (1)100 ℃、2 h,90 ℃、5 h
(2)FeTiO3
＋
4H
＋
＋
4Cl
－
===Fe2
＋
＋
TiOCl
2－ 4
＋
2H2O (3)低于 40 ℃,TiO2·xH2O 转化率随温度升高而
增 加 ； 超 过 40 ℃, 双 氧 水 分 解 与 氨 气 逸 出 导 致
(5)FePO4 的 Ksp＝1.3×10－22,当 Fe3＋恰好沉
淀完全时,溶液中 c(PO34—)＝Ksp(FePO4)/c(Fe3＋)＝
1.3×10－22 1.0×10－5
mol·L－1＝1.3×10－17 mol·L－1,“滤
液 ② ” 中 c(Mg2 ＋ ) ＝ 0.02 mol·L — 1 × 1/2 ＝ 0.01
类型 1 制备型工艺流程题 1.物质制备过程的条件控制 (1)控制体系的环境氛围 ①需要在酸性气流中干燥 FeCl3、AlCl3、 MgCl2 等含水晶体,抑制水解并带走因分解产生 的水汽。
②营造还原性氛围,防止还原性物质被氧化。 如加入铁粉防止 Fe2＋被氧化。
③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2＋氧化转化为 Fe3＋,绿色氧化剂 H2O2 的优点：不引入新杂质,对环境无污染。
(3)TiO2·xH2O 沉淀与双氧水、氨水反应 40 min 所得实验结果如下表所示：
温度/℃ 30 35 40 45 50
TiO2·xH2O 转化率/%
92
95
97
93
88
分析 40 ℃时 TiO2·xH2O 转化率最高⑥的 原因__________________________________。
(2)控制反应温度 ①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平 衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。 ②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分 解,或促进平衡向某个方向移动。 ③控制温度在一定范围内：综合多方面因素 考虑。如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平 衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使 催化剂的催化活性最高等。 ④如题目中出现了包括产物在内的各种物 质的溶解度信息,则要根据它们溶解度随温度升 高而改变的情况,寻找合适的结晶分离方法。
2.常用的提纯方法
水溶法
Baidu Nhomakorabea
除去可溶性杂质
酸溶法
除去碱性杂质
碱溶法
除去酸性杂质
氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质
调节溶液的 pH 法 如除去酸性 Cu2＋溶液中的 Fe3＋等
3.常用的分离方法
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
回答下列问题：
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图 所示。由图可知,当铁的浸出率为 70%时④,所采用 的实验条件为________。
(2)“酸浸”后,钛主要以 TiOCl2－⑤4 形式存在, 写出相应反应的离子方程式
__________________________________________ _________________________________________。
⑥读懂表格信息：温度适宜时转化率最高,结 合物质性质分析,温度过高 H2O2 及 NH3·H2O 分解。
⑦关注细节信息：溶液体积加倍,离子浓度变 为原来的一半；要求列式计算,不能直接写出计算 结果。
典例解析 (1)由“酸浸”实验中铁的浸出率 结果图像可知,当铁的浸出率为 70%时,所采取的 实验条件是 100 ℃、2 h 和 90 ℃、5 h。
3.考查风格 试题陌生度高,以陌生的新物质为背景,贴近 工业生产(如会出现更多的工业术语和设备名称 等),试题文字信息量大,综合性强,对能力要求高。
[解题指导]
1.解题思路 (1)粗读题干,挖掘图示 关注关键字,弄懂流程图,但不必将每一种物 质都推出,只需问什么推什么。如制备类无机化工 题,可粗读试题,知道题目制取什么、大致流程和 有什么提示等。 (2)结合问题,精读信息 抓三方面：一是主干,二是流程图示,三是设 置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图,重点 抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作 方法等。
(3)跳跃思维,规范答题 答题时应注意前后问题往往没有“相关 性”,即前一问未答出,不会影响后面答题。
2.析题关键 (1)看原料：明确化工生产或化学实验所需的 材料。 (2)看目的：把握题干中的 “制备”或“提 纯”等关键词,确定化工生产或化学实验的目的。 (3)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)。 (4)看三线：主线主产品；分支副产品；回头 为循环。 (5)找信息：明确反应条件控制和分离提纯方 法。 (6)关注所加物质的可能作用：参与反应、提 供反应氛围、满足定量要求。
②对于一些工艺来说,降温或减压都可以减少 能源成本,降低对设备的要求,达到绿色化学的目 的。
[典例示范]
(2017·全国卷Ⅰ,27) Li4Ti5O12 和 LiFePO4①都是 锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿②(主要成分为 FeTiO3,还含有少量 MgO、SiO2 等杂质)来制备。工 艺流程如下：