新高考形势下的高三一轮复习

---化学工艺流程复习课

一.  学习目标

1.     学会从陌生情境中提取信息，并与已有知识整合，重组构建新的知识体系；

2.     学会将实际问题分解，采用分析、综合的方法，解决复杂化学问题；

二.  学习重难点

提取信息、应用信息

三.  学习过程

活动一 直面高考 确立问题

（2020全国卷）某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO₄·7H₂O)：

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是______________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。

(2)“滤液②”中含有 金属离子是______________。

(3)“转化”中可替代H₂O₂的物质是______________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即

  “滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。

(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)₂的K_sp=______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni²⁺浓度为1.0 mol·L⁻¹，则“调pH”应控制的pH范围是______________。

(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式______________。

(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。

活动二 回归课本 建构模型

活动三 统筹“框架”、 细致“环节”

1.     原料预处理

例1 实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成份为铁的氧化物）制备软磁性材料α−Fe2O3。其主要实验流程如下：

（1）酸浸。用一定浓度的H₂SO₄溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有     （填序号）。

A．适当升高酸浸温度      B．适当加快搅拌速度      C．适当缩短酸浸时间

例2 实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO₃、Mg₂SiO₄和少量Fe、Al的氧化物）为原料制备MgCO₃·3H₂O。实验过程如下：

（1）酸溶过程中主要反应的热化学方程式为

MgCO₃(s)+2H⁺(aq)===Mg²⁺(aq)+CO₂(g)+H₂O(l)   ΔH=－50.4 kJ·mol^-1

Mg₂SiO₄(s)+4H⁺(aq)===2 Mg²⁺(aq)+H₂SiO₃(s)+H₂O(l)    ΔH=－225.4 kJ·mol^-1

酸溶需加热的目的是______；所加H₂SO₄不宜过量太多的原因是_______。

例3 实验室以工业废渣（主要含CaSO₄·2H₂O，还含少量SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）为原料制取轻质CaCO₃和(NH₄)₂SO₄晶体，其实验流程如下：

（1）室温下，反应CaSO₄(s)+ (aq) CaCO₃(s)+ (aq)达到平衡，则溶液中 =

   [K_sp(CaSO₄)=4.8×10⁻⁵，K_sp(CaCO₃)=3×10⁻⁹]。

2.     核心化学反应

【物质间的转化】

例1.  聚合硫酸铁[Fe₂(OH)_6-2n(SO₄)_n]_m广泛用于水的净化。以FeSO₄·7H₂O为原料，经溶解、氧化、水解聚合等步骤，可制备聚合硫酸铁。

将一定量的FeSO₄·7H₂O溶于稀硫酸，在约70 ℃下边搅拌边缓慢加入一定量的H₂O₂溶液，继续反应一段时间，得到红棕色黏稠液体。H₂O₂氧化Fe²⁺的离子方程式               ；

思考：题干提供的信息为氧化和水解聚合同时发生，过程产生Fe₄(OH)₆⁶⁺离子，则对应的离子方程式                                   

例2实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成份为铁的氧化物）制备软磁性材料α−Fe₂O₃。其主要实验流程如下：

沉铁:将提纯后的FeSO₄溶液与氨水−NH₄HCO₃混合溶液反应，生成FeCO₃沉淀。生成FeCO₃沉淀的离子方程式为                          ；

思考：设计以FeSO₄溶液、氨水-NH₄HCO₃混合溶液为原料，制备FeCO₃的实验方案：                                                                          ;

[FeCO₃沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)₂开始沉淀的pH=6.5]。

【实验条件的控制】

PH

例1.有效去除废水中的H₂SiF₆、F-，改善水质是环境部门的重要研究课题。废水的酸碱度及废水中的Fe³⁺对F^-浓度的测定都会产生一定的影响。测定时，通常控制废水的pH在5～6之间。pH过小所测F-浓度偏低，其原因是                       

例2.以铜阳极泥分离所得废渣（成分为AgCl、PbSO₄、PbCl₂和Ag₂Te）为原料，生产白银的工艺流程如图

已知：
①水溶液中H₂SO₃、HSO₃^-、SO₃^2-的物质的量分数随pH变化如图1所示；
②“浸出”时AgCl与Na₂SO₃溶液反应的离子方程式为

            AgCl+nSO₃^2--⇌[Ag（SO₃）n]^（2n-1）-+Cl^-。

“浸出”时加入稍过量的Na₂SO₃溶液，同时控制pH在9以上，其目的是                 

例3.碱式硫酸铁[Fe(OH)SO₄]是一种用于污水处理的高效絮凝剂，工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

(1) 加入少量NaHCO₃调节pH至什么范围             。

(2) 聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内， pH偏小或 pH偏大有何影响？ 

温度

例1实验室以工业废渣（主要含CaSO₄·2H₂O，还含少量SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）为原料制取轻质CaCO₃和(NH₄)₂SO₄晶体，其实验流程如下：

（2）废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60~70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导致CaSO₄的转化率下降，其原因                       。

例2（3）CO₂催化加氢合成二甲醚是一种CO₂转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO₂(g)+H₂(g)        CO(g)+H₂O(g)   ΔH =41.2 kJ·mol⁻¹

反应Ⅱ：2CO₂(g)+6H₂(g)      CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)   ΔH =﹣122.5 kJ·mol⁻¹

在恒压、CO₂和H₂的起始量一定的条件下，CO₂平衡转化率和平衡时CH₃OCH₃的选择性随温度的变化如图。其中：

温度高于300 ℃，CO₂平衡转化率随温度升高而上升的原因？

例3硫酸镍是电镀工业必不可少的化工原料。从不锈钢废渣（主要含Fe 42.35%、Cr 9.67%、Ni 5.1%、C 4.7%、Si 3.39%等）中制取硫酸镍晶体的工艺流程如下：

已知：Cr³⁺与氨水反应时有少量Cr³⁺生成[Cr（NH₃）₆]³⁺，但加热时该络合物易分解。Ni²⁺与氨水反应生成[Ni（NH₃）₆]²⁺，该络合物加热时稳定，用硫酸酸化时生成相应的硫酸盐。

（1）“酸浸”后得到的溶液中主要含有FeSO₄、NiSO₄、Cr₂（SO₄）₃，“酸浸”时需控制温度为90℃左右，可以采用的加热方式是                        ；

（2）“过滤”前，适当加热的目的是                            。

浓度

例1过氧化锶(SrO₂.2H₂O)晶体的制备流程如下：

反应原理 ：Sr(NO₃)₂  +H₂O₂+2NH₃ · H₂O = SrO₂ ·2 H₂O↓+2NH₄NO₃ , 该反应放热。

(1)   选择不同浓度的双氧水在反应器中反应，测得相同时间H₂O₂的利用率随浓度的变化关系如右图所示。5%的H₂O₂比20%H₂O₂利用率低的原因是                          。

(2)浓度大于20%，H₂O₂的利用率又下降的原因：                                   。

例2.粉煤灰的综合利既有利于节约资源又有利于保护环境。某粉煤灰（主要含Al₂O₃、Fe₂O₃、CaCO₃等）的铝、铁分离工艺流程如下：

当硫酸质量分数大于50%，金属氧化物浸出率明显下降。其原因是                        

例3 以粉煤灰（主要成分为Al₂O₃、SiO₂，还含少量Fe₂O₃等）为原料制取氧化铝的部分工艺流程如下：

（2）“结晶”是向浓溶液中通入HCl气体，从而获得AlCl₃•6H₂O晶体的过程，溶液中Al³⁺和盐酸的浓度随通气时间的变化如下图所示。Al³⁺浓度减小的原因是                     。

3.     产品的分离与提纯

例1 SO₂是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO₄·H₂O)的工艺流程如图所示：

回答下列问题：

(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH₄)₂SO₄溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等操作即得K₂SO₄产品；

(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是_________________________。