2020届高三化学二轮复习——物质制备类工艺流程题

2020届高三化学二轮复习——物质制备类工艺流程题物质制备类工艺流程题的解题策略1．首尾分析法破解无机物制备工艺流程原理与过程。

对一些线性流程工艺(从原料到产品为“一条龙”的生产工序)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)，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分离、提纯产品的化工工艺，然后结合题设的问题，逐一推敲解答。

2．截段分析法对于用同样的原材料生产两种或多种产品(包括副产品)的工艺流程题，用截段分析法更容易找到解题的切入点。

关键在于看清主、副产品是如何分开的，以此确定截几段更合适，一般截段以产品为基准点。

3．掌握“5种”原料预处理(研磨、水浸、酸浸、灼烧、煅烧)的作用和“5种”控制反应条件(调溶液pH、控制温度、使用催化剂、趁热过滤、冰水洗涤)的目的。

1．TiO2和CaTiO3都是光电转化材料。

某研究小组利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量SiO2等杂质)来制备TiO2和CaTiO3，并利用黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]回收铁的工艺流程如图1所示：回答下列问题：(1)“氧化酸解”的实验中，控制反应温度为150 ℃，不同氧化剂对钛铁矿酸解率的影响如图2所示。

50 min时，要求酸解率大于85%，所选氧化剂应为___________________________；采用H2O2作氧化剂时，其效率低的原因可能是__________________________________。

(2)向“氧化酸解”的滤液①中加入尿素[CO(NH 2)2]，TiO 2＋转化为TiO 2，写出相应反应的离子方程式：___________________________________________________________________________________________________________________________________， 使用尿素而不直接通入NH 3的原因是________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)写出“高温煅烧”中由TiO 2制备CaTiO 3的化学方程式：_______________________ ________________________________________________________________________。

(4)Fe 3＋恰好沉淀完全时，溶液中c (Fe 3＋)＝1.0×10－5 mol·L －1，计算此时溶液的pH ＝________________________________________________________________________。

[Fe(OH)3的K sp ＝1.0×10－39、水的K w ＝1.0×10－14](5)黄钾铁矾沉淀为晶体，含水量很少。

回收Fe 3＋时，不采用加入氨水调节pH 的方法制取Fe(OH)3的原因是_________________________________________________________。

答案 (1)KClO 3 在温度较高时H 2O 2易分解[或产物中的Fe 3＋可以催化H 2O 2的分解(其他合理答案也可，如H 2O 2氧化能力弱)](2)TiO 2＋＋CO(NH 2)2＋2H 2O=====△TiO 2＋CO 2↑＋2NH ＋4 避免将溶液中Fe 3＋沉淀(3)TiO 2＋CaCl 2·2H 2O=====高温CaTiO 3＋2HCl ↑＋H 2O ↑(4)2.7(5)Fe(OH)3为絮状沉淀，不容易分离解析 (1)根据题目要求结合图像，在50 min 时酸解率大于85%的氧化剂有KMnO 4和KClO 3，但KMnO 4作氧化剂引入了Mn 2＋，对后续的物质分离会造成干扰，故选用KClO 3作氧化剂。

(2)由TiO 2＋转化为TiO 2可知，Ti 元素的化合价并没有发生改变，该反应为非氧化还原反应，在酸性环境中，C 、N 元素的产物为CO 2、NH ＋4；由于Fe 3＋开始沉淀需要的pH 很小，直接通入NH 3会使溶液pH 快速增大，容易使Fe 3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH 3，可以避免溶液中Fe 3＋沉淀。

(3)由信息可知制备CaTiO 3的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl 、H 2O 。

(4)根据Fe(OH)3的K sp ＝1.0×10－39和溶液中c (Fe 3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1可知，溶液中OH －的浓度为31.0×10－391.0×10－5 mol·L －1≈1.0×10－11.3 mol·L －1，c (H ＋)＝K w c (OH －)＝10－1410－11.3＝10－2.7 mol·L －1，所以pH 为2.7。

(5)氢氧化铁为絮状沉淀，不易于从溶液中分离，所以不采用加入氨水调节pH 的方法制取Fe(OH)3。

2．铬及其化合物有许多独特的性质和用途。

如炼钢时加入一定量的铬可得到不锈钢，K 2Cr 2O 7是实验中常用的强氧化剂之一。

(1)铬可形成CrCl 3、NaCrO 2等盐类物质，则NaCrO 2中铬元素的化合价为________________，由此知Cr 2O 3是__________(填“酸性”“碱性”或“两性”)化合物。

(2)某化工厂利用湿法从主要含有锌、铜、铁、铬、镉(Cd)、钴(Co)等单质的铜铬渣中回收铬的流程如下：几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH 如下表所示：①料渣Ⅰ中只含有一种金属单质，该单质是________________________________________，氧化过程中由铁、铬形成的离子均被氧化，则pH 的调控范围是____________。

②酸浸时形成的金属离子的价态均相同，料渣Ⅱ中含有大量的CoAs 合金，请写出除钴时反应的离子方程式：______________________________________________________________，氧化过程中氧化产物与还原产物物质的量之比为__________________。

(3)砷酸可用于制造有机颜料、杀虫剂等，将料渣Ⅱ用NaOH 处理后可得到亚砷酸钠(Na 3AsO 3)，再利用如下图所示的三室电解池进行电解可得到砷酸(H 3AsO 4)及NaOH 。

则a 极应接电源的______极，b 电极上电极反应式为_______________________________ ________________________________________________________________________。

答案(1)＋3两性(2)①铜 3.3≤pH＜6②2Co2＋＋7Zn＋10H＋＋As2O5===7Zn2＋＋2CoAs＋5H2O1∶1(3)负AsO3－3－2e－＋H2O===AsO3－4＋2H＋解析(1)由化合价规则知NaCrO2中铬元素价态为＋3，由铬形成CrCl3、NaCrO2两类盐及铝元素的性质类推，Cr2O3是两性化合物。

(2)①铜不能与稀硫酸反应，故料渣Ⅰ是金属单质铜，调pH时得到Fe(OH)3沉淀，故溶液的pH应不小于3.3，但要小于6。

②锌将Co2＋、As2O5还原为相应的单质，然后两种单质形成合金。

氧化过程中是Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋、H2O2被还原为H2O，氧化产物与还原产物物质的量之比为1∶1。

(3)电解时阳离子移向阴极，故a电极是阴极，与电源负极相连，b电极是阳极，AsO3－3通过阴离子交换膜进入阳极区，AsO3－3在阳极上失去电子转化为AsO3－4：AsO3－3－2e－＋H2O===AsO3－4＋2H＋。

3．钼酸钠(Na2MoO4)是一种冷却水系统的金属缓蚀剂，工业上利用钼精矿(主要成分为MoS2)制备金属钼和钼酸钠晶体的流程如图1所示。

回答下列问题：(1)如果在空气中焙烧1 mol MoS2时，S元素转移12 mol电子，则MoS2中钼元素的化合价为________；焙烧的另一种产物是________，产生的尾气对环境的主要危害是____________________。

(2)若在实验中进行操作2，则从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是______________、过滤、洗涤、干燥。

(3)钼精矿中MoS2含量测定：取钼精矿25 g，经在空气中焙烧、操作1、操作2得到钼酸钠晶体24.2 g，钼精矿中MoS2的质量分数为________________。

(已知MoS2的相对分子质量为160，Na2MoO4·2H2O的相对分子质量为242)(4)操作3发生反应的离子方程式为____________________________________________________________。

(5)用镍、钼作电极电解浓NaOH溶液制备钼酸钠(Na2MoO4)的装置如图2所示。

b电极的材料为________________________________________________________________________(填“镍”或“钼”)，电极反应为___________________________________________________________________________________________________________________。

答案(1)＋4SO2形成酸雨(2)蒸发浓缩、冷却结晶(3)64%(4)MoS2＋6OH－＋9ClO－===MoO2－4＋2SO2－4＋9Cl－＋3H2O(5)钼Mo－6e－＋8OH－===MoO2－4＋4H2O解析(1)根据电子转移数目及化合物中各元素化合价代数和为0，容易计算得出MoS2中Mo 元素的化合价为＋4；焙烧的另外一种产物是SO2，SO2能导致酸雨等。

(2)从钼酸钠溶液中得到钼酸钠晶体的操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。

(3)24.2 g钼酸钠晶体的物质的量是0.1 mol，由钼原子守恒得MoS2的物质的量为0.1 mol，然后再根据质量分数的定义进行计算即可。

(4)操作3是将钼精矿与氢氧化钠溶液、次氯酸钠溶液混合，发生反应的离子方程式是MoS2＋6OH－＋9ClO－===MoO2－4＋2SO2－4＋3H2O＋9Cl－。