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(NH2)2]，TiO2转化为TiO2，写出相应反应的离子方程式：___________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 使用尿素而不直接通入NH3的原因是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)写出“高温煅烧”中由TiO2制备CaTiO3的化学方程式：_______________________ ________________________________________________________________________。 (4)Fe3恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe3)＝1.0×10

＋

＋

－5＋

mol·L

－1

，计算此时溶液的pH＝

________________________________________________________________________。 [Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10

－39

、水的Kw＝1.0×10

－14

]

＋

(5)黄钾铁矾沉淀为晶体，含水量很少。回收Fe3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)KClO3 在温度较高时H2O2易分解[或产物中的Fe3可以催化H2O2的分解(其他合理答案也可，如H2O2氧化能力弱)]

(2)TiO2＋CO(NH2)2＋2H2O=====TiO2＋CO2↑＋2NH4 避免将溶液中Fe3沉淀 (3)TiO2＋CaCl2·2H2O=====CaTiO3＋2HCl↑＋H2O↑ (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KMnO4和KClO3，但KMnO4作氧化剂引入了Mn2＋，对后续的物质分离会造成干扰，故选用KClO3作氧化剂。(2)由TiO2＋转化为TiO2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，

3＋开始沉淀需要的pH很小，直接在酸性环境中，C、N元素的产物为CO2、NH＋4；由于Fe

＋

＋

△

＋＋

高温

通入NH3会使溶液pH快速增大，容易使Fe3＋沉淀，所以使用尿素而不直接通入NH3，可以避免溶液中Fe3＋沉淀。(3)由信息可知制备CaTiO3的反应为非氧化还原反应，根据元素守恒，剩余产物为HCl、H2O。(4)根据Fe(OH)3的Ksp＝1.0×10－39和溶液中c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L

3

－1

可知，溶液中OH－的浓度为

1.0×10－391.0×10－5

mol·L－1≈1.0×10－11.3 mol·L－1，c(H＋)＝

10－14Kw

＝＝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11.3－－c?OH?10

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，K2Cr2O7是实验中常用的强氧化剂之一。

(1)铬可形成CrCl3、NaCrO2等盐类物质，则NaCrO2中铬元素的化合价为________________，由此知Cr2O3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：

氢氧化物 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH

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(Na3AsO3)，再利用如下图所示的三室电解池进行电解可得到砷酸(H3AsO4)及NaOH。

Fe(OH)3 1.5 3.3 Zn(OH)2 8 12 Cd(OH)2 7.2 9.5 Cr(OH)3 6 8

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