高考化学二轮复习题型突破一突破点2工艺流程中的分离提纯与操作分析课件(共42张PPT)

(共42张PPT)
题型突破一　化学工艺流程综合
突破点2　工艺流程中的分离提纯与操作分析
高考真题赏析　明考向
1. (2023·湖南高考节选)超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：
已知：①金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8 ℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体；
③相关物质的沸点：
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题：
(1)“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40～45 ℃的原因是 __________________________________________________________
____________________________________________________________，
阴极的电极反应式为 ______________________________________；
(2)“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是 ________；
(3)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 ____________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)时由于Et2O的沸点较低，与Ga(CH3)3一起蒸出，不能制备超纯Ga(CH3)3，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是根据题给相关物质沸点可知，NR3沸点远高于Ga(CH3)3，与Ga(CH3)3易分离。
2. (2023·广东选考节选)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋与NH3形成可溶于水的配离子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为 ______________________
__________________________________________________________。
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O) ________c(NH)(填“>”“<”或“＝”)。
(3)“ 氨浸”时，由Co(OH)3转化为[Co(NH3)6]2＋的离子方程式为 __
____________________________________________。
实质是通过配位键生成络合离子而溶解，称为络合溶解
(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是 ______________
_____________________________________________。“析晶”过程中通入的酸性气体A为 ________。
(5)“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和 ________(填化学式)。
规律方法整合　建模型
? 物质分离与提纯的7种常用方法
? 常用的结晶方法
1.从溶液中获取不带结晶水的晶体。如NaCl、K2SO4等，用蒸发结晶。
2.从溶液中获取带结晶水的晶体。如CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等，用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
3.从混合液中获取溶解度受温度影响较小的溶质。如从含少量KNO3的NaCl溶液中获取NaCl晶体，用蒸发结晶、趁热过滤。
4.从混合液中获取溶解度受温度影响较大的溶质。如从含少量KCl的KNO3溶液中获取KNO3晶体，用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。
5.重结晶指析出的晶体经过溶解后再次从溶液中结晶析出的过程，是一种利用物质的溶解性不同而进行分离、提纯的方法。如苯甲酸的分离提纯。
【思维模型】　　金属离子的萃取与反萃取
(1)溶剂萃取简称萃取——利用溶质在两种不相溶的液体之间的溶解度或者分配差异，达到分离和富集的目的。经过反复多次萃取，可将大部分化合物提取出来。
(2)反萃取和洗脱——与萃取过程相反，用一定的酸、碱或盐溶液把金属离子从有机相中再次返回到水相中的过程。
强基培优精练　提能力
1. (2024·河北邯郸二模)铝镍合金粉经活化处理制得的雷尼镍触媒是一种高活性催化剂，主要应用于催化加氢、有机合成等生产过程。经反复使用后，其活性逐渐降低，失活后变成废镍催化剂，该废镍催化剂的原料组成见下表：
名称 有机物 Ni Al Fe Cu SiO2
质量分数/% 13.5 40.2 36.3 2.7 1.3 6
工业上对该催化剂进行处理并回收Al和Ni，工艺流程如下，请回答下列问题：
(1)焙烧的目的是 __________________________________________。
(2)请任写一条“滤渣1”在工业上的用途： ____________________
___________________________________________________________。
(3)调pH之前先加入H2O2的目的是 ________________________。“滤液3”与过量CO2发生的离子方程式为__________________________
__________________________________________。
(4)“一系列操作”是 _________________________________。
(5)“滤渣3”中含有两种金属元素，向“滤渣3”中加入过量 _____
(填试剂名称)，过滤，可以分离两种元素。
【解析】　废镍触媒焙烧后加入硫酸酸溶过滤除去滤渣1为SiO2，滤液1加入双氧水、碳酸镍调节pH后过滤，滤液2一系列操作后得到硫酸镍晶体；一系列操作应该为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤；滤渣2加入NaOH碱溶后过滤得到滤渣3主要为氢氧化铁和氢氧化铜的混合物，滤液3通入过量二氧化碳反应得到的沉淀固体A为氢氧化铝。(1)将废镍触媒焙烧，主要是将有机物转化成CO2除掉，同时将难溶于酸的Cu转化成CuO。(2)经硫酸酸浸后，得到的滤渣1是SiO2。(3)金属元素溶于硫酸存在于滤液1中，其中铁元素可能有二价，用H2O2氧化后，用NiCO3调节pH，使铁元素、铝元素和铜元素均转化为氢氧化物沉淀，经碱溶过滤将
2. (2024·湖南邵阳二模节选)铁、镍及其化合物在工业上有广泛的应用。从某矿渣[成分为NiFe2O4(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工艺流程如下：
已知：(NH4)2SO4在350 ℃分解生成NH3和H2SO4。回答下列问题：
(1)用95 ℃热水浸泡的目的是 __________________________。
(2)矿渣中部分FeO焙烧时与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3的化学方程式是 ____________________________________________________________
________________________________。
(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2＋(浓度为1.0×10－3 mol·L－1)，除钙率为99%时应控制溶液中F－浓度至少是 ______mol·L－1
[Ksp(CaF2)＝4.0×10－11]。
(4)从NiSO4溶液中获得NiSO4·6H2O晶体的操作依次是 ___________
_________，过滤，洗涤，干燥。
【答案】　(1)促进Fe3＋水解，使Fe3＋转化成沉淀除去
(2)4FeO＋6H2SO4＋O2===2Fe2(SO4)3＋6H2O
(3)2.0×10－3
(4)加热浓缩溶液至有晶膜出现(蒸发浓缩)，冷却结晶
【解析】　在600 ℃焙烧时，(NH4)2SO4分解产生H2SO4，H2SO4与NiO、FeO、CaO反应生成NiSO4、Fe2(SO4)3(未隔绝空气，亚铁被氧化)、CaSO4，SiO2不与硫酸反应，接着进入浸泡环节，除铁元素，使铁转化为沉淀除去，SiO2不溶，故浸渣中还含有SiO2，经过此步骤，所得浸取液中含有CaSO4(微溶物，上一步未完全除去)、NiSO4、H2SO4，接着进入除钙步骤，CaSO4转化为难溶的CaF2被除去，之后溶液中主要含有NiSO4、H2SO4、硫酸钠，萃取实现分离，有机相经过几步处理最终得NiSO4。(1)浸泡目的是除铁元素，故用95℃热水浸泡的目的是促进Fe3＋水解，使Fe3＋转化成沉淀除去。(2)矿渣中部分FeO焙烧时与H2SO4反应
考前押题　练预测
1. (2024·河北张家口三模节选)五氧化二钒主要用作合金添加剂，含钒钢具有强度高，韧性大，耐磨性好等优良特性。工业上常用炼钢残渣(主要含V2O3及少量铁粉、Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)为原料制取V2O5的一种工艺流程如图所示：
已知：NH4VO3难溶于水，Ksp(NH4VO3)＝1.6×10－3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”时通入大量空气的作用是 ________________________
________________________________________。
(2)“碱浸”所得滤渣的主要成分是 ________。
(3)写出“沉硅、 铝”反应的离子方程式： _________________、 ___________________。
2. (2024·河北保定市名校联考三模)稀土元素铈及其化合物在生产生活中有重要用途，如汽车尾气用稀土/钯三效催化剂处理，不仅可以降低催化剂的成本，还可以提高催化效能。以氟碳铈矿(主要成分为CeCO3F)为原料制备CeO2的一种工艺流程如图：
已知：①滤渣1的主要成分是难溶于水的Ce(BF4)3，滤渣2的主要成分是KBF4；Ksp(KBF4)＝10－a、Ksp[Ce(BF4)3]＝10－b(a、b均大于0)。
②当前工艺条件下，部分金属阳离子开始沉淀和完全沉淀(离子浓度小于1×10－5 mol·L－1)时的pH如下表：
金属阳离子 Fe3＋ Ce3＋
开始沉淀时的pH 1.3 7.7
完全沉淀时的pH 3.1 9.2
回答下列问题：
(1)写出一条提高焙烧效率的方法： _______________________。
(2)加入盐酸和H3BO3进行浸取时有污染环境的气体产生，该气体为 ________(填化学式)；操作1和操作2的名称为 ________。
(3)调节滤液1的pH的范围为 ______________；滤渣3的主要成分为 ________(填化学式)。
(4)某研究小组利用硫化锌锂电池，在酸性
环境下电解Ce2O3制Ce(SO4)2的装置如右图所示。
阴极的电极反应式为 _______________，随着电
解反应的进行，为使电解液成分稳定，应不断补
充 __________________(填化学式)。
【答案】　(1)矿石粉碎、搅拌等　
(2)Cl2　过滤　(3)3.1～7.7　Fe(OH)3
(4)2H＋＋2e－===H2↑　H2SO4
【解析】　氟碳铈矿焙烧后加入盐酸、硼酸酸浸，生成Ce(BF4)3沉淀成为滤渣1，滤渣1加入氯化钾溶液得到KBF4沉淀成为滤渣2，滤液1中含有铁离子、Ce3＋，调节pH将铁离子转化为沉淀得到滤渣3，滤液2含Ce3＋，滤液2加入碳酸氢铵得到Ce2(CO3)3，煅烧过程中被空气中氧气氧化为CeO2。(1)矿石粉碎、搅拌等都会加快反应速率，提高焙烧效率。(2)四价Ce具有氧化性，加入盐酸和H3BO3进行浸取时，会将氯离
子氧化为有毒的氯气，产生有污染环境的气体，该气体为Cl2；操作1和操作2均为分离固液的操作，名称为过滤。(3)调节滤液1的pH使得铁离子沉淀被分离，而Ce3＋不产生沉淀，结合表中数据可知，范围为3.1～7.7；滤渣3的主要成分为生成氢氧化铁Fe(OH)3。(4)在酸性环境下电解Ce2O3制Ce(SO4)2，则阴极氢离子放电发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极Ce2O3失去电子发生氧化反应生成Ce(SO4)2，电极反应式为Ce2O3－2e－＋6H＋===2Ce4＋＋3H2O；则总反应为Ce2O3＋8H＋===2Ce4＋＋3H2O＋H2↑，随着电解反应的进行，为使电解液成分稳定，应不断补充H2SO4。