資源簡介

(共42張PPT)
題型突破一　化學(xué)工藝流程綜合
突破點(diǎn)2　工藝流程中的分離提純與操作分析
高考真題賞析　明考向
1. (2023·湖南高考節(jié)選)超純Ga(CH3)3是制備第三代半導(dǎo)體的支撐源材料之一，近年來，我國科技工作者開發(fā)了超純純化、超純分析和超純灌裝一系列高新技術(shù)，在研制超純Ga(CH3)3方面取得了顯著成果，工業(yè)上以粗鎵為原料，制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下：
已知：①金屬Ga的化學(xué)性質(zhì)和Al相似，Ga的熔點(diǎn)為29.8 ℃；
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作為配體；
③相關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)：
物質(zhì) Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸點(diǎn)/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列問題：
(1)“電解精煉”裝置如圖所示，電解池溫度控制在40～45 ℃的原因是 __________________________________________________________
____________________________________________________________，
陰極的電極反應(yīng)式為 ______________________________________；
(2)“殘?jiān)苯?jīng)純水處理，能產(chǎn)生可燃性氣體，該氣體主要成分是 ________；
(3)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制備超純Ga(CH3)3，而本流程采用“配體交換”工藝制備超純Ga(CH3)3的理由是 ____________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)時(shí)由于Et2O的沸點(diǎn)較低，與Ga(CH3)3一起蒸出，不能制備超純Ga(CH3)3，而本流程采用“配體交換”工藝制備超純Ga(CH3)3的理由是根據(jù)題給相關(guān)物質(zhì)沸點(diǎn)可知，NR3沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于Ga(CH3)3，與Ga(CH3)3易分離。
2. (2023·廣東選考節(jié)選)Ni、Co均是重要的戰(zhàn)略性金屬。從處理后的礦石硝酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Al3＋、Mg2＋)中，利用氨浸工藝可提取Ni、Co，并獲得高附加值化工產(chǎn)品。工藝流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常溫下，Ni2＋、Co2＋、Co3＋與NH3形成可溶于水的配離子；lg Kb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空氣氧化為Co(OH)3；部分氫氧化物的Ksp如下表。
氫氧化物 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
回答下列問題：
(1)活性MgO可與水反應(yīng)，化學(xué)方程式為 ______________________
__________________________________________________________。
(2)常溫下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O) ________c(NH)(填“>”“<”或“＝”)。
(3)“ 氨浸”時(shí)，由Co(OH)3轉(zhuǎn)化為[Co(NH3)6]2＋的離子方程式為 __
____________________________________________。
實(shí)質(zhì)是通過配位鍵生成絡(luò)合離子而溶解，稱為絡(luò)合溶解
(4)(NH4)2CO3會(huì)使濾泥中的一種膠狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化為疏松分布的棒狀顆粒物。(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是 ______________
_____________________________________________?！拔鼍А边^程中通入的酸性氣體A為 ________。
(5)“熱解”對(duì)于從礦石提取Ni、Co工藝的意義，在于可重復(fù)利用HNO3和 ________(填化學(xué)式)。
規(guī)律方法整合　建模型
? 物質(zhì)分離與提純的7種常用方法
? 常用的結(jié)晶方法
1.從溶液中獲取不帶結(jié)晶水的晶體。如NaCl、K2SO4等，用蒸發(fā)結(jié)晶。
2.從溶液中獲取帶結(jié)晶水的晶體。如CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等，用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。
3.從混合液中獲取溶解度受溫度影響較小的溶質(zhì)。如從含少量KNO3的NaCl溶液中獲取NaCl晶體，用蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾。
4.從混合液中獲取溶解度受溫度影響較大的溶質(zhì)。如從含少量KCl的KNO3溶液中獲取KNO3晶體，用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾。
5.重結(jié)晶指析出的晶體經(jīng)過溶解后再次從溶液中結(jié)晶析出的過程，是一種利用物質(zhì)的溶解性不同而進(jìn)行分離、提純的方法。如苯甲酸的分離提純。
【思維模型】　　金屬離子的萃取與反萃取
(1)溶劑萃取簡稱萃取——利用溶質(zhì)在兩種不相溶的液體之間的溶解度或者分配差異，達(dá)到分離和富集的目的。經(jīng)過反復(fù)多次萃取，可將大部分化合物提取出來。
(2)反萃取和洗脫——與萃取過程相反，用一定的酸、堿或鹽溶液把金屬離子從有機(jī)相中再次返回到水相中的過程。
強(qiáng)基培優(yōu)精練　提能力
1. (2024·河北邯鄲二模)鋁鎳合金粉經(jīng)活化處理制得的雷尼鎳觸媒是一種高活性催化劑，主要應(yīng)用于催化加氫、有機(jī)合成等生產(chǎn)過程。經(jīng)反復(fù)使用后，其活性逐漸降低，失活后變成廢鎳催化劑，該廢鎳催化劑的原料組成見下表：
名稱 有機(jī)物 Ni Al Fe Cu SiO2
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 13.5 40.2 36.3 2.7 1.3 6
工業(yè)上對(duì)該催化劑進(jìn)行處理并回收Al和Ni，工藝流程如下，請(qǐng)回答下列問題：
(1)焙燒的目的是 __________________________________________。
(2)請(qǐng)任寫一條“濾渣1”在工業(yè)上的用途： ____________________
___________________________________________________________。
(3)調(diào)pH之前先加入H2O2的目的是 ________________________。“濾液3”與過量CO2發(fā)生的離子方程式為__________________________
__________________________________________。
(4)“一系列操作”是 _________________________________。
(5)“濾渣3”中含有兩種金屬元素，向“濾渣3”中加入過量 _____
(填試劑名稱)，過濾，可以分離兩種元素。
【解析】　廢鎳觸媒焙燒后加入硫酸酸溶過濾除去濾渣1為SiO2，濾液1加入雙氧水、碳酸鎳調(diào)節(jié)pH后過濾，濾液2一系列操作后得到硫酸鎳晶體；一系列操作應(yīng)該為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；濾渣2加入NaOH堿溶后過濾得到濾渣3主要為氫氧化鐵和氫氧化銅的混合物，濾液3通入過量二氧化碳反應(yīng)得到的沉淀固體A為氫氧化鋁。(1)將廢鎳觸媒焙燒，主要是將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CO2除掉，同時(shí)將難溶于酸的Cu轉(zhuǎn)化成CuO。(2)經(jīng)硫酸酸浸后，得到的濾渣1是SiO2。(3)金屬元素溶于硫酸存在于濾液1中，其中鐵元素可能有二價(jià)，用H2O2氧化后，用NiCO3調(diào)節(jié)pH，使鐵元素、鋁元素和銅元素均轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，經(jīng)堿溶過濾將
2. (2024·湖南邵陽二模節(jié)選)鐵、鎳及其化合物在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。從某礦渣[成分為NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工藝流程如下：
已知：(NH4)2SO4在350 ℃分解生成NH3和H2SO4?；卮鹣铝袉栴}：
(1)用95 ℃熱水浸泡的目的是 __________________________。
(2)礦渣中部分FeO焙燒時(shí)與H2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式是 ____________________________________________________________
________________________________。
(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2＋(濃度為1.0×10－3 mol·L－1)，除鈣率為99%時(shí)應(yīng)控制溶液中F－濃度至少是 ______mol·L－1
[Ksp(CaF2)＝4.0×10－11]。
(4)從NiSO4溶液中獲得NiSO4·6H2O晶體的操作依次是 ___________
_________，過濾，洗滌，干燥。
【答案】　(1)促進(jìn)Fe3＋水解，使Fe3＋轉(zhuǎn)化成沉淀除去
(2)4FeO＋6H2SO4＋O2===2Fe2(SO4)3＋6H2O
(3)2.0×10－3
(4)加熱濃縮溶液至有晶膜出現(xiàn)(蒸發(fā)濃縮)，冷卻結(jié)晶
【解析】　在600 ℃焙燒時(shí)，(NH4)2SO4分解產(chǎn)生H2SO4，H2SO4與NiO、FeO、CaO反應(yīng)生成NiSO4、Fe2(SO4)3(未隔絕空氣，亞鐵被氧化)、CaSO4，SiO2不與硫酸反應(yīng)，接著進(jìn)入浸泡環(huán)節(jié)，除鐵元素，使鐵轉(zhuǎn)化為沉淀除去，SiO2不溶，故浸渣中還含有SiO2，經(jīng)過此步驟，所得浸取液中含有CaSO4(微溶物，上一步未完全除去)、NiSO4、H2SO4，接著進(jìn)入除鈣步驟，CaSO4轉(zhuǎn)化為難溶的CaF2被除去，之后溶液中主要含有NiSO4、H2SO4、硫酸鈉，萃取實(shí)現(xiàn)分離，有機(jī)相經(jīng)過幾步處理最終得NiSO4。(1)浸泡目的是除鐵元素，故用95℃熱水浸泡的目的是促進(jìn)Fe3＋水解，使Fe3＋轉(zhuǎn)化成沉淀除去。(2)礦渣中部分FeO焙燒時(shí)與H2SO4反應(yīng)
考前押題　練預(yù)測
1. (2024·河北張家口三模節(jié)選)五氧化二釩主要用作合金添加劑，含釩鋼具有強(qiáng)度高，韌性大，耐磨性好等優(yōu)良特性。工業(yè)上常用煉鋼殘?jiān)?主要含V2O3及少量鐵粉、Fe2O3、SiO2、Al2O3等雜質(zhì))為原料制取V2O5的一種工藝流程如圖所示：
已知：NH4VO3難溶于水，Ksp(NH4VO3)＝1.6×10－3。
回答下列問題：
(1)“焙燒”時(shí)通入大量空氣的作用是 ________________________
________________________________________。
(2)“堿浸”所得濾渣的主要成分是 ________。
(3)寫出“沉硅、 鋁”反應(yīng)的離子方程式： _________________、 ___________________。
2. (2024·河北保定市名校聯(lián)考三模)稀土元素鈰及其化合物在生產(chǎn)生活中有重要用途，如汽車尾氣用稀土/鈀三效催化劑處理，不僅可以降低催化劑的成本，還可以提高催化效能。以氟碳鈰礦(主要成分為CeCO3F)為原料制備CeO2的一種工藝流程如圖：
已知：①濾渣1的主要成分是難溶于水的Ce(BF4)3，濾渣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當(dāng)前工藝條件下，部分金屬陽離子開始沉淀和完全沉淀(離子濃度小于1×10－5 mol·L－1)時(shí)的pH如下表：
金屬陽離子 Fe3＋ Ce3＋
開始沉淀時(shí)的pH 1.3 7.7
完全沉淀時(shí)的pH 3.1 9.2
回答下列問題：
(1)寫出一條提高焙燒效率的方法： _______________________。
(2)加入鹽酸和H3BO3進(jìn)行浸取時(shí)有污染環(huán)境的氣體產(chǎn)生，該氣體為 ________(填化學(xué)式)；操作1和操作2的名稱為 ________。
(3)調(diào)節(jié)濾液1的pH的范圍為 ______________；濾渣3的主要成分為 ________(填化學(xué)式)。
(4)某研究小組利用硫化鋅鋰電池，在酸性
環(huán)境下電解Ce2O3制Ce(SO4)2的裝置如右圖所示。
陰極的電極反應(yīng)式為 _______________，隨著電
解反應(yīng)的進(jìn)行，為使電解液成分穩(wěn)定，應(yīng)不斷補(bǔ)
充 __________________(填化學(xué)式)。
【答案】　(1)礦石粉碎、攪拌等　
(2)Cl2　過濾　(3)3.1～7.7　Fe(OH)3
(4)2H＋＋2e－===H2↑　H2SO4
【解析】　氟碳鈰礦焙燒后加入鹽酸、硼酸酸浸，生成Ce(BF4)3沉淀成為濾渣1，濾渣1加入氯化鉀溶液得到KBF4沉淀成為濾渣2，濾液1中含有鐵離子、Ce3＋，調(diào)節(jié)pH將鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀得到濾渣3，濾液2含Ce3＋，濾液2加入碳酸氫銨得到Ce2(CO3)3，煅燒過程中被空氣中氧氣氧化為CeO2。(1)礦石粉碎、攪拌等都會(huì)加快反應(yīng)速率，提高焙燒效率。(2)四價(jià)Ce具有氧化性，加入鹽酸和H3BO3進(jìn)行浸取時(shí)，會(huì)將氯離
子氧化為有毒的氯氣，產(chǎn)生有污染環(huán)境的氣體，該氣體為Cl2；操作1和操作2均為分離固液的操作，名稱為過濾。(3)調(diào)節(jié)濾液1的pH使得鐵離子沉淀被分離，而Ce3＋不產(chǎn)生沉淀，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知，范圍為3.1～7.7；濾渣3的主要成分為生成氫氧化鐵Fe(OH)3。(4)在酸性環(huán)境下電解Ce2O3制Ce(SO4)2，則陰極氫離子放電發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，陽極Ce2O3失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成Ce(SO4)2，電極反應(yīng)式為Ce2O3－2e－＋6H＋===2Ce4＋＋3H2O；則總反應(yīng)為Ce2O3＋8H＋===2Ce4＋＋3H2O＋H2↑，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，為使電解液成分穩(wěn)定，應(yīng)不斷補(bǔ)充H2SO4。

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