高三化學金屬礦物的開發(fā)利用復習(已修改)
2024-11-26 07:38 本頁面
【正文】 對近年的高考試題分析，不難發(fā)現(xiàn)，化學工藝流程題是近年高考命題的熱點。 化學工藝流程題，顧名思議，就是將化工生產(chǎn)過程中的主要生產(chǎn)階段即生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關的化學知識步步設問，形成與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系的化工工藝試題。工藝流程題的結(jié)構(gòu)分題頭、題干和題尾三部分。題頭一般是簡單介紹該工藝生產(chǎn)的原材料和工藝生產(chǎn)的目的 ( 包括副產(chǎn)品 ) ；題干部分主要用框圖形式將 原料到產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工藝流程表示出來；題尾主要是根據(jù)生產(chǎn)過程中涉及到的化學知識設制成一系列問題，構(gòu)成一道完整的化學試題。 第 6 講 化工工藝流程 —— 金屬礦物的開發(fā)利用 第三章 常見的金屬及其化合物 其特點與作用有三：一是試題源于生產(chǎn)實際，以解決化學實際問題作思路進行設問 ，使問題情境真實，能培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、學以致用的學習觀；二是試題內(nèi)容豐富，涉及到化學基礎知識的方方面面，能考查學生對化學雙基知識的掌握情況和應用雙基知識解決化工生產(chǎn)中有關問題的遷移推理能力；三是試題新穎，一般較長，閱讀量大，能考查學生的閱讀能力和資料的收集處理能力。 解題策略 要解決物質(zhì)的制備、合成等實際的化學問題往往需要從成本角度 ( 原料是否廉價易得 ) 、環(huán)保角度 ( 是否符合綠色化學的要求 ) 、現(xiàn)實角度等方面考慮，這類試題有很多都是以框圖信息的形式給出，解答時要看框內(nèi)，看框外，里外結(jié)合；邊分析，邊思考，易處著手；先局部，后全盤，逐步深入。而且還要看清問題，不能答非所問。要求用理論回答的試題應采用 “ 四段論法 ” ：本題改變了什么條件( 或是什么條件 ) 根據(jù)什么理論 所以有什么變化 結(jié)論。 熱點 1 堿金屬及其礦物的開發(fā)利用 例 1 ( 2020 廣東， 19) 碳酸鈉是造紙、玻璃、紡織、制革等行業(yè)的重要原料。工業(yè)碳酸鈉 ( 純度約 98 % ) 中含有Ca2 ＋、 Mg2 ＋、 Fe3 ＋、 Cl－和 SO2 －4 等雜質(zhì)，提純工藝流程如下： 已知碳酸鈉的溶解度 ( S ) 隨溫度變化的曲線如下圖所示： 回答下列問題： ( 1) 濾渣的主要成分為 __ ____ _ _____________ 。 ( 2) “ 趁熱過濾 ” 的原因是 ________ _____ _____ ___ 。 ( 3) 若在實驗室進行 “ 趁熱過濾 ” ，可采取的措施是_________________________________________________ _________________ _____________________ ( 寫出一種 ) 。 ( 4) 若 “ 母液 ” 循環(huán)使用，可能出現(xiàn)的問題及其原因是 ____________ ______ _______ _______ _______ _______ _________________ ___ ____________________________ 。 ( 5) 已知： Na 2 CO 3 10H 2 O (s) == =N a 2 CO 3 ( s) ＋ 10 H 2 O(g) Δ H 1 ＝＋ k J m ol－ 1 Na 2 CO 3 10H 2 O(s) == =N a 2 CO 3 H 2 O(s) ＋ 9H 2 O(g ) Δ H 2 ＝＋ k J m ol－ 1 寫出 Na 2 CO 3 H 2 O 脫水反應的熱化學方程式 __ ___ _ 。 解析 從題目中可知，該題中的實驗目的是從工業(yè)碳酸鈉中提純出碳酸鈉，工業(yè)碳酸鈉中含有的雜質(zhì)有 Mg2 ＋、 Fe3 ＋、 Ca2 ＋、 Cl－和 SO2 －4等，所以該流程的目的就是把這些雜質(zhì)除去并得到純凈的碳酸鈉固體。流程圖中加水的目的是使可溶物質(zhì)溶于水，少量的 Ca2 ＋與 CO2 －3生成沉淀C a C O3。加入過量的 N a OH 溶液 , 很顯然是將 Mg2 ＋、 Fe3 ＋轉(zhuǎn)化成 Mg (O H) F e (O H)3沉淀 , 再通過過濾的方法除去。但這 一步驟對 Cl－和 SO2 －4是沒什么影響的，所以流程圖中出現(xiàn)了一個蒸發(fā)濃縮結(jié)晶和趁熱過濾的操作，這肯定是為了使一個隨溫度升高溶解度變化不大或減小的物質(zhì)析出來，通過讀圖可得出 Na2CO3H2O 符合這一條件，這樣可以通過趁熱過濾除去 Cl－、 SO2 －4和一些沉淀不完全的離子。由于Na2CO3 10H2O 溶解度隨溫度的升高變化非常大，如果降溫，一定會析出來而影響主要產(chǎn)物，所以要趁熱過濾。 答案 ( 1) Mg( OH ) 2 、 F e ( OH ) 3 、 CaCO 3 ( 2) 使析出的晶體為 Na 2 CO 3 H 2 O ，防止因溫度過低而析出 Na 2 CO 3 10H 2 O 晶體，令后續(xù)的加熱脫水耗時長 (3) 用已預熱的布氏漏斗趁熱抽濾 (4) 溶解時有大量沉淀生成，使 Na2CO3損耗且產(chǎn)物 Na2CO3中混有雜質(zhì)；原因： “ 母液 ” 中含有的離子有 Ca2 ＋、 Na＋、Cl－、 SO2 － OH－、 CO2 －3，當多次循環(huán)后，使得離子濃度不斷增大，溶解時會生成 CaSO Ca( OH ) CaC O3等沉淀 (5) Na2CO3H2O(s) == =N a2CO3(s) ＋ H2O(g) Δ H ＝＋ k J m ol－ 1 方法技巧 首尾分析法：對一些線型流程工藝( 從原料到產(chǎn)品為一條龍生產(chǎn)工序 ) 試題，首先對比分析生產(chǎn)流程示意圖中的第一種物質(zhì) ( 原材料 ) 與最后一種物質(zhì) ( 產(chǎn)品 ) ，從對比分析中找出原料與產(chǎn)品之間的關系，弄清生產(chǎn)流程過程中原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本原理和除雜、分離提純產(chǎn)品的化工工藝，然后再結(jié)合題設的問題，逐一推敲解答。關鍵在于認真對比分析原料與產(chǎn)品的組成，從中產(chǎn)生將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原材料中所包含的雜質(zhì)的基本原理和所采用的工藝生產(chǎn)措施。當把生產(chǎn)的主線弄清楚了，圍繞生產(chǎn)主線所設計的系列問題也就可解答了。 遷移應用 1 鋰被譽為 “ 金屬味精 ” ，以L iCoO2為正極材料的鋰離子電池已被廣泛用作便攜式電源。工業(yè)上常以 β173。 鋰輝礦 ( 主要成分為L iAlS i2O6，還含有 F e O 、 M gO 、 C aO 等雜質(zhì) ) 為原料來制取金屬鋰。其中一種工藝流程如下： 已知： ① 部分金屬氫氧化物開始沉淀和完全沉淀時的 pH ： 氫氧化物 F e (OH)3 Al(OH)3 M g( OH )2 開始沉淀pH 完全沉淀pH
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