2024年高考化学一轮复习（新高考版） 第9章 第59讲　无机化工流程题的解题策略.docx

1、第59讲无机化工流程题的解题策略复习目标1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。(一)工业流程题的结构(二)流程图中主要环节的分析1核心反应陌生方程式的书写关注箭头的指向：箭头指入反应物，箭头指出生成物。(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。(2)非氧化还原反应：结合物质性质和实际反应判断产物。2原料的预处理(1)溶解：通

2、常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。水浸与水接触发生反应或溶解浸出固体加水(酸)溶解得到离子酸浸在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。(3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。3常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2中混有的Fe3，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等

3、物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。(2)控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。(3)趁热过滤。防止某些物质降温时析出。(4)冰水洗涤。洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。4常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。(4)冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、

4、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。一、条件控制与Ksp的计算1(温度控制)辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：(1)“回收S”过程中温度控制在5060 之间，不宜过高或过低的原因是_。(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是_；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是_。答案(1)温度高苯容易挥发，温度低溶解速率

5、小(2)调节溶液的pH，使Fe3完全转化为Fe(OH)3沉淀抑制Cu2的水解解析(1)苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低溶解速率小，因此回收S过程中温度控制在5060 之间，不宜过高或过低。(2)氧化铜是碱性氧化物，能与酸反应调节溶液的pH，所以氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3完全转化为Fe(OH)3沉淀而析出。2(酸碱度控制调pH)利用某钴矿石(主要成分为Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所示。已知：浸出液中含有的阳离子主要有H、Cu2、Co2、Fe2、Mg2。回答下列问题：(1)钴矿石浸出时加入Na2SO3的目的为_。(2)溶液中lg

6、c(X)(X表示Fe3、Cu2、Fe2、Co2、Mg2、Ca2)与pH的变化关系如图2所示(离子浓度小于105 molL1时可认为已除尽)，在萃取余液中通入空气的目的是_，用熟石灰调pH至3.2，过滤1所得滤渣的主要成分为_，萃取和反萃取的目的是_。(3)用氧化镁调滤液1的pH为9.1时，得到的氢氧化钴粗品中含有的主要杂质为_，多次洗涤可提高粗产品中钴含量。“过滤2”后所得滤液直接排放会造成水体污染，须进行处理，用熟石灰调节pH使c(Mg2)105 molL1，则KspMg(OH)2_。答案(1)将Co3还原为Co2(2)氧化浸出液中的Fe2，便于调pH除去Fe(OH)3除去Cu2(3)CaS

7、O4、MgSO41010.8解析流程分析：3(调pH与Ksp计算)某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：pH46688101012主要离子VOVOV2OVO(1)向钒渣中加入生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式为_。(2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH4，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为_。(3)已知加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，则加入石灰乳的作用是_。(4)反应Ca

8、3(VO4)2(s)3CO(aq)2VO(aq)3CaCO3(s)的平衡常数为_(用含m、n的代数式表示)，已知：Ksp(CaCO3)m，KspCa3(VO4)2n。(5)沉钒2过程中加入氯化铵溶液，控制溶液的pH7.5，当pH8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是_。答案(1)CaOO2V2O3Ca(VO3)2(2)Ca(VO3)24H=Ca22VO2H2O(3)调节溶液的pH，并提供Ca2形成Ca3(VO4)2沉淀(4)(5)当pH8时，钒的主要存在形式不是VO解析废钒渣中加入CaO焙烧，V2O3与CaO、空气中的氧气反应转化为Ca(VO3)2，Al2O3与CaO反应转化为Ca(AlO2

9、)2，向焙烧后的固体中加入盐酸，Ca(AlO2)2转化为Al(OH)3沉淀，过滤得到含有Al(OH)3的滤渣1和含有CaCl2、VO2Cl的滤液；向滤液中加入石灰乳，调节pH，生成Ca3(VO4)2沉淀，过滤得到滤液1和Ca3(VO4)2；向Ca3(VO4)2中加入碳酸铵溶液，将Ca3(VO4)2转化为(NH4)3VO4，过滤得到含有CaCO3的滤渣2和含有(NH4)3VO4的滤液；向滤液中加入氯化铵，将(NH4)3VO4转化为NH4VO3沉淀，过滤得到滤液2和NH4VO3；NH4VO3灼烧脱氨制得V2O5。(1)向钒渣中加入生石灰焙烧，V2O3与CaO、氧气反应转化为Ca(VO3)2，反应的

10、化学方程式为CaOO2V2O3Ca(VO3)2。(2)由表中数据可知，pH4时，钒元素在溶液中以VO形式存在，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为Ca(VO3)24H=Ca22VO2H2O。(3)加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，由表中数据可知，钒元素以VO存在时的pH为1012，则加入石灰乳是为了调节溶液的pH，并提供Ca2形成Ca3(VO4)2沉淀。(4)根据方程式可知，反应的平衡常数K，Ksp(CaCO3)c(CO)c(Ca2)m，c(CO)，Kspc3(Ca2)c2(VO)n，c2(VO)，则K。(5)当pH8时，钒元素的主要存在形式不是VO，因此NH4VO3的产量明显降低。

11、二、化工流程分析滤液、滤渣成分的确定4(2022湖南岳阳模拟)锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是_，“滤渣 ”的成分是_(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣 ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：_。(2)“滤液 ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子方程式：_。(3)“滤液 ”中加入MnF2的目的是除

12、去溶液中的Ca2，已知25 时，Ksp(CaF2)3.21011，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为_g。答案(1)90 SiO2、CaSO4c(SO)增大，使平衡Ca2(aq)SO(aq)CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出(2)MnO22Fe24H=Mn22Fe32H2O(3)1.56103解析流程分析：(3)常温下CaF2溶解在纯水中，则溶液中2c(Ca2)c(F)，由Ksp(CaF2)c(Ca2)c2(F)可知，Ksp(CaF2)4c3(Ca2)3.21011，解得c(Ca2)2104 molL1，则饱和CaF2溶液中c(CaF2)c(Ca2)2104 molL1，则常温下Ca

13、F2在纯水中的溶解度为1.56103 g。5以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：(1)“酸溶”中加快溶解的方法为_(任意写出一种)。(2)“还原”过程中的离子方程式为_。(3)写出“滤渣”中主要成分的化学式：_。(4)“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为_。若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀。当反应完成时，溶液中_。已知Ksp(CaCO3)2.8109，Ksp(FeCO3)21011(5)“氧化”时，用NaNO2浓溶液代替空气氧化Fe(OH)2浆液，能缩短氧化时间，但缺点是_。答案(1)加热(或搅拌或适当增大硫酸浓度等)(2)

14、Fe2Fe3=3Fe2(3)SiO2、Fe(4)FeSO42NH4HCO3=Fe(OH)2(NH4)2SO42CO2140(5)NaNO2被还原为氮氧化物，污染空气解析(4)若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀，当反应完成时，溶液中140。6钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：回答下列问题：(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是_。(2)先加入氨水调节pH3，过滤，滤渣主要成分是_；再向滤

15、液中加入氨水调节pH6，滤液中Sc3的浓度为_。(已知：25 时，KspMn(OH)21.91013，KspFe(OH)32.61039，KspSc(OH)39.01031)(3)用草酸“沉钪”。25 时pH2的草酸溶液中 _(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：_。已知：25 时，Ka1(H2C2O4)5.9102，Ka2(H2C2O4)6.4105答案(1)将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌(2)Fe(OH)39.0107molL1(3)3.81022Sc33H2C2O4=Sc2(C2O4)36H解析(1)在混合不同

16、的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的。(3)25 时pH2的草酸溶液中Ka2(H2C2O4)Ka1(H2C2O4)6.41055.91023.8102。课时精练1(2022辽宁，16)某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：已知：焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；金属活动性：Fe(H)BiCu；相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：开始沉淀pH完全沉淀pHFe26.58.3Fe31.62.8Mn2

17、8.110.1回答下列问题：(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为_。a进一步粉碎矿石b鼓入适当过量的空气c降低焙烧温度(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为_。(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：充分浸出Bi3和Mn2；_。(4)滤渣的主要成分为_(填化学式)。(5)生成气体A的离子方程式为_。(6)加入金属Bi的目的是_。答案(1)ab(2)2Bi2S39O22Bi2O36SO2(3)抑制金属离子水解(4)SiO2(5)Mn2O36H2Cl=2Mn2Cl23H2O(6)将Fe3转化为Fe2解析(1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高

18、焙烧效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，根据原子守恒可知还应生成SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为2Bi2S39O22Bi2O36SO2。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的离子主要为Bi3、Fe3、Mn2、H、Cl，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O36H2Cl=2Mn2C

19、l23H2O。(6)由已知信息知，调pH2.6时，Fe3会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2还没开始沉淀，故要将Fe3转化为Fe2，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。2(2022全国乙卷，26)废旧铅蓄电池的铅膏中主要含有PbSO4、PbO2、PbO和Pb，还有少量Ba、Fe、Al的盐或氧化物等，为了保护环境、充分利用铅资源，通过下图流程实现铅的回收。一些难溶电解质的溶度积常数如下表：难溶电解质PbSO4PbCO3BaSO4BaCO3Ksp2.51087.410141.110102.6109一定条件下，一些金属氢氧化物沉淀时的pH如下表：金属氢氧化物Fe

20、(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3Pb(OH)2开始沉淀的pH2.36.83.57.2完全沉淀的pH3.28.34.69.1回答下列问题：(1)在“脱硫”中PbSO4转化反应的离子方程式为_，用沉淀溶解平衡原理解释选择Na2CO3的原因： _。(2)在“脱硫”中，加入Na2CO3不能使铅膏中BaSO4完全转化，原因是_。(3)在“酸浸”中，除加入醋酸(HAc)，还要加入H2O2。()能被H2O2氧化的离子是_；()H2O2促进了金属Pb在醋酸中转化为Pb(Ac)2，其化学方程式为_；()H2O2也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，H2O2的作用是_。(4)“酸浸”后溶液的pH约为4.9，滤

21、渣的主要成分是_。(5)“沉铅”的滤液中，金属离子有_。答案(1)PbSO4(s)CO(aq)=PbCO3(s)SO(aq)反应PbSO4(s)CO(aq)PbCO3(s)SO(aq)的平衡常数K3.4105105，PbSO4可以比较彻底的转化为PbCO3(2)反应BaSO4(s)CO(aq)BaCO3(s)SO(aq)的平衡常数K0.04105，反应正向进行的程度有限(3)()Fe2()PbH2O22HAc=Pb(Ac)22H2O()作还原剂(4)Fe(OH)3、Al(OH)3(5)Ba2、Na解析(3)()过氧化氢有氧化性，亚铁离子有还原性，会被过氧化氢氧化为铁离子。()过氧化氢促进金属P

22、b在醋酸溶液中转化为Pb(Ac)2，过氧化氢与Pb、HAc发生氧化还原反应生成Pb(Ac)2和H2O，依据得失电子守恒和原子守恒可知，反应的化学方程式为PbH2O22HAc=Pb(Ac)22H2O。()过氧化氢也能使PbO2转化为Pb(Ac)2，铅元素化合价由4价降低到2价，PbO2是氧化剂，则过氧化氢是还原剂。(4)酸浸后溶液的pH约为4.9，依据金属氢氧化物沉淀时的pH可知，滤渣的主要成分为氢氧化铝、氢氧化铁。(5)加入碳酸钠不能使铅膏中的BaSO4完全转化，铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，铅转化为氢氧化铅，最终转化为氧化铅，因此沉铅的滤液中，金属离子有Ba2和加入碳酸钠、氢氧

23、化钠时引入的Na。3(2022山东滕州二中模拟)富硼渣中含有镁硼酸盐(2MgOB2O3)、镁硅酸盐(2MgOSiO2)及少量Al2O3、FeO等杂质。由富硼渣湿法制备硫酸镁晶体和硼酸(H3BO3)晶体的一种工艺流程如下：已知：生成氢氧化物沉淀的pH(金属离子的起始浓度为0.1 molL1)Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2开始沉淀时1.93.47.09.1完全沉淀时3.24.79.011.1(1)酸浸时发生反应：2MgOSiO22H2SO4=2MgSO4SiO22H2O,2MgOB2O32H2SO4H2O=2H3BO32MgSO4。上述反应体现出酸性强弱：H2SO4_(填

24、“”或“”)H3BO3。已知硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为H3BO3OH=B(OH)。下列关于硼酸的说法正确的是_(填字母)。A硼酸是一元酸B向NaHCO3固体中滴加饱和硼酸溶液，有气泡产生C硼酸的电离方程式可表示为H3BO3H2OB(OH)H(2)检验褐色浸出液中的杂质离子：取少量浸出液，_(填操作和现象)，证明溶液中含有Fe2。(3)除去浸出液中的杂质离子：用MgO调节溶液的pH至_以上，使杂质离子转化为_(填化学式)沉淀，过滤。(4)获取晶体：.浓缩滤液，使MgSO4和H3BO3接近饱和；.控制温度使两种晶体分别从溶液中结晶。结合如图溶解度曲线，简述的方法：将浓缩液加入到高压釜中

25、，升温结晶得到_晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到_晶体。答案(1)AC(2)滴加K3Fe(CN)6溶液，产生蓝色沉淀(3)4.7Al(OH)3、Fe(OH)3(4)硫酸镁硼酸解析(1)2MgOB2O32H2SO4H2O=2H3BO32MgSO4，根据强酸制弱酸可知，酸性：H2SO4H3BO3；硼酸与过量NaOH溶液发生的中和反应为H3BO3OH=B(OH)，可知硼酸为一元酸，A项正确；由于非金属性：BC，则硼酸的酸性比碳酸弱，故硼酸与碳酸氢钠不反应，B项错误；硼酸的电离方程式为H3BO3H2OB(OH)H，C项正确。(3)溶液中含有铁离子、铝离子等杂质，由表中数据可知，用MgO调节溶液

26、的pH至4.7以上，使杂质离子转化为 Al(OH)3、Fe(OH)3。(4)由图像可知硫酸镁的溶解度随温度升高先升高后降低，硼酸的溶解度随温度升高而增大，则可升温结晶，得到硫酸镁晶体，分离后，再将母液降温结晶，分离得到硼酸晶体。4(2022南京模拟)钛是一种重要的金属，以钛铁矿主要成分为钛酸亚铁(FeTiO3)，还含有少量Fe2O3为原料制备钛的工艺流程如图所示。(1)“溶浸”过程中生成了TiOSO4，其中Ti的化合价为_，“溶浸”过程发生的主要反应的化学方程式为_。(2)物质A为单质，化学式为_，“一系列操作”为蒸发浓缩、_和过滤。(3)将少量FeSO47H2O溶于水，加入一定量的NaHCO

27、3溶液，可制得FeCO3，写出反应的离子方程式为_。(4)若反应后的溶液中c(Fe2)2.0106 molL1，则溶液中c(CO)_ molL1(已知：常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5106 molL1)。答案(1)4FeTiO32H2SO4=TiOSO4FeSO42H2O(2)Fe冷却结晶(3)Fe22HCO=FeCO3CO2H2O(4)1.0105解析(1)TiOSO4中S的化合价为6价，O的化合价为2价，根据化合物中各元素化合价的代数和为0，可知TiOSO4中Ti的化合价为4价。结合钛铁矿的成分及“溶浸”过程中生成了TiOSO4，可知该过程发生的主要反应的化学方程式为FeTiO32H2SO4=TiOSO4FeSO42H2O。(2)该流程中还有副产物FeSO47H2O，故需将溶浸产物中的Fe3除去，物质A为Fe。(3)HCO能电离出H和CO，Fe2与CO结合形成难溶的FeCO3沉淀，H与另一分子HCO反应生成CO2和H2O，故反应的离子方程式为Fe22HCO=FeCO3CO2H2O。(4)常温下FeCO3饱和溶液浓度为4.5106 molL1，则Ksp(FeCO3)4.51064.51062.01011。当反应后的溶液中c(Fe2)2106 molL1时，c(CO) molL11.0105 molL1。