2025年高考化学一轮复习（新高考版）大单元4 第12章　第59讲　无机化工流程题的解题策略

第59讲无机化工流程题的解题策略[复习目标]1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的能力。2.树立“绿色化学”的观念，形成资源综合利用、物能充分利用的意识。1．常考无机化工流程的呈现形式2．读图要领(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。3．流程图中主要环节的分析(1)原料的预处理①溶解：通常用酸溶，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。(2)核心反应——陌生方程式的书写①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。(3)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、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O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NH3。一、调控化学反应速率提高效率1．向铬铁矿(FeCr2O4)中通入O2进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是___________。答案增大反应物接触面积，提高化学反应速率2．将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是_____________________。答案增大接触面积，提高催化效果，加快反应速率3．[2020·北京，18(1)①]酸、过量铁屑对软锰矿(MnO2)进行溶出前需研磨。目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案增大反应物接触面积，加快溶出速率4．向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案减少稀HNO3的用量，降低反应剧烈程度，使HNO3充分反应防止挥发解析强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。二、结晶与分离提纯操作应用5．[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作__________、__________、洗涤、干燥。答案冷却结晶过滤解析由曲线NH4Cl的溶解度随升温而增大，NaCl的溶解度随升温变化不明显，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷却结晶析出NH4Cl→过滤→洗涤→干燥。6．[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过________________操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。答案加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤7．[2019·全国卷Ⅲ，27(5)改编]过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为_______________________________________。答案重结晶8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：已知：(i)当温度超过35℃时，NH4HCO3开始分解。(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100gH2O)温度/℃0102030405060NaCl35.735.836.036.336.637.037.3NH4HCO311.915.821.027.0NaHCO36.98.29.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.2晶体A的化学式为______________，晶体A能够析出的原因是________________________________________________________________________________________。答案NaHCO3在30～35℃时NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)三、沉淀金属离子和除杂条件分析9．[2021·全国乙卷，26(2)]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表。金属离子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是__________________________。答案Fe3＋、Al3＋、Mg2＋10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)经纯化得Mn2＋纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：Fe3＋Al3＋Mn2＋Fe2＋开始沉淀时1.53.45.86.3完全沉淀时2.84.77.88.3纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，再加NH3·H2O调溶液pH≈5，将Fe3＋和Al3＋沉淀除去四、温度控制分析11．TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率/%9295979388分析40℃时，TiO2·xH2O转化率最高的原因：_______________________________________________________________________________________________________。答案低于40℃TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。回答下列问题：(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。(2)“浸出”时，MoO3转化为MoOeq\o\al(2－,4)。提高单位时间内钼浸出率的措施有_________________________________________________________(任写两种)。温度对90min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致____________________________________。(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是____________________。答案(1)氨水(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度等Na2MoO4晶体析出，混入浸渣(5)提供NHeq\o\al(＋,4)，使MoOeq\o\al(2－,4)充分转化为沉淀析出解析(1)“焙烧”产生的气体为SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。五、信息的提取与加工13．[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：物质TiCl4VOCl3SiCl4AlCl3沸点/答下列问题：(3)“除钒”过程中的化学方程式为__________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是________________________________________________。(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是________________________________________________________________________。答案(3)3VOCl3＋Al=3VOCl2＋AlCl3蒸馏(4)不能若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质解析(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3＋Al=3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。课时精练1．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lgc(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10－5mol·L－1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＋)≤10－5mol·L－1，则Ksp[Mg(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)CaSO4、MgSO410－10.8解析流程分析：2．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Ⅰ”的成分是____________(填化学式)。该步骤中可以再加入MnSO4以促进“滤渣Ⅰ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“滤液Ⅰ”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Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25℃时，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为________g。答案(1)90℃SiO2、CaSO4c(SOeq\o\al(2－,4))增大，使平衡Ca2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O(3)1.56×10－3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＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4mol·L－1，则饱和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4mol·L－1，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为1.56×10－3g。3．(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。回答下列问题：(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________________________。(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_________________________________________________________。(3)“酸化”步骤应选用的酸是____________(填标号)。a．稀硫酸 b．浓硫酸c．盐酸 d．磷酸(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是________________________________________________________________________。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的∶nCO＝__________________。答案(1)做还原剂，将BaSO4还原(2)S2－＋Ca2＋=CaS↓(3)c(4)不可行CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O=BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl(6)1∶1解析由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。(3)浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2eq\o(=,\s\up7(△))BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的∶nCO＝1∶1。4．[2022·辽宁，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]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：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；③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pHFe2＋6.58.3Fe3＋1.62.8Mn2＋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：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_______________________。(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)2Bi2S3＋9O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Bi2O3＋6SO2(3)抑制金属离子水解(4)SiO2(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－=2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O(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。(6)由已知信息③知，调pH＝2.6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。5．以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图。已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋进入溶液；②25℃时，Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24；③深度除杂标准：溶液中eq\f(n杂质离子,n\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ZnNH34))2＋)))≤2.0×10－6。(1)为提高锌浸出率，采取的措施是______________________________；“浸取”温度为30℃时，锌浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为________________。(2)“操作a”的名称为___________________________________________________。(3)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2＋转化为MnO2，离子方程式为________________________________________________________________________。(4)“深度除铜”时，锌的回收率、除铜效果[除铜效果以反应后溶液中铜锌比eq\f(nCu2＋,n\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ZnNH34))2＋)))表示]与(NH4)2S加入量[以eq\f(n实际用量,n理论用量)×100%表示]的关系曲线如图所示。①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的原因是_____________________(用离子方程式表示)，该反应的平衡常数为________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K稳＝eq\f(c{\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ZnNH34))2＋},cZn2＋·c4NH3)＝2.9×109)。②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选______(填字母)。A．100%B．110%C．120%D．130%(5)测定反萃取水相中Zn2＋的浓度：量取20.00mL反萃取水相于锥形瓶中，用0.0100mol·L－1EDTA(乙二胺四乙酸钠Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(Zn2＋＋H2Y2－=ZnY2－＋2H＋)。重复实验三次，平均消耗标准溶液22.30