第12讲化工流程题中的“流程分析”（精讲课件）-高考二轮精准复习45讲

高中化学二轮精准复习45讲工艺流程题中的"流程分析"2023第12讲工艺流程图结构模板一线、三段、两点(1)读流程图①箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。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。(2)解题要点①审题要点：a.了解生产目的、原料及产品；b.了解题目提供的信息；c.分析各步的反应条件、原理及物质成分；d.理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。②答题切入点：a.原料及产品的分离提纯，b.生产目的及反应原理；c.生产要求及反应条件；d.有关产率、产量及组成的计算；e.绿色化学。[典例1]磷酸铁锂(LiFePO4)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。某企业利用富铁浸出液生成磷酸铁锂，开辟了处理硫酸亚铁废液一条新途径。其主要流程如下：已知：H2TiO3是种难溶于水的物质。(1)钛铁矿用浓硫酸处理之前，需要粉碎，其目的是

___________。(2)TiO2＋水解生成H2TiO3的离子方程式为___________。(3)加入NaClO发生反应的离子方程式为___________。(4)在实验中，从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，应如何操作

___________。[析图]工艺流程解读如下：[信息处理]

钛铁矿用浓硫酸处理后得到含Fe2＋、SO、TiO2＋的溶液，水解后得到钛酸沉淀，再对滤液进行处理得到目标产物磷酸铁锂(LiFePO4)。(1)粉碎的目的是增大固体与溶液反应时的接触面积，加快反应的进行；(2)根据水解规律，TiO2＋水解生成H2TiO3和H＋；(3)酸性条件下ClO－将Fe2＋氧化为Fe3＋，ClO－被还原成Cl－；(4)滤液浑浊，说明过滤器损坏，应换上新过滤器后，重新过滤；[解析]

(1)将钛铁矿粉碎，可以增大表面积，增大浓硫酸的接触面积，加快反应速率；(2)TiO2＋水解生成H2TiO3，同时生成氢离子，反应离子方程式为：TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋；(3)ClO－具有强氧化性，将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Cl－，酸性条件下，同时生成水，反应离子方程式为：ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O；(4)从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，需要更换过滤器，重新过滤；[答案]

(1)增大固体的表面积，加快化学反应速率(2)TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋(3)ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋

＋Cl－

＋H2O(4)换上新的过滤器，将浑浊滤液重新过滤[典例2]硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：原料产品原料预处理核心反应分离提纯条件控制循环利用流程型信息的分析与判断1.主要考查内容流程中的产物、滤液、滤渣分析,母液回收,物质的检验、分离提纯。2.流程分析示例注意元素化合物知识与实验的结合,分析时要把握流程中发生的反应、物质的性质、混合物分离提纯方法等。【核心透析】【示例分析1】处理锂离子二次电池正极废料铝钴膜(含有LiCoO2、Al等)的一种工艺如下:加入物质原理分析NaOH(第一步)溶解铝钴膜中的

,使之转化为可溶的

,经过滤得到较纯净的

H2SO4提供H+,中和过量的

H2O2作

,使LiCoO2转化为

NaOH(第二步)除去过量的酸,同时使

转化为沉淀过滤除去

(NH4)2C2O4发生复分解反应,得到目标产物AlNaAlO2

LiCoO2NaOH还原剂Co2+Li+

反应分析酸浸发生复分解反应,使钛铁矿中Fe、Ti、Mg转化为溶于水的离子,便于除

水解双氧水氧化Fe2+转化为

,与磷酸反应生成FePO4沉淀

高温煅烧2FePO4+Li2CO3+H2C2O4

成分分析滤液①一定含有的离子:

滤液②一定含有的离子:

滤液③一定含有的离子:

SiO2

TiO2·xH2O↓+2H++4Cl-Fe3+2LiFePO4+H2O+3CO2↑

Cl-、Mg2+、Fe2+

Cl-、Mg2++3【典例探究】1.为研究废旧电池的再利用,实验室利用旧电池的铜帽(主要成分为Zn和Cu)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如图所示。下列叙述错误的是

(

)A.“溶解”操作中溶液温度不宜过高B.铜帽溶解后,将溶液加热至沸腾以除去溶液中过量的H2O2C.与锌粉反应的离子可能为Cu2+、H+D.“过滤”操作后,将滤液蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥后,高温灼烧即可得纯净的ZnOD

【典例探究】2.以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下,下列说法错误的是(

)A.NaClO3在发生器中作氧化剂

B.吸收塔中1molH2O2得到2mol电子C.吸收塔中温度不宜过高,否则会导致H2O2的分解D.从母液中可回收的主要物质是Na2SO4B

+5+4NaClO2【典例探究】3.[2018·全国卷Ⅰ]

磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属,其流程如下.下列叙述错误的是

(

)A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠[解析]Li2CO3微溶于水,而Li2SO4可溶于水。D

[示例分析3]铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。Al2O3SiO2Fe2O3目标产物SiO2→铝硅酸钠Al2O3→NaAlO2Fe2O3铝硅酸钠NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2ONaAlO2＋NaHCO3+H2O=Na2CO3+Al(OH)3↓Na2CO3溶液2Al(OH)3===Al2O3+3H2O[示例分析4]

硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：①②③1.一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：[流程图解]流程图中各步主要转换如下：解析：(1)“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和硝酸均不反应，故废渣的主要成分为SiO2。“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与硝酸发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O。(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣。(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。H2S为易挥发有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境。(4)“除铜”时生成了CuS和H＋，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器。2．铬合金具有高硬度、耐腐蚀特性，广泛应用于精密仪器制造，由高碳铬铁合金废料粉末制取铬的简单流程如下：[流程图解]流程图中各步主要转换如下：解析：(1)稀硫酸酸浸过程中，提高“浸出率”的实质是加快化学反应速率，结合影响化学反应速率的因素知，可采取的措施有加热、搅拌或适当提高稀硫酸的浓度等。(2)用纯碱调节溶液酸度，若纯碱过量，由于CO水解显碱性，则可能导致Cr2＋、Fe2＋水解或沉淀。根据反应流程图知，副产物中两种主要物质的化学式为Na2SO4、(NH4)2SO4。(3)加入草酸发生反应的离子方程式为Fe2