第32讲 无机化工流程题的解题策略（讲义）（原卷版）

第32讲无机化工流程题的解题策略目录考情分析网络构建考点一认识工业流程试题【夯基·必备基础知识梳理】知识点1工业流程试题的基本特点知识点2工艺流程题的主线分析方法考点二工艺流程题的解题策略【夯基·必备基础知识梳理】知识点1工艺流程题的审题方法知识点2工艺流程题的解题方法【提升·必考题型归纳】考向1考查信息方程式的书写考向2考查物质分离、提纯的方法考点三工艺流程题的类型【夯基·必备基础知识梳理】知识点1以物质制备为目的工艺流程题知识点2以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题【提升·必考题型归纳】考向1考查以物质制备为目的工艺流程题考向2考查以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题真题感悟考点要求考题统计考情分析以物质制备为目的工艺流程题2023全国乙卷27题，14分2022全国甲卷26题，14分2021全国甲卷26题，14分分析近三年来的高考试题有以下规律：无机化工流程题是近年来高考中备受关注的一种题型，该类题源于生产实际，以解决化学实际问题为目的，将化工生产过程中的主要生产流程用框图形式展示出来，并根据其中涉及的化学知识步步设问，使问题情境真实，构成与化工生产紧密联系的化学工艺流程题。试题新颖，内容丰富，阅读量大，其结构分题头、流程图和问题三部分。题头一般简单介绍该工艺生产的原料和生产目的，流程图部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺展示出来，问题部分主要根据生产过程中涉及的化学知识设计一系列的问题。题型可以是选择题，也可以是主观题。以物质制备和物质的分离提纯为主的工艺流程题考查元素化合物和实验操作、实际生产的相关知识。以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题2023全国乙卷27题，14分2022全国甲卷26题，14分2021全国甲卷26题，14分考点一认识工业流程试题知识点1工业流程试题的基本特点1、试题的切入点（或试题素材）较多的采用了与生产生活密切联系的化学新技术、新成果。故题干内容来源都是真实的工业生产过程，内容丰富，提问灵活。

2、无机化工流程题的结构：分题头、题干和题尾三部分。（1）题头一般是介绍该工艺生产的原材料和工艺生产的目的（包括获得副产品）；

（2）题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；

（3）题尾主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置系列问题。

3、呈现形式：流程图、数据表格、图像、实验装置。

4、设问方式：措施、成分、物质、原因。

5、能力考查：获取、整合、处理、应用信息的能力、分解问题的能力、表达能力。

6、知识落点：基本理论、元素化合物、实验。知识点2工艺流程题的主线分析方法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。3.原料预处理的常用方法及其作用(1)研磨:减小固体颗粒度,增大物质间接触面积,加快反应速率,提高浸出率。(2)水浸或酸浸:与水接触反应或溶解;与酸接触反应或溶解,得可溶性金属离子溶液,不溶物过滤除去。(3)浸出:固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。(4)灼烧:除去可燃性杂质或使原料初步转化。(5)煅烧:改变结构,使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。4.无机化工流程题中的除杂、净化1）常用的方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。2）常用的操作(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，如分离乙醇或甘油。(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。3）结合沉淀溶解平衡进行的条件控制(1)运用Ksp计算反应所需要的pH条件；(2)根据题目要求计算某条件下的离子浓度、需要加入的试剂量等。5、制备过程中应注意的反应条件(1)溶液的pH:①控制反应的发生,增强物质的氧化性或还原性,或改变水解程度。②常用于形成或抑制某些金属离子的氢氧化物沉淀。(2)温度:根据需要选择适宜温度,改变反应速率或使平衡向需要的方向移动,减少副反应的发生,确保一定的反应速率,控制溶解度便于提纯。(3)浓度:①根据需要选择适宜浓度,控制一定的反应速率,使平衡移动利于目标产物的生成,减小对后续操作产生的影响。②过量,能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率,但对后续操作也会产生影响。(4)趁热过滤:防止某物质降温时会大量析出。(5)冰水洗涤:洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体损耗。6、无机化工流程中的分离方法(1)洗涤(冰水、热水):洗去晶体表面的杂质离子;(2)过滤(热滤或抽滤):分离难溶物和易溶物;(3)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;(4)蒸发结晶:提取溶解度随温度的变化不大的溶质;(5)冷却结晶:提取溶解度随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等;(6)蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物;(7)冷却法:利用气体易液化的特点分离气体。考点二工艺流程题的解题策略知识点1工业流程试题的审题方法1.粗读题干，挖掘图示图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但题目中往往会有提示或者问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。2.携带问题，精读信息这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示，三是设置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。3.跳跃思维，规范答题答题时应注意前后问题往往没有“相关性”，即前一问未答出，不会影响后面答题。要求用理论回答的试题，应采用“四段论法”：改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→有什么变化→得出什么结论。知识点2工艺流程题的解题方法1.积累常考的答题模板(1)除杂：除去……中的……(2)干燥：除去……气体中的水蒸气，防止……(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。(4)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。(5)温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至少有晶膜出现)、冷却结晶、过滤、洗涤(冰水洗、热水洗、乙醇洗等)、干燥。(7)从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：蒸发浓缩、趁热过滤(如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来)、洗涤、干燥。(8)控制某反应的pH使某些金属离子以氢氧化物的形式沉淀，调节pH所用试剂为主要元素对应的氧化物、碳酸盐、碱等，以避免引入新的杂质；沉淀时pH范围的确定：范围过小导致某离子沉淀不完全，范围过大导致主要离子开始沉淀。(9)减压蒸馏(减压蒸发)的原因：减小压强，使液体沸点降低，防止(如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3)受热分解、挥发。(10)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，向上层清液中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则离子沉淀完全。(11)洗涤沉淀：沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作2～3次。(12)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净。(13)洗涤沉淀的目的：除掉附着在沉淀表面的可溶性杂质。(14)冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗。(15)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。(16)蒸发、反应时的气体氛围：抑制某离子的水解，如加热蒸发AlCl3溶液时为获得AlCl3需在HCl气流中进行。(17)事先煮沸溶液的原因：除去溶解在溶液中的氧化性气体(如氧气)，防止某物质被氧化。2.化工流程氧化还原反应方程式的解答措施第1步：根据题干信息或流程图，判断氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物第2步：按“氧化剂+还原剂-还原产物+氧化产物”写出方程式，根第3步：根据电荷守恒和溶液的酸碱性，通过在反应方程式的两端添加H＋或OH－的形式使方程式的两端的电荷守恒。第4步：根据原子守恒，通过在反应方程式两端添加H2O(或其他小分子)使方程式两端的原子守恒。3.解决本类题目的三步骤:(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:①反应物是什么;②发生了什么反应;③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用;④抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。考向1考查信息方程式的书写例1．（2023秋·福建龙岩·高三校联考期末）某工厂利用下列途径处理含铬(Ⅵ)废水：

下列说法错误的是A．“调pH”时可用浓盐酸代替硫酸B．“转化”过程发生的反应方程式：C．“转化”过程不能用替换D．“沉淀”过程，生成的胶体可作为絮凝剂，加速沉淀【变式训练】（2023·湖南长沙·长沙市明德中学校考模拟预测）氧化铈(CeO2)是应用广泛的稀土氧化物。一种用氟碳铈矿(CeFCO3，含BaO、SiO2等杂质)为原料制备CeO2的工艺如图。

下列说法不正确的是A．滤渣A的主要成分为BaSO4和SiO2B．Ce2(CO3)3中阴离子的空间结构为正四面体C．步骤①、②中均有过滤操作D．步骤②反应的离子方程式为考向2考查物质分离、提纯的方法例2．（2023秋·河北保定·高三校考期末）工业上以铝土矿(主要成分是Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图：下列叙述错误的是A．试剂X是NaOH溶液，滤液A中的溶质有两种B．滤渣C为Fe2O3，滤液B为Na2CO3溶液C．试剂Y是二氧化碳，它与滤液A反应生成Al(OH)3沉淀D．图中所示转化反应中只包含1个氧化还原反应【变式训练】（2023秋·江西南昌·高三统考开学考试）钨在自然界的储量只有620万吨，江西独占有520万吨。江西每年产生大量的钨冶炼渣(主要含的氧化物以及少量重金属氧化物等)，以钨冶炼渣为原料，提炼制备电池级硫酸锰的工艺流程如下：已知①溶液中金属离子的物质的量浓度时可以看成沉淀完全，。②易被空气中的氧气氧化生成一般难溶于酸溶液。(1)“酸浸”时，为提高锰的浸出率，可采取的措施是(写一种即可)，滤渣1的主要成分为、(填化学式)。(2)酸浸后所得浸出液中金属阳离子包括，写出生成的离子方程式。(3)浸出液加入需要过量的原因。若要使和沉淀完全，则需调节溶液的最小值为。(4)滤渣3的主要成分是和。(5)加的目的是。(6)分批加入溶液的原因是。(7)如图为溶解度曲线。从溶液中提取晶体的操作为，洗涤，干燥，碾磨，即得到了电池级硫酸锰。

考点三工艺流程题的类型知识点1以物质制备为目的工艺流程题1.工艺流程中的常见专业术语释义研磨、雾化将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分灼烧(煅烧)使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿浸取向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等酸浸在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少滴定定量测定，可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定酸作用溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等碱作用去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH、促进水解(沉淀)2.工艺流程题中常见问题的答题方向常见问题答题要考虑的角度分离、提纯过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)提高原子利用率绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)在空气中或特定气体中进行的反应或操作要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、水解、潮解等目的洗涤沉淀方法：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次判断沉淀是否洗涤干净取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等控制溶液的pH①调节溶液的酸碱性，抑制水解(或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀)②“酸作用”还可除去氧化物(膜)③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)控制温度(常用水浴、冰浴或油浴)①使化学平衡移动；控制化学反应的方向②控制固体的溶解与结晶③控制反应速率：使催化剂达到最大活性④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发⑤加热煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤分离知识点2以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题1.物质转化过程中分离提纯阶段的主要操作除杂加入沉淀剂或控制溶液的酸碱性使形成氢氧化物沉淀。如：除去含Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等来调节溶液的pH加热加快反应速率或使平衡向某个方向移动。如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质降温防止某物质在高温时会分解或使平衡向着题目要求的方向移动分离固液分离——过滤液液分离：a.有溶解度差异——结晶或重结晶(蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干；蒸发结晶、趁热过滤)b.有溶解性差异——(萃取)分液c.有沸点差异——蒸馏2.获得产品阶段的主要操作洗涤(冰水、热水、有机溶剂)水洗：洗去晶体表面的杂质离子(适用于溶解度小的物质)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(适用于高温溶解度大、低温溶解度小的物质)醇洗(常用于溶解度较大的物质)：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(若对溶解度小的物质进行醇洗，则是为了洗去杂质离子，并使其尽快干燥)蒸发时的气体氛围抑制水解如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解蒸发浓缩、冷却结晶如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液，若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是K2Cr2O7，母液中是NaCl和少量K2Cr2O7，这样就可分离出大部分K2Cr2O7；同样原理可除去KNO3中的少量NaCl蒸发结晶、趁热过滤如NaCl和少量K2Cr2O7的混合溶液，若将混合溶液蒸发一段时间，析出的固体主要是NaCl，母液中是K2Cr2O7和少量NaCl；同样原理可除去NaCl中的少量KNO3考向1考查以物质制备为目的工艺流程题例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。(5)为测定钛铁矿中铁的含量,某同学取经浓硫酸等处理的溶液(此时钛铁矿中的铁已全部转化为二价铁离子),采取KMnO4标准液滴定Fe2+的方法:(不考虑KMnO4与其他物质反应)在滴定过程中,若未用标准液润洗滴定管,则使测定结果(填“偏高”、“偏低”或“无影响”),滴定终点的现象是。滴定分析时,称取ag钛铁矿,处理后,用cmol/LKMnO4标准液滴定,消耗VmL,则铁元素的质量分数的表达式为。【变式训练】（2023秋·江苏南通·高三如皋市第一中学开学考试）是一种重要的P型半导体材料。以一种石膏渣[含及少量、等]为原料制备的实验流程如下：

已知：常温下，。(1)“浸取”时，生成与等。参加反应的离子方程式为。(2)“沉淀”时溶液的用量不宜过多，其原因是。(3)循环“浸取”多次后，“滤液X”中浓度增大的阳离子主要有。(4)为测定“浸取”时元素浸出率，需先测定石膏渣中元素含量。称取石膏渣，加入足量稀充分溶解，过滤并洗涤滤渣，将滤液转移至容量瓶中，加水稀释至刻度；准确量取稀释后的溶液于锥形瓶中，加入足量KI溶液()，用标准溶液滴定至终点()，平行滴定3次，平均消耗标准溶液。计算石膏渣中元素质量分数(写出计算过程)。考向2考查以混合物的分离、提纯为目的的工艺流程题例2.工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5流程：（1）步骤①所得废渣的成分是____________（写化学式），操作I的名称__________；（2）步骤②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂）：R2(SO4)n(水层)+2nHA（有机层）2RAn（有机层）+nH2SO4(水层)②中萃取时必须加入适量碱，其原因是_____________________________；③中X试剂为（写化学式）______________________________________；（3）④的离子方程式为___________________________________________；（4）25℃时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间关系如下表：pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3结合上表，在实际生产中，⑤中加入氨水，调节溶液的最佳pH为____________；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)<_____________；(已知：25℃时，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39)（5）该工艺流程中，可以循环利用的物质有__________和_______________。【变式训练】（2023秋·河北保定·高三河北省唐县第一中学校考期中）高品质MnO2可用于生产锂离子电池正极材料锰酸锂。以软锰矿与黄铁矿为主要原料采用“两矿一步浸出法”制备高品质MnO2的某工艺流程如图所示：已知：①软锰矿与黄铁矿的主要成分分别为MnO2、FeS2，还含少量Fe、Ca、Mg、Al、Si等元素的氧化物；②该工艺条件下，相关金属离子完全形成氢氧化物沉淀的pH如下：金属离子Fe2+Fe3+Mn2+Mg2+Al3+开始沉淀pH6.91.96.69.13.4沉淀完全(c=1.0×10-5mol·L-1)的pH8.33.210.110.94.7回答下列问题：(1)“配矿”过程中，将软锰矿与黄铁矿粉碎混匀的目的是。(2)“酸浸”操作中需先后分批加入H2SO4、H2O2。加入H2SO4后发生酸浸过程的主要反应离子方程式为2FeS2+3MnO2+12H+=2Fe3++3Mn2++4S+6H2O，2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O。①已知滤渣1的主要成分为S、SiO2、CaSO4等，其附着在矿粉颗粒表面使上述反应受阻，此时加入H2O2，利用其迅速分解产生的大量气泡可破除该不利影响。分析导致H2O2迅速分解的因素是。②矿粉颗粒表面附着物被破除后，H2O2还可以继续与MnO2反应，从而提高锰元素的浸出率，该反应的化学方程式是。(3)“调pH”时调节溶液pH范围为4.7~6.0，此时“滤渣2”的主要成分为(填化学式)。(4)“沉锰”步骤发生主要反应的离子方程式为。(5)利用惰性电极电解H2SO4—MnSO4—H2O体系获得MnO2的机理(部分)如图1甲所示，硫酸浓度与电流效率的关系如图2所示。硫酸浓度超过3.0mol·L-1时，电流效率降低的原因是。

1．（2023·浙江·高考真题）某研究小组制备纳米，再与金属有机框架)材料复合制备荧光材料，流程如下：已知：①含锌组分间的转化关系：②是的一种晶型，以下稳定。请回答：(1)步骤Ⅰ，初始滴入溶液时，体系中主要含锌组分的化学式是。(2)下列有关说法不正确的是___________。A．步骤Ⅰ，搅拌的作用是避免反应物浓度局部过高，使反应充分B．步骤Ⅰ，若将过量溶液滴入溶液制备，可提高的利用率C．步骤Ⅱ，为了更好地除去杂质，可用的热水洗涤D．步骤Ⅲ，控温煅烧的目的是为了控制的颗粒大小(3)步骤Ⅲ，盛放样品的容器名称是。(4)用和过量反应，得到的沉淀可直接控温煅烧得纳米，沉淀无需洗涤的原因是。(5)为测定纳米产品的纯度，可用已知浓度的标准溶液滴定。从下列选项中选择合理的仪器和操作，补全如下步骤[“___________”上填写一件最关键仪器，“(___________)”内填写一种操作，均用字母