2024届高考化学一轮复习专题3第15讲无机化工流程的解题策略能力学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题3第15讲无机化工流程的解题策略能力学案，共27页。学案主要包含了三步审读等内容，欢迎下载使用。

1．以化工流程为载体掌握物质的性质、转化反应和反应条件的控制及产率的提高措施等。 2．以化工流程为载体掌握物质的分离、提纯原理、方法和仪器、操作等。
明确试题模式·建立思维模型
1．明确试题模式
图1 图2 图3
图1箭头表示反应物加入同时生成物出来；
图2箭头表示反应物分步加入和生成物出来；
图3箭头表示循环反应。
2．建立思维模型——“三步审读”
(1)审题干——明确原料成分和目的要求
(2)审流程——明确各步转化原理和目的
①看箭头：进入的是原料(即反应物)；出去的是生成物(包括主产物和副产物)。
②看三线：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
③找信息：明确反应条件和分离提纯方法。
④关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。
(3)审问题——明确答什么
①防止答非所问：要看清题目要求，按要求答题。
②规范表述：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，特别是化学用语表示要准确、规范。
(2022·辽宁选择性考试)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：
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_________________________________________。
【三步审读】
[答案] (1)ab (2)2Bi2S3＋9O2eq \(=====,\s\up9(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＋
流程分析三方法
分类突破方法·提升解题能力
以分离提纯为主体的化工流程
1．原料的预处理
(1)溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
(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。
增大矿石物质的浸出率的措施有：搅拌、加热、升温，增大浸出液的浓度，粉碎矿石增大固液接触面积，延长浸出时间。
2．常用的分离方法
3．分离、提纯的深化
(1)特定洗涤目的
晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。
(2)调节溶液pH分离提纯
①控制溶液的酸、碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。
若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋、Fe3＋，可先用氧化剂把Fe2＋氧化为
Fe3＋，再调节溶液的pH在3.7≤pH<8.3。
②调节pH所需的物质应能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。
(2022·广东选择性考试，T18节选)稀土(RE)包括镧、钇等元素，是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理，一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下：
已知：月桂酸(C11H23COOH)熔点为44 ℃；月桂酸和(C11H23COO)3RE均难溶于水。该工艺条件下，稀土离子保持＋3价不变；(C11H23COO)2Mg的Ksp＝1.8×10－8，Al(OH)3开始溶解时的pH为8.8；有关金属离子沉淀的相关pH见下表。
(1)“氧化调pH”中，化合价有变化的金属离子是________。
(2)“过滤1”前，用NaOH溶液调pH至_______的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为______________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)“过滤2”后，滤饼中检测不到Mg元素，滤液2中Mg2＋浓度为
2.7 g·L－1。为尽可能多地提取RE3＋，可提高月桂酸钠的加入量，但应确保“过滤2”前的溶液中c(C11H23COO－)低于________ml·L－1(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE3＋溶出、提高产率，其原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②“操作X”的过程为：先________，再固液分离。
(5)该工艺中，可再生循环利用的物质有________(写化学式)。
[解析] 由流程可知，该类矿(含铁、铝等元素)加入酸化MgSO4溶液浸取，得到浸取液中含有RE3＋、Mg2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋、SOeq \\al(2－,4)等离子，经氧化调pH使Fe3＋、Al3＋形成沉淀，经过滤除去，滤液1中含有RE3＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等离子，加入月桂酸钠，使RE3＋形成(C11H23COO)3RE沉淀，滤液2主要含有MgSO4溶液，可循环利用，滤饼加盐酸，经加热搅拌溶解后，再冷却结晶，析出月桂酸，再固液分离得到RECl3溶液。(2)由表中数据可知，Al3＋沉淀完全的pH为4.7，而RE3＋开始沉淀的pH为6.2～7.4，所以为保证Fe3＋、Al3＋沉淀完全，且RE3＋不沉淀，要用NaOH溶液调pH至4.7≤pH<6.2的范围内，该过程中Al3＋发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。(3)滤液2中Mg2＋浓度为
2.7 g·L－1，即0.112 5 ml/L，根据Ksp[(C11H23COO)2Mg]＝c(Mg2＋)·
c2(C11H23COO－)，若要加入月桂酸钠后只生成(C11H23COO)3RE，而不产生(C11H23COO)2Mg，则c(C11H23COO－)[答案] (1)Fe2＋
(2)4.7≤pH<6.2 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(3)4.0×10－4
(4)加热搅拌可加快反应速率 冷却结晶
(5)MgSO4
1．三氧化二铬(Cr2O3)可用作着色剂、分析试剂、催化剂等。一种利用铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，还含有Al2O3、SiO2等杂质)清洁生产Cr2O3的工艺流程如图：
已知：部分离子生成氢氧化物沉淀的pH
回答下列问题：
(1)“氧化酸浸”时，消耗[FeO·Cr2O3]与CrO3的物质的量之比为___________________________________________________________________。
(2)“氧化酸浸”浸出液中含有的阳离子有________(用离子符号表示)。
(3)“沉铁”时，铁元素以黄铵铁矾沉淀的形式析出，黄铵铁矾的化学式为(NH4)Fe3(SO4)2(OH)6，则“沉铁”时反应的离子方程式为_________________
___________________________________________________________________。
(4)“沉铬”时，所得滤液1中所含主要溶质为______(用化学式表示)。
(5)“除铝”时，需要用NaOH调节溶液的pH的范围应为________(填字母代号)。
A．5.2～7.8B．6.0～7.8
C．7.8～9.0 D．稍大于9.2
[解析] “氧化酸浸”时，除SiO2外的其他氧化物均溶解，其中[FeO·Cr2O3]中的＋2价铁元素被CrO3氧化为Fe3＋，反应后浸出液中含有
Fe3＋、Cr3＋、Al3＋以及过量的H＋；“沉铁”时，铁元素以黄铵铁矾沉淀的形式析出，用氨沉铬时，Cr3＋、Al3＋以氢氧化物沉淀析出，故滤液1中主要含有NHeq \\al(＋,4)、SOeq \\al(2－,4)，向滤渣Cr(OH)3和Al(OH)3中加NaOH调节溶液的pH除去Cr(OH)3中的Al(OH)3，再进一步煅烧得到Cr2O3。(1)“氧化酸浸”时，反应为6eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(FeO·Cr2O3))＋2CrO3＋30H2SO4===7Cr2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO4))3＋3Fe2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO4))3＋30H2O，所以消耗 [FeO·Cr2O3]与CrO3的物质的量之比为3∶1。(2)“氧化酸浸”时，除SiO2外的其他氧化物均溶解，反应后浸出液中含有Fe3＋、Cr3＋、Al3＋以及过量的H＋。(3)根据信息可写出“沉铁”时离子方程式为3Fe3 ＋＋6H2 O＋2SOeq \\al(2－,4 )＋6NH3===eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4 ))Fe3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO4 ))2 (OH)6 ↓＋5NHeq \\al( ＋ ,4 )。(4)铁元素先以黄铵铁矾沉淀的形式析出，用氨沉铬时，Cr3＋、Al3＋以氢氧化物沉淀析出，故滤液1中主要含有NHeq \\al(＋,4)、SOeq \\al(2－,4)，主要溶质为(NH4)2SO4。(5)由表中数据，溶液的pH＝6时Cr3＋沉淀完全时，Al3＋先沉淀完全；除铝需要在pH＝9.2时让Al(OH)3完全溶解转化为AlOeq \\al(－,2)，造成极少量Cr(OH)3溶解损失可忽略，以确保Cr(OH)3中不含Al(OH)3，最终得到纯Cr2O3。
[答案] (1)3∶1 (2)Fe3＋、Cr3＋、Al3＋、H＋
(3)3Fe3 ＋ ＋6H2O＋2SOeq \\al(2－,4 )＋6NH3===eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4 ))Fe3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO4 ))2 (OH)6 ↓＋ 5NHeq \\al( ＋ ,4 )
(4)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH4))2SO4 (5)D
以物质制备为主体的化工流程
1．物质制备过程的控制条件
(1)控制体系的环境氛围
①需要在酸性气流中干燥FeCl3、AlCl3、MgCl2等含水晶体，抑制水解并带走因分解产生的水蒸气。
②营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防止Fe2＋被氧化。
③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，绿色氧化剂H2O2的优点：不引入新杂质，对环境无污染。
(2)控制反应温度
①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移动(如促进水解生成沉淀)。
②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡向某个方向移动。
③控制温度在一定范围内，综合多方面因素考虑，如使反应速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。
④如题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，则要根据它们溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶分离方法。
2．从对反应速率和平衡转化率的影响综合控制条件
(1)使催化剂的活性达到最高：如工业合成氨或SO2的催化氧化反应，选择的温度是500 ℃左右，原因之一就是这样可使催化剂的活性达到最高。
(2)对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降低对设备的要求，达到绿色化学的目的。
(2021·湖南选择性考试，T17)Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，该核素的符号为________。
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有___________________________
_______________________________________________________________
___________________________________________________(至少写两条)。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是________(填化学式)。
(4)加入絮凝剂的目的是___________________________________________
______________________________________________________________。
(5)“沉铈”过程中，生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为____________，
常温下加入的NH4HCO3溶液呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：NH3·H2O的Kb＝1.75×10－5，H2CO3的Ka1＝4.4×10－7，Ka2＝4.7×10－11)。
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为FePO4，在高温条件下，Li2CO3、葡萄糖(C6H12O6)和FePO4可制备电极材料LiFePO4，同时生成CO 和H2O，该反应的化学方程式为________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] 焙烧浓硫酸和独居石的混合物、水浸，CePO4转化为Ce2(SO4)3和H3PO4，SiO2与硫酸不反应，Al2O3转化为Al2(SO4)3，Fe2O3转化为Fe2(SO4)3，CaF2转化为CaSO4和HF，酸性废气含HF；后过滤，滤渣Ⅰ为SiO2和磷酸钙、FePO4，滤液主要含H3PO4、Ce2(SO4)3、Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3，加氯化铁溶液除磷，滤渣Ⅱ为FePO4；聚沉将铁离子、铝离子转化为沉淀，过滤除去，滤渣Ⅲ主要为氢氧化铝，还含氢氧化铁；加碳酸氢铵沉铈得Ce2(CO3)3·nH2O。
(5)用碳酸氢铵“沉铈”，则结合原子守恒、电荷守恒可知生成Ce2(CO3)3·nH2O的离子方程式为6HCOeq \\al(－,3)＋2Ce3＋＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑；铵根离子的水解常数Kh(NHeq \\al(＋,4))＝eq \f(10－14,1.75×10－5)≈5.71×10－10，碳酸氢根离子的水解常数Kh(HCOeq \\al(－,3))＝eq \f(Kw,Ka1)＝eq \f(10－14,4.4×10－7)≈2.3×10－8，则Kh(NHeq \\al(＋,4))[答案] (1)eq \\al(138, 58)Ce
(2)适当升高温度、将独居石粉碎、搅拌(合理即可)
(3)Al(OH)3、Fe(OH)3
(4)促进Al3＋、Fe3＋聚沉为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀
(5)6HCOeq \\al(－,3)＋2Ce3＋＋(n－3)H2O===Ce2(CO3)3·nH2O↓＋3CO2↑ 碱性
(6)6FePO4＋C6H12O6＋3Li2CO3eq \(=====,\s\up9(高温))6LiFePO4＋9CO↑＋6H2O↑
2．钼酸钠晶体(Na2MO4·2H2O)常用于制造阻燃剂和无公害型冷水系统的金属抑制剂。如图是利用钼精矿(主要成分是MS2，含少量PbS、FeS2、Al2O3、SiO2等)为原料生产钼酸钠晶体的工艺流程图：
回答下列问题：
(1)将钼精矿粉碎的目的是_________________________________________。
(2) MS2中S元素为－2价，酸溶时，MS2发生反应的化学方程式为___________________________________________________________________。
(3)沉淀A的化学式为____________________________________________。
(4)已知：Ksp[Fe(OH)3]＝1.0×10－38，Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33，当Fe3＋完全沉淀时溶液的pH＝________，若此时c(Al3＋)＝1.0×10－2ml·L－1，Al(OH)3是否会析出？_______________________________________________________
________________________________________________________(请计算说明)。
(5)已知钼酸钠在一定温度范围内的析出物质及相应物质的溶解度如表所示，获得Na2MO4·2H2O的操作为_________________________________________。
(6)已知钼酸是弱酸，钼酸盐对碳钢在空气中的缓蚀原理是钼酸根离子浓度大时可在钢铁表面形成FeMO4­Fe2O3保护膜。在密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀，除需加入钼酸盐外还需加入的物质是________(填标号)。
A．NaNO2 B．通入适量N2
C．油脂 D．盐酸
[解析] 钼精矿先用硝酸溶解得到硝酸铝，SiO2不反应，MS2都被氧化生成硫酸盐和MOeq \\al(2－,4)，PbS被氧化生成硫酸铅，FeS2被氧化生成硫酸铁，故沉淀A为硫酸铅和SiO2。调pH除去铁和铝元素，形成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，沉淀B为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，溶液最后结晶得到产品。(1)将钼精矿粉碎的目的是增大接触面积，加快反应速率；(2)MS2中S元素为－2价，根据化合物化合价代数和为0，则M化合价为＋4价。酸溶时，MS2被硝酸氧化生成硫酸根离子和MOeq \\al(2－,4)的离子方程式为MS2＋6NOeq \\al(－,3)===MOeq \\al(2－,4)＋2SOeq \\al(2－,4)＋6NO↑；(3)根据分析可知，沉淀A的化学式为PbSO4、SiO2。(4)当Fe3＋完全沉淀时，即c(Fe3＋)＝1.0×10－5ml/L，则c3(OH－)＝eq \f(Ksp\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(FeOH3)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Fe3＋)))＝eq \f(1×10－38,1×10－5) ml3/L3＝1×
10－33 ml3/L3，c(OH－)＝1×10－11 ml/L，pH＝3。此时ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Al3＋))×c3eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH－))＝1×
10－35[答案] (1)增大接触面积，加快反应速率
(2)MS2＋6HNO3===H2MO4＋2H2SO4＋6NO↑ (3)PbSO4、SiO2 (4)3 不会，此时c(Al3＋)·c3(OH－)＝1×10－351．(2022·江苏选择性考试，T16节选)实验室以二氧化铈(CeO2)废渣为原料制备Cl－含量少的Ce2(CO3)3，其部分实验过程如下：
(1)“酸浸”时CeO2与H2O2反应生成Ce3＋并放出O2，该反应的离子方程式为_______________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)pH约为7的CeCl3溶液与NH4HCO3溶液反应可生成Ce2(CO3)3沉淀，该沉淀中Cl－含量与加料方式有关。得到含Cl－量较少的Ce2(CO3)3的加料方式为________(填序号)。
A．将NH4HCO3溶液滴加到CeCl3溶液中
B．将CeCl3溶液滴加到NH4HCO3溶液中
(3)通过中和、萃取、反萃取、沉淀等过程，可制备Cl－含量少的Ce2(CO3)3。已知Ce3＋能被有机萃取剂(简称HA)萃取，其萃取原理可表示为Ce3＋(水层)＋3HA(有机层)Ce(A)3(有机层)＋3H＋(水层)
①加氨水“中和”去除过量盐酸，使溶液接近中性。去除过量盐酸的目的是___________________________________________________________________。
②反萃取的目的是将有机层Ce3＋转移到水层。使Ce3＋尽可能多地发生上述转移，应选择的实验条件或采取的实验操作有________(填两项)。
③与“反萃取”得到的水溶液比较，过滤Ce2(CO3)3沉淀的滤液中，物质的量减小的离子有________(填化学式)。
[解析] 首先用稀盐酸和过氧化氢溶液酸浸二氧化铈废渣，得到三价铈，加入氨水调节pH后用萃取剂萃取其中的三价铈，增大三价铈浓度，之后加入稀硝酸反萃取其中的三价铈，再加入氨水和碳酸氢铵制备产物。
(1)根据信息反应物为CeO2与H2O2，产物为Ce3＋和O2，根据电荷守恒和元素质量守恒可知其离子方程式为2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O。
(2)反应过程中保持CeCl3少量即可得到含Cl－量较少的Ce2(CO3)3。
(3)①去除过量盐酸，减小氢离子浓度，使Ce3＋(水层)＋3HA(有机层)Ce(A)3(有机层)＋3H＋(水层)的化学平衡右移，利于提高Ce3＋的萃取率；③“反萃取”得到的水溶液中含有浓度较大的Ce3＋、H＋，氨水和NH4HCO3溶液均显碱性，可以和Ce3＋、H＋反应，生成Ce2(CO3)3沉淀的同时也发生中和反应，因此过滤后溶液中Ce3＋、H＋的物质的量均减小。
[答案] (1)2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋O2↑＋4H2O
(2)B (3)①有利于提高Ce3＋的萃取率 ②适当提高硝酸的浓度；充分振荡分液漏斗；用适量萃取剂分多次萃取 ③Ce3＋、H＋
2．(2022·全国甲卷，T26)硫酸锌(ZnSO4)是制备各种含锌材料的原料，在防腐、电镀、医学上有诸多应用。硫酸锌可由菱锌矿制备。菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物。其制备流程如下：
本题中所涉及离子的氢氧化物溶度积常数如下表：
回答下列问题：
(1)菱锌矿焙烧生成氧化锌的化学方程式为____________________________
______________________________________________________________。
(2)为了提高锌的浸取效果，可采取的措施有________________________、______________________。
(3)加入物质X调溶液pH＝5，最适宜使用的X是________(填标号)。
A．NH3·H2O B．Ca(OH)2 C．NaOH
滤渣①的主要成分是________、________、________。
(4)向80～90 ℃的滤液①中分批加入适量KMnO4溶液充分反应后过滤，滤渣②中有MnO2，该步反应的离子方程式为______________________________
___________________________________________________________________。
(5)滤液②中加入锌粉的目的是_____________________________________
___________________________________________________________________。
(6)滤渣④与浓H2SO4反应可以释放HF并循环利用，同时得到的副产物是________、________。
[解析] 由题干信息，菱锌矿的主要成分为ZnCO3，杂质为SiO2以及Ca、Mg、Fe、Cu等的化合物，结合流程图分析，菱锌矿焙烧，主要发生反应ZnCO3eq \(=====,\s\up9(焙烧))ZnO＋CO2↑，再加入H2SO4酸浸，得到含Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、
Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋的溶液，加入物质X调节pH＝5，结合表格数据，过滤得到Fe(OH)3、CaSO4、SiO2的滤渣①，滤液①中主要含有Zn2＋、Cu2＋、Mg2＋、
Ca2＋、Fe2＋，再向滤液①中加入KMnO4溶液氧化Fe2＋，过滤得到Fe(OH)3和MnO2的滤渣②，滤液②中加入锌粉，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，过滤后得到滤渣③为Cu，再向滤液③中加入HF脱钙镁，过滤得到滤渣④为CaF2、MgF2，滤液④为ZnSO4溶液，经一系列处理得到ZnSO4·7H2O。
(3)当沉淀完全时(离子浓度小于10－5 ml/L)，结合表格Ksp计算各离子完全沉淀时pH＜5的只有Fe3＋，故滤渣①中有Fe(OH)3，又CaSO4是微溶物，SiO2不溶于酸，故滤渣①的主要成分是Fe(OH)3、CaSO4、SiO2。
[答案] (1)ZnCO3eq \(=====,\s\up9(焙烧))ZnO＋CO2↑ (2)适当升高浸取时的反应温度 将焙烧后的产物碾碎，增大接触面积、适当增大硫酸的浓度等
(3)B Fe(OH)3 CaSO4 SiO2
(4)3Fe2＋＋MnOeq \\al(－,4)＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋
(5)除去Cu2＋
(6)CaSO4 MgSO4
课时分层作业(十五)
无机化工流程的解题策略
1．(2022·南通一模)废旧锌锰电池处理后的废料[含MnO2、MnOOH、Zn(OH)2、 Fe等]制备Zn和MnO2的一种工艺流程如下：
已知：Mn的金属活动性强于Fe，Mn2＋在pH大于5.5时易被氧化。
下列说法不正确的是( )
A．“还原焙烧”时Mn元素被还原
B．“酸浸” 过程中适当加热，主要目的是加快浸取速率
C．“净化”时MnCO3的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋形成Fe(OH)3沉淀而除去
D．“电解”时阳极反应式为Mn2＋－2e－＋4OH－===MnO2＋2H2O
D [A.“还原焙烧”中MnO2、MnOOH分别与炭黑反应，2MnOOH＋Ceq \(=====,\s\up9(高温))2MnO＋CO↑＋H2O↑、 MnO2＋Ceq \(=====,\s\up9(高温))MnO＋CO↑，反应中锰元素被还原为MnO，A正确；B.“酸浸” 过程中适当加热，能加快浸取速率，B正确；C.根据以上分析，加入碳酸锰调节溶液的pH，将杂质Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀除去，C正确；D.由图可知电解产生二氧化锰，则阳极电极反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋，D错误。]
2．金属铬常用于制备特种合金。工业上以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3，含有少量Al2O3)为原料，电解Na2Cr2O7制备金属铬的流程如图。下列说法正确的是( )
A．过程①会生成CO2气体
B．过程②需加入过量稀硫酸
C．物质A的化学式为Fe(OH)3
D．过程③生成金属Cr的电极反应式为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋7H2O＋12e－===2Cr＋14OH－
A [A.Al2O3与Na2CO3反应转化为NaAlO2和CO2，Cr2O3与Na2CO3反应转化为Na2CrO4和CO2，A项正确；B.过程②加入过量稀硫酸，会溶解Al(OH)3转化为可溶性硫酸铝，不能与Na2CrO4分离，所以不能加过量稀硫酸，B项错误；C.灼烧过程中，氧化亚铁被氧化得到Fe2O3，故物质A是Fe2O3，C项错误；D.过程③是电解Na2Cr2O7溶液得到Cr，生成金属Cr的电极反应式为Cr2Oeq \\al(2－,7)＋
14H＋＋12e－===2Cr＋7H2O，D项错误。]
3．以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CO、BaO和SiO2)为原料制备碳酸钴(CCO3)和NixOy的工艺流程如图。下列说法正确的是( )
A．“滤渣Ⅰ”成分是SiO2
B．“氧化”时为证明添加NaClO3已足量，可用KSCN溶液进行检验
C．“沉钴”反应的离子方程式为2HCOeq \\al(－,3)＋C2＋===CCO3↓＋CO2↑＋H2O
D．NiSO4溶液通过蒸发结晶获得NiSO4·6H2O晶体
C [由题给流程可知，含镍废料加入稀硫酸酸浸时，NiO、FeO、Fe2O3、CO与稀硫酸反应转化为可溶性硫酸盐，氧化钡与稀硫酸反应转化为硫酸钡，二氧化硅不反应，过滤得到含有硫酸钡、二氧化硅的滤渣Ⅰ和含有可溶性硫酸盐的滤液；向滤液中加入氯酸钠溶液将亚铁离子氧化为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液pH，将铁离子转化为黄钠铁矾渣，过滤得到黄钠铁矾渣和除去铁离子的滤液；向滤液中加入萃取剂萃取溶液中的镍离子，分液得到含有镍离子的有机相和含有钴离子的水相；向水相中加入碳酸氢钠溶液，将钴离子转化为碳酸钴沉淀，过滤得到碳酸钴；向有机相中加入反萃取剂萃取、分液得到硫酸镍溶液，硫酸镍溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸镍晶体，六水硫酸镍晶体经灼烧得到NixOy。]
4．(2022·徐州模拟)铼(Re)是一种极其稀少的贵金属。一种以辉钼矿(主要含有MS2以及少量ReS2、CuReS4、FeS、SiO2等)为原料制备铼的工艺流程如下：
已知“氧化焙烧”后成分有：SiO2、Re2O7、MO3、CuO、Fe3O4，其中Re2O7、MO3与氨水反应分别生成NH4ReO4、(NH4)2MO4。
下列说法错误的是( )
A．“氧化焙烧”时，ReS2反应后的氧化产物为Re2O7和SO2
B．若改用NaOH溶液代替氨水“浸出”，滤渣成分不变
C．由MS2生成1 ml MO3，转移14 ml电子
D．“电沉积”后，金属铼在阴极生成
B [A.ReS2中Re显＋2价、S显－1价，“氧化焙烧”时，Re2O7中Re显＋7价，SO2中S显＋4价，则ReS2反应后的氧化产物为Re2O7和SO2，A正确；B.若改用NaOH溶液代替氨水“浸出”，则SiO2也会溶解在NaOH溶液中，滤渣成分将发生改变，B错误；C.由MS2生成MO3，M由＋2价升高到＋6价，S由－1价升高到＋4价，则生成1 ml MO3，转移14 ml电子，C正确；D.“电沉积”后，NH4ReO4中＋7价铼将获得电子，所以在阴极生成金属铼，D正确。]
5．Ⅰ.化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)4eq \(=====,\s\up9(△))27H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
(1)写出该化合物作阻燃剂的两条依据_______________________________
_______________________________________________________________。
(2)用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3 的原理__________________。
(3)已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理
_______________________________________________________________。
Ⅱ.磁性材料A是由两种元素组成的化合物，某研究小组按如图流程探究其组成：
请回答：
(1)A的组成元素为________(用元素符号表示)，化学式为
______________________________________________________________。
(2)溶液C可溶解铜片，列举该反应的一个实际应用________。
(3)已知化合物A能与稀硫酸反应，生成一种淡黄色不溶物和一种气体(标准状况下的密度为1.518 g·L－1)，该气体分子的电子式为___________________。
写出该反应的离子方程式_____________________________________________。
(4)写出F→G反应的化学方程式___________________________________
_______________________________________________________________。
设计实验方案探究溶液G中的主要微粒(不考虑H2O、H＋、K＋、I－)_________
___________________________________________________________________。
[解析] Ⅰ.(1)此反应为吸热反应，能降低温度，反应产生的固体氧化物能隔绝空气，并且产生水蒸气，可以稀释空气。(2)氧化镁和氧化铝的区别在于氧化铝能与强碱反应而氧化镁不能，氧化铝和强碱反应生成偏铝酸盐和水，离子方程式为Al2O3 ＋2OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋H2O。(3)氯化铵溶液中铵根离子水解，NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，溶液呈酸性，氧化镁和水解生成的盐酸反应生成氯化镁，化学方程式为 MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。Ⅱ.(1)红棕色固体B为氧化铁，与盐酸反应后生成黄色溶液C为氯化铁，氯化铁遇硫氰化钾显血红色，D为硫氰化铁。无色气体溶于水后为酸性，与碘单质反应后生成无色溶液，酸性变强，说明原酸为弱酸，且具有还原性，为亚硫酸，则无色气体为二氧化硫。则原化合物中含有铁和硫元素。氧化铁的质量为2.400 g，其物质的量为2.400 g/160 g·ml－1＝0.015 ml，含铁元素的物质的量为0.030 ml，则铁的质量为0.030 ml×56 g·ml－1＝1.680 g，则化合物中硫元素的质量为2.960 g－1.680 g＝1.280 g，硫的物质的量为1.280 g/32 g·ml－1＝0.040 ml，则铁与硫的物质的量比为0.030∶0.040＝3∶4，则化学式为Fe3S4。(2)溶液C为氯化铁，可以溶解铜，用来制印刷电路板。(3)化合物A与硫酸反应生成淡黄色不溶物为硫，和一种气体，该气体的摩尔质量为1.518 g·L－1×22.4 L·ml－1＝34.00 g·ml－1，则为硫化氢。硫化氢的电子式为H H，该反应生成硫酸亚铁和硫和硫化氢，离子方程式为Fe3S4＋6H＋===3H2S↑＋3Fe2＋＋S。(4)亚硫酸和碘单质反应生成硫酸和氢碘酸，方程式为H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI；溶液G中主要含有硫酸根离子，或许有未反应完的亚硫酸分子，硫酸根离子用钡盐检验，亚硫酸可以用氧化剂氧化成硫酸根离子再检验，具体操作方法为取溶液G，加入过量BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则有SOeq \\al(2－,4)，过滤后取滤液，滴加H2O2溶液，若产生白色沉淀，则有H2SO3。
[答案] Ⅰ.(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气
(2)Al2O3 ＋2OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋H2O
(3)NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2 HCl===MgCl2＋H2O
Ⅱ.(1)S、Fe Fe3S4
(2)制印刷电路板
(3)HH Fe3S4＋6H＋===3H2S↑＋3Fe2＋＋S
(4)H2SO3＋I2＋H2O===H2SO4＋2HI
取溶液G，加入过量BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则有SOeq \\al(2－,4)，过滤后取滤液，滴加H2O2溶液，若产生白色沉淀，则有H2SO3
6．钪(Sc)及其化合物具有许多优良的性能，被应用于航空航天、超导、核能等领域，以赤泥(含有Sc2O3、Al2O3、Fe2O3、SiO2等)为原料提取Sc2O3的流程如下：
已知：①P2O4为磷酸酯萃取剂(密度小于水)；②ScCl3易水解。
请回答下列问题：
(1)“酸浸”时，当温度高于40 ℃钪的浸出率开始下降，其原因是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________；
滤渣的主要成分________(填化学式)。
(2)用盐酸“洗涤”的目的是_______________________________________
________________________________________________________________。
(3)SOCl2是一种液态化合物，与水发生剧烈的非氧化还原反应，生成两种有刺激性气味的气体，化学反应方程式为__________________________________，
“回流过滤”中SOCl2的作用除了将Sc(OH)3转化成ScCl3、作溶剂外，还有一个作用是________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)在空气中灼烧草酸钪得到Sc2O3的化学反应方程式为___________________________________________________________________。
[解析] 向赤泥中加入盐酸酸浸时，金属氧化物溶于盐酸得到可溶性金属氯化物，二氧化硅不与盐酸反应，过滤得到含有二氧化硅的滤渣和含有金属氯化物的滤液；向滤液中加入磷酸酯萃取剂萃取溶液中的氯化钪，分液得到含有氯化铁、氯化铝的水相和含有氯化钪的有机相；向有机相中加入盐酸洗涤除去残留的氯化铁、氯化铝，分液得到有机相；向有机相中加入氢氧化钠溶液，将氯化钪转化为氢氧化钪沉淀，过滤得到有机相和氢氧化钪；向氢氧化钪中加入SOCl2回流过滤，将氢氧化钪转化为氯化钪，向氯化钪中加入草酸溶液，将氯化钪转化为草酸钪沉淀，过滤后在空气中灼烧草酸钪得到三氧化二钪。
[答案] (1)温度过高，HCl受热挥发，盐酸浓度减小，酸浸速率减慢 SiO2
(2)除去有机相中的FeCl3、AlCl3
(3)SOCl2＋H2O===2HCl↑＋SO2↑ 抑制Sc3＋水解
(4)2Sc2(C2O4)3＋3O2eq \(=====,\s\up9(高温))2Sc2O3＋12CO2
7．硝酸钴主要用作颜料、催化剂，也可用于陶瓷工业，以钴渣(主要成分为CO，C2O3，含少量NiO、Al2O3等杂质)为原料制备硝酸钴晶体，其工艺流程如下：
已知常温下几种金属离子转化为氢氧化物沉淀的pH如表所示：
(1)“还原”前钴渣应粉碎，粉碎的目的是___________________________
_______________________________________________________________，
写出“还原”过程反应的离子方程式：______________________________
_______________________________________________________________。
(2)写出滤渣1的一种用途：________，pH的调节范围是________。
(3)本制备中萃取剂HY必须具有的两种性质是________，试剂Z的溶质是_________________________________________________________(填化学式)。
(4)“系列操作”包括_____、过滤、洗涤、干燥；利用表中数据求出常温下Ksp[C(OH)2]≤______(设完全沉淀时金属离子浓度不大于1.0×10－5ml·L－1)。
[解析] (1)还原前粉碎钴渣的目的是增大接触面积，加快反应速率；还原过程中的化学方程式为C2O3＋SO2＋2H＋===2C2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋H2O；(2)滤渣Ⅰ为Al(OH)3，受热分解后可以制备氧化铝，用作耐高温材料；调节pH使铝离子完全沉淀而钴离子不沉淀，故pH的调节范围是5.2≤pH<7.6；(3)萃取剂HY必须满足的条件是与水互不相溶且不反应，Ni2＋在其中的溶解度大且C2＋在其中的溶解度小；试剂Z的溶质为HNO3；(4)根据分析，系列操作包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；常温时，C2＋沉淀完全的pH为9.2，则氢氧根浓度为10－4.8ml·L－1，Kspeq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(COH2))≤1×10－5×(1×10－4.8)2＝1×10－14.6。
[答案] (1)增大接触面积，加快反应速率 C2O3＋SO2＋2H＋===2C2＋＋SOeq \\al(2－,4)＋H2O
(2)制备氧化铝，用作耐高温材料 5.2≤pH<7.6
(3)与水互不相溶且不反应，Ni2＋在其中的溶解度大且C2＋在其中的溶解度小 HNO3
(4)蒸发浓缩、冷却结晶 1×10－14.6开始沉淀pH
完全沉淀pH
Fe2＋
6.5
8.3
Fe3＋
1.6
2.8
Mn2＋
8.1
10.1
首尾分析法
线型工艺流程(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，弄清原料转化为产品的基本原理和生产过程中除杂、分离、提纯产品工艺，然后再结合题设问题，逐一推敲解答
分段分析法
用同样的原材料生产两种或两种以上产品(包括副产品)的工艺流程题，用分段分析法找到解题的切入点
交叉分析法
有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用中间产品与部分其他原材料反应生产所需的主流产品，这就需将提供的工艺流程图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析
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
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
萃取
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，包括液—液萃取和固—液萃取，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴
分液
利用分液漏斗将两种互不混溶的液体分离开的操作，如分离油水
蒸发结晶
提取溶解度随温度变化不大或受热稳定的溶质，如NaCl
蒸发浓
缩冷却结晶
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
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
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混合气体中的氨气
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
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
减压过
滤(抽滤)
加快过滤速率，使沉淀更干燥
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
1.5
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6
Mn(OH)2
8.3
9.8
离子
Mg2＋
Fe3＋
Al3＋
RE3＋
开始沉淀时的pH
8.8
1.5
3.6
6.2～7.4
沉淀完全时的pH
/
3.2
4.7
/
物质
Al(OH)3
Cr(OH)3
Al(OH)3在pH＝7.8时开始溶解，pH＝9.2时溶解完全。Cr(OH)3是两性氢氧化物，Cr(OH)3在pH＝9.0开始溶解
开始沉淀
3.7
5.0
完全沉淀
5.2
6.0
温度/℃
0
4
9
10
15.5
32
51.5
100
析出物质
Na2MO4·10H2O
Na2MO4·2H2O
溶解度S/g
30.63
33.85
38.16
39.28
39.27
39.82
41.27
45
离子
Fe3＋
Zn2＋
Cu2＋
Fe2＋
Mg2＋
Ksp
4.0×
10－38
6.7×
10－17
2.2×
10－20
8.0×
10－16
1.8×
10－11
金属离子
Al3＋
C2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
4.0
7.6
7.7
完全沉淀的pH
5.2
9.2
9.5