2020-2021学年高一化学新人教版（2019）第二册无机工业流程题的解题方法与策略探究学案

无机工业流程综合分析

核心知识点：

无机工业流程综合分析

无机工艺流程题是近年高考中的必考题型，这类试题的文字量大，信息新颖，工艺流程陌生，涉及的知识点多，综合性强，不少同学感到解题困难。但若熟悉这类试题的命题特点，掌握解题策略，将会事半功倍。

一、题型分析

无机工艺流程题以实际的工业生产过程为背景，以解决化学实际问题为思路设置问题，通常以流程图的形式呈现生产过程，有时还结合表格和图像提供多种信息。试题的结构通常分为题头、流程和设问三部分。题头一般简单介绍工艺生产的原材料和目的（包括副产品）；流程部分主要用框图形式将原料到产品的主要工艺流程表示出来；设问主要是根据生产过程中涉及的化学知识来设置，从而组成一道完整的化学试题。从需要解决的问题看，这类试题通常有两个目的：一是从混合物中分离、提纯某种物质（物质提纯类化工流程题）；二是利用某些物质制备某种物质（物质制备类化工流程题）。分析近年高考试题可以发现，这类试题一般围绕以下知识点进行设问：

1. 化学方程式或离子方程式的书写：根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。

2. 物质的分离与提纯：通过加入化学试剂使某种物质转化为沉淀，通过过滤除去等。

3. 化学实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作步骤的描述；加入某个试剂或某个实验操作的目的描述等。

4. 化学计算：结合原料纯度、转化率、损失率、产物产率等计算产品质量；结合溶液配制操作测定样品中某元素的含量或产品纯度等。

5. 绿色化学思想：流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用，环境保护与绿色化学评价等。

二、解题对策

无机工艺流程题要考虑的问题主要有以下几个方面：将原料转化为产品的生产原理；除杂并分离提纯产品；提高产量和产率；减少污染，注意环保；考虑原料的来源和经济成本；生产设备易于操作，生产工艺简便等。围绕以上几个方面的问题的基本解题思路如下：

1. 从生产目的（标）出发，读懂框图（流程）。解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。无上述无机工艺流程中存在的基本规律是主线主产品，分支副产品，回头为循环。

2. 分析流程中的每个步骤，从反应物是什么、发生了什么、该反应产生了什么结果或对制造产品有什么作用等方面了解流程。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为了获得产品。反应条件控制是生产中的核心问题。

三、工业流程题的五大环节

1. 原料预处理的5种方法

【特别提醒】提高矿石浸出率的方法有①加热升温；②将矿石研成粉末；③搅拌；④适当增大酸的浓度等。

2. “中间体”物质的制备及反应

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，判断产物并配平。

（2）非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际情况判断产物。

3. 制备过程中反应条件控制的3种方法

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以下两点：

①能与H＋反应，使溶液pH增大；

②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等物质来调溶液的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。防止某物质降温时析出，如除去NaCl中少量KNO3的方法是蒸发结晶、趁热过滤。

4. 物质的分离与提纯

（1）准确把握物质提纯中的6种常见方法

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氧化还原法：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pH法：如除去酸性溶液中的Fe3+、除去Cu2＋中混有的Fe3＋等。

（2）正确选择物质分离中的6种常用方法

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：利用气体易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。

5. 绿色化学、循环利用

（1）循环物质的确定

（2）副产品的判断

核心知识点一：

1. 纳米铁可用作特殊的催化剂，以FeSO4饱和溶液为原料制取纳米铁的工艺流程如图所示。

已知：主反应在80℃左右条件下进行，直至得到黄色（FeC2O4·2H2O）沉淀。

下列判断正确的是（    ）

A. 进行“主反应”时，搅拌不利于沉淀的生成

B. 进行“过滤”时，搅拌能加快过滤速度

C. 可用高锰酸钾溶液检验“滤液”中是否含有Fe2+

D. N2氛围有效减少产品被氧气、水蒸气氧化的机会

【答案】D

【解析】选D。搅拌可加快沉淀的生成，A项错误；过滤时不可搅拌，以免捣破滤纸，B项错误；主反应是复分解反应，滤液显酸性，Fe2+和过量的草酸均能使酸性高锰酸钾溶液褪色，C项错误；N2氛围有效减少产品被氧气、水蒸气氧化的机会，D项正确。

【互动探究】若洗涤后所得晶体未进行干燥，则最终得到的纳米铁中含有的杂质为____________________。

【提示】四氧化三铁。高温下铁和水蒸气反应产生四氧化三铁和氢气。

2. 立德粉ZnS·BaSO4（也称锌钡白），是一种常用白色颜料。以重晶石（BaSO4）为原料，可按如图所示工艺生产立德粉：

回答下列问题：

（1）在回转炉中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为___________________________。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为_________________。

（2）在潮湿空气中长期放置的“还原料”，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差，其原因是“还原料”表面生成了难溶于水的______________（填化学式）。

（3）沉淀器中反应的离子方程式为_____________________________________________。 

【答案】（1）BaSO4 + 4C = BaS +4CO↑    CO + H2O（g） = CO2 + H2

（2）BaCO3

（3）S2- + Ba2+ + Zn2+ + SO42- = BaSO4· ZnS↓

【解析】（1）由流程图中经浸出槽后得到净化的BaS溶液以及回转炉尾气中含有有毒气体可知，在回转炉中BaSO4与过量的焦炭粉反应生成可溶性的BaS和CO；生产上可通过水蒸气变换反应除去回转炉中的有毒气体CO，即CO与H2O反应生成CO2和H2。（2）所得“还原料”的主要成分是BaS，BaS在潮湿空气中长期放置能与空气中的H2O反应生成具有臭鸡蛋气味的H2S气体，“还原料”的水溶性变差，表明其表面生成了难溶性的BaCO3。（3）结合立德粉的成分可写出沉淀器中S2-、Ba2+、Zn2+、SO42-反应生成BaSO4·ZnS的离子方程式。

以硅藻土为载体的五氧化二钒（V2O5）是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为

以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：

回答下列问题：

（1）“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为___________________________，同时V2O4转成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。

（2）“氧化”中欲使3mol的VO2＋变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为________mol。

（3）“中和”作用之一是使钒以V4O124-形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_______________。

（4）“流出液”中阳离子最多的是________。

（5）“沉钒”得到偏钒酸铵（NH4VO3）沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：___________________________________________。

【答案】（1）V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2

（2）0. 5　（3）Fe（OH）3和Al（OH）3

（4）K＋

（5）2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

【解析】（1）反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。

（2）3molVO2＋变为VO，共失去3mol电子，而1molClO变为Cl－得到6mol电子，所以需要0. 5mol氯酸钾。

（3）中和时，Fe3＋、Al3＋分别转化为难溶的Fe（OH）3和Al（OH）3，成为废渣2的主要成分。

（4）经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。

（5）由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。

【总结】工业流程题题型相对稳定，通过归纳总结，同学们面对此类题目应该要有一个清晰的思路。但是这种思路的基础是对元素化合物，基本实验手段，氧化还原反应方程式的书写等内容的扎实掌握。所以要做好工艺流程题，在高考中得高分既要清楚了解此类题目的特征和答题思路，又要具备物质性质和反应理论方面的基础。

（答题时间：40分钟）

1. 工业上制备下列物质的生产流程合理的是（    ）

A. 由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al2O3AlCl3Al

B. 从海水中提取镁：海水Mg（OH）2MgOMg

C. 由NaCl制漂白粉：饱和食盐水Cl2漂白粉

D. 由黄铁矿制硫酸：黄铁矿SO2SO3H2SO4

2. 工业上制备过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）的一种流程如下：

下列说法正确的是（    ）

A. 可以用作稳定剂

B. “分离”所用的主要玻璃仪器为烧杯、分液漏斗、玻璃棒

C. 受热分解不属于氧化还原反应

D. 干燥过碳酸钠时，常采用低温、高压的方法

3. 以某硫酸渣含、等为原料制备铁黄的一种工艺流程如下：

下列说法不正确的是

A. “酸溶”中加热或搅拌或适当增大硫酸浓度均可加快溶解速度

B. 滤渣的主要成分是和Fe

C. “沉铁”过程中生成的化学方程式为：。

D. “氧化”浆液时，可用氯气代替空气

4. CuCl是难溶于水的白色固体，是一种重要的催化剂。工业上，由孔雀石主要成分，含FeS、FeO和杂质制备CuCl的某流程如下：

下列说法不正确的是（    ）

A. 将溶液1中氧化为，再通过控制pH转化为除去

B. 将溶液3中的还原，反应得到CuCl

C. 作用是控制溶液pH，促使CuCl沉淀的生成

D. 若改变试剂加入顺序，将溶液3缓慢加入到含大量的溶液中，同样可制取CuCl

5. “一酸两浸，两碱联合”法是实现粉煤灰（含SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等）综合利用的新工艺。工业流程如下：

回答下列问题：

（1）聚合氯化铝铁（PAFC）化学式为[Al2（OH）nCl6－n]m·[Fe2（OH）xCl6－x]y，是一种新型高效的净水剂，PAFC中铁元素的化合价为________________。

（2）“一酸两浸”中的酸是______________（填化学式）。

（3）实际工业中“酸浸”“碱浸”均不能充分反应，滤渣A中主要含有SiO2、Al2O3。“纯碱混合焙烧”中，它们分别发生反应的化学方程式为______________________________、________________________________________________________________________。

（4）“滤液B”的主要溶质有______________（填化学式）。滤液混合后“蒸发”的作用是____________________。

6. NaAlH4（四氢铝钠）是有机合成的重要还原剂。某小组以铝合金厂的废边脚料为原料（主要成分为Al，含有少量Al2O3、Fe2O3、MgO和SiO2等杂质）制备四氢铝钠的工艺流程如下：

资料显示：NaH、NaAlH4遇水蒸气发生剧烈反应。

请回答下列问题：

（1）NaAlH4中氢元素的化合价为________________。

（2）试剂A中溶质的阴、阳离子所含电子数相等，其电子式为________________。在空气中灼烧滤渣2，得到的固体的主要成分为____________________（填化学式）。

（3）滤液3可以循环利用，写出滤液2与滤液3反应的离子方程式：________________

_________________________________________________________________________。

（4）实验前要保证NaH与AlCl3反应的装置干燥，其目的是_______________________。

1.【答案】D

【解析】A. 工业上通过电解熔融氧化铝制备金属铝，氯化铝是共价化合物，熔融状态下不电离，故A错误；B. 工业上通过电解熔融的氯化镁制备金属镁，氯化镁熔点低于氧化镁，能耗低，故B错误；C. 工业上用氯气和石灰乳反应制备漂白粉，漂白粉的有效成分是次氯酸钙，不是次氯酸钠，故C错误；D. 黄铁矿煅烧得到二氧化硫，再转变为三氧化硫，最后得到硫酸，故D正确。

2.【答案】D

【解析】A. 由于可以使分解，所以不能用作稳定剂，故A错误；B. “分离”是过滤，所以所用的主要玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒，故B错误；C. 受热分解时，由于元素的化合价发生变化，所以属于氧化还原反应，故C错误。D. 干燥过碳酸钠时，为防止过碳酸钠分解，常采用低温、高压的方法，故D正确。

故选D。

3.【答案】D

【解析】硫酸渣含、等加硫酸溶解，金属氧化物转化为金属阳离子，二氧化硅不溶，再加Fe把铁离子还原为，过滤，滤渣含有二氧化硅，滤液中含有，加入碳酸氢铵，发生，通入空气氧化，同时调节pH生成FeOOH沉淀，过滤、洗涤、烘干，得到纯净的FeOOH，

A. 加热可增大活化分子百分数，搅拌可增大接触面积，且适当增大硫酸浓度等，都可加快酸溶的速率，故A正确；B. 二氧化硅不溶于酸，且铁粉过量，则滤渣的主要成分是和Fe，故B正确；C. 硫酸亚铁与碳酸氢铵发生互促水解反应，方程式为，故C正确；D. 氯气污染空气，不能用氯气代替，故D错误。

4. 【答案】D

【解析】孔雀石主要成分，含FeS、FeO和杂质用硫酸浸取，得到的气体主要含有硫化氢、二氧化碳，滤渣1为二氧化硅，溶液1中含有、、，加双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，加氢氧化钠溶液调节pH，使铁离子沉淀，得到滤渣2为氢氧化铁，溶液2主要含有硫酸铜，溶液2中加入氯化钠再加入亚硫酸钠将铜离子还原成亚铜离子，加入碳酸钠调节pH，使CuCl沉淀，由于的溶液呈碱性，所以如果将溶液3缓慢加入到含大量的溶液中，有可能生成氢氧化亚铜沉淀，得到的氯化亚铜不纯。

A. 根据上面的分析可知，将溶液1中氧化为，再通过控制pH转化为除去，故A正确；B. 根据上面的分析可知，将溶液3中的还原，反应得到CuCl，故B正确；C. 根据上面的分析可知，作用是控制溶液pH，促使CuCl沉淀的生成，故C正确；D. 根据上面的分析可知，将溶液3缓慢加入到含大量的溶液中，制得的CuCl可能不纯，故D错误。

5. 【答案】（1）＋3

（2）HCl

（3）Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

Na2CO3＋Al2O32NaAlO2＋CO2↑

（4）AlCl3、NaCl　促进Al3＋、Fe3＋水解生成聚合氯化铝铁（PAFC）

【解析】（1）由Fe2（OH）xCl6－x中元素化合价代数和等于零求得铁元素的化合价为＋3。（2）由最后产品含有氯元素分析可知，此酸是盐酸。（4）生成的Na2SiO3、NaAlO2经盐酸酸浸后生成硅酸沉淀、氯化铝溶液、氯化钠溶液；加热可促进铝离子、铁离子水解生成聚合氯化铝铁。

6. 【答案】（1）－1价

（2）　Fe2O3、MgO

（3）AlO2—＋HCO3—＋H2O === Al（OH）3↓＋CO32—

（4）防止NaH、NaAlH4与水蒸气反应

【解析】（1）四氢铝钠中氢元素显－1价。（2）试剂A为强碱，将铝元素转化成偏铝酸盐，由于试剂A中溶质的阴离子和阳离子所含电子数相等，则试剂A为氢氧化钠。滤渣1的主要成分是二氧化硅，滤渣2的 主要成分是氢氧化铁和氢氧化镁，在空气中灼烧生成氧化铁、氧化镁。（3）偏铝酸钠和碳酸氢钠反应类似于较强酸制备较弱酸。（4）NaH、NaAlH4均能够与水蒸气反应。