2021版新高考地区选考化学（人教版）一轮复习教师用书：热点题型5　无机化学工艺流程题的解题策略

热点题型5　无机化学工艺流程题的解题策略

——科学探究与创新意识、科学态度与社会责任

[热点精讲]

一、无机化学工艺流程题的结构

二、无机化学工艺流程题中表述性词汇“八大答题方向”

化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有：

1．“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。

2．“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。

3．“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。

4．“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2、其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。

5．“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。

6．“检验某物质的设计方案”——通常取少量待检液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。

7．“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。

8．“用某些有机试剂清洗”——(1)降低物质溶解度，有利于产品析出；(1)洗涤沉淀：减少损耗，提高利用率等。

三、无机化学工艺流程题分类突破

题型一　物质制备类化工流程题

1．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。

2．对原料进行预处理的常用方法及其作用

(1)研磨——减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。

(2)水浸——与水接触反应或溶解。

(3)酸浸——与酸接触反应或溶解，使可溶性金属进入溶液，不溶物通过过滤除去。

(4)灼烧——除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。

(5)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，如煅烧高岭土。

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。

3．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等物质来调节溶液的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)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。

　(2019·高考全国卷Ⅱ，26，13分)立德粉ZnS·BaSO4(也称锌钡白)，是一种常用白色颜料。回答下列问题：

(1)利用焰色试验的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为________(填标号)。

A．黄色　　　　　　　　 B．红色

C．紫色  D．绿色

(2)以重晶石(BaSO4)为原料，可按如下工艺生产立德粉：

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__________________________________________。

(3)成品中S2－的含量可以用“碘量法”测得。称取m g样品，置于碘量瓶中，移取25.00 mL 0.100 0 mol·L－1 的I2­KI溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应5 min，有单质硫析出。以淀粉为指示剂，过量的I2 用 0.100 0 mol·L－1Na2S2O3 溶液滴定，反应式为I2＋2S2O===2I－＋S4O。测定时消耗Na2S2O3 溶液体积V mL。终点颜色变化为____________________，样品中S2－的含量为________________(写出表达式)。

【解析】　(1)灼烧立德粉样品时钡的焰色为绿色。(2)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＋、SO反应生成ZnS·BaSO4的离子方程式。(3)达到滴定终点时I2完全反应，可观察到溶液颜色由浅蓝色变成无色，且半分钟内颜色不再发生变化；根据滴定过量的I2消耗Na2S2O3溶液的体积和关系式I2～2S2O，可得n(I2)过量＝×0.100 0V×10－3 mol，再根据关系式S2－～I2可知，n(S2－)＝0.100 0×25.00×10－3 mol－×0.100 0V×10－3 mol＝×0.100 0×10－3 mol，则样品中S2－的含量为×100%。

【答案】　(1)D

(2)①BaSO4＋4CBaS＋4CO↑　CO＋H2OCO2＋H2　②BaCO3　③S2－＋Ba2＋＋Zn2＋＋SO===ZnS·BaSO4↓

(3)浅蓝色至无色　×100%

题型二　物质提纯类化工流程题

1．明确常用的提纯方法

(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Cu2＋中混有的Fe3＋等。

2．明确常用的分离方法

(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。

　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：

已知：SiO2不溶于强酸。

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3 mol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V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有________________________________________________________________________。

(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈________性(填“酸”“碱”或“中”)。

(5)“流出液”中阳离子最多的是________。

(6)“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：________________________________________________________________________。

【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)3 mol VO2＋变为VO，共失去3 mol电子，而1 mol ClO变为Cl－得到6 mol电子，所以需要0.5 mol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)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(5)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。(6)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。

【答案】　(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O　SiO2

(2)0.5　(3)Fe(OH)3和Al(OH)3　(4)碱　(5)K＋　(6)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑

[热点精练]

1．氧化锌主要用作催化剂、脱硫剂、发光剂和橡胶添加剂。一种以锌焙砂(ZnO、ZnSiO3和少量As2O3、CuO、PbO杂质，其中As与N同主族)为原料制备氧化锌的流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)循环使用的物质有________、________和________。(填化学式)

(2)“浸出”时，锌以Zn(NH3)4进入滤液。

①锌浸出率与温度的关系如图1所示，请解释温度超过55 ℃后浸出率显著下降的原因：________________________________________________________________________。

②锌浸出率与n(NH3)∶n[(NH4)2SO4]的关系如图2所示，6∶4之后浸出率下降，说明________(填编号)的浸出主要依赖硫酸铵浓度的大小。

A．ZnO和ZnSiO3　　　 B．ZnO　　　

C．ZnSiO3

(3)“除砷”过程中生成Fe3(AsO4)2沉淀，其中铁元素的化合价是________；沉淀剂为(NH4)2S2O8、FeSO4·H2O，添加(NH4)2S2O8的目的是________________________________。

(4)“除重金属”和“深度除重金属”除去的重金属是______(填名称)。

(5)“蒸氨”的产物主要是ZnSO4和NH3，写出所发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。

解析：(1)由流程图可知，浸出需要加入NH3·H2O，NH3·H2O在蒸氨过程中产生，浸出需要加入(NH4)2SO4，(NH4)2SO4在沉锌过滤后产生，沉锌需要通入CO2, CO2在焙烧过程中产生，故NH3·H2O或NH3、(NH4)2SO4、CO2属于循环使用的物质。

(2)①锌浸出率在55 ℃后显著下降，由反应原料可知，温度升高，氨挥发导致溶液浓度下降，浸出率下降。

②氧化锌是两性氧化物，在氨与硫酸铵的比例大于6∶4时，可以和浓氨水发生反应，生成络合物Zn(NH3) ，硅酸锌只与硫酸铵反应，而此时，硫酸铵比例较低，故浸出率降低，C选项正确。

(3)由As与N同主族可知，Fe3(AsO4)2中As元素化合价为＋5，则阴离子为AsO，铁元素化合价为＋2；原本As元素化合价为＋3，在除砷过程中变为＋5，而(NH4)2S2O8具有强氧化性，故加入(NH4)2S2O8的目的是把砷元素氧化成AsO，以便于除去砷。

(4)由题意可知，Zn元素在浸出后以Zn(NH3)进入滤液，除砷之后，加入Zn，可将Cu与Pb置换出来经过滤除去，再用S2－沉淀残留的重金属离子，因此除去的重金属为铜和铅。

(5)由题意可知，Zn元素在浸出后以Zn(NH3)进入滤液，结合产物为ZnSO4和氨，可分析出化学方程式为Zn(NH3)4SO4ZnSO4＋4NH3↑。

答案：(1)NH3·H2O(或NH3)　(NH4)2SO4　CO2

(2)①温度升高，氨挥发而使溶液浓度下降，浸出率下降

②C

(3)＋2　把砷元素氧化成AsO以便除去砷

(4)铜和铅

(5)Zn(NH3)4SO4ZnSO4＋4NH3↑

2．溴化锂是一种高效的水汽吸收剂和空气湿度调节剂，54%～55%的溴化锂水溶液是吸收式绿色制冷剂，其对环境无污染。制备路线图如下：

(1)制得LiBr的关键是“合成”与“调pH”阶段。

①“合成”制得LiBr时，绿色还原剂CO(NH2)2与Br2恰好反应的物质的量之比是________。

②“合成”后的生成液为橙黄色，且Li2CO3调节pH到8～9，Li2CO3转化为LiHCO3，同时溶液变为无色，加入Li2CO3的目的为________________。

③“合成”时温度与BrO%的关系如下表：

“合成”时选择的温度为________，理由是__________________________________。

(2)“除杂1”利用CS(NH2)2除去BrO，生成物为Li2SO4、CO(NH2)2等，写出相应的化学方程式：________________________________________________________________。

(3)“除杂2”先用HBr把溶液调到一定的酸度，加热到70 ℃左右，然后用LiOH调至pH＝7，加热的作用是______________________________________________。

解析：(1)①由图中信息知，反应中Br2是氧化剂、CO(NH2)2 是还原剂，氮元素转化为N2、碳元素转化为CO2，化学方程式为3Li2CO3＋3Br2＋CO(NH2)2===6LiBr＋4CO2↑＋N2↑＋2H2O，尿素与Br2物质的量之比为1∶3。②由“合成”后的溶液颜色知Br2过量，故Li2CO3用于除去溶液中多余的Br2。③由表中数据知，温度为60 ℃ 时较好，因为温度小于60 ℃时，反应速率较慢，高于60 ℃时，副产物BrO3%骤然增大，这样会较大程度地降低LiBr的产率。(2)先写出CS(NH2)2＋LiBrO3―→LiBr＋Li2SO4＋CO(NH2)2，依得失电子守恒4LiBrO3＋3CS(NH2)2―→4LiBr＋3CO(NH2)2＋Li2SO4，再结合质量守恒及(1)②中信息知有LiHCO3参与反应，最后得：4LiBrO3＋3CS(NH2)2＋6LiHCO3===4LiBr＋3CO(NH2)2＋3Li2SO4＋6CO2↑＋3H2O。(3)HBr与碳酸盐作用生成的CO2会有一部分溶解在水中，加热的目的是使溶液中的CO2逸出，以免消耗更多的LiOH。

答案：(1)①1∶3　②除去多余的Br2　③60 ℃　温度小于60 ℃ 时，反应速率较慢，大于60 ℃时，副产物BrO%骤然增大，LiBr的产率降低

(2)4LiBrO3＋3CS(NH2)2＋6LiHCO3===4LiBr＋3CO(NH2)2＋3Li2SO4＋6CO2↑＋3H2O

(3)使溶液中的CO2逸出，以免消耗更多的LiOH

3．(2020·常德一模)LiNiO2 是一种前景很好的锂离子电池正极材料。当温度高于850 ℃时，LiNiO2 会分解。请按要求回答下列问题：

(1)LiNiO2 中Ni的化合价为________，工业上用 Ni(OH)2 与LiOH的混合物在空气流中加热到700～800 ℃ 制得 LiNiO2，该反应的化学方程式为______________________，加热温度不宜过高的原因是________________________________________，工业上也可用LiNO3代替上述工艺中的LiOH，存在的缺点可能是_____________________________。

(2)以废旧二次电池为原料回收利用合成Ni(OH)2 的工艺如下：

已知：酸浸后滤液中含有Ni2＋、Al3＋、Fe3＋、Mn2＋。

①滤渣Ⅱ为________________。

②“氧化除锰”是将锰元素最终转化为MnO2 而除去，反应历程如下：

i．5S2O＋2Mn2＋＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋；

ii.____________________________________________________(用离子方程式表示)。

③“转化”操作后，还需经过滤、洗涤、烘干得到产品。检验Ni(OH)2 是否洗涤干净的实验操作是______________________________________________________________。

解析：(1)化合物中各元素正负化合价的代数和等于0，Li为＋1价，O为－2价，所以LiNiO2 中Ni的化合价为＋3价；在工业上用Ni(OH)2 与LiOH的混合物在空气流中加热到700～800 ℃制得 LiNiO2，该反应的化学方程式为4Ni(OH)2＋4LiOH＋O24LiNiO2＋6H2O；加热温度不宜过高，是因为温度高于850 ℃时LiNiO2 会发生分解反应；工业上也可用LiNO3 代替题述工艺中的LiOH，但也存在一定缺点，原因是LiNO3 受热分解会产生氮氧化物，污染环境。(2)①根据流程图可知，滤渣Ⅱ中含有的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3；②“氧化除锰”是将锰元素最终转化为MnO2 而除去，反应历程如下：第一步反应是5S2O＋2Mn2＋＋8H2O===2MnO＋10SO＋16H＋；反应产生的MnO再将溶液中的Mn2＋氧化，最终都变为MnO2，所以第二步反应的离子方程式为2MnO＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋；③Ni(OH)2 沉淀是从含Na＋、SO等的溶液中过滤出来的，因此检验Ni(OH)2 是否洗涤干净可通过检验洗涤液中是否含有SO，实验操作是取最后一次洗涤液，先加稀盐酸酸化，再滴加BaCl2 溶液，若无白色沉淀产生，则洗涤干净，否则没有洗涤干净。

答案：(1)＋3　4Ni(OH)2＋4LiOH＋O24LiNiO2＋6H2O　防止温度高于850 ℃时LiNiO2 分解　产生氮氧化物，污染环境

(2)①Al(OH)3、Fe(OH)3　②2MnO＋3Mn2＋＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋　③取最后一次洗涤液，先加稀盐酸酸化，再滴加BaCl2 溶液，若无白色沉淀产生，则洗涤干净，否则没有洗涤干净