[转载]无机化工流程题复习策略与解题方法指导

无机化工流程题复习策略与解题方法指导

史芬莉化学工作室

工艺流程题常以元素化合物知识作为依托，以反应原理、实验操作与设计（技术）为考查点，意在引导中学化学关注化学的真实性和实用性。

1.题型结构：多以流程图的形式出现，从生产原料到产品的整个过程以简单的文字加框架和箭头形式呈现。有些题目会有主产物和副产物。

一般的流程：原料（可能含预处理）----分离提纯-----产品（或含有副产品）。如：

（1）题中常有物质的加料、产生条件、物质的分离等说明。如：

 

（2）有时还伴有一些“环状线”设计，意为“可循环利用”的物质等。总的形式为：

 “主线主产品，分支副产品，回头为循环。”

2. 解题思路

（1）辨别出预处理、提纯分离、反应等阶段

（2）分析出每步发生的反应及得到的主要产物与副产物

（3）通过流程的前后联系，明确整个流程中每步操作的目的

（4）答题要有模式和要点，注意提升表达能力

例题1： 某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO₃、MgSiO₃、 CaMg(CO₃)₂、Al₂O₃和Fe₂O₃等，回收其中镁的工艺流程如下：

沉淀物	Fe（OH）3	Al(OH)3	Mg(OH)2
PH	3.2	5.2	12.4

部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表，请回答下列问题：

（1）“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有          （要求写出两条）。

（2）滤渣I的主要成分有       。

（3）从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质有       。

（4）Mg(ClO₃)₂在农业上可用作脱叶剂、催熟剂，可采用复分解反应制备：

 MgCl₂+2NaClO₃===Mg(ClO₃)₂+2NaCl

已知四种化合物的溶解度（S）随温度（T）变化曲线如下图所示：

①  将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO₃)₂。

简述可制备Mg(ClO₃)₂的原因：         。

②  按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO₃)₂过程

中，常伴有NaCl析出，原因是：                       。

除去产品中该杂质的方法是：                           。

【解析】四步分析

第一步：辨别出预处理、提纯分离、反应等阶段

产物与副产物

3.常涉及的问题：原料预处理、反应条件的控制（温度、压力、催化剂、原料的配比、PH、溶剂）、

反应原理（化学反应速率与平衡、水解平衡、反应热、电化学）、绿色化学（物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）

4.规范答题

（1）常用的化工词语

关键词	释义
研磨、雾化	将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，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，使一些物质能溶解。并使一些杂质高温下氧化、分解等。
浸取	向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性物质溶液，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等。
浸出率	固体溶解后，离子在溶液中含量的多少。
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。
水浸	与谁接触反应或溶解
蒸发结晶	蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩	蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度。

（2）常见操作与答题角度

常见操作	答题角度
加过量试剂	使反应完全进行（或增大转化率、产率）
加入氧化剂	氧化某物质，生成目标产物或除去某些离子
判断能否加入其他物质	要考虑是否引入杂质（或影响产物纯度）等
分离提纯	过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作
在空气或其他气体中进行反应或操作	要靠考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气防氧化、水解、潮解。
判断沉淀是否洗净	取最后洗涤液少量，检验其中是否还含有某种离子存在等。
控制溶液的PH	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）； “酸作用还可以除去氧化物（膜） “碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅、 特定的氧化还原反应需要的酸性（或碱性条件）
控制温度的目的（常用水浴、冰浴）	控制温度防止副反应发生； 控制温度使化学平衡移动；控制化学反应的方向； 控制温度以控制反应速率，使催化剂的活性达到最好； 控制温度以控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时会析出； 升温促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸腾挥发； 加热煮沸：促进水解，聚沉后有利于过滤分离 降温防止物质高温分解或挥发； 降温或减压可以减少能源成本，降低对设备的要求
洗涤晶体	水洗：通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质 “冰水洗涤”能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中溶解损耗； 用特定有机试剂清洗晶体：洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度、有利于 析出，减少损耗等。

【重点点评】

调节pH值除杂

1.目的：控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀

例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)2	2.7	3.7
Fe(OH)3	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

若要除去Mn^2＋溶液中含有的Fe^2＋，应该怎样做？

2.要求：调节pH所需的物质一般应满足两点：①能与H^＋反应，使溶液pH值增大；②不引入新杂质。

例如：若要除去Cu^2＋溶液中混有的Fe^3＋，可加入CuO、Cu(OH)₂、Cu₂(OH)₂CO₃等物质来调节溶液的pH值

3.问题：

①除去含有Cu²⁺溶液中Fe³⁺，向溶液中加入CuO调节PH 为××的原因：                      ？

使溶液中Fe³⁺离子形成Fe(OH)₃沉淀除去，而防止Cu²⁺沉淀。

②亚硫酸钠与氯化铜反应制氯化亚铜,加入适量氢氧化钠并控制的pH值为××的目的是什么?

③氯化铝制净水剂碱式氯化铝加入碳酸钙控制的pH值为××的目的是什么?

【题型研究】

例题1.从粗产品硫酸锌固体除去铁、铜、镉等可溶性硫酸盐，从而得到纯净的硫酸锌，实验流程如下：

 

 

 

 

 

 

 

沉淀物	Zn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Cd(OH)2	Mn(OH)2
pH值	8.0	9.7	3.2	6.7	9.4	10.4

 

 

 

 

部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH参见上表，请回答下列问题：

（１）“酸浸”步骤中，为提高锌的浸出率，可采取的措施有                    。

“酸浸”时适当补充少量水的原因是                                     。

（２）滤液I加入酸性KMnO₄所发生反应的离子方程式为                     。

加入ZnO的原因是                                                 。

（３）滤渣III的成份主要是                       。

（４）从滤液III得到晶体的操作过程为         、冷却结晶、过滤冼涤、小心干燥。

【针对性训练1】为了回收利用SO₂，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO₂）吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，制备硫酸锰晶体的生产流程，其流程示意图如下：

已知：浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn^2＋，还含有少量的Fe^2＋、Al^3＋等其它金属离子。有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe2＋	7.6	9.7
Fe3＋	2.7	3.7
Al3＋	3.8	4.7
Mn2＋	8.3	9.8

    请回答下列问题：

（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式：___________________________________。

（2）写出氧化过程中主要反应的离子方程式：___________________________________。

（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至______________________。

（4）滤渣的主要成分的化学式为_________________________________________。

（5）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO₂含量的是__________。（双选，填字母）

    A. 品红溶液  B. 酸性KMnO₄溶液  C. 碘水、淀粉溶液 D. BaCl₂溶液

（6）已知废气中SO₂浓度为8g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率为80%，则处理100 m³废气，可得到硫酸锰晶体（MnSO₄·H₂O）质量为_____________g。

（可能用到的相对原子质量：H—1、O—16、S—32、Mn—55）

【针对性训练2】镍电池电极材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池材料进行资源回收研究，设计实验如下：

 

 

 

已知：

①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺

②实验温度时的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄·H₂O＞ NiC₂O₄·2H₂O

③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的PH如下表所示：

M(OH)n	Ksp	开始沉淀时的PH	完全沉淀时的PH
Al(OH)3	1.9×10-23	3.4	4.2
Fe(OH)3	3.8×10-38	2.5	2.9
Ni(OH)2	1.6×10-14	7.6	9.8

 

回答下列问题:

(1)用NiO调节溶液的PH，依次析出的沉淀Ⅰ       和沉淀Ⅱ           （化学式）

（2）写出加入Na₂C₂O₄溶液反应的化学方程式：                                           

（3）写出电解滤液的阴极电极反应式：                                                    

检验电解滤液时阳极产生的气体的方法是                                               

（4）写出“氧化”反应的离子方程式：                                                    

 (5)如何检验Ni(OH)₃是否洗涤干净？                                                      

例题2：难溶性杂卤石(K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡

为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)₂溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：

(1)滤渣主要成分有      和       以及未溶杂卤石。

(2)用化学平衡移动原理解释Ca(OH)₂溶液能溶解杂卤石浸出K⁺的原因：       。

(3)“除杂”环节中，先加入       溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入       溶液调滤液PH至中性。

(4)不同温度下，K⁺的浸出浓度与溶浸时间的关系是图14，由图可得，随着温度升高，

①                         ②                                        

(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：

已知298K时， Ksp(CaCO₃)=2.80×10^-9，Ksp(CaSO₄)=4.90×10^-5  ，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。

【针对性训练1】硫酸铅广泛应用于制造蓄电池、白色颜料等。利用锌冶炼过程中的铅浮渣生产硫酸铅的流程如下：

已知铅浮渣的主要成分是PbO、Pb，还含有少量Ag、CaO和其他不溶于硝酸的杂质。25℃时，K_sp(CaSO₄)＝4.9×10^－5，K_sp(PbSO₄)＝1.6×10^－8。

（1）已知步骤Ⅰ有NO产生，浸出液中含量最多的阳离子是Pb²⁺。分别写出PbO、Pb参加反应的化学方程式_________________、________________。

（2）步骤Ⅰ需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余，目的是_______________。

（3）母液可循环利用于步骤Ⅰ，其溶质主要是____________（填一种物质化学式），若母液中残留的SO₄^2－过多，循环利用时可能出现的问题是________________                    _____。

（4）产品PbSO₄还需用Pb(NO₃)₂溶液多次洗涤，目的是除去_______                 _____。

（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为_____________                                              ___。

【针对性训练2】绿矾（FeSO₄·7H₂O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分。下面是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法：

查询资料，得有关物质的数据如下表：

25℃时	pH值
饱和H2S溶液	3.9
SnS沉淀完全	1.6
FeS开始沉淀	3.0
FeS沉淀完全	5.5

（1）检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe³⁺，最好选用的试剂为           。

A．KSCN溶液     B．NaOH溶液    C．KMnO₄溶液     D．苯酚溶液

（2）操作II中，通入硫化氢至饱和的目的是         ；在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是         。

（3）操作IV的顺序依次为         、冷却结晶、         。

（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②         。

（5）测定绿矾产品中Fe²⁺含量的方法是：a.称取2.850g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c.用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL。

①滴定时盛放KMnO₄溶液的仪器为          （填仪器名称）。

②判断此滴定实验达到终点的方法是                       。

③计算上述样品中FeSO₄·7H₂O的质量分数为           。（结果保留3位有效数字）

（FeSO₄·7H₂O的式量为278）

例题1.（1）增大硫酸浓度或加热升高温度或边加硫酸边搅拌或增加浸出时间

防止硫酸锌中从溶液中析出。

（2）5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O

因为Fe³⁺+3H₂O Fe(OH)₃+3H⁺，ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O,加入ZnO能促进Fe³⁺水解生成Fe(OH)₃而除去。

（3）Mn、Cd、Cu   

【针对性训练1】（1）SO₂＋MnO₂=MnSO₄   （3分）

（2）2Fe^2＋＋MnO₂＋4H^＋=2Fe^3＋＋Mn^2＋＋2H₂O 

（3分，反应物、产物都正确2分，配平1分）

（3）4.7～8.3   （或4.7≤pH<8.3，或4.7～8.3之间的任意值也给分）（2分）

（4）Fe(OH)₃、Al(OH)₃、CaSO₄（3分，写出一个给1分；多写少写MnO₂不加分扣分）

（5）BC   （共2分，选对1个且正确给1分，只要有1个错零分）

（6）1690  （3分）

【针对性训练2】

（1）Fe(OH)₃、Al(OH)₃  （2）NiCl₂+ Na₂C₂O₄+H₂O= NiC₂O₄·2H₂O↓+2 NaCl

（3）2H⁺+2e^—=H₂↑   用湿润的淀粉-碘化钾试纸检验

（4）Ni(OH)₂ + 2OH^—+Cl₂= Ni(OH)₃ ↓+2Cl^—

（5）用小试管取少量洗涤液，滴加少量的AgNO₃溶液，若没有白色沉淀生成，说明Ni(OH)₃已经洗涤干净，若有白色沉淀生成，则说明还未洗涤干净。

例题2：(1) Ca(OH)₂  Mg(OH)₂

(2) 氢氧根与镁离子结合，使平衡向右移动，K⁺变多

(3) K₂CO₃    H₂SO₄

(4) ①在同一时间K⁺的浸出浓度大。②反应的速率加快，平衡时溶浸时间短。

(5) K=1.75×10⁴

【针对性训练1】（1）PbO＋2HNO₃＝Pb(NO₃)₂＋H₂O （2分）

     3Pb＋8HNO₃＝3Pb(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O （3分）

（2）防止Ag被溶解进入溶液（或使Ag留在浸出渣中）（2分）

（3）HNO₃（2分） 

浸出时部分铅离子生成PbSO₄随浸出渣排出，降低PbSO₄的产率（2分）

（4）CaSO₄杂质 （2分）

（5）PbSO₄＋2e^－＝Pb＋SO₄^2－ （3分）

【针对性训练2】（1）AD （二个全对得2分，只写一个且正确得1分）

（2）除去溶液中的Sn²⁺离子 (2分)；

防止Fe^2＋离子生成沉淀(2分)

（3）蒸发浓缩 (1分) ；过滤（或过滤洗涤）(1分)

（4）降低洗涤过程中FeSO₄·7H₂O的损耗(2分)

（5）①酸式滴定管(2分)

②滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色。(2分)

③0.975(2分)

【针对性训练3】NiSO₄·6H₂O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等，可由

电镀废渣（除含镍外，还含有：Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）为原料获得。操作步骤如下：

(1)加Na₂S的目的是除去铜、锌等杂质，请写出除去Cu²⁺的离子方程式__________ __________

(2) 加6%的H₂O₂时，温度不能过高，其目的是：    _____         ________  。

(3) 除铁方法：用H₂O₂充分氧化后，再用NaOH控制pH值2～4范围内生成氢氧化铁沉淀。在上述方法中，氧化剂可用NaClO₃代替，请写出用氯酸钠氧化Fe²⁺的离子方程式为：___________________________________________________________________________

(4)上述流程中滤液Ⅲ的主要成分是：　        　。

(5)操作Ⅰ包括以下过程：过滤，用          （填试剂化学式）溶解，蒸发浓缩，冷却结晶，洗涤获得产品。