专题讲座二 无机化工流程题复习策略与解题方法指导一、解题策略化工流程中常见的操作与名词化工流程题目在流程上一般分为3个过程：―→―→(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词①加快反应速率②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)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的溶解过程③灼烧、焙烧、煅烧：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④控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点①调pH值除杂a．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)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH到3.7。b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。②试剂除杂③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动10\n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。④降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动⑤萃取(3)获得产品阶段的常见考点①洗涤(冰水、热水)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。②蒸发、反应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。③蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。④蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。⑤重结晶(4)其他常见考点①化学方程式 ②实验仪器 ③计算 ④信息二、热点题型探究热点1 碱金属及其矿物的开发利用例1 (2022·广东理综，32)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O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见右图。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：CaSO410\n(s)＋COCaCO3(s)＋SO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)。答案 (1)Mg(OH)2 CaSO4(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，Mg2＋浓度减小，平衡正向移动，K＋增多(3)K2CO3 H2SO4(4)①溶浸平衡向右移动 ②K＋的溶浸速率增大(5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常数K＝，据Ksp(CaSO4)、Ksp(CaCO3)可知，c(SO)＝，c(CO)＝，则有K＝＝＝＝1.75×104。解析 解题时，要依据制备K2SO4的工艺流程，结合物质的分离与提纯的原则进行分析。(1)杂卤石中加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，CaSO4微溶于水，过滤后，滤渣中含有Mg(OH)2、CaSO4及未溶解的杂卤石。(2)加入Ca(OH)2溶液，Mg2＋与OH－结合生成Mg(OH)2沉淀，使c(Mg2＋)减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时c(Ca2＋)与c(SO)均增大，从而析出CaSO4沉淀，K＋留在滤液中。(3)滤液中含有Ca2＋、OH－，可先加入过量K2CO3溶液，除去Ca2＋，过滤后，再加入稀H2SO4调节溶液的pH至中性。(4)由图可知，随着温度升高，溶浸平衡向右移动，K＋的溶浸速率增大。(5)CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO的平衡常数K＝。CaCO3(s)、CaSO4(s)分别存在溶解平衡：CaCO3(s)Ca2＋(aq)＋CO(aq)，CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq)，则有Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO)＝2.80×10－9，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO)＝4.90×10－5，那么K＝＝＝＝＝1.75×104。方法技巧 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。10\n迁移应用1 KNO3是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的KNO3制备方法的主要步骤：(1)反应Ⅰ中，CaSO4与NH4HCO3的物质的量之比为1∶2，该反应的化学方程式为______________________________________________________________________。(2)反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是____________________________________________________________________________________________；从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO4的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是_____________________________________________________________________。(3)检验反应Ⅱ所得K2SO4中是否混有KCl的方法是：取少量K2SO4样品溶解于水，_____________________________________________________________________。(4)整个流程中，可循环利用的物质除(NH4)2SO4外，还有________(填化学式)。答案 (1)CaSO4＋2NH4HCO3===CaCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑(2)加快化学反应速率，分离NH4Cl与K2SO4 防止KNO3结晶，提高KNO3的产率(3)加入Ba(NO3)2溶液至不再产生沉淀，静置，向上层清液中滴加AgNO3溶液，若有沉淀生成，说明K2SO4中混有KCl(4)CaSO4、KNO3热点2 镁、铝及其矿物的开发利用例2 铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体[NH4Al(SO4)2·12H2O]的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体a的化学式为________，Ⅲ中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为______________________________________________________________________。10\n(2)由Ⅴ制取铵明矾溶液的化学方程式为________，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)________、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以1000kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84g·cm－3)________L(保留一位小数)。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为1∶1，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为________。答案 (1)SiO2 AlO＋CO2＋2H2O===HCO＋Al(OH)3↓(2)Al2O3＋4H2SO4＋2NH3===2NH4Al(SO4)2＋3H2O 蒸发浓缩(3)575.4(4)3∶10解析 (1)铝土矿中Al2O3和Fe2O3能溶于盐酸，SiO2不溶于盐酸，所以固体a的化学式为SiO2。Al2O3溶于烧碱生成NaAlO2溶液，在其中通入CO2生成Al(OH)3沉淀。(2)Al(OH)3分解生成Al2O3，Al2O3与稀硫酸、氨气反应生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)＝1000kg×36%＝360kg，m(H2SO4)＝kg＝1037.6kg，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84g·cm－3)为＝575.4×103mL＝575.4L。(4)设制得的Al2(SO4)3和NH4Al(SO4)2·12H2O的物质的量都是1mol，则Al3＋共3mol，SO共5mol，根据铝元素和SO守恒原理可得，加入Al2O3和H2SO4的物质的量之比为∶5＝3∶10。方法技巧 首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中找出将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的系列问题也就可以解答了。迁移应用2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等)中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：10\n回答下列问题：(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是______________________________________________________________________。(2)从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入到盛有________溶液的烧杯中，充分搅拌后经________、______(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。(3)下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图：其中装置A的作用是________________________________________________。(4)写出过程④中发生反应的化学方程式________________________________。答案 (1)石灰乳原料丰富，成本低(2)MgCl2 过滤 洗涤(3)制备干燥的HCl气体(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑热点3 铁、铜及其矿物的开发利用例3 近年来，硫化铜矿的湿法冶炼技术已经取得了很大的进展。现有一种催化氧化酸浸硫化铜矿的冶炼法，其工艺流程如图1所示：反应温度、固液比、反应时间、氯离子浓度都对铜的浸出率有较大的影响，下面是实验得出的这几种因素对铜的浸出率影响的变化曲线图(如图2～图5所示)。10\n回答下列问题：(1)火法炼铜的主要反应：①2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)；②2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2；③2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑；则由1molCuFeS2生成1molCu，共消耗________molO2。在反应③中氧化剂为________，当有0.3mol电子发生转移时，生成SO2的体积为________(标准状况)。(2)写出反应1的化学方程式：________________，湿法炼铜与火法炼铜相比，优点是____________________________________________________________________。(3)从溶液中得到FeSO4·7H2O晶体的操作是________________________________；实验时常用乙醇洗涤晶体，优点是_________________________________________。(4)根据实验以及工业生产的实验要求，从下表中得出的最佳工艺条件为________(填序号)。选项反应温度/℃固液比c(Cl－)/mol·L－1反应时间/hA1001∶5.50.77B951∶50.86C1101∶60.98答案 (1)2.5 Cu2O、Cu2S 1.12L(2)2CuS＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O＋2S 污染小，同时得到副产物硫酸亚铁晶体及硫黄，资源得到充分利用(3)蒸发浓缩、冷却结晶、过滤 洗去晶体表面的水和杂质离子，同时减少晶体的损失(4)B10\n解析 (1)将题给的三个方程式合并得：2CuFeS2＋5O22Cu＋4SO2＋2FeO，当CuFeS2为1mol时，消耗的O2为2.5mol。反应③中，根据化合价变化可知，Cu2O和Cu2S中Cu的化合价都降低，故它们都是氧化剂。生成1molSO2转移6mol电子，当有0.3mol电子转移时，生成SO20.05mol，体积为1.12L(标准状况)。(2)火法炼铜中产生有毒的SO2，而湿法炼铜中不产生有毒气体，故其优点是污染小，环保，同时湿法炼铜中还得到副产品硫酸亚铁晶体及硫黄，充分利用了资源。(3)FeSO4·7H2O晶体受热易失去结晶水，故从溶液中得到FeSO4·7H2O晶体的操作应是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤。又因该晶体易溶于水，故不能用水洗涤，需用乙醇洗涤，不仅可以洗去晶体表面的水和杂质离子，还可以减少晶体的损失。(4)从图2可以看出：铜的浸出率随反应温度的升高而增大，在温度达到95℃后，铜的浸出率随温度的变化不明显，但是温度过高，能耗增加，由此可知适宜的反应温度为95℃。从图3可以看出：固液比大于1∶5时，铜的浸出率随固液比的增大而有所下降；固液比小于1∶5时，铜的浸出率随固液比的减小而有所下降，因此适宜的固液比为1∶5。从图4可以看出：铜的浸出率随反应时间的增加而增大，但在反应时间超过6h后，随着反应时间的延长铜的浸出率增大得很缓慢，同时反应时间过长，既增加能耗，又降低设备利用率，故适宜的反应时间为6h。由图5可以看出：加入氯离子能改善铜的浸出效果，但是氯离子浓度超过0.8mol·L－1时，铜的浸出率随氯离子浓度的增大反而降低，故适宜的氯离子浓度应维持在0.8mol·L－1。迁移应用3 实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，主要工艺流程如下。(1)将过程②产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________。A．品红溶液B．紫色石蕊试液C．酸性KMnO4溶液D．溴水(2)过程①中，FeS、O2和H2SO4反应的化学方程式为________。(3)过程③中需加入的物质是________________。(4)过程④中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要_____________。(5)过程⑤调节pH可选用下列试剂中的________(填序号)。A．稀硫酸B．CaCO3C．NaOH溶液10\n(6)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是________。(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。①用分析天平称取2.7000g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的BaCl2溶液；③过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为3.4950g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)(SO4)]n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为________。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)答案 (1)ACD(2)4FeS＋3O2＋6H2SO4===2Fe2(SO4)3＋6H2O＋4S(3)铁粉 (4)蒸发皿、玻璃棒 (5)C (6)促进Fe3＋的水解(7)31.1%解析 SO2具有漂白性，能使品红褪色，SO2有还原性，能被酸性KMnO4溶液、溴水氧化，而使它们褪色。溶液X为Fe2(SO4)3，需加入还原剂将Fe3＋还原为Fe2＋，又不带入杂质离子，故需加入铁粉。过程⑤中需将酸消耗而调高pH，而CaCO3跟硫酸反应会生成微溶于水的CaSO4而阻止反应的继续进行。由聚铁的化学式可知：n(Fe3＋)＝n(SO)＝n(BaSO4)＝＝0.015mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分数＝×100%＝31.1%。热点4 锰、钼、钛等金属化合物的综合应用例4 钼是一种过渡金属元素，通常用作合金及不锈钢的添加剂，这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性，还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图。(1)写出反应①的化学方程式：___________________________________________。(2)反应①的尾气可以再利用，写出应用该尾气制得的两种重要化学试剂__________________________________________________________________。(3)如果在实验室模拟操作1和操作2，则需要使用的主要玻璃仪器有________________________________________________________________________。(4)钼在空气中灼烧生成三氧化钼，三氧化钼溶于氢氧化钠溶液生成钼酸钠；三氧化钼不溶于盐酸或稀硫酸。钼酸钠的化学式为________。10\n(5)工业上制备还原性气体CO和H2的反应原理为CO2＋CH42CO＋2H2，CH4＋H2OCO＋3H2。含甲烷体积分数为80%的aL(标准状况)天然气与足量二氧化碳和水蒸气的混合物在高温下反应，甲烷转化率为90%，用产生的还原性气体(CO和H2)还原MoO3制钼，理论上能生产钼的质量为________。答案 (1)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2(2)H2SO4、Na2SO3[或Na2SO4、(NH4)2SO4等](3)烧杯、漏斗、玻璃棒(4)Na2MoO4(5)4.11ag解析 (1)二硫化钼与氧气在高温下反应生成三氧化钼和二氧化硫。(2)二氧化硫可收集再利用，制备硫酸和盐类等。(3)操作1和操作2都是分离固体与液体混合物，都是过滤操作。(4)钼酸是二元酸，可直接写出钼酸钠。(5)根据反应方程式知，1mol甲烷完全反应生成4mol还原性气体，而：3CO＋MoO3Mo＋3CO2,3H2＋MoO3Mo＋3H2O,3mol还原性气体理论上生成1mol钼。n(CH4)＝×80%，n(H2＋CO)＝×80%×90%×4mol＝，n(Mo)＝×mol＝mol，m(Mo)＝mol×96g·mol－1≈4.11ag。10
