1、专题讲座六专题讲座六 无机化工流程题的解题策略无机化工流程题的解题策略 考纲研读 1.培养从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合， 重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方 法，解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语 及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。 一、工业流程题的结构 二、工业流程题分类突破 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，根据化合价升降相等
2、配平。 (2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。 2原料的预处理 (1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。 水浸 与水接触反应或溶解 浸出 固体加水(酸)溶解得到离子 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 浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化) (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。 (3)审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。 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 足两点
3、： 能与 H 反应，使溶液 pH 增大； 不引入新杂质。 例如：若要除去 Cu2 中混有的 Fe3，可加入 CuO、CuCO 3、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。防止某物质降温时会析出。 (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。 例 1 (2016 全国卷，28)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一 种生产工艺如下： 回答下列问题： (1)NaClO2中 Cl 的化合价为_。
4、(2)写出“反应”步骤中生成 ClO2的化学方程式：_ _。 (3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去 Mg2 和 Ca2，要加入的试剂分 别为_、_。“电解”中阴极反应的主要产物是_。 (4)“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量 ClO2。 此吸收反应中， 氧化剂与还原剂的物 质的量之比为_，该反应中氧化产物是_。 (5)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能 力相当于多少克 Cl2的氧化能力。 NaClO2的有效氯含量为_。 (计算结果保留两位小数) 解题流程 第一步：读题目，明确目的制备 NaClO2 第二步：审流程，分块破题拆
5、分工艺流程 第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。 得分秘籍 (1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。 (2)题中基本上都有与流程无关的问题， 可直接作答； 对于超纲知识， 题目中要么有信息提示， 要么与解答题目无关。 答案 (1)3 (2)2NaClO3H2SO4SO2=2NaHSO42ClO2 (3)NaOH 溶液 Na2CO3溶液 ClO 2(或 NaClO2) (4)21 O2 (5)1.57 题型二 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。 (
6、4)氧化剂或还原剂法：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)调节溶液的 pH 法：如除去酸性溶液中的 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者抽滤等方法。 (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，如从溶液中提取 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
7、。 (5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。 (6)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平衡混合气体中的 氨气。 例 2 高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工业级氧化锌(含 Fe2 、 Mn2 、Cu2、Ni2、Cd2等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下： 已知 KspFe(OH)34.010 38。 回答下列问题： (1)浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有(写两种)：_。 (2)氧化时，加入 KMnO4溶液是为了除去浸出液中的 Fe2 和 Mn2(溶液中 Mn 全部转化为 MnO2)，请配平下列
8、除去 Fe2 的离子方程式： MnO 4 Fe2 _= MnO2 Fe(OH)3 H (3)加入锌粉的目的是_ _。 (4)已知 H2SO4浸出液中，c(Fe2 )5.04 mg L1、c(Mn2)1.65 mg L1。 加入 KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中 c(Fe3 )0.56 mg L1，若溶液 pH3，则此时 Fe3 _(填“能”或“不能”)生成沉淀。 若要除尽 1 m3上述浸出液中的 Fe2 和 Mn2，需加入_ g KMnO 4。 答案 (1)将工业级氧化锌粉碎、搅拌(其他合理答案也可) (2)1 3 7 H2O 1 3 5 (3)调节溶液 pH，除去溶液中的 Cu2 、Ni
9、2、Cd2等 (4)不能 7.9 解析 (1)为了提高浸出效率，可以适当增大硫酸浓度、搅拌、将固体粉碎、提高浸出温度等。 (2)锰元素由7 价降低到4 价，而铁元素由2 价升高到3 价，根据得失电子守恒、原子 守恒和电荷守恒配平方程式。(3)加入锌粉的目的应为：消耗溶液中的 H ，调节溶液 pH， 除去氧化时未完全沉淀的 Fe3 ；将 Cu2、Ni2、Cd2还原为单质而除去。(4)c(Fe3) 0.5610 3 g L1 56 g mol 11.010 5 mol L1，此时溶液中c(OH)1.01011 mol L1，c(Fe3) c3(OH) 1.010 38K spFe(OH)3，故不能
10、生成 Fe(OH)3沉淀。加入 KMnO4将 Fe 2和 Mn2分 别氧化为 Fe3 和 MnO 2，而 KMnO4被还原为 MnO2，根据得失电子守恒可知，加入 KMnO4 的质量为 5.0410 3 g L1 56 g mol 11 000 L1.6510 3 g L1 55 g mol 121 000 L 3 158 g mol 17.9 g。 1(2020 原创预测卷九)甘氨酸亚铁(NH2CH2COO)2Fe是新一代畜禽饲料补铁添加剂。某 实验小组以硫酸亚铁为铁源制备甘氨酸亚铁，其简要流程如下。 已知相关物质的信息如下： 甘氨酸 (NH2CH2COOH) 柠檬酸 (3-羟基-1,3,5
11、-戊三酸) 甘氨酸亚铁 (NH2CH2COO)2Fe 易溶于水，微溶于乙 醇，具有两性 易溶于水和乙醇，具有较 强的酸性和还原性 浅黄褐绿色结晶粉末，易溶于 水，难溶于乙醇，结构如下图： 回答下列问题： (1)步骤(a)中加入铁粉的作用是_； 写出生成沉淀的化学方程式：_ _。 (2)步骤(b)中为了提高甘氨酸亚铁的产率，需要控制溶液的 pH 在 5.56.0 之间，pH 过低甘 氨酸亚铁产率将下降，其原因为_； 柠檬酸的作用包括_(填字母)。 A调节溶液的 pH B除去步骤(a)中加入的铁粉 C防止 Fe2 被氧化 D促进沉淀的溶解，加快反应速率 (3)步骤(b)中趁热过滤的目的是_。 (4
12、)步骤(c)中加入乙醇的目的是_。 (5)产品中 Fe2 含量的检测：称取 m g 样品溶解于适量蒸馏水中，配制成 100.0 mL 溶液。用 移液管取出 25.00 mL 溶液于锥形瓶中，向其中加入一定量混酸 X 进行酸化，用 c mol L 1 的 KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗 KMnO4溶液的体积为 V mL。 混酸 X 可以是_(填字母)。 AHCl 和 H2SO4 BHCl 和 H3PO4 CH2SO4和 H3PO4 DH2SO4和 HNO3 EHCl 和 HNO3 滴定终点的现象为_ _。 据此计算 Fe2 的质量分数为_。 答案 (1)防止 Fe2 被氧化 FeSO42NH
13、4HCO3=FeCO3(NH4)2SO4H2OCO2 (2)H 会与 NH 2CH2COOH 反应，不利于甘氨酸亚铁的生成 ACD (3)除去铁粉，减少因温度降低甘氨酸亚铁析出带来的损失 (4)降低甘氨酸亚铁的损失 (5)C 当滴入最后一滴标准溶液时，溶液变为紫色或浅紫色，且半分钟内不变色 1.12cV m 100% 解析 (1)Fe2 在空气中易被氧化， 加入 Fe 粉可防止其被氧化； Fe2与 HCO 3电离出的 CO 2 3结 合，H 再和过量的 HCO 3反应生成 CO2。 (2)NH2CH2COOH 中有碱性基团NH2，可以和 H 反应，故 pH 应控制在 5.56.0 之间。 (4
14、)甘氨酸亚铁难溶于乙醇，加入乙醇可降低其损失。 (5)HCl 有还原性、HNO3有氧化性，两者都会影响滴定结果，故选 C；由关系式 MnO 4 5Fe2 可得 n(Fe2)5cV103mol，则 Fe2的质量分数为5cV10 3564 m 100%1.12cV m 100%。 2(2019 山东德州一模)金属 Co、Ni 性质相似，在电子工业以及金属材料上应用十分广泛。 现以含钴、镍、铝的废渣(含主要成分为 CoO、Co2O3、Ni、少量杂质 Al2O3)提取钴、镍的工 艺如下： (1)酸浸时 SO2的作用是_。 (2)除铝时加入碳酸钠产生沉淀的离子方程式：_ _。 (3)有机层提取出的 Ni
15、2 可用于制备氢镍电池，该电池工作原理：NiOOHMH 放电 充电 Ni(OH)2M， 电池放电时正极的电极反应式为_。 (4)用 CoCO3为原料采用微波水热法和常规水热法均可制得 H2O2分解的高效催化剂 CoxNi(1 x)Fe2O4(其中 Co、Ni 均为2 价)。如图是用两种不同方法制得的 CoxNi(1x)Fe2O4在 10 时催 化分解 6%的 H2O2溶液的相对初始速率随 x 变化曲线。 H2O2的电子式_。 由图中信息可知：_法制取的催化剂活性更高。 Co2 、Ni2两种离子中催化效果更好的是_。 (5)已知煅烧 CoCO3时，温度不同，产物不同。在 400 充分煅烧 CoC
16、O3，得到固体氧化物 的质量为 2.41 g，CO2的体积为 0.672 L(标准状况下)，则此时所得固体氧化物的化学式为 _。 答案 (1)还原剂(或将 Co3 还原为 Co2) (2)2Al3 3CO2 33H2O=2Al(OH)33CO2 (3)NiOOHe H 2O=Ni(OH)2OH (4) 微波水热 Co2 (5)Co3O4 解析 (1)从流程图可知，在酸浸过程中 Co2O3转化为 Co2 ，故 SO 2为还原剂。 (2)Al3 与 CO2 3会发生相互促进的水解反应生成 Al(OH)3沉淀和 CO2气体：2Al 33CO2 3 3H2O=2Al(OH)33CO2。 (3)从电池的
17、总反应方程式可知， 该电池为碱性电池， 放电过程中正极 NiOOH 转化为 Ni(OH)2： NiOOHe H 2O=Ni(OH)2OH 。 (4)从图像可知，微波水热法制取的催化剂的催化效果更好。x 值越大，Co2 的含量越大， H2O2分解的相对初始速率越大，故 Co2 的催化效果更好。 (5)根据元素守恒，n(Co)n(CO2) 0.672 L 22.4 L mol 10.03 mol，m(Co)0.03 mol59 g mol 1 1.77 g；该氧化物中氧原子的质量；m(O)2.41 g1.77 g0.64 g，n(O) 0.64 g 16 g mol 10.04 mol， 所以该氧
18、化物的化学方程式为 Co3O4。 3软锰矿的主要成分为 MnO2，还含有 Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用 软锰矿制取 MnSO4 H2O 的流程如下： 已知：部分金属阳离子完全沉淀时的 pH 如下表 金属阳离子 Fe3 Al3 Mn2 Mg2 完全沉淀时的 pH 3.2 5.2 10.4 12.4 温度高于 27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。 (1)“浸出”过程中 MnO2转化为 Mn2 的离子方程式为 _。 (2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是_。 (3)第 1 步除杂中形成滤渣 1 的主要成分为_(填化学式)， 调 pH 至
19、56 所加的试剂， 可选择_(填字母)。 aCaO bMgO cAl2O3 d氨水 (4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg2转化为相应氟化物沉淀除去，写出 MnF 2除去 Mg 2的 离子方程式： _， 该反应的平衡常数数值为_。 (已知：MnF2的 Ksp5.310 3；CaF 2的 Ksp1.510 10；MgF 2的 Ksp7.410 11) (5)采用“趁热过滤”操作的原因是_。 (6)取少量 MnSO4 H2O 溶于水，配成溶液，测其 pH 发现该溶液显酸性，原因是 _(用离子方程式表示)。 答案 (1)MnO2SO2=SO2 4Mn 2 (2)将 Fe2 氧化为 Fe3 (
20、3)Al(OH)3、Fe(OH)3 ab (4)MnF2Mg2 Mn2 MgF 2 7.210 7 (5)减少 MnSO4 H2O 在水中的溶解，得到更多产品 (6)Mn2 2H 2O Mn(OH)22H 解析 (1)“浸出”过程中MnO2与SO2发生氧化还原反应， 离子方程式为MnO2SO2=SO2 4 Mn2 。 (2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3， 以便于形成 Fe(OH) 3沉淀， 过滤将沉淀除去。 (3)第1步除杂时调整溶液的pH在56， 可以使溶液中的Al3 、 Fe3分别形成Al(OH) 3、 Fe(OH)3 沉淀，所以形成滤渣 1 的
21、主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3；在调 pH 至 56 时，为了不引入新 的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有 Ca2 、Mg2的化合物 CaO、 MgO，a、b 正确。 (4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg2转化为相应的氟化物沉淀除去，MnF 2除去 Mg 2的离 子方程式是 MnF2Mg2 Mn2 MgF 2；该反应的平衡常数 KcMn 2 cMg2 cMn 2 c2F cMg2 c2F KspMnF2 KspMgF27.210 7。 (5)由已知温度高于 27 时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁 热过滤”操作可以减少 MnSO4 H2O 在水中的溶解，得到更多产品。 (6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn2 发生水解反应。
