1、化学工艺流程试题的解题策略 1.原料预处理的常用方法及其作用 (1)研磨：减小固体颗粒度，增大物质间接触面积，加快反应速率。(2)水浸或酸浸：与水接触反应或溶解；与酸接触反应或溶解，得可溶性金属离子溶液，不溶物过滤除去。(3)浸出：固体加水(酸)溶解得到溶液(离子)。(4)灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化。(5)煅烧：改变结构，使一些物质能溶解或高温下氧化、分解。2.制备过程中应注意的反应条件(1)溶液的pH：控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。(2)温度：根据需要选择适宜温度，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动，减少副反应的发
2、生，确保一定的反应速率，控制溶解度便于提纯。(3)浓度：根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。(4)趁热过滤：防止某物质降温时会大量析出。(5)冰水洗涤：洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体损耗。3.无机化工流程中的分离方法(1)洗涤(冰水、热水)：洗去晶体表面的杂质离子；(2)过滤(热滤或抽滤)：分离难溶物和易溶物；(3)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；(4)蒸发结晶：提取溶解度随温度的变化不大的溶质；(5)冷却结晶：提取溶解度
3、随温度的变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO45H2O、FeSO47H2O等；(6)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物；(7)冷却法：利用气体易液化的特点分离气体。 【典例】(2019全国卷)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：回答下列问题：(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_。(2)“滤渣1”的主要成分有_。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有F
4、e3+离子，可选用的化学试剂是_。(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH+B(OH，Ka=5.8110-10，可判断H3BO3是_酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_。(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2MgCO3沉淀的离子方程式为_，母液经加热后可返回_工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_。【审题流程】明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点。【解析】(1)在95 “溶浸”硼镁矿粉，产生的气体为NH3，其在“吸收”中发生的反应主要是氨气与碳酸氢铵的反应，故反应
5、的化学方程式为NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3。(2)用硫酸铵溶液溶浸过程中主要反应的物质为Mg2B2O5H2O，故溶浸后产生滤渣1的主要成分是SiO2、Fe2O3、Al2O3，检验Fe3+可选用的化学试剂是KSCN。(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH+B(OH可知，H3BO3是一元酸，根据其Ka值可以判断是弱酸，故H3BO3是一元弱酸；根据流程图可知“过滤2”主要得到的是H3BO3，所以将溶液pH调节至3.5，由于H3BO3是一元弱酸，故主要目的是调节溶液至酸性，促进H3BO3析出。(4)“沉镁”过程主要是镁离子与碳酸铵发生的反应，故反应的离子方程式为2Mg2+3C
6、+2H2OMg(OH)2MgCO3+2HC或2Mg2+2C+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2；由于在最后过程中铵根离子和硫酸根离子没有参与反应，所以在母液中主要含有上述两种离子，所以加热后对应的碳酸铵、二氧化碳等挥发，溶液中最终剩余的是硫酸铵，所以可以返回“溶浸”环节中继续使用；碱式碳酸镁高温煅烧之后会发生分解最终变成氧化镁。答案：(1)NH4HCO3+NH3(NH4)2CO3(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN(3)一元弱转化为H3BO3，促进析出(4)2Mg2+3C+2H2OMg(OH)2MgCO3+2HC(或2Mg2+2C+H2OMg(OH)2MgCO3+CO2)溶浸高温
7、焙烧以黄铁矿为原料制硫酸会产生大量的废渣，合理利用废渣可以减少环境污染，变废为宝。工业上利用废渣(含Fe2+、Fe3+的硫酸盐及少量CaO和MgO)制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，具体生产流程如下：注：铵黄铁矾的化学式为(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12。(1)在废渣溶解操作时，应选用_溶解(填字母)。A.氨水B.氢氧化钠溶液C.盐酸D.硫酸(2)物质A是一种氧化剂，工业上最好选_(供选择使用的有空气、Cl2、MnO2)，其理由是_ 。氧化过程中发生反应的离子方程式为_。(3)根据如图有关数据，你认为工业上氧化操作时应控制的条件(从温度、pH和氧化时间三方面说明
8、)是_。(4)铵黄铁矾中可能混有的杂质有Fe(OH)3、_。铵黄铁矾与氨水反应的化学方程式为_。【解析】(1)该流程的目的是制备高档颜料铁红(Fe2O3)和回收(NH4)2SO4，不能引入杂质离子，不能选用盐酸，而氨水和NaOH溶液能沉淀Fe3+和Fe2+，也不能选用。(2)空气中的氧气在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+，空气易得，成本低，不产生污染，不引入杂质，氧化过程离子方程式为4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O。(3)由图知，控制温度在80 、pH为1.5、氧化时间为4 h，Fe2+的氧化率较高。(4)废渣溶解经氧化后溶液中存在Ca2+、Mg2+、Fe3+，加氨水后，可能生成M
9、g(OH)2沉淀、Fe(OH)3沉淀，另外Ca(OH)2和CaSO4的溶解度较小，也可能析出。由流程图知，铵黄铁矾与氨水反应得(NH4)2SO4和Fe(OH)3。答案：(1)D(2)空气原料易得，成本低，不产生污染，不引入杂质4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O(3)溶液温度控制在80 ，pH控制在1.5，氧化时间为4 h 左右(4)Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12+6NH3H2O4(NH4)2SO4+6Fe(OH)3【加固训练】1.(提纯型化工流程)工业上设计将VOSO4中的K2SO4、SiO2杂质除去并回收得到V2O5的流程如下，请回
10、答下列问题：(1)步骤所得废渣的成分是_(写化学式)，操作的名称_。(2)步骤、的变化过程可简化为(下式R表示VO2+，HA表示有机萃取剂)：R2(SO4)n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层)+nH2SO4(水层)，中萃取时必须加入适量碱，其原因是_。中X试剂为_。(3)的离子方程式为_。(4)25 时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如表：pH1.61.71.81.92.0钒沉淀率%98.098.898.896.493.1结合上表，在实际生产中，中加入氨水，调节溶液的最佳pH为_；若钒沉淀率为93.1%时不产生Fe(OH)3沉淀，则溶液中c(Fe3+)_。(已知
11、：25 时，KspFe(OH)3=2.610-39)(5)该工艺流程中，可以循环利用的物质有_和_。【解析】(1)将含K2SO4、SiO2杂质的VOSO4溶于水，SiO2不溶于水，步骤是过滤，将SiO2与溶液分离。(2)中萃取时必须加入适量碱，有利于中和硫酸，促使平衡正向移动；为反萃取，使上述平衡向逆方向移动，X试剂为H2SO4。(3)在含有VO2+、S的溶液中加入氧化剂氯酸钾，可以将VO2+氧化为V，步骤中加氨水，V与氨水反应生成NH4VO3的离子方程式为NH3H2O+VNH4VO3+OH-。(4)根据25 时，钒沉淀率和溶液pH之间的关系知，pH为1.7、1.8时，钒沉淀率最高，调节溶液的
12、最佳pH为1.71.8最好；若钒沉淀率为93.1%，pH=2.0，c(OH-)=110-12 molL-1，此时没有Fe(OH)3沉淀，则溶液中的c(Fe3+)KspFe(OH)3c3(OH-)=2.610-39(110-12)3=2.610-3 molL-1。(5)根据流程示意图可知：该工艺流程中可以循环利用的物质有氨气(或氨水)和有机萃取剂。答案：(1)SiO2过滤(2)加入碱中和硫酸，促使平衡正向移动(或提高钒的萃取率)H2SO4 (3)NH3H2O+VNH4VO3+OH- (4)1.71.8(或1.7、1.8其中一个)2.610-3molL-1 (5)氨气(或氨水)有机萃取剂2.(制备
13、型化工流程)二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。工业以锰结核矿为原料，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2，其制备过程如图所示：(1)步骤中，试剂甲必须具有的性质是_(填序号)。A.碱性B.稳定性C.氧化性D.还原性(2)用惰性材料作电极，电解硫酸锰溶液制二氧化锰，写出阳极反应式：_。步骤中，以KClO3为氧化剂，当生成0.050 mol MnO2时，消耗0.10 molL-1的NaClO3溶液200 mL，该反应的离子方程式为_。(3)工业上可以用实验室制氯气的残余物质溶液吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为_。(4)二氧化锰是实验室制取氧气的催化剂。下列是某同学设计
14、实验探究双氧水分解实验方案；实验20.0 mL双氧水溶液浓度粉状MnO2温度待测数据5%2.0 g205%1.0 g2010%1.0 g20w2.0 g30实验和的结论是_。利用实验和是探究温度对化学反应速率的影响，w=_。本实验待测数据是_。【解析】(1)锰结核矿与还原剂反应生成+2价锰离子，试剂甲必须具有还原性。(2)电解硫酸锰溶液时，阳极发生氧化反应，反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。生成0.050 mol二氧化锰时，失去电子的物质的量：0.050 mol2=0.100 mol；设还原产物中氯元素化合价为+x，n(NaClO3)=0.2 L0.1 molL-1=0.02
15、 mol。由电子守恒知，0.02 mol(5-x)=0.100 mol，x=0，氯酸钾被还原后产物为氯气，离子方程式为2Cl+5Mn2+4H2O5MnO2+Cl2+8H+。(3)实验室制氯气的残余物质含Mn2+，吸收氯气获得Mn2O3，该化学反应的离子方程式为2Mn2+Cl2+3H2OMn2O3+6H+2Cl-。(4) 实验和中双氧水溶液浓度不同，反应物浓度越大，反应速率越快。实验和探究温度对化学反应速率的影响，则w=5%，对于产生气体实验，测定收集一定体积气体所需要的时间更简便。答案：(1)D(2)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+2Cl+5Mn2+4H2O5MnO2+Cl2+8H+
16、(3)2Mn2+Cl2+3H2OMn2O3+6H+2Cl-(4)其他条件相同，反应物浓度越大，反应速率越快5%收集等体积氧气所需要的时间3.(提纯型化工流程)(2019济南模拟)锗铜合金是一种常用的标准电阻材料，工业生产中会出现一些技术指标达不到要求的合金，为避免资源浪费可利用如下流程对不达标合金中的锗、铜进行回收，请回答相关问题。(1)锗在元素周期表中的位置是_。(2)氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是_。为加快氧化溶解反应速率可采用的措施有_(任写两种)。(3)滤渣的成分是_。(4)水解过程发生的反应是GeCl4+2H2OGeO2+4HCl，为得到纯净的GeO2，对水解所得混合物要进行
17、过滤、洗涤、干燥等操作，判断GeO2是否洗涤干净的操作是_。(5)下列金属的冶炼原理与流程中锗的冶炼原理相似的是_(填选项序号)。A.钠B.铝C.铁D.银(6)若含锗6.2%的高锗铜合金的质量为50 kg，还原过程中参与反应的H2体积为1.792 m3(已折合为标准状况)，则锗的回收率为_(保留三位有效数字)。【解析】(1)锗在元素周期表中的位置是第四周期A族。(2)氧化溶解过程中铜参与反应的离子方程式是Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O。搅拌、适当加热、适当增大硫酸浓度等都可以加快氧化溶解反应速率。(3)置换过滤过程是用铁置换铜，铁粉会适当过量，因此滤渣成分是铜和过量的铁。(4)判断Ge
18、O2是否洗涤干净的操作是取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则GeO2已洗涤干净，如果有沉淀，则没有洗涤干净。(5)锗的冶炼方法是热还原法，钠、铝的冶炼方法是电解法，铁的冶炼方法是热还原法，银的冶炼方法是热分解法，因此答案选C。(6)原合金中锗的质量为3.1 kg，还原过程发生反应的方程式是GeO2+2H2Ge+2H2O，根据方程式可算出制得锗的质量为2.92 kg，因此锗的回收率=100%94.2%。答案：(1)第四周期A族(2)Cu+H2O2+2H+Cu2+2H2O搅拌、适当加热、适当增大硫酸浓度(任写两种)(3)铜、铁(4)取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，则GeO2已洗涤干净，如果有沉淀，则没有洗涤干净(答案合理即可)(5)C(6)94.2%
