1、热点题型4无机化学工艺流程题的解题策略一、无机化学工艺流程题的结构二、无机化学工艺流程题的解题方法1首尾分析法首尾分析法是一种解工艺流程题的常见方法，这种方法的特点是简单、直观，很容易抓住解题的关键，用起来方便有效。使用这一方法解题，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，也就迎刃而解了。2截段分析法用截段分析法更容易找到解题的切入点。用截段分析法解工艺流程题关键在于看清主、副产品是如何分开的，以此确定如何截段，截几段更合适，一般截段以产品为准点。3交叉分析法利
2、用交叉分析法解工艺流程题的关键在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的关联作用，逐一破解。4“瞻前顾后”分析法有些化工生产，为了充分利用原料，变废为宝，设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外，同时还要考虑将生产过程中的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这种类型的试题时，用“瞻前顾后”分析法。“瞻前顾后”分析法，指分析工艺生产流程时，主要考虑原料转化成的产品(瞻前)，同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题(顾后)。三、无机化学工艺流程中常见实验操作1增大原料浸出率(离子在溶液中被浸出的百分率)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大
3、气体的流速(浓度、压强)、增大气液或固液接触面积。根据物质的具体性质，原料浸泡可分为水浸、酸浸、碱浸、醇浸等。2三项常见基本操作(1)检验溶液中离子是否沉淀完全的方法：将溶液静置一段时间后，用胶头滴管取上层清液少许于小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，则说明离子沉淀完全。(2)洗涤沉淀：沿玻璃棒往过滤器中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自然流下后，重复操作23次。(3)检验沉淀是否洗涤干净的方法：取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净。3特定洗涤的目的(1)冰水洗涤的目的：洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶
4、解损耗。(2)乙醇洗涤的目的：降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗，得到较干燥的产物。4结晶方式(1)蒸发浓缩、冷却结晶：适用于溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl，或提纯受热易分解的物质(结晶水合物、铵盐等)。(2)蒸发结晶、趁热过滤：适用于溶解度随温度变化不大物质的分离提纯，可减少杂质晶体的析出，如除去NaCl中的少量KNO3。注意晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物质)。5调节溶液的pH进行分离提纯(1)控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。例如，已知下列
5、物质开始沉淀和沉淀完全时的pH：物质开始沉淀的pH沉淀完全的pHFe(OH)31.53.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，可先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调节溶液的pH为3.7pH13的强碱性溶液中，V2O5xH2O转化为钒酸盐而溶解，Al(OH)3转化为NaAlO2而溶解，Fe(OH)3不溶，故滤渣的主要成分是Fe(OH)3。(5)pH8.5 时铝元素沉淀，故“调pH”时生成氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为NaAlO2HClH2O=NaClAl(OH)3。(6)“沉钒”时要使NH4VO3尽可能析出完全，利用同离子效应，加入过量NH4C
6、l可达到此目的。答案：(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)(2)Fe2VOMnO22H=VOMn2H2O(3)Mn2Al3和Fe3(4)Fe(OH)3(5)NaAlO2HClH2O=NaClAl(OH)3(6)利用同离子效应，促进NH4VO3尽可能析出完全7(物质提纯类化工流程题)(2020高考全国卷，27，15分)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO47H2O)：溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示：金属离子Ni2Al3Fe3Fe2开始沉淀时(c0.01 molL1)
7、的pH7.23.72.27.5沉淀完全时(c1.0105 molL1)的pH8.74.73.29.0回答下列问题：(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是_。为回收金属，用稀硫酸将“滤液”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式：_。(2)“滤液”中含有的金属离子是_。(3)“转化”中可替代H2O2的物质是_。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即，“滤液”中可能含有的杂质离子为_。(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp_(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni2浓度为1.0 molL1，则“调pH”应控制的pH范围是_。(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用
8、作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式：_。(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是_。解析：(1)由题给条件可知，该废镍催化剂表面覆有油脂，且其中含有Ni、Al、Fe及其氧化物等，“碱浸”时，油脂在氢氧化钠溶液中水解而被除去，铝及其氧化物也会与氢氧化钠溶液反应而被除去，“碱浸”中NaOH的两个作用分别是除去油脂、溶解铝及其氧化物。“滤液”中铝元素以AlO的形式存在，加入稀硫酸生成沉淀的离子方程式为AlOH2OH=Al(OH)3。(2)因Ni、Fe及其氧化物不与NaOH溶液反应，Ni、Fe及其氧化物存在于“滤饼”中，向“滤饼”中加入稀硫酸，Ni、Fe及其氧化物与
9、稀硫酸反应，故得到的“滤液”中含有的金属离子为Ni2、Fe2、Fe3。(3)“转化”过程是将二价铁离子全部转化为三价铁离子，选用的氧化剂是H2O2溶液，选用过氧化氢溶液氧化的好处是不引入其他杂质，因此替代过氧化氢溶液的物质也不能引入其他杂质，可用O2或空气替代H2O2溶液；由题表中金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH可知，Fe2开始沉淀时，Ni2已经沉淀一部分，Ni2沉淀完全时，Fe2还不能沉淀完全，“转化”时会生成Fe3，则滤液中可能含有Fe3。(4)pH7.2，c(H)107.2 molL1，c(OH)(1014/107.2) mol L1，Kspc(Ni2)c2(OH)0.01(107.21
10、4)2，或利用Ni2沉淀完全时计算得Ksp105(108.714)2。c(Ni2)1.0 molL1，若不生成Ni(OH)2，则c(OH) molL1，c(H)106.2molL1，pH6.2，同时应调节pH3.2以除去Fe3，故pH应控制的范围是3.26.2。(5)由题意可知，反应物为硫酸镍、次氯酸钠和强碱，生成物为NiOOH，硫酸镍中镍元素为2价，NiOOH中镍元素为3价，镍元素的化合价升高被氧化，则次氯酸钠中氯元素被还原得到氯化钠，该反应的离子方程式为2Ni2 ClO4OH=2NiOOHH2OCl。(6)母液中还含有少量的硫酸镍，将母液收集、循环使用可提高镍回收率。答案：(1)除去油脂、
11、溶解铝及其氧化物AlOH2OH=Al(OH)3(2)Ni2、Fe2、Fe3(3)O2或空气Fe3(4)0.01(107.214)2或105(108.714)23.26.2(5)2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O(6)提高镍回收率8(物质提纯类化工流程题)(2020新高考山东卷)用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：已知：MnO2是一种两性氧化物；25 时相关物质的Ksp见下表。物质Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp11016.311038.611032.311012.7回答下列问题：(1)软锰
12、矿预先粉碎的目的是_，MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为_。(2)保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而 Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是_。(3)滤液 可循环使用，应当将其导入_操作中(填操作单元的名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为_(填化学式)，再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为_(当溶液中某离子浓度c1.0105molL1时，可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_。解析：(1)对软锰矿进行粉碎，其表面积增大，在后续加入硫化钡溶液时，固体与溶液接触面积大，充分反应，能提高
13、反应速率。分析该制备工艺流程图可知，“反应”操作中硫化钡中的硫元素转化为硫单质，钡元素转化为氢氧化钡，故软锰矿中的二氧化锰在“反应”操作中被硫化钡中的S2还原，Mn元素由4价转化为2价，故MnO2与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式是MnO2BaSH2O=Ba(OH)2MnOS。(2)加入的MnO2的量增大，而Ba(OH)2的量减少，是因为MnO2为两性氧化物，能与强碱Ba(OH)2反应，从而导致Ba(OH)2的量减少。(3)滤液中仍含少量的 Ba(OH)2，为提高其产率，可将滤液导入前边的“蒸发”操作中。(4)由软锰矿中的杂质成分有Fe3O4可知，其经过与S2的“反应”操作后主要以Fe2
14、形式存在，结合表中四种氢氧化物的溶度积数据，为减少Mn2的损失，需将Fe2转化为Fe3，然后再调节溶液pH，使杂质Fe3转化为Fe(OH)3，故“净化”操作中需加入氧化剂，结合后续操作中的物质转化可知，“净化”操作中加入的试剂X为过氧化氢(H2O2)溶液。对比表中的溶度积数据可知，相较于Fe(OH)3，Al(OH)3的溶度积较大，若要除去Al(OH)3、Fe(OH)3两种杂质，以前者的溶度积进行计算，推知调节溶液的pH大小，由已知信息可知，沉淀完全时金属离子最大浓度为1.0105 molL1，此时c3(OH)KspAl(OH)3/c(Al3) mol3L311027.3 mol3L3，则c(OH)1109.1 molL1，c(H) molL11104.9 molL1，此时pH 4.9。(5)由工艺流程图中的“碳化”操作可知，该操作中加入的物质是碳酸氢铵、氨水，而“压滤”操作后的滤液中含Mn2，由目标产物可知，该反应的生成物中有碳酸锰，故“碳化”过程中发生反应的离子方程式是Mn2HCONH3H2O=MnCO3NHH2O。答案：(1)增大接触面积，充分反应，提高反应速率MnO2BaSH2O= Ba(OH)2MnOS(2)过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2(3)蒸发(4)H2O24.9(5)Mn2HCONH3H2O=MnCO3NHH2O
