1、课时4无机化学工艺流程化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步设问，是无机框图的创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，要求考生依据流程图分析原理，紧扣信息，抓住关键、准确答题。这类试题具有较强的实用性和综合性，是近几年高考化学命题的常考题型，如2016全国卷28题，2016北京理综27等。附思维主线：此类题目多以金属矿物加工为载体，综合考查无机元素化合物、化学原理和实验，由于难度大，综合性强，也可放到一轮结束以后作为能力专题使用！微点聚焦一
2、以物质制备为目的的工艺流程【示例1】 题头挖掘题头信息(2015课标全国，27)(14分)硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5H2O和Fe3O4，还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3)题干分析题干流程题尾知道题尾考查哪些问题(1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式_。为提高浸出速率，除适当增加硫酸浓度外，还可采取的措施有_(写出两条)。(2)利用_的磁性，可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩余的物质是_(写化学式)。(3)“净化除杂”需先加H2O2溶液，作用是_。然后再调节溶液的pH约为5，目的是_。
3、(4)“粗硼酸”中的主要杂质是_(填名称)。(5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4)，它是有机合成中的重要还原剂，其电子式为_。(6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼，用化学方程式表示制备过程_。(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3(3分)提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2分)(2)Fe3O4(1分)SiO2和CaSO4(1分)(3)将Fe2氧化为Fe3(1分)使Al3和Fe3形成氢氧化物沉淀而除去(1分)(4)(七水)硫酸镁(1分)(5) (1分)(6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg 2B3MgO(3分)
4、(1)不配平不得分，漏写条件扣1分(2)简答每条1分，其他合理答案也给分(3)写名称不给分，多写此空判0分(4)写化学式不给分，出现白字不给分(5)漏写离子符号不给分(6)不配平不得分，漏写条件扣1分【解法指导】1制备过程中原料预处理的5种常用方法看方法想目的研磨减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率水浸与水接触反应或溶解酸浸与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质煅烧改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土2.制备过程中控制反应条
5、件的6种方法看方法想目的调节溶液的pH常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀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控制压强改变速率，影响平衡使用合适的催化剂改变反应速率，控制达到平衡所需要的时间趁热过滤防止某物质降温时析出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调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH变大；不引入新杂质。例如若要除去Cu2中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。1(2013全国新课标，27)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。
6、某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6CxLixe=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。回答下列问题：(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为_。(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式_。(3)“酸浸”一般在80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式_；可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是_。(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式_。(5)充放电过程中，发生LiCoO2与Li1xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。(6)上述工艺
7、中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是_。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有_ (填化学式)。解析(1)依据化合价代数和等于零可计算Co的化合价为3价。(2)由正极碱浸后的物质变化流程可知，滤液中获取Al(OH)3，滤渣再经一系列变化得Li2SO4、CoSO4，可推知正极碱浸时只有铝被NaOH溶解。(3)碱浸后所得滤渣LiCoO2中Co的化合价为3价，而酸浸后生成CoSO4中Co的化合价为2价，显然H2O2是还原剂，氧化产物只能是O2；又H2O2具有不稳定性，受热易分解，也属于氧化还原反应。(4)沉钴这一步，反应物为CoSO4、NH4HCO3，生成物中有CoCO3必然产生大量H，
8、而HCO与H又不能大量共存，继续反应产生CO2。此题容易忽视HCO与H的继续反应，澄清了这些问题，再利用质量守恒定律，就能顺利写出化学方程式。(5)依据充电时正极的物质变化，可写出放电时的电极反应：Li1xCoO2xexLi=LiCoO2依据负极充电的电极反应，写出放电时电极反应LixC6xe=6CxLi，以上两个电极反应相加，即得总方程式。(6)“放电处理”的一个重要目的是“回收锂”，Li要沉积正极。解答这一问题的关键是Li怎样沉积在正极上的。放电时，离子运动的方向是“正向正，负向负”。从流程的最终产物上很容易找到回收的金属化合物：Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。答案(1)3(2)
9、2Al2OH2H2O=2AlO3H2(或2Al2OH6H2O=23H2)(3)2LiCoO23H2SO4H2O2Li2SO42CoSO4O24H2O,2H2O22H2OO2有氯气生成污染较大(4)CoSO42NH4HCO3=CoCO3(NH4)2SO4H2OCO2(5)Li1xCoO2LixC6=LiCoO26C(6)Li从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO42(2016四川理综，11节选)资源的高效利用对保护环境、促进经济持续健康发展具有重要作用。磷尾矿主要含Ca5(PO4)3F和CaCO3MgCO3。某研究小组提出了磷尾矿综合利用的研究方
10、案，制备具有重要工业用途的CaCO3、Mg(OH)2、P4和H2，其简化流程如下：已知：Ca5(PO4)3F在950 不分解；4Ca5(PO4)3F18SiO230C2CaF230CO18CaSiO33P4。请回答下列问题：(1)950 煅烧磷尾矿生成气体的主要成分是_。(2)实验室过滤所需的玻璃仪器是_。(3)NH4NO3溶液能从磷矿中浸取出Ca2的原因是_。(4)在浸取液中通入NH3，发生反应的化学方程式是_。解析(1)磷尾矿中除Ca5(PO4)3F外还有CaCO3MgCO3，950 时Ca5(PO4)3F不分解，CaCO3MgCO3分解生成CaO、MgO和CO2。(2)过滤需要的玻璃仪器
11、有烧杯、漏斗和玻璃棒。(3)NH4NO3溶液因NH水解使溶液呈酸性，溶解CaO、Ca(OH)2，使之转化为Ca2。(4)由图可知浸取液中通NH3将Mg2转化为Mg(OH)2沉淀。答案(1)CO2(2)烧杯、漏斗、玻璃棒(3)NH水解使溶液呈酸性，与CaO、Ca(OH)2反应生成Ca2(4)MgSO42NH32H2O=Mg(OH)2(NH4)2SO4【解题策略】化工流程题中表述性词汇“八大答题方向”化工生产流程和综合实验题中经常会出现一些表述性词语中，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们所应考虑的答题角度。常见的有：(1)“控制较低温度”常考虑物质的挥发、物质的不稳定性和物质的转化等。(2
12、)“加过量试剂”常考虑反应完全或增大转化率、产率等。(3)“能否加其他物质”常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。(4)“在空气中或在其他气体中”主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判断沉淀是否洗净”常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检验某物质的设计方案”通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。(7)“控制pH”常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用某些有机试剂清洗”常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。微点聚焦二以分离提纯为目的的工
13、艺流程【示例2】 从废钒催化剂(主要成分V2O5、VOSO4、K2SO4、SiO2等)中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下，请回答下列问题：(1)步骤中废渣的主要成分是_，中X试剂为_。(2)实验室中进行萃取分液操作时，注入萃取剂，充分振荡，将分液漏斗于铁圈上静置，当液体分层后，接下来的操作是_ _。(3)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)为提高中萃取百分率，应采取的措施是_ _。(4)请完成中的反应离子方程式：ClOVO2H=VO3_。(5)25 时，取样进行实验分析，得到钒沉淀率和
14、溶液pH之间关系如下表：pH1.31.41.51.61.71.81.92.02.1钒沉淀率%88.194.896.598.098.898.896.493.189.3结合上表，在实际生产中，中加入氨水，调节溶液的最佳pH为_。(6)该工艺流程中，可以循环利用的物质有_。思维提示标准答案(1)SiO2H2SO4(2)打开分液漏斗上口塞子(或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔)；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中(3)加入碱中和硫酸使平衡正移或多次连续萃取(4)16661Cl3H2O(5)1.71.8(6)氨气、有机萃取剂【解题方法】1把握物质提纯的“6种”常用方
15、法看目的选方法除去可溶性杂质水溶法除去碱性杂质酸溶法除去酸性杂质碱溶法除去还原性或氧化性杂质氧化还原法除去受热易分解或易挥发的杂质加热灼烧法除去酸性Cu2溶液中的Fe3等调pH法2.正确选择物质分离的“6种”常用方法看目的选方法分离难溶物质和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法过滤(热滤或抽滤)利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提纯分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴萃取和分液提纯溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl蒸发结晶提纯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、CuSO45H2O、FeSO47H2O等冷却结晶分离沸点不
16、同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油蒸馏与分馏利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气冷却法1(2016北京理综，27)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料，制备高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：(1)过程中，在Fe2催化下，Pb和PbO2反应生成PbSO4的化学方程式是_。(2)过程中，Fe2催化过程可表示为：2Fe2PbO24HSO=2Fe3PbSO42H2O：写出的离子方程式：_。下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。a向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，
17、再加入少量PbO2，溶液变红。b_。(3)PbO溶解在NaOH溶液中，存在平衡：PbO(s)NaOH(aq)NaHPbO2(aq)，其溶解度曲线如图所示。过程的目的是脱硫。滤液1经处理后可在过程中重复使用，其目的是_(选填序号)。A减少PbO的损失，提高产品的产率B重复利用NaOH，提高原料的利用率C增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率过程的目的是提纯。结合上述溶解度曲线，简述过程的操作：_。解析(1)由题意可知，过程中，在Fe2催化下，Pb、PbO2和H2SO4反应生成PbSO4和H2O，Pb与PbO2在酸性条件下发生氧化还原反应，Pb为还原剂，PbO2为氧化剂，PbSO4既是氧化产物又是还原
18、产物，化学方程式为PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。(2)催化剂在反应前后本身的质量和化学性质保持不变，但参加反应，反应特点是先消耗再生成，且消耗与生成的量相等。Fe2为该反应的催化剂，又知反应中Fe2被PbO2氧化为Fe3，则在反应中Fe3与Pb反应生成Fe2，离子方程式为2Fe3PbSO=PbSO42Fe2；a实验证明发生反应生成Fe3，则b实验需证明发生反应，Fe3转化为Fe2，实验方案为取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，充分反应，红色褪去。(3)过程的目的是脱硫。化学方程式为PbSO42NaOH=PbONa2SO4H2O；滤液1中含有未反应的NaOH和少量溶解的PbO，经处
19、理后可重复利用减少PbO的损失，同时能提高NaOH的利用率。利用PbO不同温度下在不同氢氧化钠溶液中的溶解度曲线，可向PbO粗品中加入35%的NaOH溶液，加热至高温(110 )，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤可得PbO固体。答案(1)PbPbO22H2SO42PbSO42H2O(2)2Fe3PbSO=PbSO42Fe2取a中红色溶液，向其中加入铅粉后，红色褪去(3)AB向PbO粗品加入一定量的35%NaOH溶液，加热至110 ，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤得到PbO固体2.(2016课标全国，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回
20、收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为：物质V2O5V2O4K2SO4SiO2Fe2O3Al2O3质量分数/%2.22.92.83.122286065121以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：回答下列问题：(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_ _，同时V2O4转化成VO2。“废渣1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使3 mol的VO2变为VO，则需要氧化剂KClO3至少为_ mol。(3)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为：4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱
21、性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈_性(填“酸”、“碱”或“中”)。(5)“流出液”中阳离子最多的是_。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。解析(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，前后V元素化合价不变，说明没有发生氧化还原反应，则反应的离子方程式为V2O52H=2VOH2O。由于SiO2与H2SO4不反应，故滤渣1的主要成分为SiO2。(2)VO2变为VO，V的化合价由4价升高到5价，转移1e，而氧化剂KClO3则被还原为KCl，化合价由5价降低为1价，转移6e，故欲使3 mol VO2变为VO，需氧化剂KClO3的物质的量至少
22、为3 mol160.5 mol。(3)酸浸并用KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3、Al3在中和时生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，所以“废渣2”中含有Fe(OH)3、Al(OH)3。(4)由题意知逆反应是洗脱，在碱性环境中有利于向洗脱方向进行，故淋洗液应呈碱性。(5)由于前面加入了KClO3、KOH，所以流出液中阳离子最多的是K。(6)根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3V2O5H2O2NH3。答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3、Al (OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3【解题程序】1读流程图(1)箭头：箭头进入的是投料(反应物)、出去的是主产物或副产物(生成物)。(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。2解题要点(1)审题要点：了解生产目的、原料及产品，了解题目提供的信息，分析各步的反应条件、原理及物质成分，理解物质分离、提纯、条件控制等操作的目的及要点。(2)答题切入点：原料及产品的分离提纯，生产目的及反应原理，生产要求及反应条件，有关产率、产量及组成的计算，绿色化学。