1、第四章 非金属及其化合物热点专题突破(二)无机化工流程题的突破方法(1)明确原料和产品(包括副产品)间的转化关系，从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用的生产工艺。如下图所示：(2)分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；加入什么试剂，得到什么中间产物等。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务的。(3)物质制备工艺都涉及物质的分离提纯，注意制备过程中所需的原料、条件的控制(如溶液 pH 与沉淀、溶度积常数与沉淀等)以及物质分离方法的选择(如过滤、萃取分液、蒸馏等)，尽可能写出主要的化学
2、反应方程式或制备原理。若出现工艺评价问题，从成本、环保、现实等角度考虑分析即可。(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 Fe3，可选用的化学试剂是_。(3)根据 H3BO3 的解离反应：H3BO3H2OHB(OH)4，Ka5.811010，可判断 H3BO3 是_
3、；在“过滤 2”前，将溶液 pH调节至 3.5，目的是_。NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3SiO2、Fe2O3、Al2O3KSCN一元弱酸转化为H3BO3，促进析出解析(1)硼镁矿粉中加入(NH4)2SO4 溶液反应生成 NH3，氨气与碳酸氢铵溶液反应的化学方程式为 NH4HCO3NH3=(NH4)2CO3。(2)硼镁矿中的 SiO2、Fe2O3、Al2O3 与(NH4)2SO4 溶液不反应，也不溶解，过滤后形成滤渣 1。因为 KSCN 溶液遇 Fe3变为红色，所以 KSCN 溶液常用于 Fe3的检验。解析(4)在“沉 镁”中 生 成 Mg(OH)2MgCO3 沉 淀 的 离 子 方
4、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_。2Mg2 3CO 23 2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO 3 或 2Mg2 2CO23 H2O=Mg(OH)2MgCO3CO2溶浸高温焙烧(3)根据题目信息中 H3BO3 的电离方程式和 Ka 的数值可知 H3BO3 为一元弱酸。在“过滤 2”前，将溶液 pH 调节至 3.5，目的是将溶液中的硼酸根离子转化为 H3BO3 沉淀析出。(4)根据工艺流程中的原料进入情况及生成物情况可知，“沉镁”时加入的原料为(NH4)2CO3 溶液、MgSO4 溶液，产物为
5、Mg(OH)2MgCO3，因此反应的离子方程式为 2Mg2 3CO 23 2H2O=Mg(OH)2MgCO32HCO3 或 2Mg22CO23 H2O=Mg(OH)2MgCO3CO2。母液的主要成分为硫酸铵，可以返回到“溶浸”工序循环使用。碱式碳酸镁热稳定 性 差，可 以 在 高 温 焙 烧 的 条 件 下 制 取 氧 化 镁，化 学 方 程 式 为Mg(OH)2MgCO3=高温 2MgOCO2H2O。解析1(2019全国卷)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含 Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si 等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：相关
6、金属离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子Mn2 Fe2 Fe3 Al3 Mg2 Zn2 Ni2开始沉淀的 pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的 pH10.18.32.84.710.98.28.9(1)“滤渣 1”含有 S 和_；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：_。SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O(2)“氧化”中添加适量的 MnO2 的作用是_。(3)“调 pH”除铁和铝，溶液的 pH 范围应调节为_6 之间。(4)“除杂 1”的目的是除去 Zn2和 Ni2，“滤渣 3”的主要
7、成分是_。(5)“除杂 2”的目的是生成 MgF2 沉淀除去 Mg2。若溶液酸度过高，Mg2沉淀不完全，原因是_。将 Fe2氧化为 Fe34.7NiS和ZnSF与 H结合形成弱电解质 HF，MgF2Mg22F平衡向右移动(6)写出“沉锰”的离子方程式：_。(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中 Ni、Co、Mn 的化合价分别为2、3、4。当 xy13时，z_。Mn22HCO3=MnCO3CO2H2O13解析(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2MnS2H2SO4=2MnSO4S2H2O，Si 在自然界中的存在形
8、式主要为 SiO2 或硅酸盐，故滤渣 1 的主要成分为 S 和 SiO2(不溶性硅酸盐)。(2)Fe2沉淀完全时，Mn2已经开始沉淀，故加入 MnO2 是为了将溶液中的 Fe2氧化为 Fe3，便于除去。(3)除去 Fe3及 Al3，应使二者沉淀完全，故 pH 应大于 4.7。(5)“除杂 1”步骤结束后，杂质金属阳离子只有 Mg2，加入 MnF2 形成 MgF2 沉淀而除去 Mg2，若溶液酸度过高，H浓度偏大，则 F与 H结合形成 HF，使 MgF2 沉淀溶解平衡正向移动而重新溶解。解析2(2018全国卷)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家，一种以闪锌矿(ZnS，含有 SiO2 和少量 F
9、eS、CdS、PbS 杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子c0(Mn)0.1 molL1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子Fe3 Fe2 Zn2 Cd2开始沉淀的 pH1.56.36.27.4沉淀完全的 pH2.88.38.29.4回答下列问题：(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。(2)滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有_；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是_，若不通入氧气，其后果是_。(3)溶液中的 Cd2可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_。(4)电 解 硫 酸 锌 溶 液 制 备 单 质 锌 时，阴 极 的 电 极 反 应 式 为_；沉积锌后
10、的电解液可返回_工序继续使用。2ZnS3O2=焙烧2ZnO2SO2PbSO4调节溶液的pH无法除去杂质Fe2ZnCd2=Zn2Cd Zn22e=Zn 溶浸解析(1)由于闪锌矿的主要成分是 ZnS，因此焙烧过程中主要反应的化学方程式为 2ZnS3O2=焙烧 2ZnO2SO2。(2)由于硫酸铅不溶于水，因此滤渣 1 的主要成分除 SiO2 外还有 PbSO4；要沉淀铁离子，需要调节溶液的 pH，又因为不能引入新杂质，所以需要利用氧化锌调节 pH，即氧化除杂工序中 ZnO 的作用是调节溶液的 pH。根据表中数据可知沉淀亚铁离子的 pH 较大，所以若不通入氧气，其后果是无法除去杂质 Fe2。解析(4)
11、电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极发生得到电子的还原反应，因此阴极是锌离子放电，则阴极的电极反应式为 Zn22e=Zn；阳极是氢氧根离子放电，破坏了水的电离平衡，产生氢离子，所以电解后还有硫酸产生，因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。解析课时作业 1如图是工业利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程。回答有关问题：(1)菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是_。(2)氧化池中通入氯气的目的是氧化_(填化学式)，工业 上 不 选 用 硝 酸 作 氧 化 剂 的 原 因 是 _ 和_。(3)沉淀混合物为_和_(填化学式)。(4)利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是_
12、(填序号)。A电解法B氧气还原法C碳还原法D分解法提高酸浸速率Fe2(或FeCl2)会产生污染性气体NOx会引入杂质离子 NO3Al(OH)3Fe(OH)3A2(2019广东揭阳高三期末).明矾KAl(SO4)212H2O在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化；造纸工业上作施胶剂；食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料铝灰(含 Al、Al2O3 及少量 SiO2 和 FeOxFe2O3)可制备明矾。工艺流程如下：已知生成氢氧化物沉淀的 pH 如下表所示：Al(OH)3 Fe(OH)2 Fe(OH)3开始沉淀3.46.31.5完全沉淀4.78.32.8回答下列问题：(1)明矾净水的原理是_(用离子
13、方程式表示)。(2)操作是_、_、过滤、洗涤、干燥。Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H蒸发浓缩冷却结晶(3)检验滤液 A 中是否存在 Fe2的方法_(只用一种试剂)。(4)在滤液 A 中加入高锰酸钾发生反应的离子方程式为：_。(5)调节 pH3 的目的是_，滤渣 2 含有的物质是_。取适量滤液 A 于试管中，滴加铁氰化钾溶液，若产生蓝色沉淀，则说明滤液 A 中存在 Fe2(也可用酸性高锰酸钾溶液检验)5Fe2MnO4 8H=5Fe3Mn24H2O使 Fe3转化为 Fe(OH)3 沉淀MnO2、Fe(OH)3.取一定量含有Pb2、Cu2的工业废水，向其中滴加Na2S溶液，当PbS开始沉淀时
14、，溶液中cPb2cCu2 _(保留三位有效数字)。已知Ksp(PbS)3.41028，Ksp(CuS)1.310362.62108解析.(1)明矾净水是铝离子水解生成氢氧化铝胶体，具有吸附悬浮杂质的作用，反应的离子方程式为：Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H。(2)固体和液体分离需要用过滤操作，操作是过滤，操作是溶液中得到晶体的方法，利用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到明矾晶体。(3)检验亚铁离子用高锰酸钾溶液或铁氰化钾溶液，滴入高锰酸钾溶液紫红色褪去，或加入铁氰化钾溶液会出现蓝色沉淀。解析(4)酸性溶液中高锰酸钾溶液能将亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为锰离子，反应的离子方程式
15、为：5Fe2MnO 4 8H=5Fe3Mn24H2O。(5)分析离子沉淀的pH范围，调节溶液pH3，可以使Fe3转化成Fe(OH)3沉淀，并防止Al3沉淀；在pH3、加热条件下，MnO 4 可与Mn2反应生成MnO2，加入MnSO4发生反应，反应的离子方程式为：3Mn22MnO4 2H2O=5MnO24H；过滤得到难溶的二氧化锰和氢氧化铁沉淀。.当PbS开始沉淀时，溶液中cPb2cCu2 KspPbSKspCuS 3.410281.31036 2.62108。解析3NaClO2 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
16、为_。3(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_、_。(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)2NaClO3SO2H2SO4=2ClO22NaHSO4NaOH溶液Na2CO3溶液21O21.57解析(4)依题意，用含氢氧化钠
17、的双氧水吸收尾气中的二氧化氯，发生反应：2ClO2H2O22OH=2ClO2 O22H2O，ClO2 作氧化剂，H2O2 作还原剂，故氧化剂与还原剂的物质的量之比为 21，氧化产物为O2。(5)氯气、亚氯酸钠的氧化能力就是得电子能力，得电子数相等时，氧化能力相当。氯气、亚氯酸钠的最终还原产物为氯离子。根据：NaClO2得4eCl，Cl2得2e2Cl，得电子数相等时，存在：NaClO22Cl2，故亚氯酸钠的有效氯含量为71290.5 1.57。解析4以铬铁矿(含 FeOCr2O3、Al2O3、SiO2 等)为原料制备二草酸铬钾的实验步骤如下：已知 NaFeO2 遇水强烈水解：NaFeO22H2O
18、=NaOHFe(OH)3。(1)“熔融”的装置如图，坩埚 W 的材质可以是_(填“铁”“陶瓷”或“玻璃”)；FeOCr2O3 与 KClO3 及 Na2CO3 发生反应，生成 Fe2O3、KCl、Na2CrO4 和 CO2 的化学方程式为_。铁6FeOCr2O3 12Na2CO3 7KClO3=12Na2CrO43Fe2O37KCl12CO2(2)熔融后的固体中含 Na2CrO4、Fe2O3、Na2SiO3、NaAlO2、KCl 及NaFeO2 等，步骤的具体操作为水浸，过滤，调 pH 为 78，加热煮沸半小时，趁热过滤。第一次过滤滤渣中的主要成分为_。(3)步骤需加入酸，则加入稀硫酸时发生反
19、应的离子方程式主要为_。(4)由步骤可知，溶解度：Na2Cr2O7_(填“”“(5)步骤包含的具体操作有_、_、过滤并洗涤，经干燥得到 K2Cr2O7 晶体。(有关物质的溶解度曲线如图所示)加热浓缩冷却结晶(6)步骤需往两种固体混合物中加入一滴水及少量酒精研磨，所用的硅酸盐质仪器的名称是_。(7)采用热重分析法测定 KCr(C2O4)2nH2O 样品所含结晶水数，将样品加热到 80 时，失掉全部结晶水，失重 16.8%。KCr(C2O4)2nH2O 中n_。研钵3解析(1)“熔融”时 Na2CO3 和 NaOH 均能与二氧化硅反应，而陶瓷和玻璃中均含有二氧化硅，因此只能用铁坩埚；分析反应物及生
20、成物中各元素化合价。根据得失电子守恒、原子守恒配平该反应为 6FeOCr2O37KClO312Na2CO3=3Fe2O37KCl12Na2CrO412CO2。(2)Fe2O3 难溶于水，而 NaFeO2 在水溶液中强烈水解生成 Fe(OH)3，其他物质都易溶于水且不发生化学反应，因此水浸后过滤，滤渣的主要成分为 Fe2O3 和 Fe(OH)3。解析(3)对比步骤前后的物质可知，加入稀硫酸后 Na2CrO4 转化成了Na2Cr2O7，发生的反应主要为 2CrO24 2HCr2O27 H2O。(5)根据溶解度曲线知，K2Cr2O7 的溶解度随温度变化较大，则从混合溶液中得到 K2Cr2O7 晶体需
21、经过加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。解析5(2019百师联盟高三调研)钪(Sc)及其化合物在电子、宇航、超导等方面有着广泛的应用。某工厂的钛白水解工业废酸中 Sc3浓度为 18 mg/L，还含有大量的 TiO2、Fe3、H、SO24 等。下图为从该工业废酸中提取 Sc2O3的一种流程。回答下列问题：(1)在钛白水解工业废酸中，加入双氧水是为了使 TiO2转化为难萃取的Ti(O2)(OH)(H2O)4。Ti(O2)(OH)(H2O)4中 Ti 的化合价为4 价，其中非极性键的数目为_。(2)钪的萃取率(E%)与 O/A 值萃取剂体积(O)和废酸液体积(A)之比的关系如下图，应选择的合适 O
22、/A 值为_；温度对钪、钛的萃取率影响情况见下表，合适的萃取温度为 1015，其理由是_。114(或15或1415)低于10 时，钪的萃取率不够高；高于15 时，钛的萃取率增大较多T/510152530钪的萃取率/%91.3 96.0 97.1 97.3 98.0钛的萃取率/%0.94 0.95 2.10 3.01 4.20(3)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用浓硫酸、双氧水和水按一定比例混合而成。混合过程的实验操作为_。将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H2O2，并不断搅拌(4)25 时，用氨水调节滤液的 pH，当 pH3.5 时，滤渣的主要成分
23、是_，当 pH6 时，滤液中 Sc3的浓度为_。(KspFe(OH)32.61039；KspSc(OH)39.01031)(5)写出用草酸(H2C2O4)“沉钪”得到 Sc2(C2O4)3 的离子方程式：_。(6)若从 1 m3 该工厂的钛白水解废酸中提取得到 24.4 g Sc2O3，则钪的提取率为_。(保留三位有效数字)Fe(OH)39.0107 mol/L2Sc33H2C2O4=Sc2(C2O4)36H0.884(或88.4%)解析(1)Ti(O2)(OH)(H2O)4中 Ti 的化合价为4，OH、H2O 均只含极性键，O22 含有 1 个非极性键，故Ti(O2)(OH)(H2O)4中非极性键的数目为 1。(4)当 pH3.5 时，由于 KspFe(OH)3KspSc(OH)3，Fe(OH)3 先转化为沉淀，故滤渣的主要成分是 Fe(OH)3；当 pH6 时，c(OH)108 mol/L，KspSc(OH)3c(Sc3)c3(OH)c(Sc3)(108 mol/L)39.01031，滤液中 Sc3的浓度为 9.0107 mol/L。解析(6)Sc3浓度为 18 mg/L，若从 1 m3 该工厂的钛白水解工业废酸中提取得 到24.4 g Sc2O3，则 钪 的 提 取 率 为24.4 g45245216318 mg/L103 g/mg103 L100%88.4%。解析本课结束
