1、第二部分 题型解读题型解读三 化学工艺流程题解题指导 物质制备型工艺流程题【题型分析】物质制备型工艺流程题一般分为原料处理、分离提纯、获得产品三个阶段。通过对给定的原料进行预处理、分离提纯，再经过若干步反应，最后制得目标物质。(2020全国卷)钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以3、4、5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及 SiO2、Fe3O4。采用以下工艺流程可由黏土钒矿制备 NH4VO3。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表所示：金属离子Fe3Fe2Al3Mn2开始沉淀pH1.97.03.08.1完全沉淀pH3.29.0
2、4.710.1题型解读三 化学工艺流程题解题指导 回答下列问题：(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是_。(2)“酸浸氧化”中，VO和 VO2被氧化成 VO2，同时还有_离子被氧化。写出 VO转化为 VO2 反应的离子方程式_。(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 V2O5xH2O，随滤液可除去金属离子 K、Mg2、Na、_，以及部分的_。题型解读三 化学工艺流程题解题指导(4)“沉淀转溶”中，V2O5xH2O 转化为钒酸盐溶解。滤渣的主要成分是_。(5)“调 pH”中有沉淀生成，生成沉淀反应的化学方程式是_。(6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是_。解析：
3、黏土钒矿中，钒以3、4、5 价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及 SiO2、Fe3O4，用30%H2SO4 和 MnO2“酸浸氧化”时 VO和 VO2被氧化成 VO2，Fe3O4 与硫酸反应生成的 Fe2被氧化成 Fe3，题型解读三 化学工艺流程题解题指导 SiO2 此过程中不反应，滤液中含有 VO2、K、Mg2、Al3、Fe3、Mn2、SO24；滤液中加入 NaOH 调节 pH3.03.1，钒水解并沉淀为 V2O5xH2O，根据表中提供的溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的 pH，此过程中 Fe3 部分转化为Fe(OH)3 沉淀，部分 Al3转化为 Al(OH)3 沉淀，滤液中含有K、
4、Na、Mg2、Al3、Fe3、Mn2、SO24，滤饼中含V2O5xH2O、Fe(OH)3、Al(OH)3，滤饼中加入 NaOH 使pH13，V2O5xH2O 转化为钒酸盐溶解，Al(OH)3 转化为题型解读三 化学工艺流程题解题指导 NaAlO2，则滤渣的主要成分为 Fe(OH)3；滤液中含钒酸盐、偏铝酸钠，加入 HCl 调 pH8.5，NaAlO2 转化为Al(OH)3 沉淀而除去；最后向滤液中加入 NH4Cl“沉钒”得到 NH4VO3。(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是：升高温度，增大酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)。(2)“酸浸氧化”中，钒矿粉中的 Fe3O4 与硫酸反应生成 FeS
5、O4、Fe2(SO4)3和水，MnO2 具有氧化性，Fe2具有还原性，则 VO和VO2被氧化成 VO2 的同时还有 Fe2被氧化，反应的离子题型解读三 化学工艺流程题解题指导 方程式为 MnO22Fe24H=Mn22Fe32H2O；VO转化为 VO2 时，钒元素的化合价由3 价升至5 价，1 mol VO失去 2 mol 电子，MnO2 被还原为 Mn2，Mn元素的化合价由4价降至2价，1 mol MnO2得到2 mol电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，VO转化为 VO2 反应的离子方程式为 VOMnO22H=VO2 Mn2H2O。(3)根据分析，“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为 V2
6、O5xH2O，随滤液可除去金属离子 K、题型解读三 化学工艺流程题解题指导 Mg2、Na、Mn2，以及部分的 Fe3、Al3。(4)根据分析，滤渣的主要成分是 Fe(OH)3。(5)“调 pH”中有沉淀生成，是 NaAlO2 与 HCl 反应生成 Al(OH)3 沉淀，生成沉淀反应的化学方程式是 NaAlO2HClH2O=NaClAl(OH)3或 NaAl(OH)4HCl=NaClAl(OH)3H2O。(6)“沉钒”中析出 NH4VO3 晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是：增大 NH4 离子浓度，利用同离子效应，促进 NH4VO3 尽可能析出完全。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 答案
7、：(1)增大酸浸和氧化反应速率(或促进氧化完全)(2)Fe2 VOMnO22H=VO2 Mn2H2O(3)Mn2 Fe3、Al3(4)Fe(OH)3(5)NaAlO2 HCl H2O=NaCl Al(OH)3 (或NaAl(OH)4HCl=NaClAl(OH)3H2O)(6)利用同离子效应，促进 NH4VO3 尽可能析出完全题型解读三 化学工艺流程题解题指导 解答关于物质制备的化学工艺流程题首先要明确原料和产品(包括副产品)，即箭头进出方向；其次依据流程图分析反应原理，搞清流程中每一步发生了什么反应，联系储存的知识，有效地进行信息的利用，分析每一环节中物质流入和流出的意义、控制反应条件的作用，
8、并对流程的整体分析。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 1原料处理阶段(1)常见原料处理的方法：溶解、水(酸或碱)浸、浸出、灼(焙、煅)烧等。(2)增大反应速率的方法：搅拌、加热、粉碎等。2分离提纯阶段(1)调 pH 除杂：控制溶液的酸碱性，使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。(2)加热：增大反应速率或促进平衡向某个反应方向移动。题型解读三 化学工艺流程题解题指导(3)降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)或使化学平衡向着题目要求的方向移动。(4)水(酸或碱)溶法：除去可溶性(碱性或酸性)杂质。(5)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(6)分离方法：过滤、蒸发(冷却)结晶、萃取和分
9、液、蒸馏(或分馏)等。3获得产品阶段(1)洗涤：(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中溶解损耗。(2)根据物质溶解度差异选择正确的方法，如蒸发浓缩、冷却结晶或蒸发结晶、趁热过滤。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 物质分离提纯型工艺流程题【题型分析】物质分离提纯型工艺流程题主要是针对混合物的除杂、分离和提纯。解题时找出要得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些，分析加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么物质，要用什么样的方法才能将杂质除去，将工艺流程转化为物质的转化流程，明确各步所加试剂或相关操作的目的。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 (2020全国卷)某油脂
10、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 如下表所示：题型解读三 化学工艺流程题解题指导 金属离子Ni2Al3Fe3Fe2开始沉淀时(c0.01 molL1)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_。题型解读三 化学工艺流程题解题指导(2)“滤液”
11、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_。题型解读三 化学工艺流程题解题指导(5)硫酸镍在强碱溶液中用 NaClO 氧化，可沉淀出能用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：由工艺流程分析可得，向废镍催化剂中加入NaOH 溶
12、液进行碱浸，可除去油脂，并发生反应 2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2、2Al2O34NaOH=4NaAlO22H2O 将 Al 及其氧化物溶解，得到的滤液含有 NaAlO2，滤饼为 Ni、Fe 及其氧化物和少量其他不溶题型解读三 化学工艺流程题解题指导 性杂质，加稀 H2SO4 酸浸后得到含有 Ni2、Fe2、Fe3的滤液，Fe2经 H2O2 氧化为 Fe3后，加入 NaOH 调节 pH使 Fe3转化为 Fe(OH)3 沉淀除去，再控制 pH 浓缩结晶得到硫酸镍的晶体，据此分析解答问题。(1)根据分析可知，向废镍催化剂中加入 NaOH 溶液进行碱浸，可除去油脂，并将 Al 及其氧
13、化物溶解，滤液中含有 NaAlO2(或 NaAl(OH)4)，加入稀硫酸可发生反应 AlO2 HH2O=Al(OH)3或 Al(OH)4 H=Al(OH)3H2O。(2)加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe 及其氧化题型解读三 化学工艺流程题解题指导 物溶解，所以“滤液”中含有的金属离子是 Ni2、Fe2、Fe3。(3)“转化”流程中 H2O2 的作用是将 Fe2氧化为 Fe3，可用 O2 或空气替代；若将工艺流程改为先“调 pH”后“转化”，会使调 pH 过滤后的溶液中含有 Fe2，则滤液中可能含有转化生成的 Fe3。(4)由上述表格可知，Ni2完全沉淀时的 pH8.7，此时 c(Ni2)1.0105
14、molL1，c(H)1.0108.7molL1，则 c(OH)KWc（H）10141.0108.7108.714，则 Ni(OH)2 的 Kspc(Ni2)c2(OH)105(108.714)2；或者题型解读三 化学工艺流程题解题指导 当 Ni2开始沉淀时 pH7.2，此时 c(Ni2)0.01 molL1，c(H)1.0107.2molL1，则 c(OH)KWc（H）10141.0107.2107.214，则 Ni(OH)2 的 Kspc(Ni2)c2(OH)0.01(107.214)2；如果“转化”后的溶液中 Ni2浓度为 1.0 molL1，为避免镍离子沉淀，此时 c(OH)Kspc（N
15、i2）0.01（107.214）21.0107.8 molL1，则 c(H)KWc（OH）1014107.8106.2，即 pH题型解读三 化学工艺流程题解题指导 6.2；Fe3完全沉淀的 pH 为 3.2，因此“调节 pH”应控制的pH 范围是 3.26.2。(5)由题干信息，硫酸镍在强碱中被 NaClO氧化得到 NiOOH 沉淀，即反应中 Ni2被氧化为 NiOOH 沉淀，ClO被还原为 Cl，则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为 2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O。(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有 Ni2，可将其收集、循环使用，从而提高镍的回收率。答案：(1)除去油
16、脂、溶解铝及其氧化物 AlO2 HH2O=Al(OH)3(或 AlOH4 H=Al(OH)3H2O)(2)Ni2、Fe2、Fe3题型解读三 化学工艺流程题解题指导(3)O2 或空气 Fe3(4)0.01(107.214)2或 105(108.714)2 3.26.2(5)2Ni2ClO4OH=2NiOOHClH2O(6)提高镍回收率题型解读三 化学工艺流程题解题指导 化学工艺流程题常结合工艺流程考查基本化学实验问题，答题时应首先明白从原料到产品依次进行了什么反应，明确每一步所得到的除目标物质外还产生了什么杂质或副产物，进而依据物质的性质和题给信息清楚杂质或副产物应该如何除去，以及每一步选择的分
17、离方法进行到什么程度最佳。答题的基本方法和步骤为：从题干中获取有用信息，了解生产的产品，整体浏览流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段，分析流程中的每一步骤反应物是什么、发生了什么反应、该反应造成了什么后果、如何分离提纯得到粗产品或精产品。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 1“加过量试剂”：常考虑反应完全或增大转化率、产率等。2“控制 pH”：常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。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“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。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。题型解读三 化学工艺流程题解题指导 6“检验某物质的设计方案”：通常取少量某物质于试管中，加水溶解，再加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。7“用某些有机试剂清洗”：(1)降低物质溶解度有利于产品析出；(2)洗涤沉淀可减少损耗和提高利用率等。8“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。谢谢观赏 题 型 演 练
