1、突破点14无机化工工艺流程提炼1化工工艺流程中常见操作1.研磨增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料利用率。2焙烧高温下使固体原料分解、反应或改变结构。3浸出水浸：使可溶性的有用成分从固体原料混合物中转移到溶液中。酸浸：使金属、金属氧化物或盐转化成可溶于水的物质进入溶液。碱浸：除去油污、溶解酸性氧化物、铝及其氧化物。对于非金属矿物，通常用稀醇溶液浸取，水中加入乙醇是为了降低溶剂的极性，提高非金属单质的溶解程度。4加热煮沸排除溶液中溶解的气体。5洗涤水洗：通常是为了除去水溶性杂质，适用于不溶于水的固体物质或液体物质的洗涤。冰水洗涤：通常是为了洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的
2、溶解损耗。有机物(乙醇)洗涤：通常是为了减少晶体在洗涤过程中的溶解损失，便于固体的干燥。提炼2化工工艺流程中条件控制1.调节溶液的pH其目的主要是：防止“某离子”的水解，防止“某离子”的沉淀，确保“某离子”完全沉淀，防止“某些物质”的溶解等。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H(或OH)反应，使溶液的pH增大(或减小)；不引入新的杂质。2控制温度(1)升温：加快反应速率，加速某固体的溶解，促进平衡向吸热方向移动，使某些物质汽化或升华，防止堵塞导管等。(2)降温：防止某物质在高温时分解、挥发、升华或促进平衡向放热方向移动。3控制压强改变反应速率，影响化学平衡。4趁热过滤过滤是为了得到产品或除
3、去杂质，在除杂时，有些产品在温度较低时会结晶析出，从而混在杂质中，造成损失，故“趁热”是为了让产品溶解，防止其结晶析出，因此趁热过滤的目的可从两方面回答：一是提高纯度，二是减少结晶损失。5加入物质加碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等。加沸石或碎瓷片：防止液体暴沸。加有机溶剂：萃取某些物质，或降低某些物质的溶解度。提炼3 化工工艺流程中常涉及的化学反应原理和化学思想1.沉淀溶解平衡的相关应用形成沉淀时所需某种离子的最小浓度、沉淀转化的条件。2反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用反应速率控制、化学平衡移动、化学平衡常数的应用、反应条件的控制。3氧化还原反应规律强弱律、守恒律、优先律。
4、4盐类水解的具体应用水解规律和水解反应的控制(抑制或促进)。5绿色化学思想物质的循环使用、副产物的回收利用、“三废”处理。回访1(2016全国丙卷)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。从废钒催化剂中回收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： 【导学号：14942056】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
5、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，V2O5、VO中V元素均显5价，V元素化合价不变，则该反应是非氧化还原反应，结合溶液的酸碱性及元素守恒写出离子方程式：V2O52H=2VOH2O。废钒催化剂中除SiO2外，其余物质均与稀硫酸反应生成易溶于水的盐，则“
6、废渣1”的主要成分是二氧化硅。(2)“氧化”中使3 mol的VO2变为VO，转移电子的物质的量为3 mol(54)3 mol；氧化剂KClO3被还原为KCl，Cl元素由5价降低到1价，根据电子守恒可知，需要KClO3的物质的量至少为0.5 mol。(3)由图可知，加入KOH中和后产生废渣2，而“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中，后续操作中未进行除杂操作，显然该过程中还生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，从而除去Fe3、Al3，故“废渣2”中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROHV4OR4V4O124OH(ROH为强碱性阴离子交换树脂
7、)。为了提高洗脱效率，应增加溶液中c(OH)，使平衡逆向移动，故淋洗液应该呈碱性。(5)“氧化”和“中和”操作中分别加入KClO3、KOH，而“离子交换”过程中，消耗V4O同时生成OH，而阳离子未参与离子交换，故“流出液”中阳离子最多的是K。(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，“煅烧”过程中生成V2O5，考虑铵盐的不稳定性，还应生成NH3和H2O，结合元素守恒写出化学方程式：2NH4VO3V2O5H2O2NH3。答案(1)V2O52H=2VOH2OSiO2(2)0.5(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)碱(5)K(6)2NH4VO3V2O5H2O2NH3回访2(2015全国卷
8、)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)的工艺流程如下所示：回答下列问题：(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_。(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)，
9、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：_。解析(1)盐跟酸反应生成新盐和新酸，据此可写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式：Mg2B2O5H2O2H2SO42MgSO42H3BO3。可采取升高温度、将矿石粉碎增大接触面积或搅拌等措施，以提高浸出速率。(2)Fe3O4具有磁性。“浸渣”中除含Fe3O4外，还含有与H2SO4不反应的SiO2，以及CaO与H2SO4反应生成的微溶物CaSO4。(3)硫酸浸出后的滤液中，含有的主要物质有MgSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al
10、2(SO4)3、H3BO3等，H2O2具有氧化性，因此加入H2O2溶液可将其中的Fe2氧化为Fe3。由工艺流程图可知，最后过滤得到含镁盐母液，因此调节溶液的pH约为5，可使Fe3转化为Fe(OH)3沉淀、Al3转化为Al(OH)3沉淀。(4)由(3)分析及最后过滤得到含镁盐母液，可知粗硼酸中的主要杂质应为硫酸镁。(5)NaBH4是一种离子化合物，由Na与BH4构成，其电子式为。(6)以H3BO3与Mg为原料可制备单质B，根据反应物的性质结合质量守恒定律可知，其制备过程中反应的化学方程式为2H3BO3B2O33H2O，B2O33Mg3MgO2B。答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO42H3B
11、O32MgSO4提高反应温度、将矿石粉碎(2)Fe3O4SiO2和CaSO4(3)将Fe2氧化成Fe3使Fe3与Al3形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁(5)(6)2H3BO3B2O33H2O、B2O33Mg2B3MgO回访3(2013新课标全国卷)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病的治疗。纯化工业级氧化锌含有Fe()、Mn()、Ni()等杂质的流程如下：提示：在本实验条件下，Ni()不能被氧化；高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题：(1)反应中除掉的杂质离子是 _，发生反应的离子方程式为_；在加高锰酸钾溶液前，若pH较低，对除杂的影响是_。(2)反应的反应类型为_，过滤得
12、到的滤渣中，除了过量的锌外还有_。(3)反应形成的沉淀要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_。(4)反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g，煅烧后可得到产品8.1 g，则x等于_。解析从分析整个流程图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问题。(1)在反应中，通过调节溶液的pH，高锰酸钾能将溶液中的Fe2氧化为Fe3，将Mn2氧化为MnO2而除去；若开始溶液的pH过低，Fe2、Mn2将很难生成沉淀而除去。(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有Zn2、Ni2、H等，加入锌后可将Ni置换出来，故滤渣中还含有金属镍。(3)反应生成的沉淀为ZnCO3，同时生成
13、Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有SO和Na，故只要对洗涤液中是否含有SO进行检验即可。(4)煅烧过程中ZnCO3、Zn(OH)2均发生分解反应生成ZnO，根据关系式ZnCO3xZn(OH)2(x1)ZnO，可得，故x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H，2MnO3Mn22H2O=5MnO24H铁离子和锰离子不能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质(2)置换反应镍(3)取少量水洗液于试管中，滴入12滴稀硝酸，再滴入硝酸钡溶液，若无白色沉淀生成，则说明沉淀已经洗涤干净(4)1题型分析工艺流程题一般分题干、流程图和问题三部分。题干一般是简单介绍该
14、工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品)；流程图主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；问题部分主要是根据生产过程中涉及的化学知识设置成系列问题。典型例题(名师押题)硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。用炼锌厂废渣(含ZnO、FeO、CuO)回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：已知：某温度下，KspZn(OH)21.21017，KspFe(OH)28.01016，KspFe(OH)34.01038。(1)酸浸时，为提高浸出速率，可采取的措施是_(填两种)。(2)氧化、中和时，需要用NaOH溶液调节pH为4.55.0，原因是_。(3)氧化、中
15、和时用漂白粉作氧化剂，此时发生反应的化学方程式为_；实际操作中通入空气的作用是_。(4)操作X的名称为_。(5)第三次操作X后，得到成品的步骤为_，过滤，洗涤，加热脱水。(6)已知：向漂白粉中加入稀硫酸会有氯气生成。某含氯废水(pH约为9)中可能存在Cl、ClO中的一种或两种。请设计检验含氯废水中是否存在Cl、ClO的实验方案：_。实验中可供选择的试剂：稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、品红溶液、AgNO3溶液。【解题指导】审题干读流程图明确问题提取信息联想化学知识得出答案。解析(1)为提高浸出速率，可采取的方法有：适当增加硫酸的浓度、加热、将废渣粉碎等。(2)氧化、中和的目的是除铁，结合题给沉淀的Ks
16、p可知，除铁时铁元素必须以三价铁形式存在，以避免损失锌。随氧化液的pH升高，铁去除率增大，但锌的损失率也随之上升，故pH不能太高也不能太低。(3)反应物有FeSO4、NaOH、Ca(ClO)2，生成物有沉淀Fe(OH)3，再分析知还有CaCl2和Na2SO4，根据化合价升降守恒和原子守恒可配平化学方程式。由题知氧化剂为漂白粉，但通入的空气中有氧气，也是一种氧化剂，故其作用是加快氧化速率。(4)从图示看，操作X很明显是将生成的沉淀或不溶的固体除去，故应为过滤。(5)产品为一水硫酸锌，故从滤液中得到的物质也是结晶水合物，应采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。(6)检验Cl很简单，只要将含氯废水酸化(不能
17、用盐酸)后再加入AgNO3 溶液即可。检验ClO时，若加盐酸则会生成Cl2，其溶于水会生成HClO，HClO具有漂白性，能使品红溶液褪色；若加硫酸酸化，则直接生成HClO，会使品红溶液褪色。要检验两种离子都存在，必须先检验Cl，如有Cl，则继续加AgNO3溶液至不再产生沉淀为止，然后取上层清液，向其中加入品红溶液，若品红溶液褪色，即可说明废水中含Cl和ClO。答案(1)适当增加硫酸的浓度、加热、将废渣粉碎(2)pH太低，铁的去除率低，pH太高，锌的损失率会增大(3)4FeSO48NaOHCa(ClO)22H2O=CaCl24Na2SO44Fe(OH)3加快氧化速率(4)过滤(5)蒸发浓缩、冷却
18、结晶(6)取少量溶液，加入稀硝酸酸化，然后滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀生成，说明废水中含有Cl，若无白色沉淀生成，说明不含Cl；若中有白色沉淀生成，则继续滴加AgNO3溶液，直至不再产生白色沉淀为止，静置，取上层清液，向其中滴加品红溶液，若品红溶液褪色，说明废水中含有ClO，则说明Cl、ClO均存在，若品红溶液不褪色，说明不含ClO；若中无白色沉淀生成，则另取少量溶液，加入盐酸(或硫酸)酸化后，再滴加品红溶液，若品红溶液褪色，说明废水中含有ClO，若品红溶液不褪色，说明不含ClO。化工流程题解答技巧1读懂题干，弄清用什么原料生产何种产品。如果是化学实验流程，则要弄清实验目的是什么，是合成新
19、物质还是分离提纯物质？2研读流程图。对照流程图两端的原料和产品，确定化工流程的主线和支线，找到为发生核心反应而加入的主要辅料，结合箭头指向，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，实现对整个流程的全盘分析。3由易到难，破解问题。对于比较复杂的问题，在读懂流程图、明确每一步操作涉及的化学反应及弄清每一中间产物的微粒种类的前提下，从基本理论(氧化还原反应、化学平衡、盐类水解、电化学等)、反应条件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、pH调节、溶剂选择、除杂、产品分离等)、绿色化学思想(原子经济性、循环操作、环保)、经济角度(提高产量与产率、原料廉价易得、降低能耗、设备简单)、安全生
20、产(防爆、防中毒、防污染)等方面联系问题进行解答。针对训练1(2016辽宁沈阳教学质量监测)“分子筛”是一种具有多孔结构的铝硅酸盐(NaAlSiO4nH2O)，其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故此得名。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备“分子筛”的一种工艺如下：(1)分子筛的孔道直径为4A称为4A型分子筛；当Na被Ca2取代时就制得5A型分子筛，当Na被K取代时就制得3A型分子筛。要高效分离正丁烷(分子直径为4.65A)和异丁烷(分子直径为5.6A)应该选用_型的分子筛。(2)铝灰在90 时水解的化学方程式为_；“水解”采用90
21、 而不在室温下进行的原因是_。(3)“酸溶”时，为降低生产成本，应选择的酸为_，理由是_。(4)“氧化”时，发生的主要反应的离子方程式为_。(5)该工艺中滤渣的成分是_。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，如何证明该晶体已经洗涤干净？_。解析(1)分离正丁烷和异丁烷，选用分子筛的型号应在4.65A5.6A之间，故应选择5A型分子筛。(2)铝灰中的AlN发生水解反应生成氢氧化铝和氨气，反应的化学方程式为：AlN3H2O=Al(OH)3NH3，加热可以促进氮化铝水解生成氨气，降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出。(3)浓缩海水除杂后电解时有氢气和氯气产生，氢气和氯气反应可以制备盐酸
22、，用于酸溶，从而降低生产成本。(4)酸溶后的溶液中含有Fe2，漂白液中的ClO可将Fe2氧化成Fe3。(5)加入NaOH，Al3转化成AlO，Fe3转化成Fe(OH)3，则该工艺中滤渣的成分为Fe(OH)3。(6)“胶体”调节pH后过滤所得“晶体”需洗涤，通过检验晶体表面是否有铵根离子或氯离子可判断是否洗涤干净。答案(1)5A(2)AlN3H2O=Al(OH)3NH3加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出(3)盐酸电解时生成的氢气和氯气可以制备盐酸(4)2Fe22HClO=2Fe3ClH2O(5)Fe(OH)3(6)取最后一次洗涤液少许，加入浓氢氧化钠溶液并微热，若不
23、能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则洗涤干净，否则未洗涤干净(或取最后一次洗涤液少许，加稀硝酸酸化，再加硝酸银溶液，若不能产生白色沉淀，则洗涤干净，否则未洗涤干净)2(2016湖南东部六校联考)钴(Co)及其化合物在工业上有广泛应用。为从某工业废料中回收钴，某学生设计流程如下(废料中含有Al、Li、Co2O3和Fe2O3等物质)。已知：物质溶解性：LiF难溶于水，Li2CO3微溶于水；部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH见下表。Fe3Co2Co3Al3pH(开始沉淀)1.97.150.233.4pH(完全沉淀)3.29.151.094.7请回答：(1)写出步骤中Co2O3与盐酸反应生成Cl2
24、的离子方程式：_。(2)步骤中Na2CO3溶液的作用是调节溶液的pH，应使溶液的pH不超过_；废渣中的主要成分除了LiF外，还有_。(3)NaF与溶液中的Li形成LiF沉淀，此反应对步骤所起的作用是_。(4)在空气中加热5.49 g草酸钴晶体(CoC2O42H2O)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。已知：M(CoC2O42H2O)183 gmol1。温度范围/固体质量/g1502104.412903202.418909202.25经测定，290320 过程中产生的气体只有CO2，此过程发生反应的化学方程式是_。温度高于890 时，固体产物发生分解，产生的固体产物
25、为_。解析(1)结合流程中CoCO3、CoO知，三氧化二钴与盐酸反应过程中，Co元素的化合价降低为2，故三氧化二钴与盐酸反应生成氯化钴、氯气和水。(2)从表格数据看，使Fe3完全沉淀，不使Co2沉淀，需调节溶液的pH不超过7.15，废渣的主要成分是LiF、Fe(OH)3。(3)NaF与溶液中的Li形成LiF沉淀，降低滤液中Li浓度，避免在步骤中生成Li2CO3沉淀。(4)n(CoC2O42H2O)0.03 mol。m(CoC2O4)0.03 mol147 gmol14.41 g，说明150210 得到的固体产物是CoC2O4，已知290320 过程中产生的气体只有CO2，则290320 生成的
26、固体是钴的氧化物，钴的氧化物中n(O)0.04 mol，故钴的氧化物的化学式为Co3O4。890920 ，固体产物中n(O)0.03 mol，故固体产物的化学式为CoO。答案(1)Co2O36H2Cl=2Co2Cl23H2O(2)7.15Fe(OH)3(3)降低滤液中Li浓度，避免步骤中产生Li2CO3沉淀(4)3CoC2O42O26CO2Co3O4CoO3(2016河北三市第二次联考)用PbS铅精矿(主要成分为PbS，含少量杂质)碳化法炼铅是一种绿色工艺，其主要工艺流程如下：回答下列问题： 【导学号：14942057】(1)“转化”是该工艺的关键，转化时发生反应的化学方程式为2PbS2(NH
27、4)2CO3O22H2O=2PbCO32S4NH3H2O。(NH4)2CO3在上述反应中_(填字母)。a作氧化剂b作还原剂c既不作氧化剂也不作还原剂转化时，温度对铅转化率的影响如图1所示，则适宜的转化温度范围为_。图1有无FeS2对铅转化率的影响如图2所示，说明FeS2在转化中的作用是_。图2(2)溶解时发生反应的离子方程式为_。(3)电解时，阴极的电极反应式为_。解析(1)由题给反应知，(NH4)2CO3中各元素的化合价在反应前后没有变化，故(NH4)2CO3既不作氧化剂也不作还原剂，选c。由题中图1可知在5060 时铅的转化率较高。由题中图2可知，有FeS2和无FeS2时两曲线最终重合，且有FeS2时反应的时间短，所以FeS2在转化中起催化剂的作用。(2)结合题中流程图可知，溶解时PbCO3与H2SiF6反应，H2SiF6是强酸，反应的离子方程式为PbCO32H=Pb2CO2H2O。(3)由题中流程图可知电解后得到单质Pb，则阴极上Pb2得电子生成单质Pb：Pb22e=Pb。答案(1)c5060 作催化剂(2)PbCO32H=Pb2CO2H2O(3)Pb22e=Pb
