1、热考题型突破系列(十一)无机化工生产流程题的解题策略 题型特点 考查角度 1.试题特点：试题源于社会实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，试题新颖，信息阅读量大。2.考查能力：(1)考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力。(2)考查学生对化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。(3)考查学生的阅读能力、资料收集处理能力和知识迁移能力。3.考查知识：主要考查元素及其化合物的性质、物质结构、元素周期律和氧化还原反应等知识。通过物质的制备模拟化工生产流程；通过化工流程考查实验操作过程。【题型示例】1.(2013全国卷)氧化锌为白色粉末，可用于湿疹、癣等皮肤病
2、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】本题的各步操作目的及变化是：工业级氧化锌中含有铁、锰、镍等杂质，第一步加
3、入稀硫酸可以溶解氧化锌，同时让铁、锰、镍转化为金属阳离子；第二步在浸出液中加入酸性高锰酸钾溶液，可以除去Fe2+和Mn2+，将它们转化为沉淀除去，此时滤液中剩余Zn2+和Ni2+；第三步加入锌粉，可以置换出金属镍而除去；第四步向滤液中加入碳酸钠溶液可以将Zn2+转化为碳酸锌沉淀；第五步将碳酸锌沉淀煅烧即可得到纯净的氧化锌固体。(1)反应中除去的杂质离子是Fe2+和Mn2+，发生反应 的离子方程式为Mn +3Fe2+7H2O=3Fe(OH)3+MnO2+5H+，2Mn +3Mn2+2H2O=5MnO2+4H+，在加高锰酸钾之前，若溶液的pH较低，则铁离子和 锰离子不能生成沉淀而除去。(2)反应的
4、反应类型是置换反应，过滤所得的滤渣 中除了过量的锌外还有置换出来的金属镍。4O4O(3)反应过滤出的沉淀在用蒸馏水洗涤后，若已经洗涤干净则滤液中不含硫酸根离子，因此只需要加入硝酸酸化的硝酸钡溶液即可检验沉淀是否洗涤干净。(4)第五步煅烧发生反应的方程式为 ZnCO3xZn(OH)2=(x+1)ZnO+CO2+xH2O 125+99x 81(x+1)11.2 g 8.1 g 列比例式 解得x=1。12599x11.2 g81 x18.1 g答案：(1)Fe2+和Mn2+Mn +3Fe2+7H2O=3Fe(OH)3+MnO2+5H+，2Mn +3Mn2+2H2O=5MnO2+4H+铁离子和锰离子不
5、能生成沉淀，从而无法除去铁和锰杂质 4O4O(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 2.(2013全国卷)锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。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6C+xLi+xe-=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
6、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的混合溶液，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Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式_。(6)上述工艺中，“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)根据化合价代数和为零可算出LiCoO2中，钴元素的化合价为+3价；(2)根据工艺流程中有Al(OH)3固体和题干中的铝箔，易推知是铝与NaOH溶液反应，所以离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2Al +3H2；2O(3)根据工
7、艺流程中有Li2SO4溶液、CoSO4(Co为+2价)溶 液，所以加H2SO4、H2O2酸浸的过程中发生的氧化还原 反应有2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O，因为反应时温度为80，还会发生双氧水分解 反应：2H2O2 O2+2H2O；用盐酸酸浸时，由于盐酸 容易被氧化成Cl2，污染环境；(4)“沉钴”过程中发生反应后产物经过滤有CoCO3，所以反应的化学方程式为CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2；(5)充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe-=LixC6，可知放电时是Li1-xCoO2转化
8、为LiCoO2。所以方程式为Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C；(6)放电时，LixC6在负极失电子产生Li+，经电解质移向正极，并进入正极材料LiCoO2中。流程工艺中回收的金属化合物有Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3。答案：(1)+3价(2)2Al+2OH-+2H2O=2Al +3H2(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2 Li2SO4+2CoSO4+O2+4H2O，2H2O2 O2+2H2O 盐酸容易被氧化成Cl2，污染环境 2O(4)CoSO4+2NH4HCO3=CoCO3+(NH4)2SO4+H2O+CO2(5)Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO
9、2+6C(6)放电时Li+移向正极 Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3【类题通法】无机化工流程题的解题思路 解题时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，紧扣信 息，搞清流程中每一步发生了什么反应知其然，弄清有关反应原理，明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)知其所以然，最后联系储存的知识，有效地进行信息的利用，准确表述和工整书写。由于工艺流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来，所以只有复习时牢固掌握实验基础知识，才能有效结合题中的信息，准确答题。解题的主线和步骤如下：1.物质制备型化工生产流程题的主线：原料对原料的预处理核心
10、化学反应产品的分离提纯目标产物 2.原理型化工生产流程题的解题步骤：(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)分析流程中的每一步骤所包含的化学原理，如每一步骤中反应物是什么，发生了什么反应，该反应的生成物是什么，对制备产品有什么作用。(3)从题中获取信息，运用化学反应原理分析制备产品的最佳条件。【强化训练】1.(2016厦门模拟)新型高效絮凝剂Fe(OH)SO4(碱式硫酸铁)常用于污水处理。工业上利用废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)生产碱式硫酸铁的工艺流程如图所示：已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Al(OH)3开始沉淀时的pH2
11、.37.53.4完全沉淀时的pH3.29.74.4请回答下列问题：(1)加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，使溶 液中的_沉淀，该工艺中“搅拌”的作用是 _。(2)在实际生产中，反应常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作_。若参与反应的O2有11.2 L(标准状况)，则相当于节约NaNO2的物质的量为_。(3)碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe(OH)2+可部分水解生成Fe2(OH)42+聚合离子。该水解反应的离子方程式为_。(4)在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应 制备碱式硫酸铁。根据我国该药物的相关质量标准，产品中不得含有Fe2+和N 。为检验所得产
12、品中是否 含有Fe2+，应使用的试剂为_(填序号)。A.氯水 B.KSCN溶液 C.NaOH溶液 D.酸性KMnO4溶液 3O【解析】(1)稀硫酸浸取废铁屑后所得的溶液中含Fe2+和少量Al3+，根据工艺流程可知该步操作是保留Fe2+，除去Al3+，故加入少量NaHCO3调节溶液pH可以使Al3+沉 淀，“搅拌”可以加快化学反应速率。(2)反应通入 的O2与NaNO2均作氧化剂，根据得失电子守恒，可以计 算出标准状况下11.2 L O2与2 mol NaNO2得到的电子 数相等。(3)依据原子守恒及电荷守恒可以写出 Fe(OH)2+水解生成Fe2(OH)42+的离子方程式：2Fe(OH)2+2
13、H2O Fe2(OH)42+2H+。(4)因产品中含Fe3+，检验Fe2+时不能采用加氯水和KSCN溶液的方法，也不能加NaOH溶液，Fe(OH)3会对检验Fe2+产生干扰；可以用酸性KMnO4溶液检验Fe2+的存在，如含Fe2+，则滴入几滴酸性KMnO4溶液后，溶液紫红色会褪去。答案：(1)Al3+加快化学反应速率(2)氧化剂 2 mol(3)2Fe(OH)2+2H2O Fe2(OH)42+2H+(4)D 2.(2016沈阳模拟)某化学实验室产生的废液中含有Fe3+、Cu2+、Ba2+、Cl-四种离子，现设计下列方案对废液进行处理，以回收金属并制备氯化钡、氯化铁晶体。(1)沉淀1中含有的金属
14、单质是_。(2)氧化时加入H2O2溶液发生反应的离子方程式为_。(3)下列物质中，可以作为试剂X的是_(填字母)。A.BaCl2 B.BaCO3 C.NaOH D.Ba(OH)2(4)检验沉淀2洗涤是否完全的方法是_。(5)制备氯化铁晶体过程中需保持盐酸过量，其目的是 _。(6)由过滤2得到的滤液制备BaCl2的实验操作依次为_、冷却结晶、_、洗涤、干燥。【解析】(1)沉淀中含过量的铁和置换出的铜单质。(2)2Fe2+2H+H2O2=2Fe3+2H2O。(3)加入X，目的是调pH，并且不能引入新的杂质。(4)检验沉淀2洗涤是否完全的方法是取最后一次洗涤液少许，滴入12滴硫酸钠溶液，若不出现白色
15、浑浊，表明已洗涤完全(或取最后一次洗涤液少许，滴入12滴硝酸银溶液，若不出现白色浑浊，表明已洗涤完全)。(5)制备氯化铁晶体过程中需保持盐酸过量，其目的是抑制Fe3+水解。(6)BaCl2易溶于水，若想得固体，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤可得。答案：(1)铁、铜(2)2Fe2+2H+H2O2=2Fe3+2H2O(3)B、D(4)取最后一次洗涤液少许，滴入12滴硫酸钠溶液，若不出现白色浑浊，表明已洗涤完全(或取最后一次洗涤液少许，滴入12滴硝酸银溶液，若不出现白色浑浊，表明已洗涤完全)(5)抑制Fe3+水解(6)蒸发浓缩 过滤 3.绿矾晶体(FeSO47H2O，M=278 gmol-1)是治疗缺
16、铁性贫血药品的重要成分。实验室利用硫酸厂的烧渣(主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2)制备绿矾的过程如下：(上述过程所加试剂均过量)试回答：(1)操作为_(填写操作名称)。(2)试剂Y与溶液X反应的离子方程式为_。(3)操作的顺序依次为_、冷却结晶、过滤、_、干燥。(4)某同学用酸性KMnO4溶液测定绿矾产品中Fe2+含量：a.称取11.5 g绿矾产品，溶解，配制成1 000 mL溶液；b.量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中；c.用硫酸酸化的0.010 00 molL-1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00 mL。步骤a配制溶液时需要的玻璃仪器除玻璃棒
17、、量筒、烧杯、胶头滴管外，还需_。该同学设计的下列滴定方式，最合理的是_ _(夹持部分略去)(填字母序号)。滴定时发生反应的离子方程式为_。判断此滴定实验达到终点的方法是_；若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO4溶液液面，其他操作均正确，则使测定结果_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。计算上述样品中FeSO47H2O的质量分数为_。【解析】(1)由于烧渣中含有与稀硫酸以及氧气不反应 的二氧化硅，所以操作是过滤。(2)由于滤液中含有 铁离子以及过量的稀硫酸，而最终制备的是绿矾，所 以需要将溶液中的铁离子还原为亚铁离子，因此试剂 Y是铁粉，所以有关反应的离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe
18、2+、Fe+2H+=Fe2+H2。(3)操作的目的 是得到绿矾晶体，所以正确的操作应该是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤然后干燥即可。(4)准确配制 一定物质的量浓度溶液的主要仪器是容量瓶，所以步 骤a配制溶液时需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧 杯、胶头滴管外，还需1 000 mL容量瓶。由于酸性 高锰酸钾溶液具有强氧化性与酸性，因此应该放在酸 式滴定管中，答案选b。酸性高锰酸钾溶液具有强氧 化性，能把亚铁离子氧化生成铁离子，而自身被还原 为Mn2+，因此该反应的离子方程式为5Fe2+Mn +8H+=5Fe3+Mn2+4H2O。由于酸性高锰酸钾溶液显紫 红色，所以判断此滴定实验达到终点的方法是滴
19、加最 后一滴KMnO4溶液时，溶液变成紫色且半分钟内不再褪 色；由于滴定管的刻度自上而下逐渐增大，所以若在 滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO4溶液液面，则 读数值偏小。如果其他操作均正确，则使测定结果偏 4O低。根据反应式可知，反应中消耗亚铁离子的物质的 量=0.010 00 molL-10.020 00 L5=0.001 mol，则原样品中绿矾的物质的量=0.001 mol =0.04 mol，质量=0.04 mol278 gmol-1=11.12 g，所以上述样品中FeSO47H2O的质量分数为 100%=96.7%。1 000 mL25.00 mL11.12 g11.5 g答案：(1)过滤(2)Fe+2Fe3+=3Fe2+，Fe+2H+=Fe2+H2(3)蒸发浓缩 洗涤(4)1 000 mL容量瓶 b 5Fe2+Mn +8H+=5Fe3+Mn2+4H2O 滴加最后一滴KMnO4溶液时，溶液变成紫色且半分钟内不再褪色 偏低 96.7%4O