1、专题课时4 无机化工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。题型说明 使用说明 此类题目多以金属矿物加工为载体，综合考查无机、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！微题型一 以物质制备为目的的工艺流程【示例1】(2015江苏化
2、学，16)以磷石膏(主要成分CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3。题型示例(1)匀速向浆料中通入 CO2，浆料清液的 pH 和 c(SO24)随时间变化如图。清液 pH11 时 CaSO4 转化的离子方程式为_；能提高其转化速率的措施有_(填序号)。A.搅拌浆料B.加热浆料至100 C.增大氨水浓度D.减小CO2通入速率(2)当清液pH接近6.5时，过滤并洗涤固体。滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为_和_(填化学式)；检验洗涤是否完全的方法是_ _。(3)在敞口容器中，用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体，随着浸取液温度上升，溶液中c(Ca2)增大的原因是_ _。
3、思维提示(1)注意题目中的原料是磷石膏粉和氨水浆料。由图所示当 pH11 时，溶液中的 c(SO24)增大，说明有更多的 SO24 生成，反应物为 CaSO4、氨水、CO2，生成 SO24，还有 CaCO3，相当于氨水和 CO2 反应生成(NH4)2CO3，(NH4)2CO3 和 CaSO4 生成(NH4)2SO4 和 CaCO3。A 项，搅拌浆料，增大反应物的接触面积，加快反应速率，正确；B 项，加热到 100，氨水挥发、CO2 溶解度减小，则生成的(NH4)2CO3 的量减少，无法实现 CaSO4 转化为 CaCO3，错误；C 项，增大氨水浓度可以提高反应速率，正确；D 项，减小 CO2
4、通入速率，则转化速率降低，错误。(2)当 pH 接近 6.5 时，由图可知 c(SO24)接近 0.1 molL1，溶液呈酸性，通入的 CO2 主要以 NH4HCO3 存在，故滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为 SO24 和 HCO3。可通过检验洗涤液中是否含有 SO24 来判断沉淀是否洗涤完全。(3)温度升高，能促进 NH4 的水解，增大溶液酸性，促进固体中 Ca2的浸出。答案(1)CaSO42NH3H2OCO2=CaCO32NH4 SO24 H2O 或 CaSO4CO23=CaCO3SO24 AC(2)SO24 HCO3取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2
5、溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全(3)浸取液温度上升，溶液中 c(H)增大，促进固体中 Ca2浸出【解题策略】1.明确制备类化工生产流程的特点一个完整的物质制备化工生产流程一般具有下列特点原料对原料的预处理核心化学反应产品的提纯分离 目标产物 2.熟悉常用的操作方法及其作用(1)常见的化工术语 关键词 释义 研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体雾化，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分 灼烧(煅烧)使固体在高温下充分分解、氧化或改变结构等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿 浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等 浸出
6、率 溶解的物质占原物质的百分含量 酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程 水浸 与水充分反应或溶解 过滤 固体与液体的分离 滴定 可用于某种未知浓度物质的物质的量浓度的测定 蒸发结晶 蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会以晶体析出 蒸发浓缩 蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度 水洗 用水洗去可溶性杂质，类似的还有酸洗、醇洗等 酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等 碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH、促进水解(沉淀)(2)常用的控制反应条件的方法：调节溶液的pH。a.控制溶液的酸碱性使其中某些
7、金属离子形成氢氧化物沉淀。例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示 物质 开始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。b.调节pH所需的物质一般应满足两点要求；能与H反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如：若要除去 Cu2 溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。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。趁热过滤。防止某物质
8、降温时会析出。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。3.识别流程图 化工流程中箭尾指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被“循环利用”的物质。1.(2013江苏化学，16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：题型精练(1)MgCO3 与稀硫酸反应的离子方程式为_。(2)加入 H2O2 氧化时，发生反应的化学方程式为_。(3)滤渣 2 的成分是_(填化学式)。(4)煅烧过程存在以下反应：2MgSO
9、4C=800 2MgO2SO2CO2MgSO4C=800 MgOSO2COMgSO43C=800 MgOS3CO 利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。D中收集的气体是_(填化学式)。B中盛放的溶液可以是_(填字母)。a.NaOH溶液b.Na2CO3溶液 c.稀硝酸d.KMnO4溶液 A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应，产物中元素的最高价态为4，写出该反应的离子方程式：_。解析(1)MgCO3微溶于水写离子方程式时不能拆成离子形式，硫酸是强酸能拆成离子形式。(2)由于菱镁矿中含有FeCO3，所以溶液中存在FeSO4，要除去杂质Fe2可先将其氧化成Fe3，再调节pH除去，因此
10、H2O2是氧化剂，发生反应：2FeSO4H2O2H2SO4=Fe2(SO4)32H2O。(3)用氨水调节pH4除去Fe3，滤渣2为Fe(OH)3。(4)题目中要求利用图中装置进行气体的分步吸收或收集。煅烧后存在四种气体：S、SO2、CO2和CO。由可知A中得淡黄色固体，即S，B吸收SO2，C吸收CO2，D中收集CO。B吸收 SO2但不吸收 CO2，可选用 KMnO4溶液，注意不能用 NaOH溶液或 Na2CO3 溶液，因为它们吸收 SO2 的同时也吸收 CO2，题目要求是分步吸收。中发生 S 与热的 NaOH 溶液反应，产生4 价硫的化合物即 Na2SO3，说明另外有硫元素的化合价降低，即有2
11、 价硫的化合物生成，其离子方程式为：3S6OH=2S2SO23 3H2O。答案(1)MgCO32H=Mg2CO2H2O(2)2FeSO4H2O2H2SO4=Fe2(SO4)32H2O(3)Fe(OH)3(4)CO d 3S6OH=2S2SO23 3H2O 2.(2015天津理综，9)废旧印刷电路板是一种电子废弃物，其中铜的含量达到矿石中的几十倍。湿法技术是将粉碎的印刷电路板经溶解、萃取、电解等操作得到纯铜等产品。某化学小组模拟该方法回收铜和制取胆矾，流程简图如下：回答下列问题：(1)反应是将 Cu 转化为 Cu(NH3)24，反应中 H2O2 的作用是_。写出操作的名称：_。(2)反应是铜氨溶
12、液中的 Cu(NH3)24 与有机物 RH 反应，写出该反应的离子方程式：_。操 作 用 到 的 主 要 仪 器 名 称 为 _，其 目 的 是(填 序号)_。a.富集铜元素b.使铜元素与水溶液中的物质分离c.增加 Cu2在水中的溶解度(3)反应是有机溶液中的CuR2与稀硫酸反应生成CuSO4和_。若操作使用右图装置，图中存在的错误是_。(4)操作以石墨作电极电解CuSO4溶液。阴极析出铜，阳极产物是_。操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤是_。(5)流程中有三处实现了试剂的循环使用，已用虚线标出两处，第三处的试剂是_。循环使用的NH4Cl在反应中的主要作用是_。解析(1)废电路板中含有 Cu 单
13、质，加入 H2O2 的目的是将 Cu 氧化为 Cu2；将溶液和固体分离的方法是过滤，所以操作是过滤。(2)由流程图知，铜氨溶液中的 Cu(NH3)24 与有机物 RH 反应后得到 CuR2 和 NH3、NH4Cl，所以该反应的离子方程式为：Cu(NH3)242RH=2NH4 2NH3CuR2；操作是萃取分液，所以用到的主要仪器是分液漏斗；通过操作，可以富集铜元素，同时使铜元素与水溶液中其他物质分离，故选 a、b。(3)CuR2 中 R 为1价，再结合流程图可知反应是有机溶液中的 CuR2 与稀硫酸发生反应生成 CuSO4 和 RH；操作是分液，图中出现的错误主要有分液漏斗颈尖嘴一侧未紧靠烧杯内
14、壁及所加液体过多。(4)以石墨作电极电解 CuSO4 溶液，阳极电极反应式为 2H2O4e=4HO2，故阳极产物为 O2、H2SO4；操作由硫酸铜溶液制胆矾的主要步骤为加热浓缩、冷却结晶、过滤。(5)操作得到的H2SO4 可以利用到反应中，所以第三处循环的试剂为H2SO4；NH4Cl水解溶液呈酸性，可以中和溶液中的OH，防止由于溶液中的c(OH)过高，生成Cu(OH)2沉淀。答案(1)作氧化剂 过滤(2)Cu(NH3)24 2RH=2NH4 2NH3CuR2 分液漏斗 ab(3)RH 分液漏斗下端尖嘴未紧靠烧杯内壁、液体过多(4)O2、H2SO4 加热浓缩、冷却结晶、过滤(5)H2SO4 防止
15、由于溶液中的 c(OH)过高，生成 Cu(OH)2 沉淀【解题策略】1.化工流程题中表述性词汇的作用 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)“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
16、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。2.解题思路 明确流程目的分析条件和性质结合问题、联系原理答题注意模式，抓住要点。微题型二 以分离提纯为目的的工艺流程【示例2】(2015课标全国卷，27)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
17、)的工艺流程如图所示：题型示例 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)，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
18、学 方 程式表 示 制备过程_。思维提示(1)Mg2B2O5H2O与硫酸反应生成H3BO3、MgSO4，配平即可。为提高浸出速率，可以从温度(升高温度)、浓度、增大接触面积(将矿石粉碎)等角度分析。(2)Fe3O4 具有磁性，可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO2不溶于 H2SO4，CaO 与 H2SO4 生成 CaSO4 微溶于水，所以“浸渣”中还有 SiO2 和 CaSO4。此时溶液中除 H3BO3 外还有 MgSO4(由(1)中反应生成)、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3。(3)“净化除杂”先加 H2O2 的目的是将 Fe2氧化为 Fe3，然后再通过调节 pH 促进
19、 Fe3、Al3水解生成 Fe(OH)3、Al(OH)3 沉淀而除去。(4)“粗硼酸”中的主要杂质是没有除去的 MgSO4。(5)NaBH4由 Na和 BH4 组成。其中的氢显1 价，1 价的 H 具有较强的还原性。(6)以硼酸和金属镁为原料可制备单质硼的过程是：H3BO3 分解生成 B2O3，结合铝热反应知识可知 B2O3 与金属镁发生置换反应生成单质 B。答案(1)Mg2B2O5H2O2H2SO4=2MgSO42H3BO3 提高反应温度、减小铁硼矿粉粒径(2)Fe3O4 SiO2 和 CaSO4(3)将 Fe2氧化为 Fe3 使 Al3和 Fe3形成氢氧化物沉淀而除去(4)(七水)硫酸镁(
20、6)2H3BO3=B2O33H2O、B2O33Mg=2B3MgO【解题策略】1.物质分离提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯的物质。(3)易分离：被提纯物与杂质易于分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成、状态。2.明确常用的提纯方法(1)水溶法：除去可溶性杂质。(2)酸溶法：除去碱性杂质。(3)碱溶法：除去酸性杂质。(4)氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。(5)加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。(6)调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的Fe3等。3.明确常用的分离方法(1)过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(
21、2)萃取和分离：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。(3)蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(4)冷却结晶：提取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。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。(6)冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的氨气。1.(2013全国新课标，27)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
22、杂质的流程如下：题型精练 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 本题实际是利用化学方法对 ZnO 提纯，就是要除去Fe()、Mn()、Ni()。综合流程
23、信息、提示信息，显然除去Fe()、Mn()是在步进行的，Fe2被 KMnO4 氧化为 Fe3，在 pH 5 的条件下，Fe3生成 Fe(OH)3 沉淀，Mn2被 KMnO4氧化生成 MnO2 沉淀。除 Ni()是在步进行，发生了 Ni()与 Zn 的置换反应。、是将 Zn2(aq)转化为沉淀，重新生成ZnO。(3)中检验沉淀是否洗涤干净，就是检验洗液中是否还含有滤液中的某种离子，显然检验 SO24 比较合理。(4)中写出分解化学方程式，列比例式计算即可，ZnCO3xZn(OH)2=(x1)ZnOCO2xH2O12599x 81(x1)11.2 8.1解得 x1。答案(1)Fe2和 Mn2 Mn
24、O4 3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO4 3Mn22H2O=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)取少量的最后一次水洗液于试管中，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.(2015山东理综，32)工业上利用氨氧化获得的高浓度NOx气体(含NO、NO2)制备NaNO2、NaNO3，工艺流程如下：已知：Na2CO3NONO2=2NaNO2CO2(1)中 和 液 所 含 溶 质 除 NaNO2 及 少 量 Na2CO3 外，还 有_(填化学式)。(2)中和液进行蒸发操作时
25、，应控制水的蒸发量，避免浓度过大，目的是_。蒸发产生的蒸气中含有少量NaNO2等有 毒 物 质，不 能 直 接 排 放，将 其 冷 凝 后 用 于 流 程 中 的_(填操作名称)最合理。(3)母液进行转化时加入稀HNO3的目的是_。母液需回收利用，下列处理方法合理的是_。a.转入中和液b.转入结晶操作 c.转入转化液d.转入结晶操作(4)若将NaNO2、NaNO3两种产品的物质的量之比设为21，则生产1.38吨NaNO2时，Na2CO3的理论用量为_吨(假定Na2CO3恰好完全反应)。解析(1)NO2 与Na2CO3 反应有NaNO3 生成。(2)中和液进行蒸发操作的目的是使NaNO2结晶析出
26、，使NaNO3留在母液中，若水的蒸发量大，溶液浓度过大时，NaNO3有可能析出。蒸发产生的蒸气中含有少量的NaNO2等有毒物质，不能直接排放，将其冷凝后用于流程中的溶碱最合理。(3)母液进行转化时加入稀HNO3可将NaNO2 氧化为NaNO3。母液中的溶质主要是NaNO3，将其转入转化液或转入结晶操作以达到原料循环利用的目的，可以提高产率，所以合理处理的方法选c、d。(4)1.38吨NaNO2的物质的量为：1.38106 g69 g/mol2104 mol，则生成的NaNO3物质的量为：1104mol，根据Na原 子 守 恒，则 Na2CO3 的 理 论 用 量 1/2(2104 1104)mol106 g/mol1.59106g1.59吨。答案(1)NaNO3(2)防止NaNO3的析出 溶碱(3)将NaNO2氧化为NaNO3 c、d(4)1.59【思维建模】化工流程题解题方法 首尾分析法 对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
