1、1第 8 章专题-化工流程题的解题指导李仕才考纲研读 1.从试题提供的新信息中，准确地提取实质性内容，并经与已有知识块整合，重组为新知识块的能力。2.将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.将分析和解决问题的过程及成果，用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并做出解释的能力。一、工业流程题的结构二、工业流程题分类突破题型一 物质制备类化工流程题1核心反应陌生方程式的书写关注箭头的指向：箭头指入反应物，箭头指出生成物。(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律，判断产物，配平。(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。2原料的预处理
2、(1)溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等。水浸 与水接触反应或溶解浸出 固体加水(酸)溶解得到离子酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少(更多转化)(2)灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解。23常用的控制反应条件的方法(1)调节溶液的 pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节 pH 所需的物质一般应满足两点：能与 H 反应，使溶液 pH 增大；不引入新杂质。例如：若要除去 Cu2 中混有的 Fe3 ，可加入 CuO、CuCO 3、Cu(OH) 2、Cu 2(
3、OH)2CO3等物质来调节溶液的 pH，不可加入 NaOH 溶液、氨水等。(2)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。(3)趁热过滤。防止某物质降温时会析出。(4)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。例 1 (2016全国卷，28)NaClO 2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 的化合价为_。(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_、_。 “电解”中
4、阴极反应的主要产物是_。(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。NaClO 2的有效氯含量为_。(计算结果保留两位小数)解题流程第一步：读题目，明确目的制备 NaClO2第二步：审流程，分块破题拆分工艺流程3第三步：看设问，结合题中的问题，回到流程图中找答案。得分秘籍(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答
5、；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。答案 (1)3 (2)2NaClO 3H 2SO4SO 2=2NaHSO42ClO 2(3)NaOH 溶液 Na 2CO3溶液 ClO (或 NaClO2) (4)21 O 2(5)1.57 2题型二 提纯类化工流程题1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：如除去酸性溶液中的 Fe3 等。2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
6、要采用趁热过滤或者抽滤等方法。(2)萃取和分液：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、FeCl 3、CuCl 2、CuSO 45H2O、FeSO 47H2O 等。(5)蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇或甘油。(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。例 2 (2017合肥模拟)高纯活性氧化锌可用于光催化、光电极、彩色显影等领域。以工
7、业级氧化锌(含 Fe2 、Mn 2 、Cu 2 、Ni 2 、Cd 2 等)为原料，用硫酸浸出法生产高纯活性氧化锌的工艺流程如下：已知 KspFe(OH)34.010 38 。回答下列问题：(1)浸出时，为了提高浸出效率可采用的措施有(写两种)：_。4(2)氧化时，加入 KMnO4溶液是为了除去浸出液中的 Fe2 和 Mn2 (溶液中 Mn 全部转化为 MnO2)，请配平下列除去 Fe2 的离子方程式：MnO Fe 2 _= =MnO2Fe(OH) 3H 4(3)加入锌粉的目的是_。(4)已知 H2SO4浸出液中， c(Fe2 )5.04mgL 1 、 c(Mn2 )1.65mgL 1 。加入
8、 KMnO4溶液反应一段时间后，溶液中 c(Fe3 )0.56mgL 1 ，若溶液 pH3，则此时Fe3 _(填“能”或“不能”)生成沉淀。若要除尽 1m3上述浸出液中的 Fe2 和 Mn2 ，需加入_gKMnO 4。解析 (1)为 了 提 高 浸 出 效 率 ， 可 以 适 当 增 大 硫 酸 浓 度 、 搅 拌 、 将 固 体 粉 碎 、 提 高 浸 出 温 度 等 。(2)锰 元 素 由 7 价 降 低 到 4 价 ， 而 铁 元 素 由 2 价 升 高 到 3 价 ， 根 据 得 失 电 子 守 恒 、 原 子守 恒 和 电 荷 守 恒 配 平 方 程 式 。 (3)加 入 锌 粉 的
9、 目 的 是 消 耗 溶 液 中 的 H ， 调 节 溶 液 pH， 促 进 溶液 中 的 Cu2 、 Ni2 、 Cd2 等 形 成 沉 淀 而 除 去 。 (4) c(Fe3 ) 1.010 5molL 1， 此 时 溶 液 中 c(OH )0.56 10 3 gL 156 gmol 1 1.010 11molL 1， c(Fe3 )c3(OH ) 1.010 38 KspFe(OH)3， 故 不 能 生 成 Fe(OH)3沉 淀 。 加 入 KMnO4将 Fe2 和 Mn2 分 别 氧 化 为 Fe3 和 MnO2， 而 KMnO4被 还 原 为 MnO2， 根 据 得 失 电 子 守
10、恒 可知 ， 加 入 KMnO4的 质 量 为158 5.04 10 3 gL 156 gmol 1 1 000 L 1.65 10 3 gL 155 gmol 1 2 1 000 L3gmol 1 7.9 g。答案 (1)将工业级氧化锌粉碎、搅拌，增大硫酸浓度(其他合理答案也可) (2)1 3 7 H 2O 1 3 5(3)调节溶液 pH，除去溶液中的 Cu2 、Ni 2 、Cd 2 等(4)不能 7.91(2015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、Al 2O3和 SiO2等)为原料制
11、备硼酸(H 3BO3)的工艺流程如图所示：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_5_(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(NaBH 4)，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
12、示制备过程：_。答案 (1)Mg 2B2O5H2O2H 2SO4 2MgSO42H 3BO3 提高反应温度、减小铁硼矿粉= = = = = 粒径(2)Fe3O4 SiO 2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(5)(6)2H3BO3 B2O33H 2O、B 2O33Mg 2B3MgO= = = = = = = = = = 解析 (1)Mg 2B2O5H2O 与硫酸反应生成 H3BO3、MgSO 4，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)Fe 3O4具有磁性
13、，可以利用铁块将其从“浸渣”中吸出。SiO 2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、Fe 2(SO4)3、FeSO 4、Al 2(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 Fe3 、Al 3 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)NaBH 4由 Na 和 BH 组成。其中的氢显1 价，1 价的 H 具有较强的还原 4性。
14、(6)以硼酸和金属镁为原料制备单质硼的过程：H 3BO3分解生成 B2O3，B 2O3与金属镁发生置换反应生成单质 B。2软锰矿的主要成分为 MnO2，还含有 Fe2O3、MgO、Al 2O3、CaO、SiO 2等杂质，工业上用软锰矿制取 MnSO4H2O 的流程如下：6已知：部分金属阳离子完全沉淀时的 pH 如下表金属阳离子 Fe3 Al3 Mn2 Mg2完全沉淀时的 pH 3.2 5.2 10.4 12.4温度高于 27时，MnSO 4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。(1)“浸出”过程中 MnO2转化为 Mn2 的离子方程式为_。(2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是_。(3)第
15、 1 步除杂中形成滤渣 1 的主要成分为_(填化学式)，调 pH 至 56 所加的试剂，可选择_(填以下试剂的序号字母)。aCaO bMgOcAl 2O3 d氨水(4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg 2 转化为相应氟化物沉淀除去，写出 MnF2除去 Mg2 的离子反应方程式：_，该反应的平衡常数数值为_。(已知：MnF 2的 Ksp5.310 3 ；CaF 2的 Ksp1.510 10 ；MgF 2的 Ksp7.410 11 )(5)采用“趁热过滤”操作的原因是_。(6)取少量 MnSO4H2O 溶于水，配成溶液，测其 pH 发现该溶液显酸性，原因是_(用离子方程式表示)。答案 (1
16、)MnO 2SO 2=SO Mn 224(2)将 Fe2 氧化为 Fe3(3)Al(OH)3、Fe(OH) 3 ab(4)MnF2Mg 2 ?Mn2 MgF 2 7.210 7(5)减少 MnSO4H2O 在水中的溶解，得到更多产品(6)Mn2 2H 2O?Mn(OH)22H 解析 (1)“浸出”过程中 MnO2与 SO2发生氧化还原反应，离子方程式为MnO2SO 2=SO Mn 2 。24(2)第 1 步除杂中加入 H2O2的目的是将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3 ，以便于形成 Fe(OH)3沉淀，过7滤将沉淀除去。(3)第 1 步除杂时调整溶液的 pH 在 56，可以使溶液中的 Al3
17、、Fe 3 分别形成 Al(OH)3、Fe(OH) 3沉淀，所以形成滤渣 1 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH) 3；在调 pH 至 56 时，为了不引入新的杂质离子，所加的试剂应该可以与酸发生反应，可选择含有 Ca2 、Mg 2 的化合物CaO、MgO，a、b 正确。(4)第 2 步除杂，主要是将 Ca2 、Mg 2 转化为相应氟化物沉淀除去，MnF 2除去 Mg2 的离子反应方程式是 MnF2Mg 2 ?Mn2 MgF 2；该反应的平衡常数 K cMn2 cMg2 cMn2 c2F cMg2 c2F 7.210 7。KspMnF2KspMgF2(5)由已知温度高于 27 时，MnS
18、O 4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低，故采用“趁热过滤”操作可以减少 MnSO4H2O 在水中的溶解，得到更多产品。(6)MnSO4是强酸弱碱盐，Mn 2 发生水解反应。3(2016全国卷，28)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V 2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废矾催化剂中回收 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物质 V2O5 V2O4 K2SO4 SiO2 Fe2O3 Al2O3质量分数/% 2.22.9 2.83.1 2228 6065 12 1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
19、_，同时 V2O4 2转化成 VO2 。 “废渣 1”的主要成分是_。(2)“氧化”中欲使 3mol 的 VO2 变为 VO ，则需要氧化剂 KClO3至少为_mol。 2(3)“中和”作用之一是使钒以 V4O 形式存在于溶液中。 “废渣 2”中含有_。412(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为 4ROHV 4O R4V4O124OH (ROH 为强碱性阴412 ?离 子 交 换 洗 脱离子交换树脂)。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(NH 4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式_。答
20、案 (1)V 2O52H =2VO H 2O SiO 2(2)0.5 (3)Fe(OH) 3、Al(OH) 3 (4)碱 (5)K 28(6)2NH4VO3 V2O5H 2O2NH 3= = = = =高 温 解析 (1)“酸 浸 ”时 V2O5转 化 为 VO ， 前 后 V 元 素 化 合 价 不 变 ， 说 明 没 有 发 生 氧 化 还 原 反 应 ， 2则 反 应 的 离 子 方 程 式 为 V2O5 2H =2VO H2O。 由 于 SiO2与 H2SO4不 反 应 ， 故 “废 渣 1”的 主 要 2成 分 为 SiO2。 (2)VO2 变 为 VO ， V 的 化 合 价 由
21、4 价 升 高 到 5 价 ， 转 移 1e ， 而 氧 化 剂 KClO3 2则 被 还 原 为 KCl， 化 合 价 由 5 价 降 低 为 1 价 ， 转 移 6e ， 故 欲 使 3 mol VO2 变 为 VO ， 需 氧 化 2剂 KClO3的 物 质 的 量 至 少 为 3 mol16 0.5 mol。 (3)酸 浸 并 用 KClO3氧化后的溶液中含有的Fe3 、Al 3 ，在“中和”时生成 Fe(OH)3、Al(OH) 3沉淀，所以“废渣 2”中含有 Fe(OH)3、Al(OH) 3。(4)由题意知逆反应是“洗脱” ，在碱性环境中有利于向“洗脱”方向进行，故淋洗液应呈碱性。(5)由于前面加入了 KClO3、KOH，所以“流出液”中阳离子最多的是 K 。(6)根据原子守恒可知偏钒酸铵“煅烧”生成五氧化二钒、氨气和水蒸气，发生反应的化学方程式为2NH4VO3 V2O5H 2O2NH 3。= = = = =高 温
