1、专题讲座二 无机化工流程题解题方法指导一、解题策略化工流程中常见的操作与名词化工流程题目在流程上一般分为 3 个过程： 原 料 处 理 分 离 提 纯 获 得 产 品(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词加快反应速率溶解：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)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)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、分解控制反应条件的方法(2)分离提纯阶段的常见考点调 pH 值除杂a控制溶液的酸碱性使其
2、中某些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 3.7Fe(OH)2 7.6 9.6Mn(OH)2 8.3 9.8若要除去 Mn2 溶液中含有的 Fe2 ，应该怎样做？提示：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：能与 H 反应，使溶液 pH 值增大；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、Cu 2(OH)2CO3 等物质来调节溶液的 pH 值。试剂除杂加热：加快反应速率或促进平衡向
3、某个方向移动如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的 NaHCO3；还有如 H2O2、Ca(HCO 3)2、KMnO 4、AgNO 3、HNO 3(浓)等物质。降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解) 、为使化学平衡向着题目要求的方向移动萃取(3)获得产品阶段的常见考点洗涤(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的溶解损耗。蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出 FeCl3、AlCl 3、MgCl 2 等溶质时，应在 HCl 的气流中加热，以防其水解。蒸发浓缩、冷却结晶：如除去 KNO3 中的少量 NaCl。蒸发结晶、
4、趁热过滤：如除去 NaCl 中的少量 KNO3。重结晶(4)其他常见考点化学方程式 实验仪器 计算 信息 二、热点题型探究热点 1 碱金属及其矿物的开发利用例 1 (2012广东理综，32)难溶性杂卤石(K 2SO4MgSO42CaSO42H2O)属于“呆矿” ，在水中存在如下平衡：K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s) 2Ca2 2K Mg 2 4SO 2H 2O24为能充分利用钾资源，用饱和 Ca(OH)2 溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：(1)滤渣主要成分有_和_以及未溶杂卤石。(2)用化学平衡移动原理解释 Ca(OH)2 溶液能溶解杂卤石浸出 K 的原因：_。(3)“除
5、杂”环节中，先加入_溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入 _溶液调滤液 pH 至中性。(4)不同温度下，K 的浸出浓度与溶浸时间的关系见下图。由图可得，随着温度升高，_，_。(5)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：CaSO 4(s)CO CaCO3(s)23SO 24已知 298 K 时，K sp(CaCO3)2.8010 9 ，K sp(CaSO4)4.9010 5 ，求此温度下该反应的平衡常数 K(计算结果保留三位有效数字)。解析 解题时，要依据制备 K2SO4 的工艺流程， 结合物质的分离与提 纯的原则进行分析。(1)杂卤石中加入 Ca(OH)2 溶液，Mg 2 与 OH 结
6、合生成 Mg(OH)2 沉淀，CaSO 4 微溶于水，过滤后，滤渣中含有 Mg(OH)2、CaSO4 及未溶解的杂卤石。(2)加入 Ca(OH)2 溶液，Mg 2 与 OH 结合生成 Mg(OH)2 沉淀，使 c(Mg2 )减小，杂卤石的溶解平衡正向移动，同时 c(Ca2 )与 c(SO )均增大，从而析出 CaSO4 沉淀， K 留在滤液中。24(3)滤液中含有 Ca2 、OH ，可先加入过量 K2CO3 溶液，除去 Ca2 ，过滤后，再加入稀 H2SO4调节溶液的 pH 至中性。(4)由图可知，随着温度升高，溶浸平衡向右移动， K 的溶浸速率增大。(5)CaSO4(s)CO CaCO3(s
7、)SO 的平衡常数 K 。CaCO3(s)、CaSO4(s)分23 24cSO24cCO23别存在沉淀溶解平衡：CaCO 3(s) Ca2 (aq)CO (aq)，CaSO4(s) Ca2 (aq)SO (aq)，23 24则有 Ksp(CaCO3)c(Ca 2 )c(CO )2.8010 9 ，Ksp(CaSO4)c(Ca 2 )c(SO )23 244.9010 5 ，那么 K 1.7510 4。cSO24cCO23KspCaSO4cCa2 KspCaCO3cCa2 KspCaSO4KspCaCO3 4.9010 52.8010 9答案 (1)Mg(OH) 2 CaSO 4(2)加入 Ca
8、(OH)2 溶液，Mg 2 与 OH 结合生成 Mg(OH)2 沉淀，Mg 2 浓度减小，平衡正向移动，K 增多(3)K2CO3 H 2SO4(4)溶浸平衡向右移动 K 的溶浸速率增大(5)CaSO4(s)CO CaCO3(s)SO 的平衡常数 K ，据 Ksp(CaSO4)、23 24cSO24cCO23Ksp(CaCO3)可知，c(SO ) ，c(CO ) ，则有 K 24KspCaSO4cCa2 23 KspCaCO3cCa2 cSO24cCO23 1.7510 4。KspCaSO4KspCaCO3 4.9010 52.8010 9要求用理论回答的试题，应采用 “四段论法”：改变了什么条
9、件 (或是什么条件)根据什么理论有什么变化得出什么结论。精练 1 KNO 3 是重要的化工产品，下面是一种已获得专利的 KNO3 制备方法的主要步骤：(1)反应中，CaSO 4 与 NH4HCO3 的物质的量之比为 12，该反应的化学方程式为_。(2)反应需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是_；从反应所得混合物中分离出 CaSO4 的方法是趁热过滤，趁热过滤的目的是_。(3)检验反应所得 K2SO4 中是否混有 KCl 的方法是：取少量 K2SO4 样品溶解于水，_。(4)整个流程中，可循环利用的物质除(NH 4)2SO4 外，还有_(填化学式) 。答案 (1)CaSO 42NH 4HCO
10、3=CaCO3(NH 4)2SO4H 2OCO 2(2)加快化学反应速率，分离 NH4Cl 与 K2SO4 防止 KNO3 结晶，提高 KNO3 的产率(3)加入 Ba(NO3)2 溶液至不再产生沉淀，静置，向上层清液中滴加 AgNO3 溶液，若有沉淀生成，说明 K2SO4 中混有 KCl (4)CaSO 4、KNO 3热点 2 镁、铝及其矿物的开发利用例 2 2013江苏，16(1)(2)(3)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：(1)MgCO3 与稀硫酸反应的
11、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)。解析 明晰流程中物质转化过程：答案 (1)MgCO 32H =Mg2 CO 2H 2O(2)2FeSO4H 2O2H 2SO4=Fe2(SO4)32H 2O(3)Fe(OH)3首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序) 试题，首先 对比分析生产流程示意图中的第一种物质(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，弄清生产流程过程中原料 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。关键在
12、于认真对比分析原料与产品的组成，从中找出将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕 生产主线所设计的系列问题 也就可以解答了。精练 2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上 60%的镁是从海水中提取的。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含 Na 、Mg 2 、Cl 、Br 等) 中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：回答下列问题：(1)工业上从盐卤中获取 Mg(OH)2 用石灰乳而不用 NaOH 溶液的原因是_。(2)从过程得到的 Mg(OH)2 沉淀中混有少量的 Ca(OH)2，除去少量 Ca(OH)2 的方法是
13、先将沉淀加入到盛有_溶液的烧杯中，充分搅拌后经_、_(填操作方法) 可得纯净的 Mg(OH)2。(3)下图是该兴趣小组设计进行过程的实验装置图：其中装置 A 的作用是_。(4)写出过程中发生反应的化学方程式_ 。答案 (1)石灰乳原料丰富，成本低(2) MgCl2 过滤 洗涤(3)制备干燥的 HCl 气体(4) MgCl2(熔融) Mg Cl 2= = = = =通 电 热点 3 铁、铜及其矿物的开发利用例 3 工业上由黄铜矿( 主要成分为 CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：(1)步骤是在反射炉中进行的。把黄铜矿和石英砂混合加热到 1 000 左右，黄铜矿与空气反应生成 Cu 和 Fe 的低
14、价硫化物，且部分 Fe 的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是_、_。(2)步骤是在转炉中发生的。冰铜含 Cu 量为 20%50%。转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)，在 1 200 左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的 Cu2S 被氧化为 Cu2O。生成的 Cu2O 与 Cu2S反应，生成含 Cu 量约为 98.5%的泡铜，该过程发生反应的化学方程式分别是_、_。气体 A 中的大气污染物可选用下列试剂中的_(填字母)吸收。a浓硫酸 b稀硝酸cNaOH 溶液 d氨水(3)步骤是由泡铜冶炼粗铜的反应，反应方程式为_ 。(4)用稀硝酸浸泡熔渣 B，取少量所得溶液，滴加 KSCN 溶
15、液后呈血红色，说明溶液中存在_(填离子符号)，检验溶液中还存在 Fe2 的方法是_(注明试剂、现象) 。解析 (1)根据问题(1) 信息中的反应物和生成物以及氧化还原反应的规律可写出两个化学方程式。(2)气体 A 中含有 SO2，SO2 是酸性氧化物，选用碱性溶液吸收。(3)由泡铜制取粗铜，是 Cu2O 和 Al 发生氧化还原反应，根据氧化还原反应的配平方法进行配平可得化学反应方程式为 3Cu2O2Al 高温,Al 2O36Cu 。(4)向溶液中滴加 KSCN 溶液，溶液呈血红色，可推知溶液中一定含有 Fe3 ；要检验溶液中还含有 Fe2 ，可利用其还原性，具体操作：取适量酸性 KMnO4 溶
16、液置于试管中，滴入几滴该溶液，若酸性 KMnO4 溶液褪色或颜色变浅，说明该溶液中含有 Fe2 。答案 (1)2CuFeS 2O 2 高温,Cu 2S2FeS SO 22FeS3O 2 高温 ,2FeO2SO 2(2)2Cu2S3O 2 高温,2Cu 2O2SO 22Cu2OCu 2S 高温,6CuSO 2 cd(3)3Cu2O2Al 高温,Al 2O36Cu(4)Fe3 可取适量酸性 KMnO4 溶液置于试管中，滴入几滴该溶液，若酸性 KMnO4 溶液褪色或颜色变浅，说明该溶液中含有 Fe2解答无机化工流程图题的策略1粗读题干，挖掘图示。图示中一般会呈现超出教材范围的知识，但 题目中往往会有
17、提示或者 问题中不涉及，所以一定要关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程 图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。如制备类无机化工题，可粗读试题，知道题目制取什么、大致流程和有什么提示等。2携带问题，精读信息。这里信息包括三个方面：一是主干，二是流程图示，三是 设 置问题。读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(“进入”与“流出”)、实验操作方法等。3跳跃思维，规范答题。答题时应注意前后问题往往没有“相关性” ，即前一 问未答出，不会影响后面答题。精练 3 实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量 FeS、SiO 2 等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO
18、47H2O)，主要工艺流程如下。(1)将过程产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是_( 填字母)。A品红溶液 B紫色石蕊溶液C酸性 KMnO4 溶液 D溴水(2)过程中，FeS 、O 2 和 H2SO4 反应的化学方程式为_。(3)过程中需加入的物质是_。(4)过程中，蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯、三脚架外，还需要_。(5)过程调节 pH 可选用下列试剂中的 _(填字母)。A稀硫酸 BCaCO 3 C NaOH 溶液答案 (1)ACD(2)4FeS3O 26H 2SO4=2Fe2(SO4)36H 2O4S(3)铁粉 (4)蒸发皿、玻璃棒 (5)C解析 (1)SO 2 具有漂白性，能使品红褪
19、色，SO 2 有还原性，能被酸性 KMnO4 溶液、溴水氧化，而使它们褪色。(3)溶液 X 为 Fe2(SO4)3，需加入 还原剂将 Fe3 还原为 Fe2 ，又不 带入杂质离子，故需加入铁粉。(5) 过程中需将酸消耗而调高 pH，而 CaCO3 跟硫酸反应会生成微溶于水的 CaSO4，阻止反应的继续进 行。热点 4 其他金属及化合物的制取例 4 硫酸铅(PbSO 4)广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿(PbS)直接制备硫酸铅粉末的流程如下：已知：()PbCl 2(s)2Cl (aq) PbCl (aq) H0 4()K sp(PbSO4)1.0810 8 ， Ksp(PbCl
20、2)1.610 5()Fe 3 、Pb 2 以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的 pH 值分别为 3.2、7.04(1)步骤中生成 PbCl2 和 S 的离子方程式为_ ，加入盐酸的另一个目的是为了控制 pH 值在 0.51.0，原因是_。(2)用化学平衡移动的原理解释步骤中使用冰水浴的原因_。(3)写出 PbCl2 晶体转化为 PbSO4 沉淀的离子方程式_。(4)请用离子方程式解释滤液 2 加入 H2O2 可循环利用的原因_，滤液 3 是_。(5)铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的 PbSO4 分别转化为 PbO2 和 Pb，充电时阴极的电极反应式为_。解题指导 该题是以考查物质转
21、化关系为目的的化工流程题。解答这类试题关键是能整合题干、流程和问题中的信息，确定每一步的反应物和生成物，最后再依据化学反应原理，逐一解答问题。如该题第(1)问：从流程和问题信息可得到步骤的物质变化是 Fe3 氧化 PbS 生成单质硫，本身被还原为 Fe2 ，从而顺利写出该步反应的离子方程式。结合已有知识和已知信息( )可知 Fe3 、Pb2 易水解，即可从水解平衡移动的角度回答加盐酸的目的。第(2)问：结合已知()信息和步骤获得的产品为 PbCl2 晶体，回答冰水浴的目的肯定要从平衡逆向移动的角度突破。第(3)问结合已知() 信息，步 骤是沉淀的 转化。答案 (1)PbS2Fe 3 2Cl =
22、PbCl22Fe 2 S 抑制 Fe3 、Pb 2 的水解(2)PbCl2(s)2Cl (aq) PbCl (aq)为吸热反应，冰水浴降低温度，平衡逆向移动，使 PbCl 4不断转化为 PbCl2 晶体而析出 4(3)PbCl2(s)SO (aq) PbSO4(s)2Cl (aq)24(4)2Fe2 H 2O22H =2Fe3 2H 2O 盐酸(5)PbSO42e =PbSO 24精练 4 2013山东理综，30(2)TiO 2 既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。工业上由钛铁矿(FeTiO 3)(含 Fe2O3、SiO 2 等杂质)制备 TiO2 的有关反应包括：酸溶
23、FeTiO 3(s)2H 2SO4(aq)=FeSO4(aq)TiOSO 4(aq)2H 2O(l)水解 TiOSO 4(aq)2H 2O(l) H2TiO3(s)H 2SO4(aq)= = = = =90 简要工艺流程如下：试剂 A 为_。钛液 需冷却至 70 左右，若温度过高会导致产品 TiO2 收率降低，原因是_。取少量酸洗后的 H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加 KSCN 溶液后无明显现象，再加 H2O2 后出现微红色，说明 H2TiO3 中存在的杂质离子是 _。这种 H2TiO3 即使用水充分洗涤，煅烧后获得的 TiO2 也会发黄，发黄的杂质是_(填化学式) 。答案 Fe 温度过高会导致 TiOSO4 提前水解，产生 H2TiO3 沉淀Fe 2 Fe 2O3解析 钛铁矿中的 Fe2O3 与硫酸反 应生成硫酸铁，加入试剂 A 后的其中一种产物是硫酸亚铁，则试剂 A 是铁粉。加入 KSCN 溶液后无明显现象，说明不含 Fe3 ，加入 H2O2 后变红说明含有 Fe2 。这种 H2TiO3 中含有 FeSO4，则煅烧后会产生少量的 Fe2O3 而使 TiO2显黄色。
