1、专题 19 化工流程无机化工流程题的特点：规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制。1. 流程的呈现主要有以物质转化为主线，以操作过程为主线，甚至有时候会以设备为主线。2. 这类题常围绕以下几个知识点进行设问： 反应速率与平衡理论的运用 反应物颗粒大小：反应速率、原料的利用率等温度：反应速率、物质的稳定性、物质的结晶等 氧化还原反应的判断、化学方程式或离子方程式的书写； 利用控制 pH 分离除杂； 化学反应的能量变化； 实验基本操作：除杂、分离、检验、洗涤、干燥等； 流程中的物质转化和循环，资源的回收和利用； 环境保护与绿色化学评价。原
2、料处理的方法和作用对原料进行预处理的常用方法及其作用：1. 粉碎、研磨：减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，加快反应速率。2. 水浸：与水接触反应或溶解。3. 酸浸：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸、浓硫酸等，与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。近年来，在高考题出现了“浸出”操作。在化工生产题中，矿物原料“浸出”的任务是选择适当的溶剂，使矿物原料中的有用组分或有害杂质选择性地溶解，使其转入溶液中，达到有用组分与有害杂质或与脉石组分相分离的目的。4. 浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)。5. 灼烧：除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海
3、带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质，将有机碘转化为碘盐。6. 灼烧、焙烧、煅烧：改变结构和组成，使一些物质能溶解；并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土和石灰石。例 1 工业上可用软锰矿（主要成分是 MnO2）和黄铁矿（主要成分是 FeS2）为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO 3） 。其工业流程如下：回答下列问题：（1）为了提高溶浸工序中原料的浸出率，除了可以搅拌、将矿石研磨粉碎以外，可以采取的措施有（写两条）_。（2）副产品 A 的化学式是_。（3）净化工序的目的是除去溶液中的 Cu2 、Ca 2 等杂质。若测得滤液中 c(F )0.01 molL1 ，则滤液中残留的
4、c(Ca2 )_已知：K sp(CaF2)1.4610 10 。（4）沉锰工序中，加入 NH4HCO3后有无色无味的气体放出，同时有浅红色的沉淀生成，发生反应的离子方程式是_；沉锰工序中判断沉淀已经洗涤干净的实验操作是_。（5）已知 MnCO3难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，100开始分解。工业上一般用少量 C2H5OH 洗涤的原因是_。（6）溶浸过程中发生的主要反应如下，请完成并配平该反应的离子方程式：_ FeS2_ MnO2_ _ Fe3 _ Mn2 _ SO42 _ ，_【答案】适当升高温度、适当提高稀硫酸的浓度 (NH4)2SO4 1.4610-6molL-1 Mn2+2HCO 3
5、-MnCO 3CO 2H 2O 取最后一次洗涤液，加入几滴 BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净 防止 MnCO3潮湿时被空气氧化、便于在温度低于 100干燥 2FeS215MnO 228H +2Fe 3+15Mn 2+4SO 4214H 2O 【名师点睛】化学反应速率和化学平衡理论是重要的化学原理。影响化学反应速率的因素有浓度、温度、压强、催化剂等。对于固体来说，其浓度不变，所以要使反应速率加快，可通过将固体粉碎成细小的颗粒、搅拌等方法进行。外界条件对化学平衡移动的影响可通过勒夏特列原理进行分析，但是平衡移动的趋势是微弱的。要会根据反应方程式分析判断物质的转化率的大小，转化率大的反应
6、速率不一定快，物质的转化率大小与反应快慢是不同的概念，要掌握其区别与联系。要会根据方程式中相应物质之间的关系进行有关物质的量的化学计算。本题将化学反应速率、化学平衡、电解原理、滴定方法的应用综合一起考查，反映了考生的综合应用知识分析、解决问题的能力。验条件的控制和目的一. 掌握核心化学反应1. 元素及其化合物知识：化工生产将原料转变成产品的过程，也是物质经历相互转化的过程。理解物质之间的转化关系，就要用到元素及其化合物的相关知识。一般围绕铁、铜、铝、镁、氯、硫、磷、硅等元素的单质或化合物的工业制备来进行命题，需要掌握这些元素及其化合物的知识2. 还要掌握有关化工生产的知识，熟悉的有纯碱工业、氨
7、工业、硅单质的制备、氯碱工业、海水中提取镁、海水中提取溴等；3. 化学反应原理：化工生产中把原料转变成产品的过程就是化学反应的过程，从化学反应原理的角度选择原料、控制条件和选择设备等，是化工生产的基本思路。化学反应原理的相关知识包括质量守恒定律、化学反应速率、化学平衡、电化学、化学热力学等，做到能综合运用这些知识分析化工生产中化学反应的情况。 调节溶液的 pH 值：使某些离子转变为沉淀而达到分离的目的，抑制某些离子的水解，防止某些离子的氧化等。在题目中常以表格形式给出信息。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
8、 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。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。调节溶液的 pH：“酸作用还可以除去氧化物（膜） ；“碱作用”还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝、二氧化硅。 控制体系的温度a控制低温：防止物质的分解，如 NaHCO3、NH 4HCO3、H 2O
9、2、HNO 3(浓)等；防止物质的挥发，如盐酸、醋酸等；抑制物质的水解，如冰水洗涤，以防止洗涤过程中的溶解损耗；增大气体反应物的溶解度，使其被充分吸收；b采取加热：加速某固体的溶解，加快反应速率；减少气体生成物的溶解并使其逸出；使平衡向需要的方向移动；趁热过滤，防止某物质降温时因析出而损耗或带入新的杂质；c控制范围：确保催化剂的催化效果，兼顾速率和转化率，追求更好的经济效益，防止副反应发生等。二. 明确反应原理注意每一步在什么条件下，发生了什么反应，生成了什么物质，这些物质分别到哪里去了。如转化成了沉淀还是气体或生成了其他物质。例 2 硼、镁及其化合物在工农业生产中应用广泛。已知：硼镁矿主要成
10、分为 Mg2B2O5H2O，硼砂的化学式为 Na2B4O710H2O。利用硼镁矿制取金属镁及粗硼的工艺流程为：回答下列有关问题：(1)硼砂中 B 的化合价为_，溶于热水后，常用 H2SO4调 pH 为 23 制取H3BO3，反应的离子方程式为_。X 为 H3BO3晶体加热脱水的产物，其与 Mg 制取粗硼的化学方程式为_。(2)MgCl27H2O 需要在 HCl 氛围中加热，其目的是_。若用惰性电极电解 MgCl2溶液，其总反应离子方程式为 _。(3)镁-H 2O2酸性燃料电池的反应机理为 Mg+H2O2+2H+Mg 2+2H2O，则正极反应式为_ 。(4)制得的粗硼在一定条件下生成 BI3，B
11、I 3加热分解可以得到纯净的单质硼。现将0.020g 粗硼制成的 BI3完全分解，生成的 I2用 0.30molL-1 Na2S2O3溶液滴定至终点，并选用指示剂，达到滴定终点的现象是_。消耗Na2S2O3溶液 18.00mL。该粗硼样品的纯度为 _。(提示：I2+2S2O32 =2I +S4O62 )【答案】+3 B4O72-+2H+5H2O4H 3BO3 3Mg+B2O3 2B+3MgO 防止 MgCl2水解生成 Mg(OH)2 2H2O+Mg2+2Cl- Cl2H 2+Mg(OH) 2 H2O2+2H+2e-2H 2O 当滴入最后一滴标准液时，溶液恰好由蓝色褪至无色，且半分钟不恢复原色
12、97.3% 【解析】 (1) 硼砂的化学式为 Na2B4O710H2O，根据化合价法则，钠元素为+1 价，氢元素为+1 价，氧元素为-2 价，所以硼砂中 B 的化合价为+3 价；硼砂溶于水，在酸性条件下生成 H3BO3，反应的离子方程式为：B 4O72-+2H+5H2O4H 3BO3；H 3BO3晶体加热脱水的产物为B2O3，B 2O3在通电条件下与镁发生置换反例 3 A 部分：由锆英砂(ZrO 2SiO2，还含少量 Fe2O3、 Al2O3、SiO 2等杂质)制备 ZrO2的流程如下：已知：ZrO 2在强碱性溶液中以 ZrO32-形式存在，在强酸性溶液中以 ZrO2+形式存在。部分金属离子在
13、实验条件下开始沉淀和完全沉淀的 pH 如下表。Mn+ Fe3+ Al3+ ZrO2+开始沉淀时 pH 1.9 3.3 6.2沉淀完全时 pH 3.8 5.6 8.0(1)操作 I 所需要的玻璃仪器为_，操作 I 除了得到溶液 a 还可得到_。(2)加氨水至溶液 a 中调节 pH 的的范围是_。(3)操作 II 会得到滤液 b 和滤渣 II，滤渣 II 分离过程如下：氧化物 B 的化学式为_。若试剂 X 为盐酸，缺点是_。(4)操作 III 除得到 Zr(OH)4外还得到某种溶液，向该溶液中加入 CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为_。(5)加入氨水至溶液 b 发生的离子方程
14、式为_。(6)为得到纯净的 ZrO2，Zr(OH) 4需要洗涤，检验 Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是_。B 部分：钛精矿是从钛铁矿或钛磁铁矿中采选出来，主要成分为 FeTiO3，是生产用途非常广泛的钛白粉的原料。以钛精矿石为原料制备金属钛的流程如下图所示(某些过滤过程已忽略)。已知强酸性溶液中，+4 价的钛元素以 TiO2+形式存在，金属钛不溶于稀非氧化性酸。回答下列问题：(1)步骤中加入铁屑的作用是_。(2)晶体 K 俗称绿矾，晶体 K 的化学式为_。(3)试写出溶液 C 加热制备钛酸沉淀的化学方程式_。(4)步骤加入过量的活性炭，则发生的化学方程式为_，已知 TiO2+2Cl2TiCl
15、4+O2为吸热反应，且该条件下反应也能够发生，为何制备 TiCl4过程中还要加入活性炭，试解释原因_。(5)气体 F 为氩气，F 的作用是_。(6)溶液 H 是_，作用为_。【答案】烧杯、漏斗、玻璃棒 H2SiO3 5.66.2 Al2O3 盐酸的量不易控制 2NH4+CaCO3 2NH3+Ca 2+CO2+H 2O ZrO2+2NH3H2O+H2O=Zr(OH)4+2NH 4+ 取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化的 AgNO3，未产生白色沉淀，则洗涤干净 防止 Fe2+被氧化 FeSO47H2O TiOSO4+2H2O H2TiO3+H 2SO4 TiO2+2Cl2+2C TiCl4+2CO 活
16、性炭与O2反应并放热，促进反应正向移动利于制备 TiCl4 做保护气 稀盐酸 溶解 MgCl2和未反应的 Mg，过滤后提纯金属钛 (3) C 为 TiOSO4溶液，加热后生成 H2TiO3固体和 H2SO4溶液，化学方程式：TiOSO4+2H2O H2TiO3+H 2SO4；综上所述，本题答案是：TiOSO 4+2H2O H2TiO3+H 2SO4。(4) 钛酸固体加热分解为 TiO2，TiO 2与氯气、活性炭反应生成四氯化钛，化学方程式为：TiO 2+2Cl2+2C TiCl4+2CO；已知 TiO2+2Cl2 TiCl4+O2为吸热反应，活性炭与 O2反应并放热，有利于反应向右移动，提高了
17、四氯化钛的产率；综上所述，本题答案是：TiO2+2Cl2+2C TiCl4+2CO；活性炭与 O2反应并放热，促进反应正向移动利于制备 TiCl4。 (5)气体 F 为氩气，性质稳定，做保护气；综上所述，本题答案是：做保护气。(6) TiCl4与镁反应生成金属钛和氯化镁，金属钛不溶于稀非氧化性酸；所以 H 溶液可以选择稀盐酸，溶解 MgCl2和未反应的 Mg，过滤后提纯金属钛；综上所述，本题答案是：稀盐酸； 溶解 MgCl2和未反应的 Mg，过滤后提纯金属钛。【名师点晴】无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活
18、应用在生产实际中解决问题的能力，所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质结合基础理论与实际问题思考注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。 （2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。 （3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：反应物是什么；发生了什么反应；该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。物质分离或提纯的方法化工生产过程中分离提纯、除杂等环
19、节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。1. 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、趁热过滤：如除去 NaCl 中的少量 KNO3。2. 溶解法：利用特殊溶剂把杂质溶解而除去，如 Fe(Al)可用过量的 NaOH 溶液而除去Al，CO 2(HCl、H 2O)先通过饱和食盐水，再通过浓 H2SO4。3. 沉淀法：a. 加合适的
20、沉淀剂(要使杂质离子充分沉淀，加入的沉淀剂必须过量，且在后续步骤中容易除去)；b. 调节溶液的酸碱性。4. 洗涤法：a.水洗；b.冰水洗；c.有机溶剂洗。其目的是：洗去目标物表面的杂质离子；减少目标物的溶解损耗或增大有机杂质的溶解量；防止目标物形成结晶水合物；使晶体快速干燥。例 4 MnSO4H2O 在工业、农业等方面有广泛的应用。软锰矿-黄铁矿硫酸浸出法是工业上制取硫酸锰的一种方法。（1）酸浸时主要反应为 15MnO2+2FeS2+14H2SO4= 15MnSO4 + Fe2(SO4)3 +14H2O，反应中被氧化的元素是_。酸浸时，硫酸过量的目的是：_；_。（2）加入 CaCO3可以将滤液
21、中的 Fe3+转化为 Fe(OH)3而除去，该反应的化学方程式为_。CaCO 3用量过大，对 MnSO4H2O 产量的影响是，_（填“升高” “降低”或“无影响”） 。（3）硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到 MnSO47H2O、MnSO 45H2O 和 MnSO4H2O。硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。从过滤所得的滤液中获得较高纯度 MnSO4H2O 的操作是：控制温度在 80 90 之间蒸发结晶，_，使固体 MnSO4H2O 与溶液分离，_、真空干燥。【答案】Fe、S（或铁、硫） 提高锰元素的浸出率 抑制 Mn2+水解 Fe2(SO4)3+3H2O + 3C
22、aCO3 = 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 3CO2 降低 趁热过滤 用 8090的蒸馏水洗涤 23 次 可循环物质的判断和流程评价一. 可循环物质的判断1. 流程图中回头箭头的物质。2. 生产流程中后面新生成或新分离的物质(不要忽视结晶后的母液)，可能是前面某一步反应的相关物质。二. 对整个工艺流程从下列几个方面进行评价1.体现绿色化学思想（使用无毒无害原料，采用原子利用率高的制备路线，原料的循环利用，副产物综合利用，节能，等） 。2. 高效节能方面（原料廉价，工艺简单，产品的纯度高，能耗低等） 。3. 生成物或副产物的污染。例 5 从工业含锌废渣（主要成分为 ZnO，还含有 Si
23、O2、Fe 3+、Cu 2+、Pb 2+等杂质）制取ZnCO32Zn(OH)2的一种工艺如下：（1）浸取前，需将含锌废渣粉碎并加水制成悬浊液（化浆） ，目的是_。（2）浸取时的温度控制在 30 ，原因是_。浸取后，ZnO 转化为Zn(NH 3)4CO3溶液，滤渣的主要成分为_。（3）除 Cu2+、Pb 2+时，也可加入(NH 4)2S 使其生成硫化物沉淀。已知 Ksp(CuS)=6.310 -36， Ksp(PbS)=8.010 -28，要使溶液中 Cu2+、Pb 2+的浓度均小于 1.010 -5 molL-1，则沉淀时需控制 S2-的浓度至少为_molL -1。（4）蒸氨时发生反应的化学方程式为_。（5）本工艺中可循环利用的物质为_。【答案】增大接触面积，加快浸取速率，提高锌元素的浸出率（答出任意一点即可） 温度太低，浸取反应速率慢；温度太高，NH 4HCO3分解（NH 3的溶解度减小） Fe(OH)3、SiO 2 8.010 -23 3Zn(NH3)4CO3 + 2H2O ZnCO32Zn(OH)2 + 12NH3+ 2CO2 NH3（多写 CO2不扣分）
