1、常考专题讲座 (三) 无机化学工艺流程题的解题策略学生用书 P66考查特点工艺流程题就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 图题的创新， 题目常常以 现代工业生产为基础，将化学工艺流程进行简化，与化工生产 成本、 环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离等基本实验原理在化工生产中的实际应用，是近几年高考化学命题中的常考题型。解题指导一、题型结构1化工流程线路示意图(1)箭头：箭头进入的是投料(即反 应物)、出去的是生成物 (包括主产物和副产物)。(2)三线：物料进出线、操作流程线、循环操作线。2涉及问题(1)原料的预处理。(2)反应条
2、件的控制(温度、压强、催化剂、原料配比、 pH、溶剂等) 。(3)反应原理(化学平衡、水解平衡、化学反 应速率、反 应热 、电化学等) 。(4)绿色化学问题(物质循环利用、废物的处理、原子利用率、能量充分利用等 )。(5)化工安全(防爆、防污染、防中毒等)。二、解题思路及方法1解题思路2解题方法(1)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。(2)
3、分段分析法：对于用同样的原材料生产多种( 两种或两种以上)产品(包括副产品) 的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。(3)交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品， 这种题 适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。3答题步骤(1)从题干中获取有用信息，了解生产的产品。(2)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，并获取以下信息：知道 “四个什么 ”反应物是什么，发生了什么反 应， 该反应造成
4、了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住 “一个关 键”一切反应或操作都是为获得产品而服务。(4)从问题中获取信息，帮助解 题。4规范解答(1)文字叙述类的题目要规范解答，防止出现因叙述不严谨导致的失分，如如何洗 涤沉淀：往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作23 次。如何 证明沉淀完全：如向含 SO 的溶液中加 BaCl2 溶液，将沉淀静置，取上层清液，24再加 BaCl2 溶液，若无白色沉淀生成， 说明沉淀完全。如何从溶液中得到晶体：蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤干燥。在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去 杂质” ，只写 “除杂”等一类万能式的回答是不正确的。(2)认
5、真审题，不要因 审题不细 致而失分，如填“ 化学方程式 ”还是“离子方程式” 。填“ 名称” 、“符号”还是“代号” 、“序号”等。填“ 大于” 还是“”， “增大 ”还是“变大”等。填“ 化学式 ”、“分子式” 、“结构式” 、“结构简式” 、“最简式”还是“电子式”等。书写化学方程式时要注意配平、注明反应条件以及“ ” 、“=”、“ ”、“” 、“”等。三、答题的必备知识1对原料进行预处理的常用方法及其作用(1)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。(4
6、)灼烧除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。(5)煅烧改变结构，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。2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、Cu(OH)2、Cu2(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)控制压
7、强。改变速率，影响平衡。(4)使用正催化剂。加快反 应速率，缩短达到平衡需要的时间。(5)趁热过滤。防止某些物质降温时析出。(6)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：如除去酸性含 铜溶液中的 Fe3 等。4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。(2)萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂
8、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：利用气体易液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离氨气与氮气、氢气。5物质分离、提纯的原则(1)不增：不引入新的杂质。(2)不减：不减少被提纯物。(3)易分离：被提纯物与杂质容易分离。(4)易复原：被提纯的物质易恢复原来的组成状态。
9、6物质分离、提纯注意事项(1)除杂试剂需过量。(2)过量试剂需除去。(3)除去多种杂质时要考虑加入试剂的顺序。(4)选择最佳除杂途径。 题型一 以分离、提纯为目的的工艺流程题(2013高考新课标全国卷) 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() 等杂质 的流程如下：工业 ZnO 浸出液 滤液 滤液 滤饼 稀 硫 酸 调 pH约 为 5 适 量 高 锰 酸 钾 溶 液 过 滤 Zn 过 滤 Na2CO3 过 滤 ZnO 煅 烧 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
10、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 从分析整个流程 图入手，明确每步发生的反应，从而解决相关问题。(1)在反应中，通过调节溶液的 pH，高锰酸钾能将溶液中的 Fe2 氧化为 Fe3 ，将Mn2 氧化 为 MnO2 而除去；若开始溶液的 pH 过低，Fe 2 、Mn2 将很难生成
11、沉淀而除去。(2)第一次过滤后的滤液中含有的阳离子有 Zn2 、Ni2 、H 等，加入锌后可将 Ni 置换出来，故滤渣中还含有金属镍。(3)反应生成的沉淀为 ZnCO3，同时生成 Na2SO4，若沉淀未洗涤干净，洗涤液中应含有 SO 和 Na ，故只要对洗涤液中是否含有 SO 进行检验即可。24 24(4)煅烧过程中 ZnCO3、Zn(OH)2 均发生分解反应生成 ZnO，根据关系式 ZnCO3xZn(OH)2( x 1)ZnO，可得 ，故 x1。125 99x81（x 1） 11.2 g8.1 g答案 (1)Fe 2 和 Mn2 MnO 3Fe 2 7H 2O=3Fe(OH) 43MnO 2
12、5H ，2MnO 3Mn 2 2H 2O=5MnO24H 铁离子和锰离子不能 4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)11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 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_。A品红溶液 B紫色石蕊试液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
13、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 _(填序号)。A稀硫酸 BCaCO 3 C NaOH 溶液(6)过程中，将溶液 Z 加热到 7080 ，目的是_ 。(7)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验。用分析天平称取 2.700 0 g 样品；将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的 BaCl2 溶液；过滤、洗涤、干燥，称重得固体质量为 3.495 0 g。若该聚铁的主要成分为Fe(OH)SO 4n，则该聚铁样品中铁元素的质量分数为_。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)解析：SO 2 具有漂白性
14、，能使品红溶液褪色， SO2 有还原性，能被酸性 KMnO4 溶液、溴水氧化，而使它们褪色。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。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 而阻止反应的继续进行，故需 选用 NaOH 溶液。由聚 铁的化学式可知：n(Fe3 )n(SO )n(BaSO 4) 0.015 mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分243.495 0 g233 gmol 1数 100%31.1% 。0.015 mol 56 gmol 12.700 0 g答案：(1)ACD (2
15、)4FeS3O 26H 2SO4=2Fe2(SO4)36H 2O4S (3) 铁粉 (4)蒸发皿、玻璃棒 (5)C (6)促进 Fe3 的水解 (7)31.1%2现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益。请填写下列空白。(1)实验室里，可用于吸收 SO2 尾气的一种试剂是_ 。(2)高纯氧化铁可作现代电子工业材料。以下是用硫铁矿烧渣( 主要成分为Fe2O3、Fe 3O4、FeO、SiO 2)为原料制备高纯氧化铁(软磁 Fe2O3)的生产流程示意图：步骤中过滤所得滤渣的主要成分是_。步骤中加入铁粉的目的是_。步骤中可选用_试剂调节溶液的 pH(填标号) 。A稀硝酸 B双氧水C氨水 D高锰酸钾溶
16、液写出在空气中煅烧 FeCO3，制备高纯氧化铁的化学方程式：_。从滤液 C 中回收的主要物质的一种用途是 _。解析：(1)SO 2为酸性气体，还具有较强的还原性，故可以通过用碱液吸收、强氧化剂溶液吸收等方法除去 SO2。(2)硫铁矿烧渣中除 SiO2 外，均溶于盐酸，故 滤渣是 SiO2。Fe 2O3、Fe3O4 溶于盐酸均有 Fe3 生成，加入铁粉可以将 Fe3 还原为 Fe2 ：2Fe3 Fe=3Fe2 。稀硝酸、双氧水、KMnO4 溶液均容易将 Fe2 氧化为 Fe3 ，只有氨水能够起到调节 pH 的作用。注意该过程中2 价的铁已转化为3 价的铁。滤液 C 为铵盐溶液，可作为氮肥使用。答
17、案：(1)NaOH 溶液(或其他合理答案)(2)SiO 2 将 Fe3 还原为 Fe2C 4FeCO 3O 2 2Fe2O34CO 2= = = = =煅 烧 可作为氮肥 题型二 以制备物质为目的的工艺流程题(2015高考山东卷)毒重石的主要成分为 BaCO3(含 Ca2 、Mg 2 、Fe 3 等杂质) ，实验室利用毒重石制备 BaCl22H2O 的流程如下：(1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是_ 。实验室用37%的盐酸配制 15%的盐酸，除量筒外还需使用下列仪器中的 _。a烧杯 b容量瓶 c玻璃棒 d滴定管(2)加入 NH3H2O 调 pH8 可除去_(填离子符号)，滤渣中含_( 填
18、化学式) 。加入 H2C2O4 时应避免过量，原因是_ 。Ca2 Mg2 Fe3开始沉淀时的 pH 11.9 9.1 1.9完全沉淀时的 pH 13.9 11.1 3.2已知：K sp(BaC2O4)1.6 107 ，K sp(CaC2O4)2.3 109(3)利用间接酸碱滴定法可测定 Ba2 的含量，实验分两步进行。已知：2CrO 2H =Cr2O H 2O Ba 2 CrO =BaCrO424 27 24步骤：移取 x mL 一定浓度的 Na2CrO4 溶液于锥形瓶中，加入酸碱指示剂，用 b molL1 盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为 V0 mL。步骤：移取 y mL BaCl
19、2 溶液于锥形瓶中，加入 x mL 与步骤相同浓度的 Na2CrO4溶液，待 Ba2 完全沉淀后，再加入酸碱指示剂，用 b molL1 盐酸标准液滴定至终点，测得滴加盐酸的体积为 V1 mL。滴加盐酸标准液时应使用酸式滴定管， “0”刻度位于滴定管的_(填“上方”或“下方”) 。BaCl 2 溶液的浓度为 _molL1 。若步骤 中滴加盐酸时有少量待测液溅出，Ba 2 浓度测量值将_( 填“偏大”或“偏小 ”)。解析 (1)毒重石用盐酸浸取前需充分研磨，目的是增大与 盐酸的接触面积，加快反 应速率。实验室配制一定质量分数的溶液 时，需用到的 仪器是量筒、烧杯和玻璃棒。(2) 由流程图和表中数据
20、可知，pH8 时，可除去 Fe3 ；调节 pH12.5 时，Mg 2 完全沉淀， Ca2 部分沉淀，故滤渣中含有 Mg(OH)2 和 Ca(OH)2；加入 H2C2O4 的目的是除去溶液中剩余的 Ca2 ，使 Ca2 (aq)C 2O (aq)=CaC2O4(s)，当 H2C2O4过量时，也可能使 c(Ba2 )c(C2O )24 24K sp(BaC2O4)，而生成 BaC2O4 沉淀， 导致产品 BaCl22H2O 的量减少。(3)由方程式2CrO 2H =Cr2O H 2O 知，步 骤中加入的 CrO 的总物质的量为 b 24 27 24molL 1 L mol。步 骤中，加入 BaCl
21、2 充分反 应后，剩余的 CrO 的物质的V01 000 bV01 000 24量为 b molL 1 L mol，与 Ba2 反应的 CrO 的物质的量为 molV11 000 bV11 000 24 bV01 000mol mol，由方程式 Ba2 CrO =BaCrO4得，n(Ba 2 )n(CrO )，bV11 000 b（V0 V1）1 000 24 24所以 BaCl2 的浓度：c(BaCl 2) molL1 。若步骤中滴加盐酸时，b（V0 V1）1 000 moly1 000 L b（V0 V1）y有少量待测液溅出，造成 V1 的用量减小，所以 的测量值将偏大。b（V0 V1）y
22、答案 (1)增大接触面积从而使反应速率加快 ac(2)Fe3 Mg(OH) 2、Ca(OH) 2 H 2C2O4 过量会导致生成 BaC2O4 沉淀，产品产量减少(3)上方 偏大b（V0 V1）y3(2013高考江苏卷)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：2MgSO4C 2MgO2SO 2C
23、O 2= = = = =800 MgSO4 C MgOSO 2CO = = = = =800 MgSO4 3C MgOS3CO= = = = =800 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)。aNaOH 溶液 bNa 2CO3 溶液 c稀硝酸 dKMnO 4 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：明确实验过程，提取有效信息，正确判断反应过程。(1)MgCO3 与稀硫酸反应时，MgCO 3 微溶于水，在写离子方程式时要写化学式。离子方程式为
24、MgCO32H =Mg2 CO 2H 2O。(2)因为菱镁矿中有 FeCO3，在酸溶时产生Fe2 ，除去 Fe 元素需将 Fe2 氧化为 Fe3 ，通 过调节溶液的 pH 生成 Fe(OH)3 从而除去Fe3 ，所以加入 H2O2 的目的是将 Fe2 氧化成 Fe3 ，发生反应的化学方程式为2FeSO4H 2O2H 2SO4=Fe2(SO4)32H 2O。(3)调 pH4 时发生的反应为Fe3 3NH 3H2O=Fe(OH)33NH ，所以 经过滤所得 滤渣 2 为 Fe(OH)3。(4)由题给反应 4可知，煅烧后的气体为 CO2、SO2、CO 和 S 蒸气的混合物。S 蒸气很容易转化为 S
25、固体，所以 A 的目的是收集 S，B 的作用是吸收 SO2，可用 KMnO4 溶液将 SO2 氧化吸收， C 中装NaOH 溶液，作用是吸收产生的 CO2，CO 最后用排水法收集。S 与热的 NaOH 反应的离子方程式为 3S6OH 2S2 SO 3H 2O。= = = = = 23答案：(1)MgCO 32H =Mg2 CO 2H 2O(2)2FeSO4H 2O2H 2SO4=Fe2(SO4)32H 2O(3)Fe(OH)3(4)CO d 3S 6OH 2S2 SO 3H 2O= = = = = 234铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是 Al2O3 和少量的 SiO2、Fe 2O3 杂质
26、)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3 和铵明矾晶体NH4Al(SO4)212H2O的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)固体 a 的化学式为_，中通入足量 CO2 气体发生反应的离子方程式为_。(2)由制取铵明矾溶液的化学方程式为_ ，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)_、冷却结晶、过滤洗涤。(3)以 1 000 kg 含氧化铝 36%的铝土矿为原料制取 Al2(SO4)3，需消耗质量分数为 98%的硫酸( 密度 1.84 gcm3 )_ L(保留一位小数) 。(4)若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的
27、产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为 11，则投料时铝土矿中的 Al2O3 和 H2SO4 的物质的量之比为_。解析：(1)铝土矿中 Al2O3 和 Fe2O3 能溶于盐酸， SiO2 不溶于盐酸，所以固体 a 的化学式为 SiO2。Al2O3 溶于烧碱生成 NaAlO2 溶液，在其中通入 CO2 生成 Al(OH)3 沉淀。(2)Al(OH)3 分解生成 Al2O3，Al2O3 与稀硫酸反应后通入 NH3 生成铵明矾溶液。(3)m(Al2O3)1 000 kg36%360 kg，m(H2SO4) kg1 037.6 kg，需983360102消耗质量分数 98%的硫酸(密度 1.84 gcm3 )为 575.410 3 1 037.6103 g1.84 gmL 198%mL 575.4 L。(4)设制得的 Al2(SO4)3 和 NH4Al(SO4)212H2O 的物质的量都是 1 mol，则 Al3 共 3 mol，SO 共 5 mol，根据铝元素和 SO 守恒原理可得，加入 Al2O3 和 H2SO4 的物质的量24 24之比为 53 10。32答案：(1)SiO 2 AlO CO 22H 2O=HCO Al(OH) 3 (2) 2 3Al2O34H 2SO42NH 3=2NH4Al(SO4)23H 2O 蒸发浓缩 (3)575.4 (4)310
