“无机化工流程题”的解题策略

1、“无机化工流程题”的解题策略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、正确答题。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。(2014·日照模拟)美日科学家因研发“有机合成中的钯催化的交叉偶联”而获得诺贝尔化学奖。有机合成常用的钯/活性炭催化剂长期使用，催化剂会被杂质(如铁、有机物等)污染而失去活性，成为废催

2、化剂，故需对其回收再利用。一种由废催化剂制取氯化钯(PdCl2)的工艺流程如下:(1)甲酸在反应中的作用是_(填“氧化剂”或“还原剂”)。(2)加浓氨水时，钯元素转变为可溶性Pd(NH3)42，此时铁元素的存有形式是(写化学式)_。(3)王水是浓硝酸与浓盐酸按体积比13混合而成的，钯在王水中溶解的过程中有化合物A和一种无色、有毒气体B生成。气体B的化学式为_；经测定，化合物A由三种元素组成，有关元素的质量分数为Pd:42.4%，H:0.8%。则A的化学式为_。(4)700“焙烧1”的目的是_，550“焙烧2”的目的是_。解析(1)根据框图上的信息可知，加入甲酸后PdO转化成了Pd，则甲酸的作用

3、是还原剂。(2)铁元素被王水氧化后的价态一定是3价，在加浓氨水后转化为Fe(OH)3。(3)王水中的硝酸被还原后生成的无色、有毒气体应该是NO，根据元素守恒可知化合物A由H、Pd、Cl三种元素组成，三种元素原子的物质的量之比为:0.80.41.6214，故化合物A的化学式为H2PdCl4。(4)根据信息可知，废催化剂中除了含有钯元素之外，还含有活性炭、铁、有机物等杂质，活性炭和有机物能够通过焙烧除去，故700“焙烧1”的目的是除去活性炭和有机物；550“焙烧2”的对象是Pd(NH3)2Cl2，产物是PdCl2，故550“焙烧2”的目的是脱氨或将Pd(NH3)2Cl2转变为PdCl2。答案(1)

4、还原剂(2)Fe(OH)3(3)NOH2PdCl4(4)除去活性炭及有机物脱氨或将Pd(NH3)2Cl2转变为PdCl21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2熟悉常用的操作方法及其作用(1)对原料实行预处理的常用方法及其作用: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。水浸与水接触反应或溶解。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。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。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

5、用的控制反应条件的方法: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:a能与H反应，使溶液pH增大；b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。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头指出的是投料(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。题

6、型二提纯类化工流程题(2013·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ZnO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ZnCO3·xZn(OH)

7、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(1)经反应所得浸出液中含有Zn2、Fe2、Mn2、Ni2。经反应，Fe2被氧化为Fe3，进而形成Fe(OH)3沉淀，Mn2被氧化为MnO2，发生反应的离子方程式分别为：MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H，2MnO3Mn22H2O=5MnO24H。在加高锰酸钾溶液前，若溶液的pH较低，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)反应为ZnNi2=Zn2Ni，过滤得到的滤渣中，除了过量的锌外还有被置换出来的镍。(3)若该沉淀没有洗涤干净，则沉淀上一定附着有SO。具体的检验方法是取少量最后滤

8、出的水洗液于试管中，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)ZnCO3·xZn(OH)2(1x)ZnOCO2xH2Om81(1x)4418x 4418x81 g 11.2 g8.1 g3.1 g则，解得x1。答案(1)Fe2和Mn2MnO3Fe27H2O=3Fe(OH)3MnO25H、2MnO3Mn22H2O=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物质分离提纯的原则(1)不增：不引入

9、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。(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

10、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、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O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。4掌握化工流程的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

11、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。1(2013·安徽高考)二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物。平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质)。某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如下：(1)洗涤滤渣A的目的是除去_(填离子符号)，检验该离子是否洗净的方法是_。(2)第步反应的离子方程式是_,滤渣B的主要成分是_。(3)萃取是分离稀土元素的常用方法。已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP_(填“能”或“不能”)与水互溶。实验室进行萃取操作时用到的

12、主要玻璃仪器有_、烧杯、玻璃棒、量筒等。(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536 g，加硫酸溶解后，用0.100 0mol·L1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3)，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为_。解析：本题考查废玻璃粉末的回收利用，意在考查考生对化工流程的综合分析能力。(1)洗涤滤渣A是为了除去Fe3，取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液检验Fe3是否除净。(2)第步发生的反应为：2CeO2H2O26H=2Ce3O24H2O，滤渣B的主要成分为SiO2。(3)TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，则TBP不能与水

13、互溶。进行萃取操作时需要用到分液漏斗。(4)根据Ce4Ce3、Fe2Fe3，由得失电子守恒，可得关系式Ce(OH)4Ce4Fe2，则Ce(OH)4的质量分数为×100%97.0%。答案：(1)Fe3取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净；反之，未洗净(2)2CeO2H2O26H=2Ce3O24H2OSiO2(3)不能分液漏斗(4)97.0%2实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，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

14、紫色石蕊试液C酸性KMnO4溶液 D溴水(2)过程中，FeS、O2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_(填序号)。A稀硫酸BCaCO3CNaOH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)(SO4)n，则该聚铁样品中铁

15、元素的质量分数为_(假设杂质中不含铁元素和硫元素)。解析：SO2具有漂白性，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。由聚铁的化学式可知：n(Fe3)n(SO)n(BaSO4)0.015 mol，所以聚铁样品中铁元素的质量分数×100%31.1%。答案：(1)ACD(2)4FeS3O26H2SO4=2Fe2(SO4)36H2O4S(3)铁粉(4)蒸发皿、玻璃

16、棒(5)C(6)促进Fe3的水解(7)31.1%3四氯化钛(TiCl4)是制取航天航空工业材料钛合金的重要原料。由钛铁矿(主要成分是FeTiO3)制备TiCl4等产品的一种工艺流程示意图如下：回答下列问题：(1)往中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生：2Fe3Fe=3Fe22TiO2(无色)Fe4H=2Ti3(紫色)Fe22H2OTi3(紫色)Fe3H2O=TiO2(无色)Fe22H加入铁屑的作用是_ (2)在工艺过程中需要控制条件以形成TiO2·nH2O溶胶，该溶胶的分散质颗粒直径大小在_范围。(3)上述工艺具有成本低、可用低品位矿物为原料等优点。依

17、据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是_(只要求写出一项)。(4)依据表格信息，要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4，可采用_方法。TiCl4SiCl4熔点/25.068.8沸点/136.457.6解析：(1)从图中可以看出，对进行处理的目的是得到富含TiO2的溶液和绿矾(FeSO4·7H2O)，所以加入铁粉的目的是将Fe3还原为Fe2，同时将部分TiO2还原成Ti3，以防止Fe2被氧化成Fe3。(2)胶体的分散质微粒直径大小在1100 nm之间。(3)该反应产生废渣、废液和废气，不符合绿色化学的零排放要求。(4)TiCl4和SiCl4的沸点相差较大，可以用蒸馏的方法将二者分

18、离。答案：(1)使Fe3还原为Fe2；生成Ti3保护Fe2不被氧化(2)1100 nm(3)产生三废(4)蒸馏或精馏4由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：(注：NaCl熔点为801 ；AlCl3在181 升华)(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为_和_。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有_；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_。(3)在用废碱液处理A的过

19、程中，所发生反应的离子方程式为_。(4)镀铝电解池中，金属铝为_极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为_。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_。解析：(1)铝能置换氧化铁中的铁和石英砂中的硅，发生的反应分别为：2AlFe2O32FeAl2O3,4Al3SiO23Si2Al2O3。(2)因为粗铝中存在氢气，高温下通入氯气会发生反应生成氯化氢，同时部分铝单质与氯气反应生成AlCl3气体，所以气泡中还存在HCl和AlCl3气体；氯气与钠反应生成NaCl，NaCl熔点为801 ，精炼温度只有700，所以浮渣中肯定存在Na

20、Cl。(3)气体冷凝以后只剩余氯气和氯化氢，所以用碱液吸收时发生反应的离子方程式为：HOH=H2O；Cl22OH=ClClOH2O。(4)电镀时，镀层金属为阳极，所以金属铝为阳极；其电极反应式为Al4Cl3e=AlCl；2Al7Cl6e=Al2Cl。(5)钢材表面的致密氧化铝膜能阻止内部钢材接触空气，从而防止钢材被腐蚀。答案：(1)2AlFe2O32FeAl2O34Al3SiO23Si2Al2O3(2)HCl、AlCl3NaCl(3)HOH=H2O；Cl22OH=ClClOH2O(4)阳Al4Cl3e=AlCl；2Al7Cl6e=Al2Cl(5)钢铁表面的致密氧化铝膜能阻止内部钢材接触空气，从

21、而防止钢材被腐蚀5(2014·北京西城二模)钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO·TiO2)，含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4)的工艺流程如下图所示：已知：FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO34H4Cl=Fe2TiOCl2H2O。(1)化合物FeTiO3中铁元素的化合价是_。(2)滤渣A的成分是_。(3)滤液B中TiOCl转化生成TiO2的离子方程式为_。(4)反应中固体TiO2转化成(NH4)2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如下图所示。

22、反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是_。(5)反应的化学方程式为_。(6)由滤液D制备LiFePO4的过程中，所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是_。解析：(1)FeTiO3可表示为FeO·TiO2，由此可知铁元素的化合价是2。(2)FeTiO3、MgO、CaO均可以溶于盐酸，故滤渣中只有SiO2。(6)滤液D中含有Fe2，由滤液D制备LiFePO4的过程中，Fe2先被H2O2氧化，后被H2C2O4还原。H2O2作氧化剂时，1 mol H2O2得到2 mol电子；H2C2O4作还原剂时，1 mol H2C2O4转化为CO2失去2 mol电子，由于两个过程转移的电子数相同，所

23、以H2O2与H2C2O4的物质的量之比为11，则所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是90209。答案：(1)2(2)SiO2(3)TiOClH2OTiO22H4Cl(4)温度过高时，反应物氨水(或双氧水)会受热分解(5)(NH4)2Ti5O152LiOH=Li2Ti5O152NH3·H2O(或2NH32H2O)(6)20/96二氧化锰在生活和化学实验中有广泛应用。海底蕴藏着丰富的锰结核矿，其主要成分是MnO2。1991年由Allen等人研究，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的MnO2，其制备过程如下图所示：(1)步骤中，试剂甲必须具有的性质是_(填序号)。A碱性 B稳定性C氧化性 D还原性(2)用惰性材料作电极，电解硫酸锰溶液制二氧化锰，写出阳极反应式： _。步骤中，以KClO3为氧化剂，当生成0.050 mol MnO2时，消耗0.