高考化学一轮专项复习讲义-无机化工流程题的解题策略（含解析）

无机化工流程题的解题策略

［复习目标］1.提升应用物质的转化及条件控制、分离提纯操作等相关知识解决实际问题的能

力。2.树立“绿色化学”的观念，形成资源综合利用、物能充分利用的意识。

■整合必备知识

1.常考无机化工流程的呈现形式

循环利用物质

目

料

原杂质中元素产品中

标

预

而产品中元素元素

产

理

如

品

厂

「

质

杂

杂质2

2.读图要领

(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支

线方向)。

(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。

3.流程图中主要环节的分析

⑴原料的预处理

①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。

水浸与水接触发生反应或溶解

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

浸出率固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少

②灼烧、焙烧、煨烧：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。

③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。

(2)核心反应——陌生方程式的书写

①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。

②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。

(3)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CC14或苯萃

取澳水中的澳。

③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取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、

FeCb、CuCb、CUSO4-5H2O,FeSO4-7H2O

⑤蒸储或分储：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

NH3=

■提升

一、调控化学反应速率提高效率

1.向铭铁矿(FeCr2C»4)中通入。2进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是=

答案增大反应物接触面积，提高化学反应速率

2.将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是o

答案增大接触面积，提高催化效果，加快反应速率

3.[2020・北京，18⑴①]酸、过量铁屑对软锦矿(MnCh)进行溶出前需研磨。目的是

答案增大反应物接触面积，加快溶出速率

4.向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNCh可降低反应剧烈程度，其原理

是___________________________________________________________________________

答案减少稀HNCh的用量，降低反应剧烈程度，使HNCh充分反应防止挥发

解析强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程

度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。

二、结晶与分离提纯操作应用

5.[2021・河北，14(4)②]向含NH4cl的滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)+

NH4cl(aq)-->NaCl(aq)+NH4cl(s)过程。为使NH4C1沉淀充分析出并分离,根据NaCl和NH4cl

溶解度曲线，需采用的操作、、洗涤、干燥。

0103050709010()

温度代

答案冷却结晶过滤

解析由曲线NH4cl的溶解度随升温而增大，NaCl的溶解度随升温变化不明显，使NH4cl

沉淀充分析出，采用冷却结晶析出NH4CI一过滤一洗涤一干燥。

6.［2019•全国卷I,27(4)］由硫酸铁与硫酸锭的混合溶液，通过操作，经

干燥得到硫酸铁镀晶体样品。

答案加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤

7.［2019•全国卷III,27(5)改编］过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰

水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为o

答案重结晶

8.［2021•湖南，15(1)］以碳酸氢镂和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠

的含量，过程如下：

碳酸氢钱粉末

氯

化

钠

已知：⑴当温度超过35℃时，NH4HCO3开始分解。

(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100gH2O)

温度/℃0102030405060

NaCl35.735.836.036.336.637.037.3

NH4HCO311.915.821.027.0

NaHCO36.98.29.611.112.714.516.4

NH4CI29.433.337.241.445.850.455.2

晶体A的化学式为，晶体A能够析出的原因是

答案NaHCO3在30〜35°C时NaHCCh的溶解度最小(答案合理即可)

三、沉淀金属离子和除杂条件分析

9.［2021•全国乙卷,26(2)］磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiCh、SiO2>AI2O3、MgO、

CaO以及少量的FezCh。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

(NH4)2SO4热水氨水

高钛炉渣引鬲阑分］沉淀Q氢氧化物沉淀

尾气水浸渣母液①

一1酸溶J~t水解jlTiO?­xH,O

酸酸溶渣热水母液②

该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表。

金属离子Fe3+Al3+Mg2+Ca2+

开始沉淀的pH2.23.59.512.4

沉淀完全(c=LOX10-5mol-IT1)的pH3.24.711.113.8

“水浸”后“滤液”的pH约为2。在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6,依次析

出的金属离子是O

答案Fe3+、AF+、Mg2+

10.［2020•北京，18(2)］由硫酸浸出的Mt?+溶出液(含MP、Fe2+>Al3+>Fe3+>H+等)经纯化

得Md+纯化液。已知：MnCh的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：

Fe3+Al3+Mn2+Fe2+

开始沉淀时1.53.45.86.3

完全沉淀时2.84.77.88.3

纯化时先加入MnCh,后加入NH3E2O,调溶液pH^5,说明试剂加入顺序及调节pH的原因:

3+

答案先加MnO2,可利用溶液的酸性将Fe2+全部氧化为Fe,再加NH3H2O调溶液pH-5,

将Fe3+和AF+沉淀除去

四、温度控制分析

11.TiCh-xIhO沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：

温度/℃3035404550

TiO2xH2O转化率/%9295979388

分析40℃时，TiO2-xH2。转化率最高的原因：

答案低于40℃TiCVxHzO转化反应速率随温度的升高而增加；超过40℃,双氧水分解与

氨气逸出导致TiCVxHzO转化率下降

12.［2021・福建，11(1)(2)(5)］四铝酸钱是铝深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以

铝精矿(主要含M0S2,还有CU、Fe的化合物及SiCh等)为原料制备四铝酸镂的工艺流程如图

所示。

Na2CO3,NH4NO3

o,H2O(NH4)2SHNO3

钥［浸］

籍工焙出」_,滤口

禽一震或总巡费阿g-(NH4)2MO4O13-2H2O

碎《巴〒号

气体COz浸渣滤渣母液

回答下列问题：

（1）“焙烧”产生的气体用吸收后可制取氮肥。

⑵“浸出”时，MOO3转化为MoOF=提高单位时间内铝浸出率的措施有

_______________________________________________________________（任写两种）。

温度对90min内铝浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80℃后，铜的浸出率反而降低,

主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致0

W

M

汨

岖

®

温度/七

（5）“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是______________________=

答案⑴氨水（2）适当升温、搅拌、增加Na2c。3用量、增大Na2cCh浓度等Na2MoeU晶

体析出，混入浸渣（5）提供NH"使MoOK充分转化为沉淀析出

解析（1）“焙烧”产生的气体为S02,用氨水吸收后可制取氮肥。

五、信息的提取与加工

13.[2022•湖南，17⑶（4）]以钛渣（主要成分为TiCh,含少量V、Si和A1的氧化物杂质）为原

料，制备金属钛的工艺流程如下：

已知“降温收尘”后，粗TiCL中含有的几种物质的沸点:

物质

TiCl4VOCI3SiCl4AlCh

沸点//p>

回答下列问题：

（3）“除钿”过程中的化学方程式为；“除硅、铝”过程中，分离TiCL

中含Si、Al杂质的方法是=

（4）“除帆”和“除硅、铝”的顺序（填“能”或“不能”）交换，理由是

答案（3）3VOCh+Al=3VOCh+AlCh蒸储（4）不能若先“除硅、铝”再“除机”，

“除铀”时需要加入A1,又引入A1杂质

解析(3)“降温收尘”后钗元素主要以VOCb形式存在，加入A1得到VOCL渣，根据得失

电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOC13+A1=3VOC12+A1C13;AlCb、SiCk与TiCl4

沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸僭的方法分离AlCb、SiCl4o

课时精练

1.利用某钻矿石(主要成分为CO2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所

/K0

稀硫酸空气氧化镁熟石灰

一

萃

钻1)浸出取过滤

余镁

矿滤液，

2)萃取、液渣

石一12

反萃取

丁

Na2SO3熟石灰滤渣氢氧化钻粗品

调pH

图1

己知：浸出液中含有的阳离子主要有H+、CU2\CO2\Fe2\Mg2+。

回答下列问题：

(1)钻矿石浸出时加入Na2sCh的目的为。

(2)溶液中lgc(X)(X表示Fe3+、Cu2+>Fe2+>Co2+>Mg2+>Ca2+)与pH的变化关系如图2所

示(离子浓度小于IO-moi.Li时可认为已除尽)，在萃取余液中通入空气的目的是

用熟石灰调pH至3.2,过滤1所得滤渣的主要成分为，萃取和反萃取的目的是

(3)用氧化镁调滤液1的pH为9.1时,得到的氢氧化钻粗品中含有的主要杂质为，

多次洗涤可提高粗产品中钻含量。“过滤2”后所得滤液直接排放会造成水体污染，须进行

处理，用熟石灰调节pH使c(Mg2+)W10rniol-Lr,则Ksp[Mg(OH)2]=。

答案⑴将C03+还原为Co?+(2)氧化浸出液中的Fe2+,便于调pH除去Fe(OH)3除去Ci?

108

+(3)CaSO4.MgSO41O~

解析流程分析:

pH=9.1时，pH'11.1时，

氧化浸出液中的Fe"C()2+沉淀完全Mg2+完全沉淀

/t

稀硫酸空气氧化镁熟石灰

-

萃

取

楚钻1)浸出过

余镁

矿一-——*

液滤

石2)萃取、渣

石一1

l_J反萃取

除疑产

滤渣氢氧化钻粗品

Na2SO3熟石灰

调pHFe(OH)；主要杂质为

2

还原剂，将C(？+Ca2+、c02+、Ca2+、Mg\SOt

还原为c，+,Mg2\SOt

满足CO2O3制

取Co(OH)2粗品

2.锦常用于制造合金锦钢。某化工厂以软铸矿(主要成分是MnCh,含有SiCh、Fe2O3>CaO

等少量杂质)为主要原料制取金属镒的工艺流程如图1所示。

①MnOz

稀硫酸过量SO?②调pH=6MnF2

软IIII

镒一［浸镒］—，滤液I］—■滤液―，滤液田〕

矿「

滤渣1滤渣u滤渣m

〔MnSOrHQ1鬻：

图1

⑴“浸铳”步骤中往往有副产物MnS2C>6生成，温度对“浸铳”反应的影响如图2所示。为

减少MnS2C>6的生成，“浸锦”的适宜温度是,“滤渣I”的成分是(填

化学式)。该步骤中可以再加入MnS04以促进“滤渣I”析出，结合平衡移动原理分析其原

因：_______________________________________________________________________

米10O

/

希9O

8O

上7O镒浸出率

皿6O

5O

4O

3O

2O

1OMnSQo生成率

O

153045607590105120135温度/t

图2

(2)“滤液I”中需要先加入MnCh充分反应后再调pH,写出加入MnCh时发生反应的禺子方

程式：

(3)“滤液II”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2+,已知25℃时，Mp(CaF2)=3.2X10一

L则常温下CaF2在纯水中的溶解度为go

答案(1)90℃SiO2>CaSO4c(SOE)增大，使平衡Ca2+(aq)+SOK(aq)CaSOQ)正向移

动，促进CaSCU析出(2)MnO2+2Fe2++4H+==Mn2++2Fe3++2H2。(3)1.56X10^

解析流程分析：

Mn2\Fe2\H\

SOr，Ca2+\Mn2\SOt，Ca2+Mn2+SOt

\\\

\①MnOz\\

稀硫酸过量S*②调PH=6\MnF2\

软J(}।:।,,\,

镒—浸镒)—d滤液11—*•[滤液n)—滤液m]

f

滤渣I滤渣n滤渣in

MnO?、Si。？、Si。？、MnO2>CaF2^

Fe2O3^CaOCaSO4Fe(OH)3MnF2

操作I

精制

(3)常温下CaF2溶解在纯水中，则溶液中2c(Ca2+)=c(FD，由Ksp(CaF2)=c(Ca2+)/(F-)可知,

32+11

^Sp(CaF2)=4c(Ca)=3.2X10-,解得c(Ca2+)=2X10七moi.L-i,则饱和CaF2溶液中c(CaF2)

=c(Ca2+)=2X10_4molL-1,则常温下CaF?在纯水中的溶解度为1.56Xl(F3g。

3.(2023•全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSCU为原料，采用下列路线可制备粉

状BaTiO3o

水酸

BaSO11

过量碳4粉一储娱1限法>一MH浓缩结晶

过量氯化钙一厂

CO滤渣母液

TiCl4

(NH)C,O水

4I24J,

热分解

BaTiO3TT

滤液

回答下列问题:

⑴”焙烧”步骤中碳粉的主要作用是O

(2)“焙烧”后固体产物有BaCb、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS»“浸取"时主要反应

的离子方程式为=

(3)“酸化”步骤应选用的酸是(填标号)。

a.稀硫酸b.浓硫酸

c.盐酸d.磷酸

⑷如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？,其原因是

(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2C>4)2的化学方程式为

(6)“热分解”生成粉状钛酸领，产生的〃co?：〃co=0

答案⑴做还原剂，将BaSCU还原(2)S2-+Ca2+=CaS；(3)c(4)不可行CaS也会与

盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCL，影响产品纯度(5)BaCl2+TiCl4+2(NH4)2C2O4

+H2O=BaTiO(C2O4)23+4NH4c1+2HC1(6)1：1

解析由流程和题中信息可知，BaSCU与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到C0、

BaCL、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS;烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS,滤

液中有BaCl2和BaS;滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCL和

(NH4)2C2O4将领离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2;BaTiO(C2C>4)2经热分解得到BaTi03o(3)

浸取后滤液中主要为BaCL和BaS,为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。(6)“热分解”

生成粉状钛酸领，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2^^BaTiO3+2CO2t+2COt,因

此，产生的"co,："co=1：1。

4.[2022•辽宁，16(1)(2)⑶(4)(5)(6)]某工厂采用辉钿矿(主要成分为Bi2s3，含有FeS?、SiO2

杂质)与软铸矿(主要成分为MnC>2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4,工艺流程如下：

空气金属Bi

浓盐酸

辉铀矿一।

联合水酸滤液

—

软镒矿_焙烧浸—

滤

(过量)气

渣

滤液体

（MnSO&溶液）A

(c-回c,o*ci―沉1淀短调pH=水2.6解滤一-液----

滤液

(MnCLFeCk溶液)

已知：①焙烧时过量的MnO2分解为MnzCh,FeS2转变为FezCh;

②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；

③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：

开始沉淀pH完全沉淀pH

Fe2+6.58.3

Fe3+1.62.8

Mn2+8.110.1

回答下列问题：

(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为.

a.进一步粉碎矿石

b.鼓入适当过量的空气

C.降低焙烧温度

(2)Bi2s3在空气中单独焙烧生成Bi2O3,反应的化学方程式为o

2+

⑶“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3+和Mn;②

(4)滤渣的主要成分为(填化学式)。

(5)生成气体A的离子方程式为______________________________________________

(6)加入金属Bi的目的是-

答案(l)ab(2)2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2(3)抑制金属离子水解(4)SiCh

2+

⑸M112O3+6H++2c「=2Mn2++CLf+3H2O(6)将Fe3+转化为Fe

解析(1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效

率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙

烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(6)由已知信息③知，调

pH=2.6时，Fe3+会水解生成Fe(0H)3沉淀，但Fe?+还没开始沉淀，故要将Fe?+转化为Fe?+,

在调pH后获得含FeCL的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。

5.以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量FezCh、CuO、MnO、SiCh)为原料制备锌的工

艺流程如图。

H2O2适量

过量NH『NH4cl溶液溶j夜(NHj)2s

晨tuT浸取震

隹HL力|JItim.［际和JJ

滤渣1滤渣2

硫酸有机试

反萃取剂萃取

ZnT电解卜~［操作aH操作ap

有机相水溶液

已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为［Zn(NH3)4］2+、［Cu(NH3)4f+进入溶液；

②25℃时，&p(CuS)=6.4义10-36,&p(ZnS)=1.6X10、4；

Z4队",一心一、》—"(杂质禺子)_

③深度除杂标隹：溶液中,—^2.0X106o

〃{［Zn(NH3)41}

⑴为提高锌浸出率，采取的措施是;“浸取”温度为30℃

时，锌浸出率可达90.6%,继续升温浸出率反而下降，其原因为o

⑵”操作a”的名称为0

⑶“深度除锈”是在碱性条件下将残留的Mt?+转化为MnO2，离子方程式为

⑷“深度除铜”时’锌的回收率、除铜效果滁铜效果以反应后溶液中铜锌比温小

表示]与(NH4)2S加入量[以"(头呼?x100%表示]的关系曲线如图所示。

〃(理论用堇)

100.00

99

599.95锌的回收率81

10

99.907

爵X

99.85/

芸6

99.80咪

回5

W99.754短

厚

B99.703

除省司效果差

99.652

99.601

99.550

OO501______I______!______.3____I_____I_

■90100110120130140

(NH.)2S加入量/%

①当(NH4)2S加入量》100%时，锌的回