工业流程(学生版)

压轴14工业流程

根底梳理

【知识积累一】化工生产主要解决六方面问题：

1、解决将原料转化为产品的生产原理；

2、除去所有杂质并别离提纯产品；

3、提高产量与产率；

4、减少污染，考虑“绿色化学〃生产；

5、原料的来源既要考虑丰富，还要考虑本钱问题；

6、生产设备简单，生产工艺简便可行等工艺生产问题

化学工艺流程题，一般也就围绕这六个方面设问求解。。要准确、顺利解答工艺流程题，学生

除了必须要掌握物质的性质和物质之间相互作用的根本知识以及除杂别离提纯物质的根本技能

外，最关键的问题要具备分析工艺生产流程的方法和能刀。

【知识积累二】常见与工业生产有关的化学反响一传统工业不能丢①工业制粗硅

②制漂白粉

③工业制硫酸

④合成氨工业

⑤工业制硝酸

⑥氯碱工业

⑦工业制玻璃

⑧工业制纯碱

【知识积累三】常见与生产生活相关的物质

相关物质化学式或名称

加碘食盐中含碘物质

KIO3

半导体材料SiGcSe

光导纤维

SiO2

硅酸盐工业玻璃、水泥、陶瓷

饮用水净水剂明研

饮用水消毒剂

Cl2vC102v漂白粉、。3、H2O2VNaCIO

常见漂白剂

活性炭、SCh、HCIO、H2O2XNa2O2x03

大气污染物CO、SO2、NO2、NO

【知识积累四】工业流程迓中常用的关键词

原材料：矿样（明矶石、孔雀石、蛇纹石、大理石、锂辉石、黄铜矿、钵矿、高岭七，烧渣），

合金（含铁废铜），药片（补血剂），：每水（污水）

灼烧（燃烧）：原料的预处理，不易转化的物质转化为容易提取的物质：如海带中提取碘

酸：溶解、去氧化物（膜）、调节PH促进水解（沉淀）

碱：去油污，去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节PH促进水解（沉淀）

氧化剂：氧化某物质，转化为易于被除去（沉淀）的离子

氧化物：调FPH促进水解（沉淀J

控制PH值：促进某离子水解，使其沉淀，利于过滤别离

煮沸：促进水解，聚沉后利于过滤别离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气

趁热过滤：减少结晶损失；提高纯度

解题方法：〔首尾分析法〕

流程图的呈现特点：主要有以物质名称、操作名称和设备名称三种形式。对工艺流程试题，首先

比照分析生产流程示意图中的原材料与产品，从比照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根本原理和除杂别离提

纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答.

【知识积累五】化工生产的主要操作：

过滤、结晶、重结晶、洗涤、枯燥、灼烧、分液、重复操作2-3次等＜

其中结晶应注意：

〔1〕当溶液是单一溶质时

①所得晶体不带结晶水〔如NaQ、KNOJ:蒸发、结晶

②所得晶体带结晶水〔如CUSOJ.5H2O、摩尔盐即硫酸亚铁馁［（NH4）2SO4-FeSO4・6H2O|）:

蒸发浓缩〔至有晶膜出现），冷却结晶，过滤

〔2〕当溶液中有两种或以上溶质时

要得到溶解度受温度影响小的溶质：浓缩〔结晶），趁热过滤

要得到溶解度受温度影响大的：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤

绿色化学理念：

〔1〕环境污染问题：〔2）原子的经济性：〔3〕节约能源〔包括使用催化剂）：

〔4〕原料应是可再生的〔或者可循环使用〕；〔5〕工艺的平安性

A题型1一文字表达型

【例1】（2023北京理综，26,15分）以富含硫酸亚铁的工业废液为原料生产氧化铁的工艺如下

（局部操作和条件略）：

I.从废液中提纯并结晶出FeSO,7H20。

II.将FeSO4-7H2O配制成溶液。

III.FCSO4溶液与稍过量的NH4HCO3溶液混合，得到含FCCO3的浊液。

M将浊液过滤，用90℃热水洗涤沉淀，枯燥后得到FeCCh固体。

V搬烧FCCO3,得到FC2O3固体。

：NH4HCO3在热水中分解。

(1)I中，加足量的铁屑除去废液中的Fe3+,该反响的离子方程式是

(2)II中，需加一定量硫酸。运用化学平衡原理简述硫酸的作用

〔31HI中，生成卜eC5的离子方程式是。假设FeC5浊液长时间暴踞在空气中，会有局部固体

外表变为红褐色，该变化的化学方程式是

(4)IV中，通过检验SO/•来判断沉淀是否洗涤干净。检验so’?•的操作是。

⑸搬烧FeCO3的化学方程式是4FeCO3+O2^2Fe2O3+4CO20现燃烧464.0kg的FeCO3,得到

316.8kg产品。假设产品中杂质只有FeO,那么该产品中FezCh的质量是kg。［摩

尔质量/g・moH:FeC()3116FezOa160FeO72)

【例2】(2023北京理综，25,14分)由短冏期元素组成的他自物X是某抗酸药的有效成分。

甲同学欲探究X的组成。

查阅资料：①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸

镁铝、

磷酸铝、碱式碳酸镁铝。

②A四在pH=5.0时沉淀完全；Mg2+在pH=8.8时开始沉淀，在pH=l1.4时沉淀完全。

实验过程：I.向化合物X粉末中参加过量盐酸，产生气体A,得到无色溶液。

II.用伯丝蘸取少量I中所得的溶液，在火焰上灼烧，无黄色火焰。

HI.向I中所得的溶液中滴加氨水，调节pH至5〜6,产生白色沉淀B,过滤。

M向沉淀B中加过最NaOH溶液，沉淀全部溶解。

V.向山中得到的滤液中滴加NaOH溶液，调节pH至12,得到白色沉淀C。

11)I中气全A可使澄清石灰水变浑浊，A的化学式是

(2)由I、I【判断X一定不含有的元素是磷、

(3〕in中生成B的离子方程式是

14)IV中B溶解的离子方程式是

(5)沉淀C的化学式是

(6)假设上述n(A):n(B):n(C)=1:1:3,那么X的化学式是

【例3】(2023北京理综，27,12分)用含有AI2O3、SiO2和少量FeO-FezOj的铝灰制备

Al2(SO4)r18H2O.工艺流程如下(局部操作和条件略)：

I.向铝灰中参加过量稀H2so4过滤;

II.用滤液中参加过量KMnO4溶液调节溶液的pH约为3；

III,加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色;

IV.参加乂。04至紫红色消失，过滤；

V.浓缩，结晶，别离，得到产品.

(1)H2so4溶解AlQm的离子方程式是

(2)将MnO；氧化Fe?+的离子方程式补充完整：

(3)：生成氢氧化物沉淀的pH

)

A1(OH3Fe(OH)3Fe(OH)2

开始沉淀时3.46.31.5

完全沉淀时4.78.32.8

注：金属离子的起始浓度为0.1mol・L.

根据表中数据解释步骤H的目的：

(4)：一定条件下：MnO；可与Mn"反响生成MnO2.

①向山的沉淀中参加浓HC1并加热，

能说明沉淀中存在MnO2的现象是

②IV中参加MnSO.,的FI的是

【例4】(2023朝阳一模.27.14分)某碳素钢锅炉内水垢的主要成分是碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、

铁锈、二氧化硅等。水垢会形成平安隐患，需及时清洗除去。清洗流程如下：

I.参加NaOH和Na2c03混合液,加热，浸泡数小时;

II.放出洗涤废液，清水冲洗锅炉，参加稀盐酸和少量NaF溶液，浸泡；

111.向洗液中参加Na2s03溶液：

IV.清洗达标，用NaNCh溶液钝化锅炉。

(1)用NaOH溶解二氧化硅的化学方程式是o

(2)：20℃时溶解度/g

CaCO?CaSO4Mg(OH)；MgCO3

1.4x10-32.55x10-29x1O'41.1X10-2

根据数据，结合化学平衡原理解释清洗CaSCh的过程

(3)在步骤H中：

①被除掠的水垢除铁锈外，还有。

②清洗过程中，溶解的铁锈会加速锅炉腐蚀，用离子方程式解祥其原因

(4)步骤HI中,参加Na2s03的目的是。

15)步骤IV中，钝化后的锅炉外表会覆盖一层致密的FezCh保护膜。

①完成并配平其反响的离子方程式:

QjFe+QNO2-+I^20==|^21+□+

②下面检测钝化效果的方法合理的是。

a.在炉面上滴加浓H2s04,观察溶液出现棕黄色的时间

b.化炉面上滴加酸性CuS5溶液，观察监色消失的时间

c.在炉面上滴加酸性K3[Fe(CN)6]溶液，观察出现蓝色沉淀的时间

d.在炉面上滴加浓HNO「观察出现红棕色气体的时间

【例5】(2023东城一模.26.12分)锢(38Sr)元素广泛存在于矿泉水中，是一种人体必需的微量

元索，在元素周期表中与2oCa和seBa同属「第IIA族。

(1)碱性：Sr(OH)2Ba(OH)2(填或"V")；锢的化学性质与钙和锁类似,用原子结

构的观点解释其原因是

(2)碳酸锢是最重要的钿化合物。用含SrSCh和少量BaSO』、BaCCh、FeO、Fe2O.^AI2O3>

SiO?的大青石制备SrCCh，工艺流程如下(局部操作和条件略)：

I.将天青石矿粉和Na2cCh溶液充分混合，过滤；

H.将滤渣溶于盐酸，过滤；

III.向II所得滤液中参加浓硫酸，过滤；

IV.向【II所得滤液中先参加次氯酸，充分反响后再月氨水调pH约为7,过滤；

V.向IV所得滤液中参加稍过量NH4HCO3,充分反响后，过滤，将沉淀洗净，烘干，得至ijSrCO.o

：i.相同温度时的溶解度：BaSO4<SrCOs<SrSO4<CaSO4

ii.生成氢氧化物沉淀的pH

物质

Fe(OH)3Fe(OH)2AI(OH)3

开始沉淀pH1.97.03.4

完全沉淀pH3.29.04.7

①【中，反响的化学方程式是

②II中，能与盐酸反响溶解的物质有

③IV的目的是

④以下关于该工艺流程的说法正确的选项是

+2

a.该工艺产生的废液含较多的NH4+、Na>Cl\SO4-

b.V中反响时，升高温度一定可以提高SrCC)3的生成速率

c.V中反响时，参加NaOH溶液一定可以提高NH4HCO3的利用率

/题型2—元素+原理

【例6】(2023北京高考.26.14分)N6是汽车尾气中的主要污染物之一。

⑴NO?能形成酸雨，写出NO?能转化为HNO3的化学方程式：

⑵汽车发动机工作时会引发N?和。2反响，其能量变化示意图如下:

①出该反响的热化学方程式：

②温度升高，该反响化学平衡常数的变化趋势是

⑶在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NCh的排放。

①当尾气中空气缺乏时N0,在催化转化器中被复原成N2排出，写出NO被CO复原的亿学方程

式：

②当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收NO”生成盐，其吸收能力顺序如下:

12MgO<20CaO<38SK)<56BaOo原因是。元素的金属性逐渐增强，金属氧化物对NO、的吸

收能力逐渐增强。

⑷通过NO、传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如下：

①Pt电极上发生的是反响(填“氧化〃或中“复原〃)。

②写出NiO电极的电极反响式：

[例7](2023北京理综,26.14分)某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH；和NH3-H2O的形式存在,

该废水的处理流程如下：

(1)过程I：加NaOH溶液，调节pH至9后,升温至30℃,通空气将氨赶出并回收。

①用离子方程式表示加NaO：I溶液的作用：

②用化学平衡原理解释通空气的目的：

(2)过程II：在微生物作用的条件下，\H：经过两步反响被氧化成两步反响的能量变化示意图

如下：

①第一步反响是反响(选填"放热”或"吸热”)，判断依据是________

②1molNH：(aq)全部氧化成NO](aq)的热化学方程式是

(3)过程HI：一定条件下，向废水中参加CHQH,将HNQ复原成N?。假设该反响消耗32gCHQH转

移6mol电子，那么参加反响的复原剂和氧化剂的物质的量之比是________

【例8】(2023北京理综，26.14分)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如右图所示。

⑵电解饱和食盐水的离子方程式是C

⑶电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：

222-22+

⑷电解所用的盐水需精制，去除有影响的Ca\Mg\NHj、SO4[c(SO4-)>c(Ca)]o精制

流程如卜.(淡盐水和溶液A来自电解池)：

①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是

②过程I中将NH」转化为N2的离子方程式是

③BaS04的溶解度比BaCOs的小。过程H中除去的离子有

④经过程111处理，要求盐水c中剩余Na2s5的含量小于5mg/L。假设盐水b中NaCIO的含

量是7.45mg/L,

那么处理10n?盐水b,至多添加10%Na2sO3溶液kg(溶液体积变化忽略不计)

【例9】〔2023理综25.13分)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除

烟气中的SO2，

(1)用化学方程式表示SO?形成硫酸型酸雨的反响：

(2)在钠碱循环法中，Na2sCh溶液作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SCh制得，

该反响的离子方程式是

(3)吸收液吸收SO?的过程中，pH随mSC^AMHSO"变化关系如下表：

n(SO.r):n(HSO3)91：91：1I：91

PH8.27.26.2

①上表判断NaHSCh溶液显性，用化学平衡原理解释：

②当吸收液呈中性时，溶液中离了•浓度关系正确的选项是(选填字母)：

a.c(Na)=2c(SO?2")+c(HSO3),

+2+-

b.c(Na)>c(HSO3")>C(SO3-)>C(H)=C(OH)

2

c.c(Na1+c(H')=c(SO3-)+c(HSO3-)+c(OK)

(4)当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：

①HS03-在阳极放电的电极反响式是

②当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理：

/题型3—给定流程型

[例10](2023房山一模.27.14分)氢浪酸在医药和石化工业上有广泛用途。以下图是模拟工业制备氢

溪酸粗品及精制的流程：

：Bn是易挥发、深红棕色的液体；氢澳酸是易挥发、无色液体。

根据上述流程答复以下问题：

(1)反响室①中发生反响的化学方程式为

(2)反响室①使用冰水的目的

⑶操作I的名称，操作II用到的玻璃仪器有

(4)反响室②中参加Na2SO3的目的是

(5)工业生产中制得的氢浪酸带有淡淡的黄色。于是甲乙两同学设计了实验加以探究：

①甲同学假设工业氢溟酸呈淡黄色是因为含Fe3+,那么用于证明该假设所用的试剂为，

假设假设成立可观察到的现象为

②乙同学假设工业氢膜酸呈淡黄色是因为，其用于证明该假设成立的方法为

【例11](2023西城一模.27.13分)以铝灰(主要成分为Al、AI2O3,另有少量CuO、SiCh、FeO和FezCh

杂质)为原料，可制得液体聚合氯化铝Alm(OH)nChm.n，，生产的局部过程如以下图所示(局部

产物和操作已略去)。

某些硫化物的性质如下表：

物质性质(1)操作I是。AI2O3与盐酸

Fe2s3、Al2s3在水溶液中不存在反响的离子方程式是

FeS黑色，难溶于水，可溶于盐酸

(2)滤渣2为黑色，该黑色物

CuS黑色，难溶于水，可溶于盐酸

质的化学式是

(3)向滤液2中参加NaClO溶液至不再产生红褐色沉淀，此时溶液的pH约为3.7。

NaClO的作用是

(4)将滤液3的pH调至4.2〜4.5,利用水解反响得到液体聚合氯化铝。

反响的化学方程式是

(5)将滤液3电解也可以得到液体聚合氯化铝。装置如下图(阴离子交换膜只允许阴离•子通过，电

极为惰性电极)。

①写出阴极室的电极反响：

②简述在反响室中生成聚合氯化铝的原理：

【例12】(2023海淀一模.27.14分)SO?、NO是大气污染物。吸收SO?和NO,获得Na2s2O4和NH4NO3

产品的流程图如下(Ce为铀元素)：

(1)装置I中生成HSO3一的离子方程式为

⑵含硫各微粒(H2so3、HSO3一和SO32-)存在于SO2与NaOH溶液反响后的溶液中,它们的物

质的量分数X(i)与溶液pH的关系如右图所示。

①以下说法正确的选项是(填字母序号)。

a.pH=8时,溶液中c(HSO「)vcCSOy-)

b.pH=7时，溶液中c(Na+)=c(HSO3—)+c(SO32.)

c.为获得尽可能纯f勺NaHSO3,可将溶液的pH控制

在4〜5左右

②向pH=5的NaHSCh溶液中滴加•定浓度的CaCL溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2,用化

学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：

(3)装置II中，酸性条件下，NO被Ce"氧化的产物主要是NO3,NO2',

写出生成NO3的离子方程式

(4)装置IH的作用之一是再生Ce",其原理如以下图所示。

①生成Ce"的电极反响式为。

②生成CW从电解槽的(填字母序号)口流出。

(5)进入装置N的溶液中,NOz一的浓度为ag要使1nf该溶液中的NO?一完全转化为NH4NO3,

需至少向装置IV中通入标准状况下的OzL。(用含a代数式表示，计算结果保存整数)

/题型4一工业实验型

【例13】(2023海淀期末，18.14分)蛇纹石可用于生产氢氧化镁，简要工艺流程如下：

I.制取粗硫酸镁：用酸液浸泡蛇纹石矿粉，过滤；并在常温常压下结晶，

制得粗硫酸镁(其中常含有少量Fe3+、AM、Fe2+等杂质离子)。

II.提纯粗硫酸镁：将粗硫酸镁在酸性条件下溶解，参加适量的O.lmol/L+Ch溶液，

再调节溶液pH至7〜8,并别离提纯。

ni.制取氢氧化镁：向步骤n所得溶液中参加过量氨水。

：金属离子氢氧化物沉淀所需pH

Fe3+AI3+Fe2+Mg2+

开始沉淀时1.53.36.59.4

沉淀完全时3.75.29.712.4

请答复：

(1)步骤H中，可用于调节溶液pH至7~8的最正确试剂是[填字母序号)。

A.MgOB.Na2cO3C.蒸镭水

(7)工业上，常通过测定使铁新化钾(Ks[Fe(CN)6J)溶液不变色所需比。2溶液的后来确定粗

硫酸镁

中Fe?+的含量。，测定123g粗硫酸镁样品所消耗的0.1mol/L+Ch溶液的体积如下表所示。

平行测定数据

平均值

实验编号1234

消耗溶液的体积/mL0.320.300.300.320.31

①Fe2+与H2O2溶液反响的离子方程式为。

②根据该表数据，可“算出123g粗硫酸镁样品中含Fe2+mol。

（3）工业上常以M9+的转化率为考察指标，确定步骤in制备氢氧化镁工艺过程的适宜条件。

其中，反响温度与Mg2+转化率的关系如右图所示，

①步骤in中制备氢氧化镁反响的离子方程式为

②根据图中所示50℃前温度与Mg2+转化率之间的关系，

可判断此反响是［填"吸热”或”放热〃）反响。

③图中，温度升高至50C以上Mg2+转化率下降的可能原因是

④Ksp表示沉淀溶解平衡的平衡常数。：

2+2+212

Mg(OH)2(s)Mg(aq)+20H-(aq)/Tsp=c(Mg)c(OH)=5.6xlO

Ca(OH)2(s)、、Ca2+(aq)+2OH(aq)Ksp=c(Ca2+)c2(OH)=4.7x1O-6

假设用石灰乳替代氨水，(填“能”或"不能")制得氢氧化镁，理由是

［例14］（2023-2023朝阳期末18.12分）某化学小组在实验室模拟用软钵矿（主要成分MnO?，杂质

为铁及铜的化合物等）制备高纯碳酸镒，过程如下（局部操作和条件略〕：

①缓慢向烧瓶中（见右图）通入过量混合气进行“浸钵”操作，主要反响原理为：

S02+H20=H2SO3

MnO2+H2SO3=M11SO4+H2O

2+

（铁浸出后，过量的S02会将Fc3+更原为FC）

②向“浸钵”结束后的烧瓶中参加一定量纯MnO2粉末。

③再用Na2cCh溶液调节pH为3.5左右，过滤。

④调节滤液pH为6.5〜7.2,参加NH4HCO3,有浅红色的沉淀生成，过滤、洗涤、枯燥，得到高纯

碳酸铳。

答复：

（1）“浸镭”反响中往往有副产物MnS20（,的生成，温度对“浸镒”反响的影响如以下图，为减少

MnS2O6的生成，“浸镭”的适宜温度是

（2）查阅表1,③中调pH为3.5时沉淀的主要成分是②中参加一定量纯MnO2粉末的主要作用是,

相应反响的离子方程式为

表1：生成相应氢氧化物的pH

物质

Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2CU(OH)2

开始沉淀p