高考化学一轮复习讲义 大单元四　第十一章　第49讲　无机化工流程题的解题策略(一)

第49讲无机化工流程题的解题策略(一)[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。1.常考无机化工流程的呈现形式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(1)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，使可溶性离子进入溶液，不溶物通过过滤除去浸出率固体中可溶性物质溶入浸出液中的百分率②灼烧、焙烧、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。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原则配平。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、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体系混合气体中的NH3。一、调控化学反应速率提高效率1.向铬铁矿(FeCr2O4)中通入O2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。答案增大接触面积，提高催化效果，加快反应速率3.向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是。答案控制稀HNO3的用量，防止放热反应温度过高，降低反应剧烈程度，使HNO3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。4.[2023·江苏，16(1)(2)]实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO4·H2O，其实验过程可表示为(1)在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入SO2气体，生成MgSO3，反应为Mg(OH)2+H2SO3=MgSO3+2H2O。下列实验操作一定能提高氧化镁浆料吸收SO2效率的有(填序号)。A.水浴加热氧化镁浆料B.加快搅拌速率C.降低通入SO2气体的速率D.通过多孔球泡向氧化镁浆料中通SO2(2)在催化剂作用下MgSO3被O2氧化为MgSO4。已知MgSO3的溶解度为0.57g(20℃)，O2氧化溶液中SO32-的离子方程式为；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中MgSO3被O2氧化的速率随pH的变化如图所示。在pH=6~8范围内，pH增大，浆料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是答案(1)BD(2)2SO32-+O22SO42-pH解析(1)加热可加快反应速率，但温度升高，SO2在水中溶解度降低，且会导致H2SO3受热分解，不一定能提高吸收SO2的效率，A错误；加快搅拌速率，可以使反应物充分接触，提高吸收SO2的效率，B正确；降低通入SO2气体的速率，SO2可与MgO浆料充分接触，但会降低反应速率，不一定能提高吸收SO2的效率，C错误；多孔球泡可以让SO2与MgO浆料充分接触，能提高吸收SO2的效率，D正确。二、结晶与分离提纯操作应用5.由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体[NH4Fe(SO4)2·12H2O]样品。答案加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤6.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。答案重结晶7.碘化镍(NiI2)在二维形式上具有“多铁性”，某小组以废镍催化剂(主要成分是Ni，含少量Zn、Fe、CaO、SiO2等杂质)为原料制备碘化镍的流程如下：(1)滤渣1的成分是CaSO4、(填化学式)。滤渣2经过洗涤、干燥、(填操作名称)可制铁红。(2)“萃取”中，萃取剂的密度小于1g·cm-3，若在实验室中分离萃取液，具体操作是。答案(1)SiO2灼烧(2)取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液解析(1)SiO2不溶于硫酸，CaSO4微溶于水，所以滤渣1的成分是CaSO4、SiO2。“除铁”时，加入NaClO溶液将Fe2+氧化为Fe(OH)3除去，故滤渣2是Fe(OH)3，经过洗涤、干燥、灼烧可制铁红。(2)“萃取”中，萃取剂的密度小于1g·cm-3，萃取液在上层，若在实验室中分离萃取液，具体操作是取下分液漏斗塞子，旋开活塞，放出下层液体，待下层液体刚好放完，立即关闭活塞，从上口倒出萃取液。三、温度控制与归因分析8.(2025·上海，四节选)工业从低品位锗矿中提取精锗，使用分步升温的方法：锗矿中含有H2O、煤焦油、As2O3等杂质，相关物质的熔沸点如表所示：物质H2O煤焦油As2O3GeOGeO2熔点0℃20~30℃312℃710℃升华1100℃沸点100℃70~80℃465℃(3)使用分步升温的原因是。(4)如图为在不同温度下，使用不同浓度的NaH2PO2·H2O真空还原时，Ge元素的萃出率变化，真空还原采用的最佳温度及浓度为。A.1000℃，2.5% B.1000℃，5.0%C.1100℃，2.5% D.1200℃，2.5%答案(3)氧化焙烧阶段：选择600~700℃可以将煤焦油等杂质尽可能除去的同时将Ge元素转化为GeO2，便于后续得到纯净的GeO气体；真空还原阶段：选择1000~1200℃能将GeO2转化为较纯净的GeO气体升华蒸出，以便得到高纯度的Ge(4)C解析(4)1100℃、NaH2PO2·H2O浓度为2.5%时，Ge元素的萃出率已经较高，再升高温度或增大浓度，Ge元素的萃出率变化不大，故采用的最佳温度及浓度为1100℃、2.5%。9.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：(1)“回收S”过程中温度控制在50~60℃之间，不宜过高或过低的原因是。(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是。答案(1)温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小(2)调节溶液的pH，促进Fe3+水解生成Fe(OH)3沉淀抑制Cu2+水解解析(1)苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低溶解速率小，因此“回收S”过程中温度控制在50~60℃之间，不宜过高或过低。(2)加Fe置换，然后过滤，得到的固体物质是Cu和Fe，Cu和Fe与硝酸反应生成Cu(NO3)2和Fe(NO3)3，Fe3+水解：Fe3++3H2O⥬Fe(OH)3+3H+，加入CuO的目的是调节pH，促进Fe3+水解，生成氢氧化铁沉淀；Cu(NO3)2溶液中Cu2+发生水解：Cu2++2H2O⥬Cu(OH)2+2H+，加入硝酸，抑制Cu2+水解。10.(2025·南京、盐城一模)高铁锌焙烧矿渣主要含ZnO、ZnFe2O4、SiO2。一种利用焙烧矿渣制备ZnSO4·7H2O并生产黄铵铁矾的流程如下：回答下列问题。(1)“酸浸”前要将焙烧矿渣进行粉碎处理的原因是。(2)“酸浸”时，控制反应温度为65℃、硫酸初始酸度为50g·L-1，滤渣中锌元素的质量分数随时间变化的关系如图所示。当浸出时间超过60min后，滤渣中锌元素的质量分数反而升高的原因是。(3)“沉矾”生成黄铵铁矾[NH4Fe3(SO4)2(OH)6]，需控制溶液pH=1.5、温度不超过85℃。①生成黄铵铁矾的化学方程式为。②控制溶液温度不能过高的原因是。③pH超过1.5，可发生反应Fe3++3HCO3-+3H2O=Fe(OH)3↓+3H2CO3。其平衡常数K与Ka1(H2CO3)、Ksp[Fe(OH)3]的代数关系式为K=答案(1)增大与酸的接触面积，加快反应速率，提高焙烧矿渣浸出率(2)浸出时间超过60min，溶液中H+被消耗、pH升高，随着Fe3+水解程度增大，生成的Fe(OH)3胶体吸附溶液中的Zn2+；Fe3+还可生成Fe(OH)3沉淀，附着在焙烧矿渣表面阻碍锌的浸出，使滤渣中锌元素的质量分数升高(3)①3Fe2(SO4)3+5ZnO+2NH4HCO3+5H2O2NH4Fe3(SO4)2(OH)6+5ZnSO4+2CO2↑②温度过高，NH4HCO3受热分解③K解析(3)③根据所给反应，该反应K=c3(H2CO3课时精练[分值：50分]1.(3分)铬作为一种重要的战略金属资源，广泛应用于钢铁、冶金、化工、医药以及航空航天等领域。由高碳铬铁合金粉末(主要为碳、铬、铁的合金，还含有少量的镁、铝、硅的氧化物)制取回收铬单质的工艺流程如图：已知：a.金属Cr与Fe的化学性质非常相似。b.KspMgOH2=1.8×10-11，KspFeOH2=1.0×10-15，KspCrOHc.Mg2+、Fe2+的二水合草酸盐均难溶于水。稀硫酸浸出过程中，提高“浸出率”的措施有(填字母)。A.粉碎B.适当升温C.用98%的硫酸替代稀硫酸D.延长浸出时间答案ABD解析将合金粉末粉碎，可增大反应物的接触面积，使反应更充分，从而提高“浸出率”，A正确；适当升温，能加快反应速率，让更多的物质参与反应，提高“浸出率”，B正确；98%的硫酸是浓硫酸，浓硫酸主要以分子形式存在，酸与金属反应的实质是氢离子参与反应，用浓硫酸替代稀硫酸，氢离子浓度不一定增大，且浓硫酸具有强氧化性、脱水性等，可能会使反应变得复杂，不能提高“浸出率”，C错误；延长浸出时间，能让反应有更充足的时间进行，使更多的物质被浸出，提高“浸出率”，D正确。2.(9分)(2025·盐城射阳中学检测)五氧化二钒(V2O5)是广泛用于冶金、化工等行业的催化剂。由富钒废渣制备V2O5的一种流程如下：已知：ⅰ.NaVO3溶于水，NH4VO3难溶于水。ⅱ.部分含钒(五价)物质在水溶液中的主要存在形式：pH<1.01.0~4.04.0~6.06.0~8.58.5~13.0>13.0主要存在形式VV2O5多钒酸根V多钒酸根V备注多钒酸盐在水中溶解度较小(1)“酸浸”时，MnO2将VO+转化为VO2+(2)通过“调pH、萃取、反萃取”等过程，可制得NaVO3溶液。已知VO3-能被有机萃取剂(简称ROH)萃取，其萃取原理可表示为VO3-(水层)+ROH(有机层)⥬RVO3(有机层)①萃取前，加盐酸调节溶液的pH为7的目的是。②反萃取中，VO3-反萃取率随着pH(3)“沉钒”时，向pH为8的NaVO3溶液中加入NH4Cl溶液，析出NH4VO3沉淀。沉钒温度需控制在70℃左右，温度不能过高的原因是。答案(1)VO++MnO2+2H+=VO2++Mn2++H2O(2)①使溶液中的钒微粒以VO3-形式存在；减小c(OH-)，有利于反应向萃取方向进行，提高VO3-的萃取率②随pH升高，c(OH-)增大，有利于反应向反萃取方向进行，VO3-的反萃取率增大；但c(OH-)过大，+5价的钒主要以VO43-或多钒酸根离子的形式存在，VO3-的反萃取率减小(33.(9分)锰常用于制造合金锰钢。某化工厂以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量杂质)为主要原料制取金属锰的工艺流程如图1所示。(1)“浸锰”步骤中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图2所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”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MnSO4以促进“滤渣Ⅰ”析出，结合平衡移动原理分析其原因：。(2)“滤液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反应后再调pH，写出加入MnO2时发生反应的离子方程式：。答案(1)90℃SiO2、CaSO4c(SO42-)增大，使平衡Ca2+(aq)+SO42-(aq)⥬CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出(2)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe解析流程分析：4.(11分)(2026·南通、泰州、镇江、盐城部分学校调研)一种以软锰矿(主要含MnO2和少量Fe2O3、MgO、CaCO3、SiO2等)和黄铁矿(主要成分为FeS2)为原料制备Mn3O4的流程如下：(1)酸浸。将软锰矿、黄铁矿与H2SO4溶液混合搅拌，反应过程中铁元素的变化为FeS2Fe2+Fe3+。90℃下酸浸，锰元素浸出率及Fe3+、Fe2+的ρ(质量浓度)随时间的变化如图所示。①0~20min内，FeS2中的硫元素被氧化为SO42-。此时，FeS2和。②0~20min内，ρ(Fe2+)逐渐增大的原因是。③100min后，ρ(Fe2+)逐渐减小的原因是。(2)除铁。向“酸浸”所得浸出液中加入过量H2O2，调节溶液pH，充分反应后过滤。H2O2的实际用量比理论计算用量大得多，其原因是。(3)制Mn3O4。向“除镁、钙”后的溶液中滴加适量氨水，充分反应后过滤、洗涤。将所得沉淀加水制成悬浊液，向其中通入空气可制得Mn3O4。若通入空气时间过长，所得Mn3O4样品中锰元素的质量分数会降低，其原因是。答案(1)①2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++4SO42-+15Mn2++14H2O②FeS2与酸反应生成Fe2+的速率大于Fe2+被MnO③Fe2+被空气中的氧气氧化为Fe3+(2)溶液中Fe3+催化H2O2分解(3)部分锰元素被氧化成高价态锰氧化物5.(18分)(2025·陕晋青宁，16)一种综合回收电解锰工业废盐(主要成分为Mn2+、Mg2+、NH4+的硫酸盐已知：①常温下Ksp(MgCO3)=10-5.17，Ksp[Mg(OH)2]=10-11.25，Ksp[Mn(OH)2]=10-12.72；②S2O82-结构式为回答下列问题：(1)制备废盐溶液时，为加快废盐溶解，可采取的措施有、(写出两种)。(2)“沉锰Ⅰ”中，写出形成的Mn(OH)2被氧化成Mn3O4的化学方程式：。当Mg2+(c=10-0.68mol·L-1)将要开始沉淀时，溶液中剩余Mn2+浓度为mol·L-1。(3)“沉锰Ⅱ”中，过量的(NH4)2S2O8经加热水解去除，最终产物是NH4HSO4和(填化学式)。(4)“沉镁Ⅰ”中，当pH为8.0~10.2时，生成碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg(OH)2·zH2O]，煅烧得到疏松的轻质MgO。pH过大时，不能得到轻质MgO的原因是。(5)“沉镁Ⅱ”中，加H3PO4至pH=8.0时，Mg2+沉淀完全；若加至pH=4.0时沉淀完全溶解，据图分析，写出沉淀溶解的离子方程式：。(6)“结晶”中，产物X的化学式为。(7)“焙烧”中，Mn元素发生了(填“氧化”或“还原”)反应。答案(1)适当加热搅拌(或将废盐固