高中化学 二轮复习 化学工艺流程图题解题技巧.docx

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高中化学二轮复习化学工艺流程图题解题技巧

[备考要点]　1.掌握化工流程中方程式的书写。

2.掌握化工流程中条件的控制。

3.掌握化工流程中物质的分离和提纯。

4.掌握化工流程中的有关计算。

考点一　化工流程中条件的控制

条件控制

目的

固体原料粉碎或研磨

减小颗粒直径增大反应物接触面积，增大浸取时的反应速率，提高浸取率

煅烧或灼烧

①除去硫、碳单质；②有机物转化、除去有机物；③高温下原料与空气中氧气反应；④除去热不稳定的杂质等

酸浸

①溶解转变成可溶物进入溶液中，以达到与难溶物分离的目的；②去氧化物（膜）

碱溶

①除去金属表面的油污；②溶解铝、氧化铝等

加热

①加快反应速率或溶解速率；②促进平衡向吸热反应方向移动；③除杂，除去热不稳定的杂质，如NaHCO3、Ca（HCO3）2、KMnO4、NH4Cl等物质；④使沸点相对较低或易升华的原料气化；⑤煮沸时促进溶液中的气体（如氧气）挥发逸出等

反应物用

量或浓度

①酸浸时提高酸的浓度可提高矿石中某金属元素的浸取率；②增大便宜、易得的反应物的浓度，可以提高其他物质的利用率，使反应充分进行；

③增大物质浓度可以加快反应速率，使平衡发生移动等

降温

①防止某物质在高温时溶解（或分解）；②使化学平衡向着题目要求的方向（放热反应方向）移动；③使某个沸点较高的产物液化，使其与其他物质分离等；④降低某些晶体的溶解度，减少损失等

控温

①结晶获得所需物质；②防止某种物质（如H2O2、草酸、浓硝酸、铵盐等）温度过高时会分解或挥发；③使某物质达到沸点挥发出来；④使催化剂的活性达到最好；⑤防止副反应的发生等

加入氧化剂

（或还原剂）

①转化为目标产物的价态；②除去杂质离子[如把Fe2＋氧化成Fe3＋，而后调溶液的pH，使其转化为Fe（OH）3沉淀除去]

加入沉淀剂

①生成硫化物沉淀（如加入硫化钠、硫化铵、硫化亚铁等）；②加入可溶性碳酸盐，生成碳酸盐沉淀；③加入氟化钠，除去Ca2＋、Mg2＋

pH控制

①生成金属氢氧化物，以达到除去金属离子的目的；②抑制盐类水解；

③促进盐类水解生成沉淀，有利于过滤分离

1．三氧化二镍（Ni2O3）是重要的电子元件材料和蓄电池材料，工业上利用含镍废料（主要成分为镍、铝、氧化铁、碳等）提取Ni2O3，工业流程如图：

“预处理”操作可以选择用________（填字母）来除去废旧镍电池表面的矿物油污。

A．纯碱溶液浸泡

B．NaOH溶液浸泡

C．酒精清洗

答案　C

2．一种从铜阳极泥（主要含有铜、银、金、少量的镍）中分离提取多种金属元素的工艺流程如下：

“分铜”时，如果反应温度过高，会有明显的放出气体现象，原因是__________________

_____________________________________________________________________________。

答案　温度过高，H2O2分解放出氧气。

3．已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示

物质

开始沉淀

沉淀完全

Fe（OH）3

2.7

3.7

Fe（OH）2

7.6

9.6

Mn（OH）2

8.3

9.8

若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，应该怎样做？

答案　先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调溶液的pH至3.7～8.3。

注意：

（1）调节pH所需的物质一般应满足两点：

①能与H＋反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。

例如：

若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu（OH）2、Cu2（OH）2CO3等物质来调节溶液的pH。

（2）调节溶液的pH：

酸作用还可以除去氧化物（膜）；碱作用还可以除去油污、除去铝片氧化物、溶解铝和二氧化硅。

（3）调节pH的试剂选取：

①选取流程中出现的物质；②未学习过的物质且题目又无信息提示的一般不做考虑；③已学的常见酸碱（NaOH、Na2CO3、HCl、H2SO4、NH3·H2O、HNO3）。

[2021·全国乙卷，26

（2）（3）（4）（5）（6）]磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。

为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。

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pH

2.2

3.5

9.5

12.4

沉淀完全（c＝1.0×10－5mol·L－1）的pH

3.2

4.7

11.1

13.8

回答下列问题：

（2）“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，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__________________________。

（3）“母液①”中Mg2＋浓度为_______________mol·L－1。

（4）“水浸渣”在160℃“酸溶”，最适合的酸是________，“酸溶渣”的成分是________

____________________。

（5）“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________。

（6）将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得____________，循环利用。

答案　

（2）Fe3＋、Al3＋、Mg2＋　（3）1.0×10－6　（4）硫酸　SiO2、CaSO4　（5）TiO2＋＋（x＋1）H2O

TiO2·xH2O↓＋2H＋　（6）（NH4）2SO4

解析　

（2）由题给开始沉淀和完全沉淀的pH可知，将pH约为2.0的滤液加入氨水调节溶液pH为11.6时，铁离子首先沉淀，然后是铝离子、镁离子，钙离子没有沉淀。

（3）由镁离子完全沉淀时，溶液pH为11.1可知，氢氧化镁的溶度积为1×10－5×（1×10－2.9）2＝1×10－10.8，当溶液pH为11.6时，溶液中镁离子的浓度为

mol·L－1＝1×10－6mol·L－1。

（4）增大溶液中硫酸根离子的浓度，有利于使微溶的硫酸钙转化为沉淀，为了使微溶的硫酸钙完全沉淀，减少TiOSO4溶液中含有的硫酸钙的量，应加入浓硫酸加热到160℃酸溶；由分析可知，二氧化硅和硫酸钙与硫酸不反应，则酸溶渣的主要成分为二氧化硅和硫酸钙。

（5）酸溶后将TiOSO4溶液适当稀释并加热，能使TiOSO4完全水解生成TiO2·xH2O沉淀和硫酸，反应的离子方程式为TiO2＋＋（x＋1）H2O

TiO2·xH2O↓＋2H＋。

（6）由分析可知，尾气为氨气，母液①为硫酸铵、母液②为硫酸，将母液①和母液②混合后吸收氨气得到硫酸铵溶液，可以循环使用。

1．研究从太阳能电池的碲化镉吸收层（主要含CdTe、CdS）中回收碲具有重要的意义。

某回收工艺的流程如下：

回答下列问题：

（1）反应釜中，溶液的pH、温度（T）与生成沉淀的关系如图，图中区域分别表示铁的化合物稳定存在的区域。

则制备FeOOH适宜的pH和温度分别为________（填字母）。

a．2,80℃b．4,90℃

c．5,160℃d．6,25℃

（2）制备磁性纳米铁棒时，加入NaBH4前先通入N2的作用是___________________________

______________________________________________________________________________。

（3）常温下，若在含Cd2＋、Te4＋滤液中加入NaOH溶液调节pH为7，溶液中c（Cd2＋）的最大值为____________________________________________________________________________

（已知：

Ksp[Cd（OH）2]＝5.3×10－15）。

（4）从TeO

溶液得到“吸附Te”，利用了纳米铁棒的性质有________、________。

答案　

（1）b　

（2）排出设备中的空气，防止磁性纳米铁棒和NaBH4被氧化　（3）0.53mol·L－1　

（4）吸附性　还原性

解析　

（2）磁性纳米铁棒和NaBH4都容易被氧化，所以在加入NaBH4之前需通入N2排出反应容器中的空气。

（3）溶液的pH＝7，则c（OH－）＝1.0×10－7mol·L－1，根据Ksp[Cd（OH）2]＝5.3×10－15，可计算Cd2＋的浓度：

c（Cd2＋）＝

＝

＝0.53mol·L－1。

（4）含TeO

的溶液和磁性纳米铁棒作用，Te的化合价降低，被纳米铁棒还原，磁性纳米铁棒还能吸附Te，故在得到Te的过程中，磁性纳米铁棒呈现了还原性和吸附性。

2．

（1）随着钴酸锂电池的普及使用，从废旧的钴酸锂电池中提取锂、钴等金属材料意义重大。

下图是废旧钴酸锂电池材料（主要成分为LiCoO2，含少量铁、铝、铜等元素的化合物）回收工艺流程：

①“拆解”前需进行“放电”处理的目的是_______________________________________

_____________________________________________________________________________。

用食盐水浸泡是放电的常用方法，浸泡放电过程中产生的气体主要有________。

②滤液1中加入Na2SO3的主要目的是____________________________________________；

加入NaClO3的主要目的是______________________________________________________。

③“沉钴”过程中，（NH4）2C2O4的加入量（图甲）、沉淀反应的温度（图乙）与钴的沉淀率关系如图所示：

根据图分析：

沉钴时应控制n（C2O

）∶n（Co2＋）为________，温度控制在________℃左右。

（2）碱式硫酸铝[（1－x）Al2（SO4）3·xAl（OH）3]溶液可用于烟气脱硫。

实验室用粉煤灰（主要含Al2O3、SiO2等）制备碱式硫酸铝溶液，实验流程如下：

已知“调pH”的反应为（2－x）Al2（SO4）3＋3xCaCO3＋3xH2O===2[（1－x）Al2（SO4）3·xAl（OH）3]＋3xCaSO4＋3xCO2↑。

①“酸浸”时适当增大H2SO4溶液浓度的目的是______________________，能达到相同目的的方法还有_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________（任写一种）。

②“酸浸”时应控制H2SO4溶液的用量，H2SO4溶液用量不能过量太多的原因是_________

______________________________________________________________________________。

（3）亚氯酸钠（NaClO2）具有强氧化性，受热易分解，可作漂白剂、食品消毒剂等。

以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：

①提高“反应1”反应速率的措施有_______________________________________________

________________________________________________________________（答出一条即可）。

母液中溶质的主要成分是______________________________________________（填化学式）。

②采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是__________________________________

______________________________________________________________________________。

③“反应2”中使用H2O2而不用其他物质的原因是_________________________________

______________________________________________________________________________。

答案　

（1）①防止在电池拆解过程中发生短路引起火灾及操作人员触电　H2、Cl2

②将Co3＋还原为Co2＋　将Fe2＋氧化为Fe3＋

③1.15　46

（2）①加快酸浸时的反应速率（或提高铝元素的浸出率）　加热（或搅拌）

②会增加后续CaCO3的消耗量

（3）①适当升高反应温度（或其他合理答案）　Na2SO4　②常压蒸发温度过高，亚氯酸钠易分解　③多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质

解析　

（1）①电池在拆解过程中容易发生短路引起火灾或导致操作人员触电，则拆解前必须进行放电处理；用食盐水浸泡放电过程实际是电解食盐水的过程，电解时，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，水电离出的氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气。

②Co3＋具有氧化性，向滤液1中加入具有还原性的Na2SO3，能将Co3＋还原为Co2＋；亚铁离子具有还原性，加入具有氧化性的NaClO3，能将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于调节pH时，将Fe3＋转化为氢氧化铁沉淀。

③由图甲可知，n（C2O

）∶n（Co2＋）为1.15时，钴的沉淀率最大，效果最好；由图乙可知，沉淀反应温度为46℃左右时，钴的沉淀率最大，效果最好。

（3）①对于气体和液体的反应，为提高反应速率，可适当升高反应温度，增大吸收液浓度，增大SO2与吸收液的接触面积等；NaClO3在反应器中与二氧化硫反应生成ClO2和Na2SO4，所以母液中溶质的主要成分是Na2SO4。

②减压蒸发在较低温度下进行，防止常压蒸发温度过高，造成亚氯酸钠分解。

③用H2O2作还原剂，产物为水和氧气，且多余的H2O2可分解为氧气和水，不引入其他杂质。

考点二　化工流程中物质的分离与提纯

1．化工生产过程中分离、提纯、除杂

化工生产过程中分离、提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。

2．常考分离、提纯的操作

（1）从滤液中提取一般晶体（溶解度随温度升高而增大）的方法：

蒸发浓缩（至少有晶膜出现）、冷却结晶、过滤、洗涤（冰水洗、热水洗、乙醇洗等）、干燥。

（2）从滤液中提取溶解度受温度影响较小或随温度升高而减小的晶体的方法：

蒸发浓缩、趁热过滤（如果温度下降，杂质也会以晶体的形式析出来）、洗涤、干燥。

（3）减压蒸发的原因：

减压蒸发降低了蒸发温度，可以防止某物质分解（如H2O2、浓硝酸、NH4HCO3）或失去结晶水（如题目要求制备结晶水合物产品）。

（4）洗涤

洗涤试剂

适用范围

目的

蒸馏水

冷水

产物不溶于水

除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为溶解而造成的损失

热水

有特殊的物质其溶解度随着温度升高而下降

除去固体表面吸附着的××杂质，可适当降低固体因为温度变化溶解而造成的损失

有机溶剂（酒精、丙酮等）

固体易溶于水、难溶于有机溶剂

减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，产品易干燥

饱和溶液

对纯度要求不高的产品

减少固体溶解

酸、碱溶液

产物不溶于酸、碱

除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解

洗涤沉淀的方法：

向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次

检验沉淀是否洗涤干净的方法：

取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试剂，若未出现特征反应现象，则沉淀洗涤干净

（5）萃取与反萃取

①萃取：

利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度不同，将物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。

如用CCl4萃取溴水中的Br2。

②反萃取：

用反萃取剂使被萃取物从负载有机相返回水相的过程，为萃取的逆过程。

（6）其他

①蒸发时的气体氛围抑制水解：

如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。

②减压蒸馏的原因：

减小压强，使液体沸点降低，防止受热分解、氧化等。

3．根据溶解度曲线判断结晶的方法

（1）溶解度受温度影响较小的（如NaCl）采取蒸发结晶的方法。

（2）溶解度受温度影响较大的采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。

（3）带有结晶水的盐，一般采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。

1．过滤（分离固、液混合物）

从工厂采集废液（含FeSO4和少量ZnSO4、MgSO4），进行四氧化三铁的制备实验。

制备流程如图所示：

操作a、b的名称分别为________________________________________________________。

答案　过滤、过滤

2．萃取法分离

（1）“萃取分离”溶液中钴、锂的萃取率与平衡时溶液pH的关系如图所示，pH一般选择5左右，理由是____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________。

（2）萃取剂对Al3＋、Co2＋萃取率与pH的关系如图所示。

萃取分离钴、铝的实验操作：

向萃取分液后的有机相中加稀硫酸调pH＝3～4，分液可得CoSO4溶液；__________________，可得Al2（SO4）3溶液。

（3）已知萃取剂A、B中pH对钴离子、锰离子萃取率的影响如图所示，为了除去Mn2＋，应选择萃取剂________（填“A”或“B”）。

答案　

（1）pH在5左右时，钴、锂的分离效率高

（2）继续向萃取分液后的有机相中加稀H2SO4调pH＝0.5以下（或1以下），然后分液　

（3）B

3．反萃取分离

实验室从含碘废液（除H2O外，含有CCl4、I2、I－等）中回收碘，其实验过程如图所示。

向含碘废液中加入稍过量的Na2SO3溶液，将废液中的I2还原为I－，其离子方程式：

______________________________________________________________________________。

该操作将I2还原为I－的目的是____________________________________________________。

答案　SO

＋I2＋H2O===2I－＋2H＋＋SO

　使四氯化碳中的碘进入水层

4．结晶的方法

（1）KIO3的溶解度曲线如图所示。

由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为__________________。

答案　蒸发浓缩、降温结晶

解析　由溶解度曲线可知KIO3在常温下的溶解度较小，故由KIO3溶液得到KIO3晶体的方法为蒸发浓缩、降温结晶。

（2）硫酸锰在不同温度下结晶可分别得到MnSO4·7H2O、MnSO4·5H2O和MnSO4·H2O。

硫酸锰在不同温度下的溶解度和该温度范围内析出晶体的组成如下图所示。

从过滤所得的滤液中获得较高纯度MnSO4·H2O的操作是：

控制温度在80～90℃之间蒸发结晶、__________，使固体MnSO4·H2O与溶液分离，_________________________________、

真空干燥。

答案　趁热过滤　用80～90℃的蒸馏水洗涤2～3次

解析　据溶解度曲线图，要从过滤所得MnSO4溶液中获得较高纯度的MnSO4·H2O晶体，应在80～90℃之间进行蒸发结晶、趁热过滤，再用80～90℃的蒸馏水洗涤MnSO4·H2O晶体2～3次，最后真空干燥。

（3）已知CoCl2的溶解度曲线如图所示。

向碱式碳酸钴沉淀中加入足量稀盐酸边加热边搅拌至完全溶解后，需趁热过滤的原因是________________________________________________。

答案　防止因温度降低，CoCl2晶体析出

解析　由CoCl2的溶解度曲线可以知道，随温度的升高，CoCl2的溶解度增大，所以趁热过滤，防止温度降低CoCl2晶体析出。

[2017·全国卷Ⅲ，27（4）]重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。

制备流程如图所示：

有关物质的溶解度如图所示。

向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。

冷却到________（填字母）得到的K2Cr2O7固体产品最多。

a．80℃　　　b．60℃　　　c．40℃　　　d．10℃

步骤⑤的反应类型是________________。

答案　d　复分解反应

1．

（1）碘化亚铜（CuI）是阳极射线管覆盖物，不溶于水和乙醇。

下图是工业上由冰铜制取无水碘化亚铜的流程。

①步骤a中Cu2S被转化为Cu，同时有大气污染物A生成，相关反应的化学方程式为________。

熔渣B主要成分为黑色磁性物质，其化学式为______________________________________。

②步骤b中H2O2的作用是_______________________________________________________；

步骤c中加入过量NaI涉及的主要反应的离子方程式为______________________________。

③步骤d用乙醇洗涤的优点是____________________________________________________；

检验沉淀是否洗涤干净的方法是__________________________________________________。

（2）下图是Na2SO4和Na2SO4·10H2O的溶解度曲线，则由Na2SO4溶液得到Na2SO4固体的操作是________→________→用乙醇洗涤→干燥。

用乙醇洗涤而不用水洗的原因是__________

_____________________________________________________________________________。

答案　

（1）①Cu2S＋O2

2Cu＋SO2　Fe3O4

②作氧化剂，将Cu2O和Cu氧化为Cu2＋　2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2　③洗去残余水分且可快速晾干　蘸取最后一次洗涤液进行焰色反应，如果火焰无黄色则已洗净（或其他合理答案）

（2）蒸发结晶　趁热过滤　防止Na2SO4固体转化为Na2SO4·10H2O，并防止Na2SO4因溶于水而损耗

解析　

（1）①步骤a中Cu2S与空气中氧气在1200℃条件下反应生成Cu和二氧化硫，反应的化学方程式为Cu2S＋O2

2Cu＋SO2；由熔渣B的主要成分为黑色磁性物质可知，FeS与空气中氧气在1200℃条件下反应生成四氧化三铁和二氧化硫。

②步骤b的反应为在硫酸作用下，H2O2作氧化剂，将氧化亚铜、铜氧化生成硫酸铜；步骤c的反应为硫酸铜溶液与过量NaI溶液