无机工艺流程题的解答技巧.docx

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无机工艺流程题的解答技巧

无机工艺流程题的解答技巧

一、题目特点

　无机工艺流程题已逐渐成为高考试卷的主角，尤其是2013年的高考中，全国14套理综（化学）试卷，纯粹的无机工艺流程题有6道（其中江苏卷18题、20题都是无机工艺流程题），实验室模拟的有3道。

该类型题目的特点是：

1.试题源于生产实际，以解决课堂互动探究化学实际问题为思路进行设问，充分体现了理论与实践相结合的观点。

2.试题内容丰富，涉及基础知识较为全面，较好地考查学生对“双基”的掌握情况。

3.题目难度为中等以上，分值较大，区分度强。

二、题目类型

　从化工工艺分，可分为基础化工工艺题和精细化工工艺题；从生产过程中的主要工序分，可分为除杂提纯工艺流程题（如海水提纯）、原材料化学转化工艺流程题、电解工艺流程题、资源（能源）综合利用工艺流程题；按资源的不同，分为空气资源生产的工艺流程题（如合成氨）、利用水资源生产的工艺流程题（如海水提溴、镁、氯碱工业等）、利用矿产资源生产的工艺流程题（如工业制H2SO4、炼铁、炼钢等）、化石燃料生产的工艺流程题等。

三、知识贮备

1．熟练掌握中学化学中重要的化工生产原理（列举如下）

化学工业

化学工业

2．熟练掌握分离、提纯的实验技能，如溶解、过滤、蒸馏、结晶、重结晶等。

3．熟练掌握化学计算的方法技巧，如守恒法、关系式法、差量法等。

四、解题思路

　无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：

一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产量和产率；四是减少污染，注意环保，发展“绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。

命题者围绕以上几方面设问，我们的解题思路是：

（1）从生产目的（标）出发，读懂框图（流程）。

解答时要看框内，看框外，里外结合；边分析，边思考，易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。

（2）分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：

A.反应物是什么，B.发生了什么反应，C.该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。

抓住一个关键点：

一切反应或操作都是为了获得产品。

（3）从问题中获取信息，帮助解题，了解流程后着手答题。

对反应条件的分析可从以下几个方面着手：

对反应速率有何影响、对平衡转化率有何影响、对综合生产效益有何影响（如可以从原料成本，原料来源是否广泛、是否可再生，能源成本，对设备的要求，环境保护等方面考虑）。

五、典例导悟

典例导悟1

　利用化学原理对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。

（一）染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去（加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体）。

除去NO的离子方程式为________________________________________________________________________。

（二）某工厂对制革工业污泥中Cr元素的回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）：

常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

阳离子

Fe3＋

Fe2＋

Mg2＋

Al3＋

Cu2＋

Cr3＋

开始沉淀时的pH

1.9

7.0

－

－

4.7

－

沉淀完全时的pH

3.2

9.0

11.1

8

6.7

9（＞9溶解）

（1）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是________（至少写一条）。

（2）调pH＝8是为了除去__________（填Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）。

（3）钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是____________（填Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋）。

（4）试配平氧化还原反应方程式：

Na2Cr2O7＋SO2＋H2O===

Cr（OH）（H2O）5SO4＋Na2SO4；每生成1molCr（OH）（H2O）5SO4消耗SO2的物质的量为____________。

（三）印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。

腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol·L－1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③过滤。

（提供的药品：

Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu）。

典例导悟2

　（2013·江苏，20）以水氯镁石（主要成分为MgCl2·6H2O）为原料生产碱式碳酸镁的主要流程如下：

→→→→→→

（1）预氨化过程中有Mg（OH）2沉淀生成，已知常温下Mg（OH）2的Ksp＝1.8×10－11mol3·L－3，若溶液中c（OH－）＝3.0×10－6mol·L－1，则溶液中c（Mg2＋）＝________。

（2）上述流程中的滤液浓缩结晶，所得主要固体物质的化学式为________。

（3）高温煅烧碱式碳酸镁得到MgO。

取碱式碳酸镁4.66g，高温煅烧至恒重，得到固体2.00g和标准状况下CO20.896L，通过计算确定碱式碳酸镁的化学式。

（4）若热水解不完全，所得碱式碳酸镁中将混有MgCO3，则产品中镁的质量分数________（填“升高”、“降低”或“不变”）。

典例导悟3

　（2013·福建理综，24）硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。

工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如下：

（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是

________________________________________________________________________。

（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：

Fe（OH）2＋________＋________===

Fe（OH）3＋Cl－

（3）针铁矿（Coethite）是以德国诗人歌德（Coethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是________。

（4）根据下表数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为________。

Mg（OH）2

Zn（OH）2

MgCO3

CaCO3

开始沉淀的pH

10.4

6.4

—

—

沉淀完全的pH

12.4

8.0

—

—

开始溶解的pH

—

10.5

—

—

Ksp

5.6×10－12mol3·L－3

—

6.8×10－6mol2·L－2

2.8×10－9mol2·L－2

（5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是________（选填序号）。

a．大理石粉　b．石灰粉　c．纯碱溶液　d．烧碱溶液

（6）“滤液4”之后的操作依次为________、________、过滤、洗涤、干燥。

（7）分析图中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。

典例导悟4

　（2013·四川理综，29）四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。

用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3、Ti的最高化合价为＋4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：

请回答下列问题：

（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是____________。

（2）向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为

________________________、______________________。

（3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅲ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。

水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。

请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：

________________________________________________________________________。

过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、______、______、______（填化学式），减少废物排放。

（4）A可用于生产红色颜料（Fe2O3），其方法是：

556akgA（摩尔质量为278g·mol－1）溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336bkgA和112ckg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。

若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料____________________kg。

典例导悟5

　（2013·上海，27）工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：

　A　B　　　NH3　　CO2　　　　E

　　　↓↓　　　　↓　　　↓　　　　　↑

　→→→→→→→

　　　　　↓　　　　　　　　↓

　　　　　　　C　　　　　　　　　D

完成下列填空：

（1）粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式：

A____________________，B____________________。

（2）实验室提纯粗盐的实验操作依次为：

取样、________、沉淀、________、__________、泠却结晶、________、烘干。

（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________。

碳酸化时没有析出碳酸钠晶体。

其原因是_____________________________________________________。

（4）碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是________（填写化学式），检验这一成分的阴离子的具体方法是：

________________________________________________________________________。

（5）氯碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。

加石灰水后所发生的反应的离子方程式为_______________________________________________________。

滤液D加石灰水前先要加热，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）产品纯碱中含有碳酸氢钠。

如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为_________________________________________。

1．铝用途广泛，用铝土矿（主要成分为Al2O3·nH2O、少量SiO2和Fe2O3）制取Al有如下途径：

（1）滤液A可用于净水，其净水原理用离子方程式表示为

________________________________________________________________________。

（2）灼烧时盛放药品的仪器名称是________。

（3）步骤V中发生反应的化学方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）步骤Ⅲ中生成固体C的离子反应方程式为

________________________________________________________________________；

________________滤液C中c（Na＋）＝_______________________________________

________________________________________________________________________（用电荷守恒式表达）。

（5）取滤液B100mL，加入1mol·L－1盐酸200mL，沉淀量达到最大且质量为11.7g。

则滤液B中c（AlO）＝________，c（Na＋）____2mol·L－1（填“>”、“＝”或“<”）。

2．亚氯酸钠（NaClO2）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。

以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：

①NaClO2的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO2·3H2O；②纯ClO2易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10%以下较安全；③HClO2可看成是强酸。

（1）160g·L－1NaOH溶液的物质的量浓度为____________________________________，若要计算该溶液溶质的质量分数，还需要的一个条件是__________。

（2）在发生器中鼓入空气的作用可能是________（填序号）。

A．将SO2氧化成SO3，增强酸性

B．稀释ClO2以防止爆炸

C．将NaClO3氧化成ClO2

（3）吸收塔内的反应的化学方程式为_______________________________________，

吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是防止H2O2分解，写出H2O2分解的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（4）在碱性溶液中NaClO2比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单的实验方法是___________________________________________________。

（5）吸收塔中为防止NaClO2被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。

除H2O2外，还可以选择的还原剂是______（填序号）。

A．Na2O2B．Na2SC．FeCl2D．PbO（悬浊液）

（6）从滤液中得到NaClO2·3H2O粗晶体的实验操作依次是____________（填序号）。

A．蒸馏B．蒸发C．灼烧D．过滤E．冷却结晶

要得到更纯的NaClO2·3H2O晶体必须进行的操作是________（填操作名称）。

3．海水是宝贵的资源宝库，目前氯碱工业、海水提镁、海水提溴为人类提供了大量工业原料。

下图是海水综合利用的部分流程图，据图回答问题：

（1）由海水晒制的粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，为除去这些离子，所加试剂及其先后顺序为（写化学式）____________________________________________。

（2）①目前较先进的电解制碱法是离子交换膜电解法，即用阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室，其作用是______________________________________________________，

电解饱和食盐水的化学反应方程式为________________________________________

________________________________________________________________________。

②制取MgCl2的过程中涉及反应：

MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O，该反应要在HCl气氛中进行，原因是__________。

（3）苦卤中通入Cl2已经置换出Br2，为什么吹出后用SO2吸收转化为Br－再用Cl2置换________________________________________________________________________

________________________________，由此判断Cl2、Br2、SO2的氧化性由强到弱的顺序为________。

（4）也有工艺是在吹出Br2后用碳酸钠溶液吸收，形成溴化钠和溴酸钠，同时有CO2放出。

该反应的离子方程式是______________________________________；最后再用H2SO4处理得到Br2，该反应的离子方程式是___________________________________。

一、金属的冶炼

二、海洋资源的开发利用

三、煤、石油、天然气的综合利用

煤

石油

四、环境保护、绿色化学与可持续发展

环境问题——酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞、温室效应、白色污染、赤潮等

答案

【专题探究区】

典例导悟

1．

（一）2Al＋OH－＋NO＋2H2O===2AlO＋NH3·H2O

（二）

（1）升高温度、搅拌、过滤后再向滤渣中加入硫酸（多次浸取）、适当延长浸取时间（只要答出任意一点即可，其他合理答案也可）

（2）Fe3＋、Al3＋　（3）Mg2＋、Ca2＋

（4）1　3　11　2　1　1.5mol

（三）①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋　②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7

2．

（1）2.0mol·L－1　

（2）NH4Cl

（3）n（CO2）＝＝4.00×10－2mol

n（MgO）＝＝5.00×10－2mol

n（H2O）＝

＝5.00×10－2mol　

n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝5.00×10－2∶4.00×10－2∶5.00×10－2＝5∶4∶5，则碱式碳酸镁的化学式为Mg（OH）2·4MgCO3·4H2O。

（4）升高

解析　

（1）常温下Mg（OH）2的Ksp＝c（Mg2＋）·c2（OH－）＝c（Mg2＋）×（3.0×10－6）2＝1.8×10－11mol3·L－3，求得c（Mg2＋）＝2.0mol·L－1。

（2）主要流程中加NH3、NH4HCO3进行沉淀镁得到主要物质为MgCO3和NH4Cl，滤液的主要成分为NH4Cl。

（3）设该碱式碳酸镁的化学式为Mgx（OH）y（CO3）z，高温煅烧后产物为MgO、CO2和H2O，其物质的量之比为n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶y，由题中数据知生成气体CO2的物质的量n（CO2）＝＝4.00×10－2mol，得到的固体为MgO，其物质的量n（MgO）＝＝5.00×10－2mol，

n（H2O）＝＝5.00×10－2mol，

n（MgO）∶n（CO2）∶n（H2O）＝x∶z∶y＝5.00×10－2∶4.00×10－2∶5.00×10－2＝5∶4∶5，所以求得该碱式碳酸镁的化学式为Mg5（OH）10（CO3）4，但该化学式化合价代数和不为0，推测可能含结晶水，故化学式应为Mg5（OH）2（CO3）4·4H2O，也可写为Mg（OH）2·4MgCO3·4H2O。

（4）将碱式碳酸镁的化学式分为两部分，分别是4MgCO3和Mg（OH）2·4H2O。

MgCO3中镁的质量分数为24/84×100%≈28.6%，Mg（OH）2·4H2O中镁的质量分数为24/（24＋17×2＋18×4）×100%≈18.5%，MgCO3增多，镁的质量分数升高。

3．

（1）增大反应物接触面积或增大反应速率或使反应更充分

（2）Fe（OH）2＋ClO－＋H2O===Fe（OH）3＋Cl－

（3）FeO（OH）（或其他合理答案）

（4）8.0≤pH<10.4（或其他合理答案）

（5）b（或b和d或d）

（6）蒸发浓缩　冷却结晶（或其他合理答案）

（7）125m2/81m1（或其他合理答案）

解析　

（1）固体颗粒越小，反应时接触面积越大，反应速率越大；同时反应更充分。

（2）因漂白粉中含有强氧化性的Ca（ClO）2，可将Fe（OH）2氧化为Fe（OH）3，同时ClO－被还原为Cl－，分析化合价的变化：

F（OH）2―→F（OH）3　　化合价升1×2

Cl－―→C－化合价降2×1

配平Fe（OH）2、Fe（OH）3、ClO－、Cl－前的化学计量数后，可根据原子个数守恒，确定反应物H2O及其化学计量数。

（3）设针铁矿的化学式为FexOyHz，则有56x＋16y＋z＝89。

x只能为1，若y＝1，则z＝17，化学式FeOH17，由化合价规则可排除；若y＝2，则z＝1，化学式为FeO2H，或写为FeO（OH），符合题意。

（4）由流程图可知，滤液2中主要含有ZnCl2、MgCl2、CaCl2等物质，调节pH时，只能考虑将Zn2＋转化为Zn（OH）2，而Mg2＋必须留在溶液中，因此由表中数据可确定pH的理论范围为8.0≤pH<10.4。

（5）滤液3中的主要成分为MgCl2和CaCl2，大理石粉不能参加反应，而纯碱溶液可将Ca2＋转化为CaCO3，只有石灰乳或烧碱溶液可将Mg2＋转化为Mg（OH）2，而Ca2＋仍留在溶液中。

（6）由ZnSO4溶液制备ZnSO4·7H2O，首先应将溶液加热蒸发浓缩，然后冷却析出晶体。

（7）由流程图可知沉淀2中ZnO全部来自菱锌矿，由锌元素守恒可得n（ZnCO3）＝n（ZnO），则m（ZnCO3）＝×125g·mol－1＝125m2/81kg，菱锌矿中ZnCO3的质量分数为125m2/81m1。

4．

（1）TiO2＋2H2SO4===Ti（SO4）2＋2H2O或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O

（2）2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋　Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋　（3）加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H＋浓度促进钛盐水解　H2O　FeSO4　H2SO4

（4）160a＋320b＋160c

解析　

（1）TiO2是Ti的最高价氧化物，与硫酸反应生成盐和水，反应的化学方程式为TiO2＋2H2SO4===Ti（SO4）2＋2H2O或TiO2与少量硫酸反应TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O。

（2）从框图信息知加硫酸后，TiO2、FeO、Fe2O3都与H2SO4反应，生成Fe3＋和Fe2＋等离子，再加入铁粉时，铁粉与Fe3＋和过量H2SO4反应：

2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。

（3）从框图信息可知加入足量铁粉过滤，FeSO4·7H2O晶体析出，滤液Ⅲ中主要以钛盐为主。

钛盐开始水解是在沸水中，且水解过程要维持沸腾，由于盐的水解与盐本身性质、外界温度、浓度等因素有关，温度升高，水解程度增大，浓度越小水解程度越大，外加酸碱对盐的水解也有影响，因为钛盐是以硫酸盐形式存在，属强酸弱碱盐水解显酸性，降低H＋的浓度有利于钛盐水解。

过滤后剩余物质是没有水解的钛盐、H2O、FeSO4、H2SO4等物质。

（4）A是FeSO4·7H2O。

由556akgA鼓入空气生成Fe（OH）3反应中与NaOH之间的关系是：

FeSO4·7H2O～2NaOH～Na2SO4～Fe2O3①

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