工业流程题文字叙述的精准表述.docx
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工业流程题文字叙述的精准表述
工业流程题文字叙述的精准表述
1.常见操作的答题考虑角度
常见的操作
答题要考虑的角度
分离、提纯
过滤、蒸发、萃取、分液、蒸馏等常规操作
从溶液中得到晶体的方法：
蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—（洗涤、干燥）
提高原子利用率
绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）
在空气中或在其他气体中进行的反应或操作
要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，
防氧化、水解、潮解等目的
控制溶液的pH
①调节溶液的酸碱性，抑制水解（或使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀）
②“酸作用”还可除去氧化物（膜）
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件（或碱性条件）
调节pH所需的物质一般应满足两点：
（1）能与H＋（或OH－）反应，使溶液的pH增大（或减小）；
（2）不引入新的杂质。
控制温度（常用水浴、冰浴或
油浴）
①防止副反应的发生
②使化学平衡移动；控制化学反应的方向
③控制固体的溶解与结晶
④控制反应速率：
使催化剂达到最大活性
⑤升温：
促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
⑥加热煮沸：
促进水解，聚沉后利于过滤分离，去除溶解氧
⑦趁热过滤：
减少因降温而析出的溶质的量
⑧降温：
防止物质高温分解或挥发；降温（或减压）可以减少能源成本，降低对设备的要求
洗涤晶体
①水洗：
通常是为了除去晶体表面水溶性的杂质
②“冰水洗涤”：
能洗去晶体表面的杂质离子，且防止晶体在洗涤过程中的溶解损耗
③用特定的有机试剂清洗晶体：
洗去晶体表面的杂质，降低晶体的溶解度有利于析出，减少损耗等
④洗涤沉淀方法：
往漏斗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
表面处理
用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法（打磨）或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
判断沉淀是否洗涤干净
取最后洗涤液少量，检验其中是否还有某种离子存在等
如何证明沉淀
完全
如向含SO
的溶液中加BaCl2溶液，将沉淀静置，取上层清液，再加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀完全。
2.如果产物是一种会水解的盐，且水解产物中有挥发性的酸产生时，则要加相对应的酸来防止水解。
如制备FeCl3、AlCl3、MgCl2、Cu（NO3）2等物质时，在蒸干其溶液得到固体溶质时，都要加相应的酸或在酸性气流中干燥来防止它水解。
[答题模板]
（1）……存在……平衡，……（条件）使平衡向……（方向）移动，……（结论）
（2）对于……（反应特点），……（条件）使平衡向……（方向）移动
考点1工艺流程操作及目的、作用和原因
1.工业上，以铁质镍矿（除NiO外，还含有Fe2O3、FeO、SiO2等杂质）和镁质镍矿（除NiO外，还含有MgO、CaO、SiO2等杂质）为原料炼镍的流程如下图：
回答下列问题：
（1）“转化”操作中加入H2O2的目的是_________________________________________________。
（2）中和沉铁步骤中，不仅有Fe（OH）3沉淀，同时还产生Fe（OH）3胶体，导致c（Ni2＋）明显降低，原因是_______________________________________________；
【答案】
（1）将Fe2＋转化成Fe3＋，以便形成沉淀而除去；
（2）Fe（OH）3胶体具有吸附性，可吸附Ni2＋
【解析】
（1）中和沉铁步骤是将Fe3＋变为沉淀，因而“转化”操作中加入H2O2的目的是将Fe2＋转化成Fe3＋，以便形成沉淀而除去。
（2）产生的Fe（OH）3胶体具有吸附性，可吸附Ni2＋，加入Na2SO4溶液，生成黄钠铁矾[NaFe3（SO4）2（OH）6]沉淀，
2.硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。
用炼锌厂废渣（含ZnO、FeO、CuO）回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：
已知：
某温度下，Ksp[Zn（OH）2]＝1.2×10－17，
Ksp[Fe（OH）2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。
（1）酸浸时，为提高浸出速率，可采取的措施是____________（填两种）。
（2）氧化、中和时，需要用NaOH溶液调节pH为4.5～5.0，原因是______________________。
（3）实际操作中通入空气的作用是___________________________。
（4）第三次操作X后，得到成品的步骤为__________________，过滤，洗涤，加热脱水。
【答案】
（1）适当增加硫酸的浓度、加热、将废渣粉碎；
（2）pH太低，铁的去除率低，pH太高，锌的损失率会增大； （3）加快氧化速率；（5）蒸发浓缩、冷却结晶
【解析】
（1）为提高浸出速率，可采取的方法有：
适当增加硫酸的浓度、加热、将废渣粉碎等。
（2）氧化、中和的目的是除铁，结合题给沉淀的Ksp可知，除铁时铁元素必须以三价铁形式存在，以避免损失锌。
随氧化液的pH升高，铁去除率增大，但锌的损失率也随之上升，故pH不能太高也不能太低。
（3）反应物有FeSO4、NaOH、Ca（ClO）2，生成物有沉淀Fe（OH）3，再分析知还有CaCl2和Na2SO4，根据化合价升降守恒和原子守恒可配平化学方程式。
由题知氧化剂为漂白粉，但通入的空气中有氧气，也是一种氧化剂，故其作用是加快氧化速率。
（4）产品为一水硫酸锌，故从滤液中得到的物质也是结晶水合物，应采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法。
3.（2020届江西八所重点中学联考）锶（Sr）为第五周期第ⅡA族元素，其化合物六水氯化锶（SrCl2·6H2O）是实验室重要的分析试剂，工业上常以天青石（主要成分为SrSO4）为原料制备，生产流程如下：
已知：
①经盐酸浸取后，溶液中除含有Sr2＋和Cl－外，还含有少量Ba2＋杂质；
②SrSO4、BaSO4的溶度积常数分别为3.3×10－7、1.1×10－10；
③SrCl2·6H2O的摩尔质量为267g·mol－1。
（1）工业上天青石焙烧前先研磨粉碎，其目的是________________________________。
（2）加入硫酸的目的是________________________。
（3）滤渣1的主要成分是________，滤液1经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后，需对所得的六水氯化锶晶体进行洗涤、干燥。
证明六水氯化锶晶体已洗涤干净的实验操作及现象为____________。
（4）工业上常通过电解熔融SrCl2制锶单质。
由SrCl2·6H2O制取无水氯化锶的方法是______________________________________________________________________________。
【答案】
（1）增加反应物的接触面积，提高化学反应速率；
（2）除去溶液中的Ba2＋杂质；
（3）BaSO4 取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加少量BaCl2溶液，无白色沉淀生成，说明沉淀洗涤干净；（4）直接加热SrCl2·6H2O（或灼烧等）
【解析】
（1）粉碎天青石的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率。
（2）结合信息①和硫酸锶、硫酸钡的溶度积数据知，加入硫酸的目的是除去钡离子，提高产品纯度。
（3）结合信息①可知，溶液中含有Sr2＋、Cl－和Ba2＋，加入硫酸后生成了硫酸钡，故滤渣1的主要成分为硫酸钡。
六水氯化锶晶体上附着有SO
，可通过检验洗涤液中是否含有SO
来确认是否洗净。
（4）锶位于第五周期第ⅡA族，与钙同主族，根据元素周期律知，氢氧化锶的碱性比氢氧化钙强，说明氯化锶在水中不水解，故可直接灼烧SrCl2·6H2O制得SrCl2。
4.（2020届南昌NCS项目第二次模拟测试）氧化锌主要用作催化剂、脱硫剂、发光剂和橡胶添加剂。
一种以锌焙砂（含ZnO、ZnSiO3和少量As2O3、CuO、PbO杂质，其中As与N同主族）为原料制备氧化锌的流程如图1所示：
请回答下列问题：
（1）“浸出”时，锌以[Zn（NH3）4]2＋进入滤液。
①浸出率与温度的关系如图2所示，请解释温度超过55℃后浸出率显著下降的原因：
________________________________________。
②浸出率与n（NH3）∶n[（NH4）2SO4]的关系如图3所示，6∶4之后浸出率下降，说明________（填编号）的浸出主要依赖硫酸铵浓度的大小。
A．ZnO和ZnSiO3 B．ZnO C．ZnSiO3
（2）“除砷”过程中生成Fe3（AsO4）2沉淀，其中铁元素的化合价是________；沉淀剂为FeSO4·H2O、（NH4）2S2O8，添加（NH4）2S2O8的目的是____________________________________________________
______________________________________________________。
【答案】
（1）①温度升高，氨气挥发，溶液浓度下降，浸出率下降 ②C
（2）＋2 把＋3价砷氧化成AsO
以便除去砷元素
【解析】
（1）①“浸出”时，温度过高，氨气挥发而使溶液浓度下降，因此浸出率下降。
②ZnO既可以用NH3·H2O浸出，又可以用（NH4）2SO4浸出，生成[Zn（NH3）4]2＋，n（NH3）∶n[（NH4）2SO4]＝6∶4之后，（NH4）2SO4的浓度下降，浸出率下降，说明ZnSiO3的浸出主要依赖硫酸铵浓度的大小。
（2）Fe3（AsO4）2中阴离子为AsO
，故铁元素的化合价为＋2。
锌焙砂所含杂质As2O3中砷元素的化合价为＋3，除砷过程中生成Fe3（AsO4）2沉淀，砷元素的化合价升高，被氧化，故添加（NH4）2S2O8的目的是把＋3价砷氧化成AsO
以便除去砷元素。
5.某科研小组采用如下方案回收废旧光盘金属层中的少量Ag（金属层中其他金属含量过低，对实验的影响可忽略）。
已知：
①NaClO溶液在受热或酸性条件下易分解，如：
3NaClO===2NaCl＋NaClO3
②AgCl可溶于氨水：
AgCl＋2NH3·H2O===[Ag（NH3）2]＋＋Cl－＋2H2O
③常温时N2H4·H2O（水合肼）能还原[Ag（NH3）2]＋：
4[Ag（NH3）2]＋＋N2H4·H2O===4Ag↓＋N2↑＋4NH
＋4NH3↑＋H2O
（1）“氧化”阶段需在80℃条件下进行，适宜的加热方式为________。
（2）为提高Ag的回收率，需对“过滤Ⅱ”的滤渣进行洗涤，并______________________________。
（3）从“过滤Ⅱ”得到的滤液中获取单质Ag的过程中，在加入2mol·L－1水合肼溶液后，后续还需选用的试剂有________（①1mol·L－1H2SO4溶液、②10%氨水、③1mol·L－1NaOH溶液，填序号）。
反应完全后欲获取纯净的单质银需再进行的实验操作为___________________________________
________________________________________________________________________。
【答案】
（1）水浴加热；
（2）将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中；（3）① 过滤、洗涤、干燥
【解析】
（1）控制反应温度为80℃，可以选择水浴加热。
（2）为提高Ag的回收率，需对过滤Ⅱ的滤渣进行洗涤（洗涤的目的是把滤渣表面残留的银氨配离子洗涤下来），并将洗涤后的滤液合并入过滤Ⅱ的滤液中。
（3）“过滤Ⅱ”得到的滤液中含有银氨配离子，根据已知信息③，常温时N2H4·H2O（水合肼）能与[Ag（NH3）2]＋反应产生氨气，氨气有强烈的刺激性气味，会污染空气，因此需要进行尾气吸收，可用硫酸吸收。
完全反应后将混合物过滤、洗涤、干燥即可得到纯净的单质银。
6.金属钛被称为“21世纪金属”。
（1）工业上用钛矿石（主要成分为FeTiO3，主要含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过以下流程制得TiO2：
其中，步骤Ⅱ发生的主要反应为2H2SO4＋FeTiO3===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O。
①为提高钛矿石的碱浸出速率，步骤Ⅰ可采取的办法除提高碱的浓度外，还可以采取的办法有____________、____________（写出两种方法）。
②步骤Ⅱ中加入Fe的目的是___________________________________________；
分离出FeSO4晶体的操作是____________________________________________。
（2）通过以下反应制备金属钛：
①TiO2（s）＋2Cl2（g）
TiCl4（g）＋O2（g）ΔH＝＋151kJ·mol－1
②TiCl4＋2Mg
2MgCl2＋Ti
实际生产中，需在反应①过程中加入碳，可以顺利制得TiCl4。
碳的作用除燃烧放热外，还具有的作用是_____________________________________________________。
【答案】
（1）升高温度（或加热） 粉碎钛矿石或搅拌（其他合理答案均可） ②还原Fe3＋ 过滤
（2）消耗O2，促进反应①的平衡向正反应方向移动
【解析】
（1）①为提高钛矿石的碱浸出速率，可采取适当增加碱的浓度、升高反应温度、粉碎钛矿石或搅拌等措施。
②步骤Ⅱ所得溶液中的Fe2＋易被氧化成Fe3＋，加入适量铁粉，可将溶液中的Fe3＋还原为Fe2＋。
从溶液中分离出FeSO4晶体时，可采取的操作为过滤。
（2）反应①的过程中加入适量碳，碳燃烧放出热量提供反应所需的高温，此外碳还可以和生成物O2反应，促使反应①的平衡正向移动。
7.电解精炼铜的阳极泥中主要含Ag、Au等贵重金属。
以下是从精炼铜的阳极泥中回收银、金的流程图：
（1）铜阳极泥氧化时，采用“低温焙烧”而不采用“高温焙烧”的原因是________________________。
（2）“②浸金”反应中，H2SO4的作用为__________，该步骤的分离操作中，需要对所得的AgCl进行水洗。
简述如何判断AgCl已经洗涤干净：
__________________________________________。
【答案】
（1）高温焙烧时，生成的Ag2O又分解为Ag和O2（或2Ag2O
4Ag＋O2↑）
（2）提供H＋，增强NaClO3的氧化性 取最后一次洗涤液少许于试管中，滴入Ba（NO3）2溶液，若没有白色沉淀产生，则已经洗涤干净，反之，则需要继续洗涤
【解析】
（1）阳极泥中有金属银、金等，高温焙烧时，生成的Ag2O又分解为Ag和O2或2Ag2O
4Ag＋O2↑。
（2）“②浸金”反应中，H2SO4的作用为提供氢离子，增强NaClO3的氧化性；主要检验AgCl的洗涤液中是否含有硫酸根离子，具体操作为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴入Ba（NO3）2溶液，若没有白色沉淀产生，则已经洗涤干净，反之，则需要继续洗涤。
考点2工艺流程条件控制分析
8.工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：
已知：
①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。
②Al3＋、Fe3＋沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2＋、Mg2＋开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。
③焙烧过程中主要反应为MnCO3＋2NH4Cl
MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。
（1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、
分别为_____________、____________、____________。
（2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2＋转化为Fe3＋，再调节溶液pH的范围为________________________，将Fe3＋和Al3＋变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2＋、Mg2＋变为氟化物沉淀除去。
【答案】
（1）500℃ 60min 1.10；
（2）4.7≤pH<8.1
【解析】
（1）随着温度的升高，锰浸出率逐渐升高，但是500℃以后，锰浸出率增加缓慢，并且在500℃时，锰浸出率已超过95%。
从节约能源的角度考虑，焙烧温度取500℃即可；焙烧时间为60min时锰浸出率较大，超过60min锰浸出率趋于平缓，因此，实验选择最佳的焙烧时间为60min；当氯化铵与菱锰矿粉质量比为1.10∶1时，锰浸出率已经很高，继续增加氯化铵用量，锰浸出率提高不明显，因此，氯化铵与菱锰矿粉最佳质量比为1.10∶1。
（2）Fe3＋和Al3＋完全沉淀的pH分别是3.2、4.7，调节pH不能使Mn2＋沉淀，所以pH的范围是4.7≤pH<8.1。
9.Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备，工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。
由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为__________________。
（2）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率/%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因________。
【答案】
（1）100℃、2h,90℃、5h
（2）低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降
【解析】
（1）根据图像分析，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为100℃、2h,90℃、5h。
（2）当温度低于40℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。
10.高纯硝酸锶Sr（NO3）2可用于制造信号灯、光学玻璃等。
工业级硝酸锶含硝酸钙、硝酸钡等杂质，提纯流程如下：
已知：
①“滤渣1”的成分为Ba（NO3）2、Sr（NO3）2；
②铬酸（H2CrO4）为弱酸。
（1）“酸浸”不能采用高温的原因是_______________________________，
（2）已知Cr（OH）3类似Al（OH）3，还原后溶液的pH不能大于8的原因是（结合离子方程式说明理由）________________________________________________________________________。
【答案】
（1）避免HNO3挥发和分解，减少环境污染
（2）避免Cr（OH）3在碱性溶液中发生反应Cr（OH）3＋OH－===CrO
＋2H2O而溶解
【解析】
（1）“酸浸”不能采用高温的原因是避免HNO3挥发和分解，减少环境污染。
（2）已知Cr（OH）3类似Al（OH）3，还原后溶液的pH不能大于8的原因是避免Cr（OH）3在碱性溶液中发生反应Cr（OH）3＋OH－===CrO
＋2H2O而溶解。
11.硫酸锌是一种重要的工业原料，广泛用于农业、化工、电镀、水处理等行业。
用炼锌厂废渣（含ZnO、FeO、CuO）回收生产一水硫酸锌的工艺流程如图所示：
已知：
某温度下，Ksp[Zn（OH）2]＝1.2×10－17，
Ksp[Fe（OH）2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe（OH）3]＝4.0×10－38。
氧化、中和时，需要用NaOH溶液调节pH为4.5～5.0，原因是__________________________。
【答案】pH太低，铁的去除率低，pH太高，锌的损失率会增大
【解析】氧化、中和的目的是除铁，结合题给沉淀的Ksp可知，除铁时铁元素必须以三价铁形式存在，以避免损失锌。
随氧化液的pH升高，铁去除率增大，但锌的损失率也随之上升，故pH不能太高也不能太低。
12.金属锰及其化合物在工农业生产和科研领域具有广泛的应用。
实验室用含锰废料（主要成分为MnO2，还含有少量Al2O3、MgO、SiO2）为原料制备Mn的工艺流程如下图所示。
难溶物
Fe（OH）3
Al（OH）3
Mg（OH）2
Mn（OH）2
溶度积常数
4.0×10－38
1.0×10－33
1.8×10－11
1.8×10－13
“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3＋，该反应的离子方程式为_______________________________；
该过程中浸出时间和液固比对锰浸出率的影响分别如下图所示。
则适宜的浸出时间和液固比分别为___________、_______________。
【答案】3MnO2＋2Fe＋12H＋===3Mn2＋＋2Fe3＋＋6H2O 60min 3∶1
【解析】“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3＋，自身被还原为锰离子，离子方程式为3MnO2＋2Fe＋12H＋===3Mn2＋＋2Fe3＋＋6H2O；根据图知，60min后锰的浸出率几乎不变；液固比为3时锰的浸出率最大，适宜的浸出时间和液固比分别为60min、3∶1。
13.菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。
氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：
已知：
①相关金属离子[c0（Mn＋）＝0.1mol/L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下
金属离子
Al3＋
Fe3＋
Fe2＋
Ca2＋
Mn2＋
Mg2＋
开始沉淀的pH
3.8
1.5
6.3
10.6
8.8
9.6
沉淀完全的pH
5.2
2.8
8.3
12.6
10.8
11.6
②常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11。
回答下列问题：
（1）焙烧时温度对锰浸取率的影响如图所示。
焙烧时适宜温度为________；800℃以上锰的浸取率减小，可能原因是________________________________。
（2）浸出液“净化除杂”过程如下：
首先加入MnO2将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的离子方程式为______________________；再调节溶液的pH将Al3＋、Fe3＋变为沉淀除去，溶液pH的范围为________；
【答案】
（1）500℃ 温度过高，NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底，使浸取率减小 （3）MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 5.2≤pH<8.8
【解析】
（1）由图示可知，500℃时，锰的浸取率已经很大，所以选取500℃即可，温度过高，达到800℃以上，NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底，使浸取率减小。
（2）MnO2在酸性条件下将Fe2＋氧化为Fe3＋，离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；欲使Al3＋、Fe3＋变为沉淀除去，溶液pH≥5.2，不使Mn2＋沉淀，pH<8.8，溶液pH的范围为5.2≤pH<8.8；
14.钴的化合物用途广泛。
一种利用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等）制取CoCl2
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