第18讲 化学工艺流程题的解题策略(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 单选版）

第18讲　化学工艺流程题的解题策略 【课程标准】　1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。 题空突破一　流程中原料的预处理 方法 目的 研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分 水浸 与水接触反应或溶解 酸浸 与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去 碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物、铝及其氧化物 灼烧 除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质 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，如煅烧高岭土 (2023·辽宁卷，节选)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫酸浸取液(含Ni2＋、Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋和Mn2＋)。实现镍、钴、镁元素的回收。 用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为_________________________________________ ________________________________________________________________________(答出一条即可)。 答案：将镍钴矿粉碎(或浸取时搅拌，延长浸取时间等) 稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域。一种从废弃阴极射线管(CRT)荧光粉中提取稀土元素钇(Y)的工艺流程如下： 已知：废弃CRT荧光粉的化学组成(某些不参与反应的杂质未列出)。 成分含量/% Y2O3 ZnO Al2O3 PbO2 MgO 预处理前 24.28 41.82 7.81 1.67 0.19 预处理后 68.51 5.42 4.33 5.43 0.50 试回答步骤Ⅰ中进行原料预处理的目的为___________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：除去ZnO和Al2O3 解析：由已知中预处理前和预处理后的成分含量变化可得，预处理的目的为除去ZnO和Al2O3。 学生用书↓第94页 题空突破二　流程中反应条件的控制 1．控制溶液的pH (1)控制反应的发生，增强物质的氧化性或还原性，或改变水解程度。 (2)控制溶液的酸碱性使其中的某些金属离子形成氢氧化物沉淀。 ①控制pH以除去某些杂质。如若要除去Al3＋、Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，先用氧化剂把Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节溶液的pH。 ②调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；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、CuCO3、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH。 2．控制反应的温度 (1)控制化学反应速率。 (2)控制平衡移动方向。 (3)控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。 (4)促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。 (5)防止或实现某物质水解或分解。 (6)使催化剂达到最大活性。 (7)防止副反应的发生。 3．调节反应物的浓度 (1)根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。 (2)反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。 4．控制反应体系的压强 (1)改变化学反应速率。 (2)影响平衡移动的方向。 5．使用催化剂 加快反应速率，提高生产效率。 碳酸锂(相对分子质量为74)广泛应用于化工、冶金、陶瓷、医药、制冷、焊接、锂合金等行业。制备流程如下： 已知：碳酸锂的溶解度(g·L－1)见下表。 温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60 80 100 Li2CO3 1.54 1.43 1.33 1.25 1.17 1.08 1.01 0.85 0.72 (1)硫酸化焙烧工业反应温度控制在250～300 ℃，主要原因是______________________ ____________________________________________________________________________； 同时，硫酸用量为理论耗酸量的115%左右，硫酸如果加入过多则________(填字母)。 a．增加酸耗量 b．增加后续杂质的处理量 c．增加后续中和酸的负担 (2)“水浸”时，需要在搅拌下加入石灰石粉末的主要作用是__________________________ ___________________________________________________________________________。 (3)“沉锂”需要在95 ℃以上进行，主要原因是_____________________________________ _____________________________________________________________________________； 过滤碳酸锂所得母液中主要含有Na2SO4，还可能含有____________。 答案：(1)温度低于250 ℃，反应速率较慢；温度高于300 ℃，硫酸挥发较多　abc (2)除去多余的硫酸，同时调节pH，除去大部分杂质 (3)温度越高，碳酸锂溶解度越小，可以增加产率　Na2CO3、Li2CO3 解析：(1)若温度过低，反应速率慢，若温度过高，则浓H2SO4沸腾，挥发较多。(2)加入CaCO3一是和多余H2SO4反应，二是调节pH除去大部分杂质。(3)由表格中数据可知，温度越高，Li2CO3溶解度越小，故沉锂在95 ℃以上进行可增加产率。过滤后的母液中除Na2SO4外还可能有Na2CO3、Li2CO3。 1．(温度控制)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： 学生用书↓第95页 (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，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀　抑制Cu2＋的水解 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)氧化铜是碱性氧化物，能与酸反应调节溶液的pH，所以氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3＋完全转化为Fe(OH)3沉淀而析出。 2．(酸碱度控制——调节pH)利用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题： 已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋等。 ②沉淀Ⅰ中只含有两种沉淀。 ③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表： 沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Al(OH)3 Mn(OH)2 开始沉淀 2.7 7.6 7.6 4.0 7.7 完全沉淀 3.7 9.6 9.2 5.2 9.8 (1)浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式为________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)加入NaClO3的作用是_________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)加入Na2CO3调pH至5.2，目的是__________________________________________________ _______________________________________________________________________________； 萃取剂层含锰元素，则沉淀Ⅱ的主要成分为______。 答案：(1)Co2O3＋SO＋4H＋===2Co2＋＋SO＋2H2O　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去　(3)使Fe3＋和Al3＋沉淀完全　CaF2、MgF2 解析：(1)浸出过程中，Co2O3与盐酸、Na2SO3发生反应，Co2O3转化为Co2＋，Co元素化合价降低，则S元素化合价升高，SO转化为SO，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平离子方程式：Co2O3＋4H＋＋SO===2Co2＋＋SO＋2H2O。(2)加入NaClO3的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于后面调节pH时生成Fe(OH)3沉淀而除去。(3)根据工艺流程图，结合表格中提供的数据可知，加Na2CO3调pH至5.2，目的是使Fe3＋和Al3＋沉淀完全。滤液Ⅰ中含有的金属阳离子为Co2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋等，萃取剂层含锰元素，结合流程图中向滤液Ⅰ中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ为MgF2、CaF2。 题空突破三　物质的分离与提纯 (一)有关沉淀洗涤的答题规范 1．洗涤剂的选择 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 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 2.洗涤的方法 (1)操作方法：让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤剂至浸没晶体，让洗涤液自然流下，重复操作2～3次即可。 (2)注意点：在洗涤过程中不能搅拌。因为滤纸已经润湿，如果搅拌很容易搅破滤纸，造成晶体损失。 (3)三个得分点：注洗涤液→加洗涤液→重复操作。 ①注洗涤液：沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液； ②加洗涤液：洗涤液完全浸没晶体； ③重复操作：重复操作2～3次。 SnSO4是一种重要的硫酸盐，在工业生产中有着广泛的应用。其制备路线如下： 学生用书↓第96页 实验室中“漂洗”沉淀的实验操作方法是____________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次 解析：“漂洗”沉淀就是洗涤沉淀，需要直接在过滤器中进行，(沿着玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，(静置)待水全部流出后，重复操作2～3次。 1．以磷石膏(主要成分为CaSO4，杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3。 匀速向浆料中通入CO2，当浆料清液pH接近6.5时，过滤并洗涤固体。滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO和HCO；检验固体洗涤是否完全的方法是_________________ _____________________________________________________________________________。 答案：取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全 解析：滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO和HCO，固体洗涤是否干净应检验SO。 2．CuSO4·5H2O是铜的重要化合物，有着广泛的应用。以下是CuSO4·5H2O的实验室制备流程图。 如果采用重量法测定CuSO4·5H2O的含量，完成下列步骤：①________，②加水溶解，③加氯化钡溶液，沉淀，④过滤(其余步骤省略)。在过滤前，需要检验是否沉淀完全，其方法是_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案：称量样品　静置，取上层清液于试管中，在上层清液中继续滴加氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，证明已沉淀完全 解析：需要检验是否沉淀完全，即检验溶液中是否有SO剩余。 (二)产品分离、提纯的常用方法 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混合气体中的氨气。 (2022·湖北卷，节选)全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)，并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。 25 ℃时相关物质的参数如下： LiOH的溶解度：12.4 g/100 g H2O。 化合物 Ksp Mg(OH)2 5.6×10－12 Ca(OH)2 5.5×10－6 CaCO3 2.8×10－9 Li2CO3 2.5×10－2 回答下列问题： 学生用书↓第97页 (1)“沉淀1”为________。 (2)向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为____________、____________、洗涤。 答案：(1)Mg(OH)2　(2)将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质　(3)蒸发浓缩　趁热过滤 解析：浓缩卤水(含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋)中加入石灰乳[Ca(OH)2]后得到含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋的滤液1，沉淀1为Mg(OH)2，向滤液1中加入Li2CO3后，得到滤液2，含有的离子为Na＋、Li＋、Cl－和OH－，沉淀2为CaCO3，向滤液2中加入Na2CO3，得到Li2CO3沉淀，再通过蒸发浓缩，趁热过滤，洗涤、干燥后得到产品Li2CO3。(1)浓缩卤水中含有Mg2＋，当加入石灰乳后，转化为Mg(OH)2沉淀，所以沉淀1为Mg(OH)2。(2)滤液1中含有Na＋、Li＋、Cl－和Ca2＋，结合已知条件：LiOH的溶解度和化合物的溶度积常数，可推测，加入Li2CO3的目的是将Ca2＋转化成CaCO3沉淀除去，同时不引入新杂质。(3)由Li2CO3的溶解度曲线可知，温度升高，Li2CO3的溶解度降低，即在温度高时，溶解度小，有利于析出Li2CO3，所以为提高Li2CO3的析出量和纯度，需要在较高温度下析出并过滤得到沉淀，即依次为蒸发浓缩，趁热过滤，洗涤。 1．(分离、提纯方法选择)SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。 回答下列问题： (1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。 (2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是_______________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)趁热过滤　(2)取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，观察是否有白色沉淀产生 解析：(1)在相同温度下，K2SO4的溶解度最小，反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液，进行蒸发浓缩后，K＋和SO以K2SO4的形式结晶析出，此时趁热过滤，可得到K2SO4晶体，同时也可防止其他盐结晶析出。(2)因为Ag2SO4是微溶于水的白色固体，所以用HNO3酸化的AgNO3溶液检验Cl－时，应先加入过量Ba(NO3)2溶液使SO完全沉淀。 2．(滤液、滤渣成分的确定)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、CaSO4　c(SO)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋SO(aq)CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出　(2)MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 解析：流程分析： (三)题型突破 1．审题——破题秘诀 (1)看原料：明确化工生产或化学实验所需的材料。 (2)看目的：把握题干中的“制备”或“提纯”等关键词，确定化工生产或化学实验的目的。 (3)看箭头：进入的是投料(即反应物)；出去的是生成物(包括主产物和副产物)。 (4)看三线：主线主产品；分支副产品；回头为循环。 (5)找信息：明确反应条件控制和分离提纯方法。 (6)关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满足定量要求。 学生用书↓第98页 2．方法——考场支招 (1)粗读题干，挖掘图示，明确目的 图示中一般会出现超出教材范围的知识，但题目有提示或者问题中不涉及，关注题目的每一个关键字，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出，只需问什么推什么。通过阅读明确生产目的，找到制备物质所需的原料及所含杂质。 (2)携带问题，精读信息 读主干抓住关键字、词；读流程图，重点抓住物质流向(进入与流出)、实验操作方法。 (3)看清问题，准确规范作答 答题时要看清问题，不能答非所问，要注意语言表达的科学性和准确性，答题时不具有“连带效应”，即前一问未答出，不会影响后面答题。 3．答题——关键要素 (1)原料预处理 ①溶解、水浸、酸浸：通常用酸溶，如用硝酸、盐酸、浓硫酸等使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程。 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研磨：适用于有机物的提取或减小固体颗粒度，增大物质间接触面积，加快反应速率。 (2)反应条件的控制 ①调pH除杂： a．控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀。 b．调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋/OH－反应，使溶液pH增大/减小；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试剂除杂：利用“难溶制更难溶”原理。 ③加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动；在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意控制温度不能过高。如NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)、铵盐等物质。 ④降温：防止某物质在高温时会溶解或分解；为使化学平衡向着题目要求的方向移动。 磷酸铁锂(LiFePO4)被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。某企业利用富铁浸出液生成磷酸铁锂，开辟了处理硫酸亚铁废液的一条新途径。其主要流程如下： 已知：H2TiO3是种难溶于水的物质。 (1)钛铁矿用浓硫酸处理之前，需要粉碎，其目的是 _______________________________________________________________________________。 (2)TiO2＋水解生成H2TiO3的离子方程式为____________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)加入NaClO发生反应的离子方程式为_____________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)在实验中，从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，应如何操作？________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (5)为测定钛铁矿中铁的含量，某同学取经浓硫酸等处理的溶液(此时钛铁矿中的铁已全部转化为二价铁离子)，采取KMnO4标准液滴定Fe2＋的方法：(不考虑KMnO4与其他物质反应)在滴定过程中，若未用标准液润洗滴定管，则使测定结果_________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)，滴定终点的现象是_______________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 滴定分析时，称取a g钛铁矿，处理后，用c mol/L KMnO4标准液滴定，消耗V mL，则铁元素的质量分数的表达式为_______________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 学生用书↓第99页 答案：(1)增大固体的表面积，加快化学反应速率 (2)TiO2＋＋2H2OH2TiO3↓＋2H＋ (3)ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O (4)换上新的过滤器，将浑浊滤液重新过滤 (5)偏高　滴加最后半滴KMnO4标准液，溶液变成紫红色，且在半分钟内不褪色　% 解析：(1)将钛铁矿粉碎，可以增大表面积，增大浓硫酸的接触面积，加快反应速率；(2)TiO2＋水解生成H2TiO3，同时生成氢离子，离子方程式为TiO2＋＋2H2OH2TiO3↓＋2H＋；(3)ClO－具有强氧化性，将Fe2＋氧化为Fe3＋，自身被还原为Cl－，酸性条件下，同时生成水，反应的离子方程式为ClO－＋2Fe2＋＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O；(4)从溶液中过滤出H2TiO3后，所得滤液浑浊，需要更换过滤器，重新过滤；(5)如果未用标准液润洗滴定管，会导致标准液被稀释，消耗KMnO4标准液体积偏大，使测定结果偏高；当滴定达终点时，滴加最后半滴KMnO4标准液，溶液变成紫红色，且半分钟内不褪色。由MnO～5Fe2＋知，w(Fe)＝×100%＝%。 (2023·新课标卷)铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示： 已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O存在，在碱性介质中以CrO存在。 回答下列问题： (1)煅烧过程中，钒和铬被氧化为相应的最高价含氧酸盐，其中含铬化合物主要为________(填化学式)。 (2)水浸渣中主要有SiO2和________。(3)“沉淀”步骤调pH到弱碱性，主要除去的杂质是________。 (4)“除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果。若pH<9时，会导致_________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________； pH>9时，会导致_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (5)“分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为VO或VO3＋；在碱性条件下，溶解为VO或VO，上述性质说明V2O5具有________(填字母)。 A．酸性　　　B．碱性　　　 C．两性 (6)“还原”步骤中加入焦亚硫酸钠(Na2S2O5)溶液，反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)Na2CrO4　(2)Fe2O3　(3)Al(OH)3　 (4)溶液中c(PO)降低，不利于生成MgNH4PO4沉淀　Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀，不能形成MgSiO3，原料利用率低　(5)C　(6)3S2O＋2Cr2O＋10H＋===6SO＋4Cr3＋＋5H2O 解析：(1)根据已知条件可知，最高价铬酸根在碱性介质中以CrO存在，故煅烧后含铬化合物主要为Na2CrO4。(2)煅烧时通入空气，含铁化合物转化为Fe2O3，且Fe2O3不溶于水，故“水浸渣”中还含有Fe2O3。(3)“沉淀”步骤加入稀H2SO4调pH到弱碱性是为了让AlO转化为Al(OH)3沉淀而除去。(4)体系中存在平衡MgNH4PO4(s)Mg2＋(aq)＋NH(aq)＋PO(aq)，当pH<9时，PO与H＋结合生成HPO，c(PO)降低，平衡正移，不利于生成MgNH4PO4沉淀；而pH>9时，Mg2＋会形成Mg(OH)2沉淀，不能形成MgSiO3，原料利用率低。(5)根据题干描述，V2O5既可与酸反应生成盐和水，又可与碱反应生成盐和水，故V2O5具有两性。(6)分离钒后溶液呈酸性，Cr元素以Cr2O存在，还原过程中Cr2O被S2O还原为Cr3＋，S2O转化为SO，因此反应的离子方程式为2Cr2O＋3S2O＋10H＋===4Cr3＋＋6SO＋5H2O，之后调pH，Cr3＋转化为Cr(OH)3。 二硫化钼，英文名称molybdenum disulfide，辉钼矿的主要成分，黑色固体粉末，有金属光泽，可用于制造钼化合物、氢化反应和异构化反应催化剂，还是一种重要的固体润滑剂，被誉为“高级固体润滑油王”，具有减摩、增摩、防氧化的作用。 减摩：由超音速气流粉碎加工而成的二硫化钼粒度达到325～2 500目，微颗粒硬度1～1.5，摩擦系数0.05～0.1，所以它用于摩擦材料中可起到减摩作用。 增摩：二硫化钼不导电，存在二硫化钼、三硫化钼和三氧化钼的共聚物。当摩擦材料因摩擦而温度急剧升高时，共聚物中的三氧化钼颗粒随着升温而膨胀，起到了增摩作用。 防氧化：二硫化钼是经过化学提纯综合反应而得，其pH为7～8，略显碱性。它覆盖在摩擦材料的表面，能保护其它材料，防止它们被氧化，尤其是使其他材料不易脱落，贴附力增强。 学生用书↓第100页 1．化学反应速率、化学平衡 用辉钼矿(主要成分为二硫化钼)冶炼Mo的反应为 MoS2(s)＋4H2(g)＋2Na2CO3(s)Mo(s)＋2CO(g)＋4H2O(g)＋2Na2S(s)　ΔH。 (1)该反应的ΔH________(填“＞”或“<”)0；p1、p2、p3按从小到大的顺序为________________________________________________________________________。 (2)在某恒容密闭容器中加入0.1 mol MoS2、0.2 mol Na2CO3、0.4 mol H2，一定温度下发生上述反应，下列叙述说明反应已达到平衡状态的是____(填字母)。 a．v正(H2)＝v逆(CO) b．气体的密度不再随时间变化 c．气体的压强不再随时间变化 d．单位时间内断裂H—H键与断裂H—O键的数目相等 (3)在2 L的恒温恒容密闭容器中加入0.1 mol MoS2、0.2 mol Na2CO3、0.4 mol H2，在1 100 K时发生反应，达到平衡时恰好处于图中A点，则此温度下该反应的平衡常数为________________。 答案：(1)＞　p1＜p2＜p3 (2)bc　(3)2.5×10－3 2．化学反应速率 二氧化钼可制钼酸钠，钼酸钠和月桂酰肌氨酸的混合液常作为碳素钢的缓蚀剂。常温下，碳素钢在三种不同介质中的腐蚀速率实验结果如下图： (1)要使碳素钢的缓蚀效果最优，钼酸钠和月桂酰肌氨酸的浓度比应为________。 (2)当硫酸的浓度大于90%时，腐蚀速率几乎为零，原因是_______________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)试分析随着盐酸和硫酸浓度的增大，碳素钢在两者中腐蚀速率产生明显差异的主要原因是_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)1∶1 (2)常温下浓硫酸具有强氧化性，会使铁钝化 (3)Cl－有利于碳素钢的腐蚀，SO不利于碳素钢的腐蚀 3．工艺流程方向 工业上利用钼精矿(主要成分是不溶于水的MoS2)制备钼酸钠的两种途径如图所示： (1)为了提高焙烧效率，除增大空气量外还可以采用的措施是____________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)途径Ⅰ碱浸时发生反应的离子方程式为___________________________________________ _______________________________________________________________________________。 途径Ⅱ氧化时发生反应的离子方程式为______________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)分析纯的钼酸钠常用四钼酸铵[(NH4)2MoO4]和氢氧化钠反应来制取，若将该反应产生的气体与途径Ⅰ所产生的尾气一起通入水中，得到正盐的化学式是________。答案：(1)充分粉碎或逆流焙烧 (2)MoO3＋CO===MoO＋CO2↑ MoS2＋9ClO－＋6OH－===MoO＋9Cl－＋2SO＋3H2O (3)(NH4)2CO3或(NH4)2SO3 课时测评18　化学工艺流程题的解题策略 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (非选择题1－4题，每题25分，共100分) 1．(25分)(2023·全国乙卷)LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿(MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素)制备LiMn2O4的流程如下： 已知：Ksp[Fe(OH)3]＝2.8×10－39，Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33，Ksp[Ni(OH)2]＝5.5×10－16。 回答下列问题： (1)硫酸溶矿主要反应的化学方程式为_______________________________________________ _______________________________________________________________________________。 为提高溶矿速率，可采取的措施___________________________________________________ (举1例)。 (2)加入少量MnO2的作用是_______________________________________________________。 不宜使用H2O2替代MnO2，原因是__________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)溶矿反应完成后，反应器中溶液pH＝4，此时c(Fe3＋)＝________mol·L－1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是________。 (4)加入少量BaS溶液除去Ni2＋，生成的沉淀有________。 (5)在电解槽中，发生电解反应的离子方程式为________________________________________ _______________________________________________________________________________。 随着电解反应进行，为保持电解液成分稳定，应不断________。电解废液可在反应器中循环利用。 (6)煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是______________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案：(1)MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O　粉碎矿石(或适当增大硫酸浓度、搅拌、适当升高反应液的温度等)　(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解　(3)2.8×10－9　Al3＋　(4)NiS和BaSO4　(5)Mn2＋＋2H2OMnO2＋2H＋＋H2↑　加入适量MnO、Mn(OH)2等　(6)8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑ 解析：(1)硫酸溶矿时发生的主要反应是MnCO3溶于硫酸的反应，化学方程式为MnCO3＋H2SO4===MnSO4＋CO2↑＋H2O。为提高溶矿速率，可以通过增大反应物浓度、增大反应物接触面积、提高反应温度等措施实现。(2)加入少量MnO2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除铁。若使用H2O2替代MnO2，则Mn2＋和生成的Fe3＋会催化H2O2分解，原料利用率低。(3)溶液pH＝4，即c(OH－)＝10－10 mol·L－1时，由Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe3＋)·c3(OH－)＝2.8×10－39，可得c(Fe3＋)＝2.8×10－9 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，此时铁已沉淀完全。同理，pH＝7，c(OH－)＝10－7mol·L－1时，c(Al3＋)＝1.3×10－12 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Al3＋被除去，c(Ni2＋)＝5.5×10－2mol·L－1>1.0×10－5 mol·L－1，Ni2＋未被除去，所以pH≈7时除去的金属离子是Al3＋。(4)酸溶时得到相应金属的硫酸盐，故加入少量BaS溶液除Ni2＋时会生成NiS和BaSO4沉淀。(5)由题图可知，电解槽中反应生成MnO2，则阳极反应为Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为Mn2＋＋2H2OMnO2↓＋2H＋＋H2↑，该反应中消耗水和Mn2＋生成H＋，为保持电解液成分稳定，应不断补充MnO、Mn(OH)2等。(6)根据得失电子守恒和质量守恒可写出煅烧窑中生成LiMn2O4的反应的化学方程式是8MnO2＋2Li2CO34LiMn2O4＋2CO2↑＋O2↑。 2．(25分)(2023·山东卷)盐湖卤水(主要含Na＋、Mg2＋、Li＋、Cl－、SO和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备Li2CO3的工艺流程如下： 已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10－2。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。 回答下列问题： (1)含硼固体中的B(OH)3在水中存在平衡： B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10－9.24)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂Na2B4O5(OH)4·8H2O。常温下，在0.10 mol·L－1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为_________________________ _______________________________________________________________________________， 该溶液pH＝________。 (2)滤渣Ⅰ的主要成分是____________(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中Li＋的浓度为2.0 mol·L－1，则常温下精制Ⅱ过程中CO浓度应控制在________mol·L－1以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl外，还将增加________的用量(填化学式)。 (3)精制Ⅱ的目的是____________________________________________________________； 进行操作X时应选择的试剂是________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致________。 答案：(1)[B4O5(OH)4]2－ ＋5H2O2B(OH)3 ＋2[B(OH)4] －　9.24　 (2)Mg(OH)2、CaSO4　0.005 5　 CaO、Na2CO3 (3)除去溶液中Ca2＋　盐酸　浓缩时有Li2CO3析出，最终所得Li2CO3的产率减小 解析：(1)[B4O5(OH)4]2－水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，则根据原子守恒和电荷守恒可配平其水解反应的方程式为[B4O5(OH)4]2－＋5H2O2B(OH)3＋2[B(OH)4]－。该溶液中c[B(OH)3]＝c{[B(OH)4]－}，根据B(OH)3在水中存在的平衡B(OH)3＋H2OH＋＋[B(OH)4]－的平衡常数Ka＝＝10－9.24知，c[B(OH)3]＝c{[B(OH)4]－}时，c(H＋)＝10－9.24mol·L－1，pH＝－lg 10－9.24＝9.24。(2)对比题给工艺流程图中前面“脱硼”及后续“沉锂”可知，加入生石灰是为了除去水浸后滤液中残留的Mg2＋、SO，则滤渣Ⅰ的主要成分为Mg(OH)2、CaSO4；精制Ⅱ加入纯碱的目的是沉淀Ca2＋而不沉淀Li＋，根据Ksp(Li2CO3)＝2.2 ×10－2，精制Ⅰ后溶液中c(Li＋)＝2.0 mol·L－1，知应控制c(CO)<＝ mol·L－1＝0.005 5 mol·L－1。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收HCl(可与CaO反应)外，还会增加生石灰的用量。后续在浓缩结晶时将生成更多的NaCl晶体，因此还增加Na2CO3的用量。(3)精制Ⅰ加入的生石灰过量，精制Ⅱ加入纯碱(过量)的目的是除去溶液中Ca2＋，操作X是为了除去过量的碳酸钠，结合“浓缩”时得到NaCl可知，加入的试剂为盐酸，若不进行该操作而直接浓缩，浓缩液中因CO浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中混有Li2CO3，最终Li2CO3产率减小。 3．(25分)(2023·山东滕州联考)钯催化剂(主要成分为Pd、α-Al2O3，还含少量铁、铜等元素)在使用过程中，Pd易被氧化为难溶于酸的PdO而失活。一种从废钯催化剂中回收海绵钯的工艺流程如图。 (1)“还原ⅰ”加入甲酸的目的是还原________(填化学式)。 (2)“酸浸”过程： ①从绿色化学要求出发，酸浸液应选择________(填字母)。 A．王水(浓硝酸和浓盐酸按体积比1∶3混合) B．盐酸和Cl2 C．盐酸和H2O2 ②温度、固液比对浸取率的影响如图，则“酸浸”的最佳条件为________________________。 (3)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为[PdCl4]2－＋2RClR2PdCl4＋2Cl－，(RCl为阴离子交换树脂)。 ①“离子交换”流出液中阳离子有H＋、________(填离子符号)。 ②淋洗液需保持pH小于2的原因是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)“沉钯”过程钯元素主要发生如下转化：H2PdCl4(稀溶液)→[Pd(NH3)4]Cl2(稀溶液)→[Pd(NH3)2]Cl2(沉淀)。“沉钯”的目的是__________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (5)“还原ⅱ”中产生无毒无害气体。由[Pd(NH3)2]Cl2生成海绵钯的化学方程式为________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (6)该工艺流程中可循环利用的物质有____________________________________________。 答案：(1)PdO　(2)①C　②温度控制在75 ℃～80 ℃，固液比为4∶1　(3)①Fe3＋、Cu2＋　 ②淋洗过程中有[Pd(NH3)4]Cl2(aq)[Pd(NH3)2]Cl2(s)＋2NH3(aq)，加入盐酸，H＋和NH3反应，使平衡正向移动，从而使Pd沉淀，所以需控制pH小于2 (4)将Pd和其他杂质如NH4Cl等分离 (5)2[Pd(NH3)2]Cl2＋N2H4·H2O===2Pd＋N2↑＋4NH4Cl＋H2O　(6)HCl、RCl 解析：废钯催化剂加入甲酸，在反应过程中， 将Pd氧化生成的 PdO还原为Pd。加入盐酸和H2O2酸浸，Pd转化为H2PdCl4，铁和铜被氧化为离子，α-Al2O3不溶，过滤出来，浸出液中含有H2PdCl4、Fe3＋和Cu2＋，浸出液进行离子交换，离子交换树脂中的Cl－被[PdCl4]2－交换，Pd被留在离子交换树脂中，其他离子H＋、Fe3＋、Cu2＋、Cl－等离子在流出液中。然后再洗脱，[PdCl4]2－重新进入溶液中，加盐酸，H2PdCl4 (稀溶液)→[Pd(NH3)4]Cl2 (稀溶液)→[Pd(NH3)2]Cl2 (沉淀)，得到的[Pd(NH3)2]Cl2用N2H4·H2O还原得到海绵钯。(1)钯催化剂在使用过程中， Pd 易被氧化为难溶于酸的 PdO 而失活，“还原ⅰ”加入甲酸的目的是还原 PdO。(2)王水有很强的氧化性和挥发性，且王水不稳定，容易分解得到氯气，氯气有毒，所以从绿色化学要求出发，酸浸液应选择盐酸和H2O2，故选C。从题图中可以看出，当温度在75 ℃～80 ℃时，浸取率最大，能达到98%～99%，固液比为4∶1时，浸取率也最大，能达到98%，故“酸浸”的最佳条件为温度控制在75 ℃～80 ℃，固液比为4∶1。(3)由以上分析可知，“离子交换”流出液中阳离子有H＋ 、Fe3＋、Cu2＋。淋洗过程中有[Pd(NH3)4]Cl2(aq)[Pd(NH3)2]Cl2(s)＋2NH3(aq)，加入盐酸，H＋和NH3反应，使平衡正向移动，从而使Pd沉淀，所以需控制pH小于2。(4)“沉钯”的目的是将Pd和其他杂质如NH4Cl等分离。(5)“还原ⅱ”中产生无毒无害气体。由[Pd(NH3)2]Cl2生成海绵钯的化学方程式为2[Pd(NH3)2]Cl2＋N2H4·H2O===2Pd＋N2↑＋4NH4Cl＋H2O。(6)在“离子交换”步骤有HCl生成，可以回到“酸浸”步骤重复使用；“洗脱”过程中产生的RCl也可以循环使用。 4．(25分)铜转炉烟灰含金属元素(主要为Cu、Zn、Pb、Fe)的硫酸盐和氧化物以及SiO2。其有价金属回收工艺流程如下。已知：25 ℃时，Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13。 回答下列问题： (1)“浸出液①”中所含有的金属阳离子有________和Fe2＋、Fe3＋。“浸出”中，当硫酸浓度大于1.8 mol·L－1时，金属离子浸出率反而下降，原因是_____________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)“除杂”中，加入ZnO调pH至5.2后，用KMnO4溶液氧化后，所得滤渣主要成分为Fe(OH)3、MnO2，该氧化过程的离子方程式为________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)ZnSO4的溶解度随温度变化曲线如图所示。 “浓缩结晶”的具体操作步骤为： ①在100 ℃时蒸发至溶液出现晶膜，停止加热； ②降温至______℃蒸发至溶液出现晶膜，停止加热； ③冷却至室温，过滤、洗涤、干燥。 其中，步骤①的目的为____________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (4)“转化”后，滤饼的主要成分是SiO2和________。该工艺中，可循环利用的物质有________。 (5)测定烟灰中的Pb2＋：取20 mL硝酸浸出液于锥形瓶中，调pH为5，加入指示剂后用a mol·L－1的EDTA标准溶液(Na2H2Y)滴定至终点(离子方程式为Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋)，消耗EDTA标准溶液b mL，则Pb2＋的浓度为________g·L－1。 答案：(1)Cu2＋、Zn2＋　难溶物PbSO4覆盖在表面，阻碍铜、锌元素的浸出 (2)3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋　(3)60　加快蒸发速率 (4)PbCO3　HNO3　(5)10.35ab 解析：铜转炉烟灰用硫酸“浸出”，得到难溶于硫酸的浸出渣SiO2、PbSO4；浸出液①中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁；浸出渣加入碳酸钠溶液，PbSO4沉淀转化为PbCO3，滤饼用硝酸溶解，PbCO3生成Pb(NO3)2，滤液中加入硫酸生成PbSO4沉淀；“浸出液①”中加入过量铁粉置换出铜、铁把硫酸铁还原为硫酸亚铁，所得滤液①中含有硫酸锌、硫酸亚铁；“除杂”中，加入ZnO调pH至5.2后，用KMnO4溶液把Fe2＋氧化为Fe(OH)3，过滤，所得滤渣主要成分为Fe(OH)3、MnO2，滤液②蒸发浓缩得到ZnSO4·7H2O。(1)“浸出液①”中含有硫酸锌、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁；“浸出液①”中所含有的金属阳离子有Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Fe3＋；当硫酸浓度大于1.8 mol·L－1时，难溶物PbSO4覆盖在表面，阻碍铜、锌元素的浸出，金属离子浸出率反而下降。(2)“除杂”中，加入ZnO调pH至5.2后，用KMnO4溶液氧化Fe2＋，氧化产物是Fe(OH)3、还原产物是MnO2，根据得失电子守恒，配平氧化过程的离子方程式为3Fe2＋＋MnO＋7H2O===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋。(3)①在100 ℃时蒸发至溶液出现晶膜，停止加热；②60 ℃硫酸锌的溶解度最大，降温至60 ℃蒸发至溶液出现晶膜，得到硫酸锌饱和溶液；③冷却至室温，过滤、洗涤、干燥。其中，步骤①在100 ℃时蒸发的目的是加快蒸发速率。(4)“转化”后，PbSO4沉淀转化为PbCO3，滤饼的主要成分是SiO2和PbCO3。该工艺中，“酸浸”是PbCO3和硝酸反应生成硝酸铅，“沉铅”是硝酸铅和硫酸反应生成硫酸铅和硝酸，所以可循环利用的物质有HNO3。 (5)设20 mL硝酸浸出液中的Pb2＋的物质的量为x，列三段式如下： Pb2＋＋H2Y2－===PbY2－＋2H＋ 1 1 x ab×10－3 mol x＝ab×10－3 mol；则Pb2＋的浓度为＝10.35ab g·L－1。 学生用书↓第101页 学科网（北京）股份有限公司 $$