江苏省高三化学一轮复习--化学工艺流程

第26讲　无机化学工艺流程 【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。 【学习过程】 考点1　化学工艺流程基本框架结构 1、流程基本结构 2、框图中箭头的含义 图1：箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)。 图2：箭头表示反应物分步加入和生成物出来。 图3：返回的箭头一般是“循环利用”的物质。 3、 解题思路（审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系） (1) 审题干：明确原料、产品和杂质。 (2) 审信息：寻找信息在流程中的作用；寻找信息与某设问的对应关系。 (3) 审流程：明确四线(产品线、杂质线、试剂线、操作线)。 (4) 审设问：看清问题，规范作答。 考点2　原料的预处理（读背书P244-245知识点） 例1、以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如下： 已知： Bi3＋易与Cl－形成BiCl，BiCl易发生水解，其反应的离子方程式为 BiCl＋H2OBiOCl↓＋5Cl－＋2H＋。 (1) “联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4。该反应的化学方程式为 。 (2) “ 酸浸”时需及时补充浓盐酸调节浸取液的pH。 ①一般控制浸取液pH小于1.4，其目的是 ②为提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可采取的措施有 。 例2、用废锰渣(主要成分为MnO2、MgO和Fe2O3)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制取MnSO4·H2O的工艺流程如下： (1) “酸溶”后需“过滤”的目的：①防止将Mg2＋等杂质离子带入还原反应液中，简化除杂操作：②　 　。 考点3　化学工艺流程中常见除去杂质的方法（读背书P245-246知识点） 例1、钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。 已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 (1) 除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式： 。 例2、用废锰渣(主要成分为MnO2、MgO和Fe2O3)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制取MnSO4·H2O的工艺流程如下： (1) 已知：室温下，Ksp[Fe(OH)2]＝4.9×10－17，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－37.4，Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13，“氧化”后溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L。 ①写出“除铁”过程中生成Fe(OH)3反应的化学方程式：　 　 。 考点4　化学工艺流程中加入试剂的作用（读背书P246-247知识点） 例1、[Co(NH3)6]Cl3是一种重要的化工原料。利用含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取[Co(NH3)6]Cl3的工艺流程如图所示： 已知：①“酸浸”过滤后的滤液中含有Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等。 ②Ksp[Co(OH)2]＝1×10－14.2、Ksp[Co(OH)3]＝1×10－43.7、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－37.4、Ksp[Al(OH)3]＝1×10－32.9(溶液中金属离子物质的量浓度低于1.0×10－5 mol/L时，可认为沉淀完全)。 ③[Co(NH3)6]2＋具有较强还原性。 (1) 制备 [Co(NH3)6]3＋。 ①“混合”过程中需先将NH4Cl、CoCl2溶液混合，然后再加入活性炭，NH4Cl的作用是　 　，　 。 ②“氧化”过程应先加入　 　(填“氨水”或“双氧水”)，原因是　 　。 ③生成[Co(NH3)6]3＋的离子方程式为　 (2)分离提纯。将反应后的混合物趁热过滤，待滤液冷却后加入适量浓盐酸，过滤、洗涤、干燥，得到[Co(NH3)6]Cl3晶体。该过程中加入浓盐酸的目的是　 。 例2、稀土钕(Nd)铁硼废料的主要成分为Fe2O3,含有SiO2、Nd2O3、Al2O3、CoO等杂质,一种综合回收利用的工艺流程如图所示: 已知:Ksp(CoS)=4.0×10-21。回答下列问题: (1) “还原”加入铁粉的主要目的是 。  考点5　化学工艺流程中产品的分离、提纯（读背书P247-251知识点） 例1、以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如下： 已知： Bi3＋易与Cl－形成BiCl，BiCl易发生水解，其反应的离子方程式为BiCl＋H2OBiOCl↓＋5Cl－＋2H＋。 (1) 铋离子能被有机萃取剂(简称TBP)萃取，其萃取原理可表示为BiCl(水层)＋2TBP(有机层)BiCl3·2TBP(有机层)＋3Cl－(水层)。 ①“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl－浓度，萃取率随c(Cl－)变化关系如图所示。c(Cl－)最佳为1.3 mol/L的可能原因是 。 ②萃取后分液所得水相中的主要阳离子为 。 （2）“沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O]晶体。为得到含Cl－较少的草酸铋晶体，“萃取” 后有机相与草酸溶液的混合方式为 。 例2、铟是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、FeAsO4·2H2O、In2O3)中提取铟和铅的工艺流程如图： 已知：焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在。　 (1) PbO在NaOH溶液中溶解度曲线如图所示，PbO粗品中的杂质难溶于NaOH溶液。结合溶解度曲线，简述提纯PbO粗品的操作： 、过滤，洗涤干燥。 (2) “还原铁”反应的离子方程式为 。 考点6　转化过程中反应条件的控制（读背书P251-253知识点） 例1、（2024∙盐城期中）以铁矿烧渣（主要成分是、，含少量、和、）为原料制备磷酸铁晶体的流程如下： （1）“酸浸1”步骤：铁浸取率随盐酸过量系数变化如图-1所示。工业上通常取盐酸过量系数为1.4，而不用更高的过量系数的原因 。 （2）“氧化”步骤： ①写出氧化过程中的离子方程式 。 ②需要控制反应的温度的原因是 。 （3）已知溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示： 金属离子 开始沉淀时的pH 11.8 3.3 1.5 9.8 沉淀完全时的pH 13.8 4.7 2.8 11.8 ①如果“氧化”后的溶液中浓度为， 用调节溶液的______时，开始沉淀。（结果保留小数点后一位） ②用调节溶液的pH，杂质的去除率随pH变化如图-2所示，工业上调节pH在1.8。当时，、去除率随pH升高而降低的原因是 。 （4）用沉铁而不直接用的原因是 。 例2、（2024∙苏州期中） 例3、（2024∙常州期中）从铅精矿（主要含PbS、等）中提取金属Pb和Ag的工艺流程如下： （1）“热浸”时，难溶的PbS和转化为和及单质硫。 ①写出转化为的离子方程式： 。 ②浸取液中盐酸的浓度不宜过大，除防止“热浸”时HCl挥发外，另一目的是防止产生__________（填化学式）。 （2）“过滤Ⅰ”得到的滤液经“稀释、冷却”得到沉淀，再经“过滤Ⅱ”将沉淀分离。沉淀反复用饱和食盐水“热溶”，所得溶液经“电解Ⅰ”可获得金属Pb。 ①“过滤Ⅰ”得到的滤液经“稀释”可得到沉淀，其原因是 。 例4、钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。 已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 (2) 除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6 mol/L时，认为该离子已除尽。 ①为使Ca2＋、Mg2＋除尽，必须保持溶液中c(F－)≥ mol/L。 ②若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是 [Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]。 考点7　化学工艺流程中物质的确定（读背书P253知识点） 例1、 （2024∙苏州期中） 例2、铟是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、FeAsO4·2H2O、In2O3)中提取铟和铅的工艺流程如图： 已知：焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在。　 (1) 浸渣的主要成分为 。 例3、以大洋锰结核(主要由锰、铁氧化物组成，还含有Cu等元素)为原料，制备脱硫剂 MnxOy，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示如图。 (1) 上述过程中可循环的物质是　 　(填化学式)。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第26讲　无机化学工艺流程 【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。 【学习过程】 考点1　化学工艺流程基本框架结构 1、流程基本结构 2、框图中箭头的含义 图1：箭头进入的是反应物(投料)，箭头出去的是生成物(产物、副产物)。 图2：箭头表示反应物分步加入和生成物出来。 图3：返回的箭头一般是“循环利用”的物质。 3、 解题思路（审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系） (1) 审题干：明确原料、产品和杂质。 (2) 审信息：寻找信息在流程中的作用；寻找信息与某设问的对应关系。 (3) 审流程：明确四线(产品线、杂质线、试剂线、操作线)。 (4) 审设问：看清问题，规范作答。 考点2　原料的预处理（读背书P244-245知识点） 例1、以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如下： 已知： Bi3＋易与Cl－形成BiCl，BiCl易发生水解，其反应的离子方程式为 BiCl＋H2OBiOCl↓＋5Cl－＋2H＋。 (1) “联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4。该反应的化学方程式为 。 (2) “ 酸浸”时需及时补充浓盐酸调节浸取液的pH。 ①一般控制浸取液pH小于1.4，其目的是 ②为提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可采取的措施有 。 (1) “联合焙烧”时，Bi2S3和MnO2在空气中反应生成Bi2O3和MnSO4。该反应的化学方程式为2Bi2S3＋6MnO2＋9O22Bi2O3＋6MnSO4。 (2) “ 酸浸”时需及时补充浓盐酸调节浸取液的pH。 ①一般控制浸取液pH小于1.4，其目的是增大H＋浓度，使Bi3＋充分浸出；同时抑制Bi3＋(或BiCl)、Fe3＋水解。 ②为提高酸浸时金属元素的浸出率，除适当增加浓盐酸用量、适当升高酸浸温度外，还可采取的措施有加快搅拌速率。 例2、用废锰渣(主要成分为MnO2、MgO和Fe2O3)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制取MnSO4·H2O的工艺流程如下： (1) “酸溶”后需“过滤”的目的：①防止将Mg2＋等杂质离子带入还原反应液中，简化除杂操作：②　 　。 ②　防止原反应液将还原步骤加入的硫酸稀释，减慢还原反应速率，降低Mn2＋浓度　。 考点3　化学工艺流程中常见除去杂质的方法（读背书P245-246知识点） 例1、钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。 已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 (1) 除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式： 。 (1) 除Fe、Al：先加入NaClO3溶液，再加入Na2CO3溶液调节pH。写出NaClO3氧化Fe2＋的离子方程式：6Fe2＋＋ClO＋6H＋===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O。 例2、用废锰渣(主要成分为MnO2、MgO和Fe2O3)和硫铁矿(主要成分为FeS2)制取MnSO4·H2O的工艺流程如下： (1) 已知：室温下，Ksp[Fe(OH)2]＝4.9×10－17，Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－37.4，Ksp[Mn(OH)2]＝2×10－13，“氧化”后溶液中c(Mn2＋)＝0.2 mol/L。 ①写出“除铁”过程中生成Fe(OH)3反应的化学方程式：　 　 。 ②写出“除铁”过程中生成Fe(OH)3反应的化学方程式：　Fe2(SO4)3＋3CaCO3＋3H2O===2Fe(OH)3＋3CaSO4＋3CO2↑　 考点4　化学工艺流程中加入试剂的作用（读背书P246-247知识点） 例1、[Co(NH3)6]Cl3是一种重要的化工原料。利用含钴废料(含少量Fe、Al等杂质)制取[Co(NH3)6]Cl3的工艺流程如图所示： 已知：①“酸浸”过滤后的滤液中含有Co2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等。 ②Ksp[Co(OH)2]＝1×10－14.2、Ksp[Co(OH)3]＝1×10－43.7、Ksp[Fe(OH)3]＝1×10－37.4、Ksp[Al(OH)3]＝1×10－32.9(溶液中金属离子物质的量浓度低于1.0×10－5 mol/L时，可认为沉淀完全)。 ③[Co(NH3)6]2＋具有较强还原性。 (1) 制备 [Co(NH3)6]3＋。 ①“混合”过程中需先将NH4Cl、CoCl2溶液混合，然后再加入活性炭，NH4Cl的作用是　 　，　 。 ②“氧化”过程应先加入　 　(填“氨水”或“双氧水”)，原因是　 　。 ③生成[Co(NH3)6]3＋的离子方程式为　 (2)分离提纯。将反应后的混合物趁热过滤，待滤液冷却后加入适量浓盐酸，过滤、洗涤、干燥，得到[Co(NH3)6]Cl3晶体。该过程中加入浓盐酸的目的是　 。 (2) 制备 [Co(NH3)6]3＋。 ①“混合”过程中需先将NH4Cl、CoCl2溶液混合，然后再加入活性炭，NH4Cl的作用是　NH4Cl会抑制NH3·H2O的电离，防止生成Co(OH)2沉淀　，　参与反应提供NH　。 ②“氧化”过程应先加入　氨水　(填“氨水”或“双氧水”)，原因是　[Co(NH3)6]2＋具有较强还原性，易被氧化，先加H2O2将Co2＋氧化为Co3＋，后加氨水，会生成Co(OH)3，不利于产品的生成　。 ③生成[Co(NH3)6]3＋的离子方程式为　2[Co(NH3)6]2＋＋2NH＋H2O2===2NH3↑＋2[Co(NH3)6]3＋＋2H2O　。 (3) 分离提纯。将反应后的混合物趁热过滤，待滤液冷却后加入适量浓盐酸，过滤、洗涤、干燥，得到[Co(NH3)6]Cl3晶体。该过程中加入浓盐酸的目的是　增大c(Cl－)，降低[Co(NH3)6]Cl3在水中的溶解度，有利于其结晶析出　。 例2、稀土钕(Nd)铁硼废料的主要成分为Fe2O3,含有SiO2、Nd2O3、Al2O3、CoO等杂质,一种综合回收利用的工艺流程如图所示: 已知:Ksp(CoS)=4.0×10-21。回答下列问题: (1) “还原”加入铁粉的主要目的是 。  考点5　化学工艺流程中产品的分离、提纯（读背书P247-251知识点） 例1、以辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)和软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备超细氧化铋的工艺流程如下： 已知： Bi3＋易与Cl－形成BiCl，BiCl易发生水解，其反应的离子方程式为BiCl＋H2OBiOCl↓＋5Cl－＋2H＋。 (1) 铋离子能被有机萃取剂(简称TBP)萃取，其萃取原理可表示为BiCl(水层)＋2TBP(有机层)BiCl3·2TBP(有机层)＋3Cl－(水层)。 ①“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl－浓度，萃取率随c(Cl－)变化关系如图所示。c(Cl－)最佳为1.3 mol/L的可能原因是 。 ②萃取后分液所得水相中的主要阳离子为 。 （2）“沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O]晶体。为得到含Cl－较少的草酸铋晶体，“萃取” 后有机相与草酸溶液的混合方式为 。 ①“萃取”时需向溶液中加入NaCl固体调节Cl－浓度，萃取率随c(Cl－)变化关系如图1所示。c(Cl－)最佳为1.3 mol/L的可能原因是c(Cl－)>1.3 mol/L时，铋离子(萃取平衡BiCl＋2TBPBiCl3·2TBP＋3Cl－逆向移动)萃取率下降，铁离子萃取率上升；c(Cl－)<1.3 mol/L时，铋离子水解(BiCl＋H2OBiOCl↓＋5Cl－＋2H＋)程度增大，不利于铋离子的萃取提纯。 ②萃取后分液所得水相中的主要阳离子为Fe3＋、H＋、Na＋。 (4) “沉淀反萃取”时生成草酸铋[Bi2(C2O4)3·7H2O]晶体。为得到含Cl－较少的草酸铋晶体，“萃取” 后有机相与草酸溶液的混合方式为边搅拌边将有机相溶液滴入草酸溶液中。 例2、铟是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、FeAsO4·2H2O、In2O3)中提取铟和铅的工艺流程如图： 已知：焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在。　 (1) PbO在NaOH溶液中溶解度曲线如图所示，PbO粗品中的杂质难溶于NaOH溶液。结合溶解度曲线，简述提纯PbO粗品的操作： 、过滤，洗涤干燥。 (2) “还原铁”反应的离子方程式为 。 (2) PbO在NaOH溶液中溶解度曲线如图所示，PbO粗品中的杂质难溶于NaOH溶液。结合溶解度曲线，简述提纯PbO粗品的操作：将粗PbO溶解在35% NaOH溶液中，配成高温下的饱和溶液，趁热过滤，降温结晶、过滤，洗涤干燥。 (3) “还原铁”反应的离子方程式为2Fe3＋＋2S2O===2Fe2＋＋S4O。 考点6　转化过程中反应条件的控制（读背书P251-253知识点） 例1、（2024∙盐城期中）以铁矿烧渣（主要成分是、，含少量、和、）为原料制备磷酸铁晶体的流程如下： （1）“酸浸1”步骤：铁浸取率随盐酸过量系数变化如图-1所示。工业上通常取盐酸过量系数为1.4，而不用更高的过量系数的原因 。 （2）“氧化”步骤： ①写出氧化过程中的离子方程式 。 ②需要控制反应的温度的原因是 。 （3）已知溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示： 金属离子 开始沉淀时的pH 11.8 3.3 1.5 9.8 沉淀完全时的pH 13.8 4.7 2.8 11.8 ①如果“氧化”后的溶液中浓度为， 用调节溶液的______时，开始沉淀。（结果保留小数点后一位） ②用调节溶液的pH，杂质的去除率随pH变化如图-2所示，工业上调节pH在1.8。当时，、去除率随pH升高而降低的原因是 。 （4）用沉铁而不直接用的原因是 。 例2、（2024∙苏州期中） 例3、（2024∙常州期中）从铅精矿（主要含PbS、等）中提取金属Pb和Ag的工艺流程如下： （1）“热浸”时，难溶的PbS和转化为和及单质硫。 ①写出转化为的离子方程式： 。 ②浸取液中盐酸的浓度不宜过大，除防止“热浸”时HCl挥发外，另一目的是防止产生__________（填化学式）。 （2）“过滤Ⅰ”得到的滤液经“稀释、冷却”得到沉淀，再经“过滤Ⅱ”将沉淀分离。沉淀反复用饱和食盐水“热溶”，所得溶液经“电解Ⅰ”可获得金属Pb。 ①“过滤Ⅰ”得到的滤液经“稀释”可得到沉淀，其原因是 。 （1） ①. ②. （2） ①. 溶液稀释时，反应的Qc增大，当时，平衡逆向移动，利于产生PbCl2沉淀 例4、钴的氧化物常用于制取催化剂和颜料等。以含钴废料(含Co2O3和少量Fe、Al、Mn、Ca、Mg等的氧化物及活性炭)为原料制取钴的氧化物的流程如下。 已知：萃取时发生的反应为Co2＋＋n(HA)2 CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋。 (2) 除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6 mol/L时，认为该离子已除尽。 ①为使Ca2＋、Mg2＋除尽，必须保持溶液中c(F－)≥ mol/L。 ②若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是 [Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]。 (2) 除Ca、Mg：当某离子浓度c≤1×10－6 mol/L时，认为该离子已除尽。 ①为使Ca2＋、Mg2＋除尽，必须保持溶液中c(F－)≥0.01mol/L。 ②若调节溶液的pH偏低，将会导致Ca2＋、Mg2＋沉淀不完全，其原因是pH偏低，较多的F－与H＋形成弱酸HF，导致溶液中F－浓度减小，使Ca2＋、Mg2＋不能完全转化为沉淀[Ksp(CaF2)＝1.0×10－10，Ksp(MgF2)＝7.4×10－11，Ka(HF)＝3.5×10－4]。 考点7　化学工艺流程中物质的确定（读背书P253知识点） 例1、 （2024∙苏州期中） 例2、铟是一种稀有贵金属，广泛应用于航空航天、太阳能电池等高科技领域。从铜烟灰酸浸渣(主要含PbO、FeAsO4·2H2O、In2O3)中提取铟和铅的工艺流程如图： 已知：焙烧后金属元素均以硫酸盐的形式存在。　 (1) 浸渣的主要成分为 。(1) 浸渣的主要成分为PbSO4。 例3、以大洋锰结核(主要由锰、铁氧化物组成，还含有Cu等元素)为原料，制备脱硫剂 MnxOy，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示如图。 (1) 上述过程中可循环的物质是　 　(填化学式)。 (1) 上述过程中可循环的物质是　(NH4)2SO4、NH3(或NH3·H2O)、MnxOy　 1 学科网（北京）股份有限公司 $$