2025届高三化学二轮复习 讲义　无机化工流程题解题指导

无机化工流程题解题指导 复习目标　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.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。3.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。 能力点一　流程图中物质的处理、转化与跟踪 1.原料的预处理 方法 目的 解题指导 粉碎、研磨 将块状或颗粒状的物质磨成粉末 增大反应物接触面积，以加快反应速率或使反应更充分，也是提高“浸出率”的方法之一 浸取 水浸 与水接触反应或溶解 （1）加热、搅拌、适当提高酸（或碱）浓度，可以加快浸出速率；增加浸出时间可使样品充分溶解，可提高浸出率 （2）酸溶时所加酸的量不能太多 ①过量的酸多消耗后续调节pH所加的碱性试剂 ②如果实验过程有硫化物，酸过量会形成有毒气体硫化氢 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 （焙烧） 1.除去可燃性杂质 2.使原料初步转化 ①除去硫、碳单质 ②使有机物转化或除去有机物 ③高温下原料与空气中氧气反应等 ④使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土 2.物质成分的跟踪与确定 (1)滤渣的确定 (2)循环物质的确定 (一)原料预处理 1.下图废铁屑为原料制备聚合硫酸铁(PFS)的一种工艺流程如下图： 粉碎过筛的目的是___________________________________________， 酸浸时最合适的酸是________。 2.钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以＋3、＋4、＋5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO2、Fe3O4。采用由黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程如下图 回答下列问题： (1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是___________________________________________。 (2)“酸浸氧化”中，VO＋和VO2＋被氧化成VO，同时还有________离子被氧化。 3.某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)： “碱浸”中NaOH的两个作用分别是__________________________________。 (二)滤渣及循环物质的确定 4.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＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 3.2 4.7 11.1 13.8 回答下列问题： (1)“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________。 (2)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是______________、________。 (3)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。 5.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：___________________________________________。 (三)流程图中方程式书写 6.一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如下图 (1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为___________________________________________。 (2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有________。 7.钒及其化合物在特种钢材的生产、高效催化剂的制备及航天工业中用途广泛。工业上以富钒炉渣(主要成分为V2O5，含少量Fe2O3和FeO等杂质)为原料提取五氧化二钒的工艺流程如图所示： (1)五氧化二钒中钒的化合价为___________________________________________。 (2)焙烧炉中发生的主要反应化学方程式为___________________________________________； 也可用氯化钠和氧气代替纯碱进行焙烧反应，写出对应的化学方程式____________________________________________________________________ ___________________________________________。 能力点二　流程中的分离、提纯操作 1.萃取与反萃取 (1)原理：萃取则是利用物质性质由一个液相转移到另一个液相的分离方法。萃取的作用是： 从矿石的浸出液中，提取和富集有价金属； 分离化学性质相近的金属离子。 (2)步骤：萃取的操作步骤一般是首先将水溶液(料液)与有机溶剂(或溶液)充分混合，然后利用两相的密度不同静置分相。分出的称为萃余液，有机相称为负载有机相，被萃入到有机相中去的物质称为被萃取物(起富集或分离作用)。 (3)反萃取：被萃取物萃入有机相后，一般需要使其重新返回水相，此时把负载有机相与反萃剂(一般为无机酸或碱的水溶液，也可以是纯水)接触，使被萃取物转入水相，这一过程相当于萃取的逆过程，故称为反萃取。 2.沉淀的洗涤 操作 答题指导 洗涤晶体 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 特殊的物质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 洗涤沉淀方法：向过滤器中加入洗涤剂至浸没沉淀，待洗涤剂自然流下后，重复以上操作2～3次 1.某兴趣小组用铬铁矿[Fe(CrO2)2]制备K2Cr2O7晶体，流程如图： 已知：4Fe(CrO2)2＋10Na2CO3＋7O28Na2CrO4＋4NaFeO2＋10CO2、2H＋＋2CrOCr2O＋H2O 相关物质的溶解度随温度变化如下图。 请回答下列问题： (1)下列说法正确的是________(填字母)。 A.步骤Ⅱ，低温可提高浸取率 B.步骤Ⅱ，过滤可除去NaFeO2水解产生的Fe(OH)3 C.步骤Ⅲ，酸化的目的主要是使Na2CrO4转变为Na2Cr2O7 D.步骤Ⅳ，所得滤渣的主要成分是Na2SO4和Na2CO3 (2)步骤Ⅴ，重结晶前，为了得到杂质较少的K2Cr2O7粗产品，从下列选项中选出合理的操作(操作不能重复使用)并排序：溶解KCl→(________)→(________)→(________)→(________)→重结晶。 a.50 ℃蒸发溶剂 b.100 ℃蒸发溶剂 c.抽滤 d.冷却至室温 e.蒸发至溶液出现晶膜，停止加热 f.蒸发至溶液中出现大量晶体，停止加热 2.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： (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。 能力点三　流程中的条件控制 条件控制 答题指导 控制 溶液 的pH ①调节溶液的酸碱性，使金属离子形成氢氧化物沉淀析出(或抑制水解) 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) 控制 温度 (常用 水浴、 冰水 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 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 (一)温度控制 1.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： (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___________________________________________。 2.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，工艺流程如图： (1)“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的净出率为70%时，所采用的实验条件为___________________________________________。 (2)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min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_________________________________。 (二)pH控制 3.从钒铬锰矿渣(主要成分为V2O5、Cr2O3、MnO)中提铬的一种工艺流程如图： 已知：pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]在空气中易被氧化。回答下列问题： (1)常温下，各种形态五价钒粒子总浓度的对数[lgc总(V)]与pH关系如图1。已知钒铬锰矿渣硫酸浸液中c总(V)＝0.01 mol·L－1，“沉钒”过程控制pH＝3.0，则与胶体共沉降的五价钒粒子的存在形态为________(填化学式)。 (2)某温度下，Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)的沉淀率与pH关系如图2。“沉铬”过程最佳pH为___________________________________________； (3)“提纯”过程中Na2S2O3的作用为_________________________________。 4.利用某钴矿石(主要成分为Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所示。 已知：浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋。 回答下列问题： (1)钴矿石浸出时加入Na2SO3的目的为_________________________。 (2)溶液中lgc(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)与pH的变化关系如图2所示(离子浓度小于10－5 mol·L－1时可认为已除尽)，在萃取余液中通入空气的目的是___________________________________________， 用熟石灰调pH至3.2，过滤1所得滤渣的主要成分为________，萃取和反萃取的目的是___________________________________________。 (3)用氧化镁调滤液1的pH为9.1时，得到的氢氧化钴粗品中含有的主要杂质为________，多次洗涤可提高粗产品中钴含量。“过滤2”后所得滤液直接排放会造成水体污染，须进行处理，用熟石灰调节pH使c(Mg2＋)≤10－5 mol·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝________。 1.(2023·江苏卷节选) V2O5－WO3/TiO2催化剂能催化NH3脱除烟气中的NO，反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)===4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 632.4 kJ·mol－1。 (1)催化剂的制备。将预先制备的一定量的WO3/TiO2粉末置于80 ℃的水中，在搅拌下加入一定量的NH4VO3溶液，经蒸发、焙烧等工序得到颗粒状V2O5－WO3/TiO2催化剂。在水溶液中VO水解为H3VO4沉淀的离子方程式为 ___________________________________________； 反应选用NH4VO3溶液而不选用NaVO3溶液的原因是___________________________________________。 (2)催化剂的应用。将一定物质的量浓度的NO、O2、NH3(其余为N2)气体匀速通过装有V2O5－WO3/TiO2催化剂的反应器，测得NO的转化率随温度的变化如题图所示。反应温度在320～360 ℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是____________________________________________________________________； 反应温度高于380 ℃，NO转化率下降，除因为进入反应器的NO被还原的量减少外，还有___________________________________________________________ (用化学方程式表示)。 (3)废催化剂的回收。回收V2O5－WO3/TiO2废催化剂并制备NH4VO3的过程可表示为 ①酸浸时，加料完成后，以一定速率搅拌反应。提高钒元素浸出率的方法还有___________________________________________。 ②向pH＝8的NaVO3溶液中加入过量的NH4Cl溶液，生成NH4VO3沉淀。已知：Ksp(NH4VO3)＝1.7×10－3，加过量NH4Cl溶液的目的是___________________________________________。 2.(2021·江苏卷节选)以锌灰(含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2)和Fe2(SO4)3为原料制备的ZnFe2O4脱硫剂，可用于脱除煤气中的H2S。脱硫剂的制备、硫化、再生过程可表示为 (1)“除杂”包括加足量锌粉、过滤、加H2O2氧化等步骤。除Pb2＋和Cu2＋外，与锌粉反应的离子还有________________(填化学式)。 (2)400 ℃时，将一定比例H2、CO、CO2和H2S的混合气体以一定流速通过装有ZnFe2O4脱硫剂的硫化反应器。 ①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，其化学方程式为___________________________________________。 ②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，该反应过程可描述为 ___________________________________________。 (3)将硫化后的固体在N2∶O2＝95∶5(体积比)的混合气体中加热再生，固体质量随温度变化的曲线如图所示。在280～400 ℃范围内，固体质量增加的主要原因是____________________________________________________________________ ___________________________________________。 无机化工流程题解题指导 能力点一 全能通关 1.选取细小颗粒，增大反应物接触面积，提高酸浸反应速率　H2SO4 2.(1)加快酸浸和氧化反应速率(促进氧化完全)　(2)Fe2＋ 3.除去油脂、溶解铝及其氧化物 4.(1)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋　(2)硫酸　SiO2　CaSO4　(3)(NH4)2SO4 5.(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： 6.(1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2　(2)PbSO4 7.(1)＋5　(2)V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑　2V2O5＋4NaCl＋O24NaVO3＋2Cl2 解析　(1)五氧化二钒中，O显-2价，依据化合价的代数和为0，可求出钒的化合价为＋5；(2)焙烧炉中，V2O5与Na2CO3反应生成NaVO3和CO2，反应的化学方程式为V2O5＋Na2CO32NaVO3＋CO2↑；用氯化钠和氧气代替纯碱进行焙烧反应，则应生成NaVO3和Cl2，反应的化学方程式为2V2O5＋4NaCl＋O24NaVO3＋2Cl2。 能力点二 全能通关 1.(1)BC　(2)a　e　d　c 2.(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　(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，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，即依次蒸发浓缩，趁热过滤，洗涤。 能力点三 全能通关 1.(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.(1)100 ℃、2 h，90 ℃，5 h (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 3.(1)H3V2O　(2)6.0 (3)防止pH较大时，二价锰[Mn(Ⅱ)]被空气中氧气氧化转化为MnO2附在Cr(OH)3的表面，使产物不纯 4.(1)将Co3＋还原为Co2＋　(2)氧化浸出液中的Fe2＋，便于调pH除去　Fe(OH)3　除去Cu2＋　(3)CaSO4、MgSO4　10-10.8 解析　流程分析： 集训真题　走进高考 1.(1) VO＋2H2OH3VO4↓＋OH-　NH4VO3发生双水解，NH＋VO＋H2OH3VO4↓＋NH3，NH水解可促进 VO的水解 (2)温度升高到一定程度，催化剂失活，导致 NO的转化率变化不明显 4NH3＋5O24NO＋6H2O、N2＋O22NO (3)①适当提高H2SO4 溶液的浓度、适当升高反应温度、延长酸浸时间等 ②增大NH浓度，促进平衡向析出沉淀的方向移动，提高NH4VO3的含量 解析　(1)在水溶液中VO水解为H3VO4沉淀的离子方程式为VO＋2H2OH3VO4＋OH-，反应选用NH4VO3溶液在于NH4VO3发生双水解NH＋VO＋H2OH3VO4＋NH3，NH水解可促进 VO的水解。(2)反应温度在320～360 ℃范围内，NO转化率随温度变化不明显的原因是温度升高至一定程度催化剂失活，导致NO转化率升高不明显。反应温度高于380 ℃，NO转化率下降，有可能体系产生了NO，如4NH3＋5O24NO＋6H2O、N2＋O22NO等。(3)提高钒元素浸出率的方法还有适当增加硫酸的浓度、适当升高反应温度、延长酸浸时间等。NH4VO3饱和溶液中存在溶解平衡NH4VO3(s)NH(aq)＋VO(aq)，加过量NH4Cl溶液有利于增加NH浓度，促进平衡向析出沉淀的方向移动，提高NH4VO3的含量。 2.(1)Fe3＋、H＋ (2)①ZnFe2O4＋3H2S＋H2ZnS＋2FeS＋4H2O ②CO2＋H2SCOS＋H2O(或ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O) (3)ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐 解析　锌灰含ZnO及少量PbO、CuO、Fe2O3、SiO2，加入稀硫酸浸取，SiO2和硫酸不反应，过滤出SiO2，所得溶液中含有硫酸锌、硫酸铅、硫酸铜、硫酸铁、硫酸，加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，加H2O2氧化，再加入硫酸铁调节锌、铁的配比，加入碳酸氢钠沉锌铁，制得脱硫剂ZnFe2O4。(1)“除杂”加足量锌粉，硫酸铜、硫酸铁、硫酸都能与锌反应，除Pb2＋和Cu2＋外，与锌粉反应的离子还有Fe3＋、H＋。(2)①硫化过程中ZnFe2O4与H2、H2S反应生成ZnS和FeS，铁元素化合价由＋3降低为＋2、氢气中H元素化合价由0升高为＋1，根据得失电子守恒，其化学方程式为ZnFe2O4＋3H2S＋H2ZnS＋2FeS＋4H2O；②硫化一段时间后，出口处检测到COS。研究表明ZnS参与了H2S与CO2生成COS的反应，反应前后ZnS的质量不变，ZnS为催化剂，该反应过程可描述为CO2＋H2SCOS＋H2O(或ZnS＋CO2===ZnO＋COS、ZnO＋H2S===ZnS＋H2O)；(3)在280～400 ℃范围内，ZnS和FeS吸收氧气，ZnS和FeS部分被氧化为硫酸盐，固体质量增加。 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