2023年高考無機(jī)化工流程解題策略

★.題型特點―

工藝流程題就是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖的形式表示出來,

并根據(jù)物質(zhì)生產(chǎn)流程中的有關(guān)化學(xué)知識步步設(shè)問，該類試題具有以下特

輔助原料

(1)箭頭：箭頭進(jìn)入的是投料(即反應(yīng)物)，出去的是生成物(包括主產(chǎn)

物和副產(chǎn)物)。

(2)三線：出線和進(jìn)線均表示物料流向或操作流程，返回線表示物質(zhì)

循環(huán)使用。

★?常見題型.*

題型一物質(zhì)制備類化工流程題

典例1（2020?全國卷I）帆具有廣泛用途。黏土帆礦中，帆以+3、

+4、+5價的化合物存在，還包括鉀、鎂的鋁硅酸鹽，以及Si。2、

Fe3O4o采用以下工藝流程可由黏土帆礦制備NH4VO3。

濾液⑤濾渣④

該工藝條件下，溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表

所示：

金屬離子Fe3+Fe2+AF+Mi>2+

開始沉淀pH1.97.03.08.1

完全沉淀pH3.29.04.710.1

回答下列問題：

(1)“酸浸氧化”需要加熱，其原因是o

(2)“酸浸氧化"中，VO'和VC^被氧化成VO；,同時還有

離子被氧化。寫出VO'轉(zhuǎn)化為VO；反應(yīng)的離子方程式

(3)“中和沉淀”中，帆水解并沉淀為VzC^xHzO,隨濾液②可除去

金屬離子K+、Mg2+、Na+、,以及部分的o

(4)“沉淀轉(zhuǎn)溶”中，轉(zhuǎn)化為帆酸鹽溶解。濾渣③的主要

成分是o

(5)“調(diào)pH”中有沉淀生產(chǎn)，生成沉淀反應(yīng)的化學(xué)方程式是

(6)“沉帆"中析出NH4VO3晶體時，需要加入過量NH4cL其原因

是。

【解析】原料一酸浸氧化一濾液①(VO；、K\Mg2\AF+、Fe3

+、MI>2+、SOf)+濾渣①(Si。2)—調(diào)節(jié)pH=3.0?3?1一濾餅②

+

[V2O5XH2O,部分Fe(OH)3沉淀，部分A1(OH)3)|+濾液②(K+、Na>

Mg2\Al3+>Fe3\MI>2+、SO廠)一調(diào)pH>13->濾渣③[Fe(OH)3]+濾液

③(帆酸鹽、偏鋁酸鈉)一調(diào)pH=8.5一濾渣④[A1(OHR+濾液④倒酸

鹽）一加入NH4CI-NH4Vo3。

【答案】(1)加快酸浸和氧化反應(yīng)速率(促進(jìn)氧化完全)

2++2+

(2)FeVO+MnO2+2H=VO^+Mn+H2O

2+3+3+

(3)MnFe>Al(4)Fe(OH)3

(5)NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+AI(OH)3I{或Na[AI(OH)4]+

HCI=NaCl+A1(OH)3I+H2O}

(6)利用同離子效應(yīng)，促進(jìn)NH4V盡可能析出完全

-A解題策略-

⑴制備類工藝流程題在流程上一般過程:

原料處理|—）|分離提純》獲得產(chǎn)品

（2）原料的預(yù)處理。

①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸等。

水浸與水接觸反應(yīng)或溶解

浸出固體加水（酸）溶解得到離子

在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通

酸浸

過過濾除去的溶解過程

浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少（更多轉(zhuǎn)化）

L

②灼燒、焙燒、般燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜

質(zhì)在高溫下氧化、分解。

③審題時要“瞻前顧后”，注意物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)原理的前后聯(lián)系。

(3)常用的控制反應(yīng)條件的方法。

①調(diào)節(jié)溶液的pH。常用于使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。調(diào)

節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點：能與H+反應(yīng)，使溶液pH增大；不引

入新雜質(zhì)。

②控制溫度。根據(jù)需要升溫或降溫，改變反應(yīng)速率或使平衡向需要

的方向移動。

③趁熱過濾。防止某物質(zhì)降溫時會析出。

④冰水洗滌。洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中

的溶解損耗。

題型二以混合物的分離、提純?yōu)槟康牡幕ち鞒填}

典例2磁性材料產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)各國競相發(fā)展的高科技支柱產(chǎn)業(yè)之

一，磁性材料廣泛用于電子信息、軍事技術(shù)等領(lǐng)域。碳酸鎰主要用于制

備軟磁鐵氧體，工業(yè)上用氯化錠焙燒鎰礦粉制備高純度碳酸鎰的工藝流

氯化核

程如下:

已知：①菱鎰礦粉的主要成分是M11CO3，還含少量Fe、Al、Ca>

Mg等元素。

②相關(guān)金屬M"+離子c(M"+)=O.lmol?LT形成沉淀的pH范

圍如下：

金屬離子Fe3+Al3+Fe2+Mg2+Ca2+Mn2+

開始沉淀的pH1.53.86.39.610.68.8

沉淀完全的pH2.85.28.311.612.610.8

回答下列問題：

(1)“焙燒”時發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

(2)浸出液“凈化除雜”過程如下：①加入MnOz將Fe?+氧化為Fe3

+;②將AF+、Fe3+變?yōu)槌恋沓?；③加入NH4F將

離子沉淀除去。寫出反應(yīng)①的離子方程式為0

(3)碳化結(jié)晶時，反應(yīng)的離子方程式為0

(4)碳化結(jié)晶過程中不能用碳酸核溶液代替碳酸氫核溶液可能的原因

是o流程中能循環(huán)利用的物質(zhì)除了氯化鐵之外

還有。

(5)測定碳酸鎰產(chǎn)品的純度。

稱取0.5000g碳酸鎰產(chǎn)品于錐形瓶中，力口25.00mL磷酸，加熱，碳酸鋅

全部轉(zhuǎn)化為［Mn(PO4)2/，冷卻至室溫。加水稀釋至100mL,滴加2?3滴指

示劑，然后用濃度為0.2000IUOILT的硫酸亞鐵錢［(NH^FelSODd標(biāo)準(zhǔn)溶液滴

定(反應(yīng)為［Mn(PO4)2廣+Fe2+=Mi>2++Fe3++2PO丁)。重復(fù)操作3次，記錄

數(shù)據(jù)如下表：

滴定0.2000mol?LT的硫酸亞鐵錢標(biāo)準(zhǔn)溶液讀數(shù)(mL)

次數(shù)滴定前滴定后

10.1020.20

21.3221.32

31.0520.95

則產(chǎn)品的純度=，若滴定終點時發(fā)現(xiàn)滴定管

尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，則測得的碳酸鎰粗產(chǎn)品的純度(填“偏

高”“偏低”或“無影響”)o

【解析】菱鎰礦(主要成分是M11CO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg

等元素)，與氯化錢混合研磨后焙燒反應(yīng)生成CO2、NH3和氯化鎰。酸浸

浸出液中主要含有AP+、Fe3+、Fe2+>MM+、Mg2+>Ca2+,經(jīng)過凈化

后，在凈化液中加入碳酸氫鉉，使鎰離子沉淀，生成M11CO3,最后得

到高純度M11CO3。(4)碳酸鏤溶液的堿性較強(qiáng)，c(OH-)較大，會產(chǎn)生

Mn(OH)2沉淀，因此“沉鎰”過程中，不用碳酸鍍?nèi)芤禾娲鶱H4HCO3

溶液。根據(jù)以上分析可知流程中能循環(huán)利用的物質(zhì)除了氯化錢之外還有

CO2o

⑸根據(jù)［Mn(PC>4)2廣+Fe2+=Mn2++Fe3++2POr可知，［Mn(PO4)2『一

的物質(zhì)的量與硫酸亞鐵錢的物質(zhì)的量相等，貝!l［Mn(PO4)213—的物質(zhì)的量

與硫酸亞鐵錢的物質(zhì)的量=0.2000molL-1X0.02L=0.004mol,根據(jù)

鎰元素守恒，0.5000g碳酸鎰粗產(chǎn)品中碳酸鎰的物質(zhì)的量=0.004mol,

0.。04molX115gmol1

碳酸鎰粗產(chǎn)品的純度=X100%=92.00%若滴

0.5000go

定終點時發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積讀數(shù)偏

小，貝"MMPOOl-的物質(zhì)的量偏小，測得的碳酸鎰粗產(chǎn)品的純度偏

低。

【答案】⑴MnCOs+ZNHUCl^^MnCb+ZNHst+CO2t+H2O

22+2++2+

(2)調(diào)節(jié)溶液的pHCa\MgMnO2+2Fe+4H=Mn+

3

2Fe+2H2O

2+

(3)Mn+2HCO3=^=MnCO3I+CO2t+H2O

(4)碳酸根離子水解程度大，碳酸核溶液中c(OlT)較大，易產(chǎn)生

Mn(OH)2沉淀CO2

(5)92.00%偏低

r＞歸納總結(jié)＜------------------------------------------

1(1)物質(zhì)分離提純的原則：不增，不減，易分離，易復(fù)原。

|(2)明確常用的提純方法：

|①水溶法：除去可溶性雜質(zhì)。

1②酸溶法：除去堿性雜質(zhì)。

1③堿溶法：除去酸性雜質(zhì)。

1④氧化劑或還原劑法：除去還原性或氧化性雜質(zhì)。

⑤加熱灼燒法：除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)。

⑥調(diào)節(jié)溶液的pH法：如除去酸性銅溶液中的Fe3+等。

⑦蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如NaCl。

(3)明確常用的分離方法：

①過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽

濾等方法。

②萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分

離物質(zhì)，如用CCL或苯萃取濱水中的濱。

③冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或

結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCk、CuCl2.CuSO45H2O.FeSO47H2O

等。

④蒸偏或分僭：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和

甘油。

⑤冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻

法分離平衡混合氣體中的氨氣。

★.專項訓(xùn)練一

1.（2019?江蘇卷）實驗室以工業(yè)廢渣（主要含CaSO/ZHzO,還含少

量SiC>2、A12O3>Fez。?）為原料制取輕質(zhì)CaCC>3和（NH4）2SC>4晶體，其實

驗流程如下：

（NHJCO3溶液

廢渣粉末一」浸取］—?過濾一?濾渣-----*輕質(zhì)CaCOs

濾液A(NHJ2SO4晶體

(1)室溫下，反應(yīng)CaSOm)+CO3(aq)CaCO3(s)+SO『(aq)達(dá)到

fso^~"I5

平衡，則溶液中三肅=[^sp(CaSO4)=4.8x10,/fsp(CaCO3)

=3X10-9]O

(2)將氨水和NH4HCO3溶液混合，可制得(NHQ2CO3溶液，其離子方

程式為;浸取廢渣時，向(NHD2CO3

溶液中加入適量濃氨水的目的是。

(3)廢渣浸取在如圖所示的裝置中進(jìn)行?？刂品磻?yīng)溫度在60?70

℃,攪拌，反應(yīng)3小時。溫度過高將會導(dǎo)致Cas。4的轉(zhuǎn)化率下降，其原

因是;保持溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)物和溶劑的量不

變，實驗中提高Cas。4轉(zhuǎn)化率的操作有

(4)濾渣水洗后，經(jīng)多步處理得到制備輕質(zhì)

CaCC>3所需的CaCk溶液。設(shè)計以水洗后的濾渣為原

料，制取CaCk溶液的實驗方案：o

［已知pH=5時Fe(OH)3和A1(OH)3沉淀完全；pH

=8.5時A1(OH)3開始溶解。實驗中必須使用的試劑：

鹽酸和Ca(OH)21。

4

【答案】(1)1.6X10(2)HCO3+NH3H2(D=NH：+COf+H2O

增加溶液中CO「的濃度，促進(jìn)CaSO4的轉(zhuǎn)化

(3)溫度過高，(NHD2CO3分解加快攪拌速率

(4)在攪拌下向足量稀鹽酸中分批加入濾渣，待觀察不到氣泡產(chǎn)生

后，過濾，向濾液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH試紙測量溶液pH,

當(dāng)pH介于5?8.5時，過濾

(解析］⑴反應(yīng)CaSO4⑸+COt(aq)CaCO3(s)+SO『(aq)達(dá)到

平衡時溶訥中c(SO1)—c(Cf)?(SO，)—媼口刈_4.8X105—

平例盯，將故中?(20「)一?(2產(chǎn))《01)一%(5(203)-3X109-

4

L6X10o(2)NH4HCO3與氨水反應(yīng)生成(NH02CO3,離子方程式為

；浸取廢渣時，加入的

HCO3+NH3H2O=NH4+cor+H2O

(NHD2CO3屬于弱酸弱堿鹽，溶液中存在水解平衡：COr+NHt+

H2OHCO3+NH3H2O,加入適量濃氨水，水解平衡逆向移動，

溶液中COr的濃度增大，反應(yīng)CaSO4⑸+cor(aq)CaCO3(s)+

SO『(aq)正向移動，促進(jìn)CaSCh的轉(zhuǎn)化。(3)由于錢鹽具有不穩(wěn)定性，受

熱易分解，所以溫度過高，(NHQ2CO3分解，從而使CaS()4轉(zhuǎn)化率下

降。(4)過濾后所得濾渣中含CaCCh、SiO2>Al2O3^Fe2O3；若以水洗后

的濾渣為原料制取CaCk溶液，根據(jù)題給試劑，首先要加入足量鹽酸將

CaCCh完全轉(zhuǎn)化為CaCk，SiO2不反應(yīng)，經(jīng)過濾除去SiO2;得到的濾液

中含CaCk、A1C13>FeCl3,為了將濾液中A「+、F?3+完全除去，應(yīng)加入

Ca(OH)2并調(diào)節(jié)溶液的pH介于5?8.5,然后過濾即可制得CaCk溶液。

2.（2019?廣東深圳模擬）重倍酸鉀常用作有機(jī)合成的氧化劑和催化

劑等。由含鋁廢液（主要含C/+、Fe3+>K\SO廠等誰U備KzCoCh的流

程如圖所示。

KOH

|產(chǎn)濾液i.過量H2O2溶液

ii.KOHiMpH=10i.加熱

含銘_①ii.冷卻酸化

|產(chǎn)濾液②------------------?結(jié)晶^K2Cr2O7

廢液至pH二1----晶體

調(diào)pHJ濾渣A氧化一（主要溶質(zhì)為K2OO4）

二7?8①

濾渣②

已知：I.在酸性條件下，能將CHO,還原為CP+

II.相關(guān)金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:

金屬離子開始沉淀的pH沉淀完全的pH

Cr3+4.96.8

Fe3+1.52.8

回答下列問題：

⑴濾渣②的主要成分為（填化學(xué)式）。

⑵寫出“氧化”步驟中反應(yīng)的化學(xué)方程式

“加熱”操作的目的是

+

(4)“酸化”過程中發(fā)生反應(yīng)2CrOf+2HCr2Ot+H2O(K=

4X1014)-已知，“酸化”后溶液中(CH。＞)=l.6X103mol?LT,則溶

液中以CrO')=-

(5)“結(jié)晶”后得到K2Cr2O7(M=294g?mo「i)產(chǎn)品0.5000g,將其溶

解后用稀H2s。4酸化，再用濃度為0.01000mol?LT(NH4)2Fe(SO4)2標(biāo)準(zhǔn)溶

液滴定，滴定終點消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為900mL,則產(chǎn)品的純度為o

[滴定反應(yīng)為：K2Cr2O7+6(NH4)2Fe(SO4)2+7H2SO4=K2SO4+

Cr2(SO4)3+6(NH4)2SO4+3Fe2(SO4)3+7H2O]

(6)在KzC、。7存在下，可利用微生物電化學(xué)技術(shù)實現(xiàn)含苯酚廢水的

有效處理，其工作原理如圖所示。

%

陰

C6H50H陽

離

離

Cr2O；

子

子

交

pppppf交

NaCl溶液

換

換

膜

膜Cr(OH)3

CO2

①負(fù)極的電極反應(yīng)式為9

②一段時間后，中間室中NaCl溶液的濃度(填“增

大”“減小”或“不變”)。

【答案】⑴Fe(OH)3

(2)2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH=2K2CrO4+8H2O

(3)除去過量的H2O2(4)2X10-8mol?LT

(5)88.2%

(6)①C6H5OH+llH2O—28e-=6CO2t+28H+②減小

【解析】⑴濾渣①成分為Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，“氧化”步

驟中Cr(OH)3轉(zhuǎn)化為KzCrCXj溶液，F(xiàn)e(OH)3不與KOH反應(yīng)也不溶于水，

過濾分離的濾渣②為Fe(OH)3。

(2)“氧化”步驟中，堿性條件下，過氧化氫氧化Cr(OH)3生成KzCrO4溶

液，結(jié)合電子守恒、原子守值可得2Cr(OH)3+3H2O2+4KOH=2K2CrO4+

8H2OO(3)為防止后續(xù)“酸化”步驟中H2O2將CHOt還原為C/+而混入雜

質(zhì)，所以酸化之前必須除去H2O2,并且H2O2受熱不穩(wěn)定、易分解，通過加熱

可除去。(4)“酸化"至pH=l,即c(H)=0.lmol-L\反應(yīng)2007+2H+

、匕……皿c(CrOO1.6X10"

2222

Cr2Ot+坨°的平衡吊數(shù)K=c(CrO^r(Ht)=c(CrO^X0.01=

4X1014,c(CrO4)=2X108moIL10

11

⑸由滴定反應(yīng)有〃保2。2。7)=d川(NH4)2Fe(SO4)2]=dX0.01000

mol-L嘆0.9L=0.0015mob產(chǎn)品的純度=1M案能言4)

xioo%=

0.0015molX294gmol1

X100%=88.2%o

0.5000g

(6)①C6H5OH-CO2,則苯酚發(fā)生氧化反應(yīng)、作負(fù)極，結(jié)合電子守

恒和電荷守恒，負(fù)極電極反應(yīng)式C6H5OH+UH2(D—28e-=6CO2t+

28H+；②電池工作時，負(fù)極生成的H+透過陽離子交換膜進(jìn)入NaCl溶液

中,正極生成的OH-透過陰離子交換膜進(jìn)入NaCl溶液中與H+反應(yīng)生成

水，使NaCl溶液濃度減小。

3.（2020?山東卷）用軟鎰礦（主要成分為Mu。2，含少量Fes。4、

AI2O3）和BaS制備局純M11CO3的工藝流程如下：

硫化鋼氫

氧

軟鎰礦粉、「溶液過

化

蒸結(jié)濾

?反應(yīng)過濾

發(fā)晶皺

硫酸濾液I

---------->酸解

①試劑X

碳酸氫錢、高

、,②氨水聶永純

碳

過濾一凈壓碳>過去洗>干

化濾化濾滌燥酸

鎰

硫黃

廢渣濾液n

已知：MnOz是一種兩性氧化物；25°C時相關(guān)物質(zhì)的《沖見下表。

物質(zhì)

Fe(OH)2Fe(OH)3AI(OH)3Mn(OH)2

1X10-16.31X10-38.61X10-32.31X10127

回答下列問題：

⑴軟鎰礦預(yù)先粉碎的目的是，

MnCh與BaS溶液反應(yīng)