無機工業流程題解題思路

范發強

（上杭一中 福建龍巖 364200）

無機工業流程題解題思路

范發強

（上杭一中 福建龍巖 364200）

無機工業流程題以現代工業生產為依托，與化工生產成本、產品提純、環境保護等相融合，考查物質的制備、檢驗、分離提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用，要求考生依據流程圖分析原理，緊扣信息，抓住關鍵、準確答題。

一、無機工業流程圖構成

1.題干部分：介紹原材料。

2.流程圖部分：用框圖形式將主要生產工藝流程表示出來。

主要框架是：原料處理——分離提純——核心反應——主要產品

3.問題部分：以流程圖為框架，提出各類化學問題。試題本質是從混合物中提取純凈物。

二、讀題

1.粗讀

從題干部分分析哪個是需要的元素，哪些是雜質元素。分析元素走向。

從框圖部分分析主線是目標產品，支線為副產品，回頭線為循環產品。明確原料、雜質和目標產品

2.精讀

工業流程題主要考查核心反應條件的控制及原因，核心反應方程式書寫，除雜試劑的選擇、PH值的控制，分離提純操作，濾液濾渣成分，相關計算。針對問題再精讀，分析細節，根據問題去研究某一步或某一物質。

例如2015年全國卷Ⅰ27題.

硼及其化合物在工業上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖所示：

從題干部分可知：硼元素是要提純的元素，硅、鋁、鐵、鈣、鎂是雜質元素，從框圖主線可知主要產品是粗硼酸，支線中第一次酸浸過濾得到浸渣是二氧化硅、硫酸鈣（微溶），鎂鹽最后一次過濾得到，中間的濾渣應有鐵、鋁元素。

三、無機工業流程圖可能提的問題及解題策略

化學問題的思考要有一定的方向，要在基礎理論框架下結合實際問題進行思考。工業流程圖由四部分組成，即原料處理、分離提純、核心反應、主要產品。

主要解決兩個問題，一個是發生了什么反應，另一個是采取了什么分離方法，這兩處問題能理清，其余迎刃而解。下面針對流程圖遂個分析。

首先是原料的預處理：原料處理階段的常見方法有

（1）溶解：通常用酸溶、堿溶、水溶。

浸出：固體加水（酸、堿）溶解得到離子

（2）灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化、分解

該階段常提出的問題是如何加快反應速率，可從反應速率的影響因素分析。

第二要分析的核心反應的問題：

如何分析化學反應呢？

（1）分析反應物與生成物，箭號流入的是反應物，流出的是生成物。

（2）分析化合價是否發生變化判斷是氧化還原反應還是非氧化還原反應。然后按復分解反應或氧化還原規律思考。

（3）配平時注意反應介質（酸性、堿性等）

如2015年全國卷Ⅰ27題問題部分，

（1）寫出Mg2B2O5·H2O與硫酸反應的化學方程式__________。這題中反應物是Mg2B2O5·H2O與硫酸，生成物中有硼酸（H3BO3），沒有化合價變化，按復分解反應分析，應還有硫酸鎂，至于有無水通過配平可知。

又如2013年全國卷Ⅰ27題，

27.（15分）鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發生的反應為6C+xLi++xe-=LixC6，現欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。

回答下列問題：

（2）寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式。

根據題干正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導電劑乙炔黑和鋁箔等，其中只有鋁箔可與NaOH溶液反應，易推知是鋁與NaOH溶液反應，所以離子方程式為： 2Al+2OH—+2H2O=2AlO2—+3H2↑

（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發生的所有氧化還原反應的化學方程式；

根據工藝流程中反應物有LiCoO2、H2SO4、H2O2，生成物有Li2SO4溶液、CoSO4（Co+2價）溶液，所以加H2SO4、H2O2酸浸的過程中發生氧化還原反應有2LiCoO2+3H2SO4+H2O2= Li2SO4+2 CoSO4+O2↑+4H2O，

因為反應是溫度80℃，還會發生雙氧水制氧氣的反應：2H2O

（4）寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式。

第三是物質的分離提純問題

工業流程圖就是把雜質除去并把雜質分離的過程。這里涉及除雜試劑選擇反應條件控制，及物質的分離提純問題。

1.反應條件的控制及除雜試劑選擇：

（1）調pH值除雜

a.控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀

b.調節pH所需的物質一般應滿足兩點：

能與H+反應，使溶液pH值增大；不引入新雜質。

例如：若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入_____________等物質來調節溶液的pH值。

（2）溫度控制

控制溫度有控制反應速率、防止副反應發生、有利于分離得到純物質（如趁熱過濾），有利于化學平衡移動等。

2.常見的分離提純方法有結晶、過濾、洗滌、蒸餾、萃取與分液等。如上例13年高考試題就涉及過濾、萃取與分液操作。這部分會考一些基本操作問題。

例如：（1）洗滌（冰水、熱水）洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。洗滌的方法、洗凈的標志、洗滌試劑的選擇等。

如：洗滌除去NaCl晶體表面附帶的少量KCl，選用的最佳試劑為______ 。

A、飽和Na2CO3溶液 B、四氯化碳

C、NaOH溶液 D、75%乙醇

（2）蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾：如最后所得晶體帶結晶水：CuSO4.5H2O等以及從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在______ 的氣流中加熱，以防其______ 。

（3）蒸發結晶、重結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。

最后涉及產品及產率問題。流程圖中主線分析主產品，副線分析副產品，回頭線分析循環品。而產率問題主要涉及化學計算。同時答題時一定要按要求回答，注意語言表達規范準確。