無機化工流程題的解題策略

化學(xué)工藝流程題可以培養(yǎng)考生從試題提供的新信息中，準(zhǔn)確地提取實質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識塊整合，重組為新知識塊的能力;培養(yǎng)考生將實際問題分解，通過運用相關(guān)知識，采用分析、綜合的方法，解決簡單化學(xué)問題的能力;，培養(yǎng)考生將分析和解決問題的過程及成果，用正確的化學(xué)術(shù)語及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)，并做出解釋的能力。

一、工業(yè)流程題的結(jié)構(gòu)

二、工業(yè)流程題分類突破

題型一：物質(zhì)制備類化工流程題。

1.核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫。

（1）氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原規(guī) 律判斷產(chǎn)物，根據(jù)化合價升降相等配平。

（2）非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反 應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。

2.原料的預(yù)處理。

（1）溶解（見表1）。通常用酸溶，如用硫 酸、鹽酸等。

（2）灼燒、焙燒、煅燒。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.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：

①能與H+反應(yīng)，使溶液pH增大;

②不引入新雜質(zhì)。

例如：若要除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、CuCO3、Cu（OH），、Cu2 （OH）2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。

（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。

側(cè)，NaCIO2是一種重要的殺菌消毒劑，也常用來漂白織物等，其一種生產(chǎn)工藝如下：

回答下列問題：

（1） NaCIO2中CI的化合價為_____。

（2）寫出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式：____ 。

（3）“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成，精制時，為除去Mg2+和Ca2+，要加入的試劑分別為 ___、___ 。“電解”中陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是 ____ 。

（4）“尾氣吸收”是吸收“電解”過程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_____ ，該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是____。

（5）“有效氯含量”可用來衡量含氯消毒劑的消毒能力，其定義是：每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為____ 。（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）

[解題流程]

第一步：讀題目，明確目的——制備NaClO2。

第二步：審流程，分塊破題——拆分工藝流程。

第三步：看設(shè)問，結(jié)合題中的問題，回到流程圖中找答案。

[得分秘籍]

（1）設(shè)問一般相對獨立，無連帶效應(yīng)，一個問題解決不了不會影響下一個問題的解決。

（2）題中基本上都有與流程無關(guān)的問題，可直接作答;對于超綱知識，題目中要么有信息提示，要么與解答題目無關(guān)。

題型二：提純類化工流程題。

1.明確常用的提純方法。

（1）水溶法。除去可溶性雜質(zhì)。

（2）酸溶法。除去堿性雜質(zhì)。

（3）堿溶法。除去酸性雜質(zhì)。

（4）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。如除去酸性溶液中的Fe3+等。

2.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CC14或苯萃取溴水中的溴。

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

（4）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、FeCl3、CuCl2、CuSO4 · 5H2O、FeSO4·7H2O等。

（5）蒸餾或分餾。分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇或甘油。

（6）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。

例2高純活性氧化鋅可用于光催化、光電極、彩色顯影等領(lǐng)域。以工業(yè)級氧化鋅（含F(xiàn)e2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等）為原料，用硫酸浸出法生產(chǎn)高純活性氧化鋅的工藝流程如下：

已知Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10^-38。

回答下列問題：

（1）浸出時，為了提高浸出效率可采用的措施有（寫兩種）：_____。

（2）氧化時，加入KMnO4溶液是為了除去浸出液中的Fe2+和Mn2_（溶液中Mn2+全部轉(zhuǎn)化為MnO2），請配平下列除去Fe2+的離子方程式：

口MnO4+口Fe2+ +口____==口MnO2↓+口Fe（OH）3↓+口H+

（3）加入鋅粉的目的是____。

（4）已知H2SO4浸出液中，c（Fe2+）=5. 04 mg . L^-1 ，c（Mn2+） =1. 65 mg . L^-1.

①加入KMn04溶液反應(yīng)一段時間后，溶液中c（Fe3+）=0. 56 mg . L^-1，若溶液pH=3，則此時Fe3+____ （填“能”或“不能”）生成沉淀。

②若要除盡1m3上述浸出液中的Fe2+和Mn2+，需加入_____ g KMnO4。

解析：（1）為了提高浸出效率，可以適當(dāng)增大硫酸濃度，攪拌，將固體粉碎，提高浸出溫度，等等。

（2）錳元素由+7價降低到+4價，而鐵元素由+2價升高到+3價，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒配平方程式。

（3）加入鋅粉的目的：①消耗溶液中的H+，調(diào)節(jié)溶液pH，除去氧化時未完全沉淀的Fe3+;②將Cu2+、Ni2+、Cd2+還原為單質(zhì)而除去。

[專題訓(xùn)練]

1.硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5.H2O和Fe3 O4，還有少量Fe2 O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等）為原料制備硼酸（H3803）的工藝流程如下所示：

回答下列問題：

（1）寫出Mg2B2O5 . H2O與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：____ 。為提高浸出速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，還可采取的措施有_____（寫出兩條）。

（2）利用____ 的磁性，可將其從“浸渣”中分離。“浸渣”中還剩余的物質(zhì)是_____（寫化學(xué)式）。

（3）“凈化除雜”需先加H2O2溶液，作用是____ 。然后再調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，目的是 ____ 。

（4）“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是____（填名稱）。

（5）以硼酸為原料可制得硼氫化鈉（NaBH4），它是有機合成中的重要還原劑，其電子式為____。

（6）單質(zhì)硼可用于生產(chǎn)具有優(yōu)良抗沖擊性能的硼鋼。以硼酸和金屬鎂為原料可制備單質(zhì)硼，用化學(xué)方程式表示制備過程：_____ 。

2.以硅藻土為載體的五氧化二釩（V2O5）是接觸法生產(chǎn)硫酸的催化劑。從廢礬催化劑中回收V2O5既避免污染環(huán)境又有利于資源綜合利用。廢釩催化劑的主要成分見表2。

回答下列問題：

（1）“酸浸”時V2O5轉(zhuǎn)化為VO2，反應(yīng)的離子方程式為____ ，同時V2O4轉(zhuǎn)化成VO2+。“廢渣1”的主要成分是___ 。

（2）“氧化”中欲使3 mol的VO2+變?yōu)閂O2，則需要氧化劑KCIO3至少為___mol。

（3）“中和”作用之一是使釩以V4O12形式存在于溶液中。“廢渣2”中含有____ 。

（4）“離子交換”和“洗脫”可簡單表示為4ROH+V4 O12==R4V4 O12 +40H-（ ROH為強堿性陰離子交換樹脂）。為了提高洗脫效率，淋洗液應(yīng)該呈 ____ 性（填“酸”“堿”或“中”）。

（5）“流出液”中陽離子最多的是__-- 。

（6）“沉釩”得到偏釩酸銨（NH4VO3）沉淀，寫出“煅燒”中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：____.

答案：1.（1） Mg2B2O5. H2O+ 2H2 SO4=△=2 MgSO4+2H3BO3 提高反應(yīng)溫度，減小鐵硼礦粉粒徑

（2）Fe3 O4 SiO2和CaSO4

（3）將Fe2+氧化為Fe3+ 使A13+和Fe3+形成氫氧化物沉淀而除去

（4）（七水）硫酸鎂

提示：（1） Mg2B2 O5. H2O與硫酸反應(yīng)生成H3 8O3、MgSO4，配平即可。為提高浸出速率，可以從溫度（升高溫度）、濃度、增大接觸面積（將礦石粉碎）等角度分析。

（2） Fe3O4具有磁性，可以利用鐵塊將其從“浸渣”中吸出。SiO2不溶于H2SO4，CaO與H2SO4生成的CaSO4微溶于水，所以“浸渣”中還有SiO2和CaSO4。此時溶液中除H3 8O3外還有MgS04[由（1）中反應(yīng)生成]、Fe2 （SO4）3、FeSO4、A12 （SO4）3.

（3）“凈化除雜”先加H2 O2的目的是將Fe2+氧化為Fe3+，然后再通過調(diào)節(jié)pH促進(jìn)Fe3+、A13+水解生成Fe（ OH）3、Al（ OH）3沉淀而除去。

（4）“粗硼酸”中的主要雜質(zhì)是沒有被除去的MgSO4。

（5） NaBH4由Na+和BH4組成。其中的氫顯-1價，-1價的H具有較強的還原性。

（6）以硼酸和金屬鎂為原料制備單質(zhì)硼的過程：H3 BO3分解生成B2 O3，B2 O3與金屬鎂發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)B。

2. （1） V2O5+2H+ -2VO+ +H2OSiO2

（2）0.5

（3）Fe（OH）3、AI（OH）3

（4）堿

（5）K+

（6） 2NH4VO3=高溫=V2O5+H2O↑十2NH3↑

提示：（1）“酸浸”時V2 O5轉(zhuǎn)化為VO2，前后V元素化合價不變，說明沒有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為V205+2H+=2VO2+H2O。由于SiO2與H2 SO4不反應(yīng)，故“廢渣1”的主要成分為Si02。

（2）VOz+變?yōu)閂O2+，V的化合價由+4價升高到+5價，轉(zhuǎn)移1 e一，而氧化劑KClO3則被還原為KCI，化合價由+5價降低為 -1價，轉(zhuǎn)移6e-，故欲使3 mol VO2+變?yōu)閂O2+，需氧化劑KC103的物質(zhì)的量至少為3 mol×1÷6=0.5 mol。

（3）酸浸并用KC1O3氧化后的溶液中含有的Fe3+、A13+，在“中和”時生成Fe（OH）3、Al（ OH）3沉淀，所以“廢渣2”中含有Fe（OH）3、AI（OH）3。

（4）由題意知逆反應(yīng)是“洗脫”，在堿性環(huán)境中有利于向“洗脫”方向進(jìn)行，故淋洗液應(yīng)呈堿性。

（5）由于前面加入了KCIO3、KOH，所以“流出液”中陽離子最多的是K+。

（6）根據(jù)原子守恒可知偏釩酸銨“煅燒”生成五氧化二釩、氨氣和水蒸氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH4VO3=高溫=V2O5+H2O↑+2NH3↑。

（責(zé)任編輯 謝啟剛）