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(共50张PPT)
第59讲
无机化工流程题的解题策略
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。
复
习
目
标
1.常考无机化工流程的呈现形式
2.读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3.流程图中主要环节的分析
(1)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)常用的分离方法
①过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
②萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
④冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的NH3。
1.向铬铁矿(FeCr2O4)中通入O2进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是______________________________________。
2.将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是___________________
___________________________。
3.[2020·北京，18(1)①]酸、过量铁屑对软锰矿(MnO2)进行溶出前需研磨。目的是____________________________________。
一、调控化学反应速率提高效率
增大反应物接触面积，提高化学反应速率
增大接触面积，提
高催化效果，加快反应速率
增大反应物接触面积，加快溶出速率
4.向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是________________________________________________________________。
减少稀HNO3的用量，降低反应剧烈程度，使HNO3充分反应防止挥发
强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。
5.[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)
过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作__________、_______、洗涤、干燥。
二、结晶与分离提纯操作应用
冷却结晶
过滤
由曲线NH4Cl的溶解度随升温而增大，NaCl的溶解度随升温变化不明显，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷却结晶析出NH4Cl→过滤→洗涤→干燥。
6.[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过___________________
_______________操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
7.[2019·全国卷Ⅲ，27(5)改编]过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为_________。
加热浓缩、冷却结
晶、过滤洗涤
重结晶
8.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶体A的化学式为___________，晶体A能够析出的原因是______________________
____________________________。
NaHCO3
在30～35 ℃时NaHCO3
的溶解度最小(答案合理即可)
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
9.[2021·全国乙卷，26(2)]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
“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______________________。
Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
10.[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)经纯化得Mn2＋纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：_______________________________________________________________
____________________________________。
先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，再加NH3·H2O调溶液pH≈5，将Fe3＋和Al3＋沉淀除去
四、温度控制分析
11.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：_________________________________
_________________________________________________________________________
_______。
低于40 ℃ TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
12.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。
氨水
“焙烧”产生的气体为SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时，MoO3转化为　 　 。提高单位时间内钼浸出率的措施有_________
_______________________________________________(任写两种)。温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致_____________________________。
温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度等
适当升
Na2MoO4晶体析出，混入浸渣
(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是______________________________________。
五、信息的提取与加工
13.[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如右：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为________________________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是________。
3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3
蒸馏
“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序_________(填“能”或“不能”)交换，理由是____________________________
_______________________________________________。
不能
若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质
课时精练
1.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。
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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_____________________。
将Co3＋还原为Co2＋
(2)溶液中lg c(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___________。
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氧化浸出液中的Fe2＋，便于调pH除去
Fe(OH)3
除去Cu2＋
(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]＝_________。
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CaSO4、MgSO4
10－10.8
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流程分析：
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2.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。
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(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：____________________________________________
_________________________________。
90 ℃
SiO2、CaSO4
c(　　)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋　　 (aq)　　
CaSO4(s)正向移动，促进CaSO4析出
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(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：_______________
____________________________。
(3)“滤液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为___________g。
MnO2＋2Fe2＋＋
4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O
1.56×10－3
流程分析：
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常温下CaF2溶解在纯水中，则溶液中2c(Ca2＋)＝c(F－)，由Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·
c2(F－)可知，Ksp(CaF2)＝4c3(Ca2＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则饱和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为1.56×10－3 g。
3.(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用右列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_________________________。
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(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为______________________。
做还原剂，将BaSO4还原
S2－＋Ca2＋===CaS↓
(3)“酸化”步骤应选用的酸是_____(填标号)。
a.稀硫酸 b.浓硫酸
c.盐酸 d.磷酸
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c
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由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充
分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是__________________
______________________________________
____________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为_______________________________
_____________________________________。
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(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的　　∶nCO＝_______。
不可行
CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度
BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O
===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl
1∶1
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5
“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2　　　BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的　 ∶nCO ＝1∶1。
4.[2022·辽宁，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如右：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
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③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为_____。
a.进一步粉碎矿石
b.鼓入适当过量的空气
c.降低焙烧温度
ab
联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，选项a符合题意；
鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；
降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。
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(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的
化学方程式为____________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②___________________。
(4)滤渣的主要成分为_________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为_____________
_______________________________。
(6)加入金属Bi的目的是___________________。
抑制金属离子水解
SiO2
Mn2O3＋6H＋
＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O
将Fe3＋转化为Fe2＋
由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
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5.以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图。
已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋进入溶液；
②25 ℃时，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
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(1)为提高锌浸出率，采取的措施是____________________；“浸取”温度为30 ℃时，锌浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为____________
___________________________________。
(2)“操作a”的名称为_______。
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(3)“深度除锰”是在碱性条件下将残
留的Mn2＋转化为MnO2，离子方程式为_______________________________________
_______________。
将废锌催化剂粉碎
温度升高，
NH3挥发，使生成的[Zn(NH3)4]2＋减少
分液
Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋
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[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3
2.16×1014
废锌催化剂主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入过量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同时生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，过滤一起除去，再向滤液中加入H2O2溶液，进行深度除锰，反应的离子方程式为Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===
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MnO2↓＋2　　 ＋2H2O，再加入(NH4)2S，进行深度除铜，反应的离子方程式为[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，过滤，除去MnO2和CuS，向滤液中加入萃取剂，使锌进入有机萃取剂中，分液后，再向有机萃取剂中加入硫酸进行反萃取，得到硫酸锌溶液，然后进行电解，得到锌。
当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋与S2－结合生成了硫化锌，离子方程式为[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，该反应的平衡常数为K＝
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②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选_____(填字母)。
A.100% B.110%
C.120% D.130%
C
当(NH4)2S加入量为120%时，铜锌比约为2.0×10－6，达到深度除铜标准，继续加大(NH4)2S加入量会导致锌的回收率下降且不经济，故选C。
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(5)测定反萃取水相中Zn2＋的浓度：量取20.00 mL反萃取水相于锥形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸钠Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重复实验三次，平均消耗标准溶液22.30 mL。则反萃取水相中Zn2＋的浓度为______________(保留两位小数)。
0.01 mol·L－11．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lg c(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]＝________。
2．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：________________________________________________________________________。
(3)“滤液 Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为________g。
3．(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________________________________
________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是______(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸
c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？_________________，其原因是__________
_______________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________________。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的∶nCO＝______________。
4．[2022·辽宁，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为_______________________________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为___________________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_____________________。
(4)滤渣的主要成分为__________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是__________________________________________________________。
5．以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图。
已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋进入溶液；
②25 ℃时，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
③深度除杂标准：溶液中≤2.0×10－6。
(1)为提高锌浸出率，采取的措施是__________________________；“浸取”温度为30 ℃时，锌浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为_________________________。
(2)“操作a”的名称为________________。
(3)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2＋转化为MnO2，离子方程式为___________
_____________________________________________________________________________。
(4)“深度除铜”时，锌的回收率、除铜效果[除铜效果以反应后溶液中铜锌比表示]与(NH4)2S加入量[以×100%表示]的关系曲线如图所示。
①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的原因是___________________________
_____________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)，该反应的平衡常数为______________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K稳＝＝2.9×109)。
②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选______(填字母)。
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)测定反萃取水相中Zn2＋的浓度：量取20.00 mL反萃取水相于锥形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸钠Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重复实验三次，平均消耗标准溶液22.30 mL。则反萃取水相中Zn2＋的浓度为________________(保留两位小数)。
1．(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
2．(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
(3)1.56×10－3
3．(1)做还原剂，将BaSO4还原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。(3)浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的∶nCO ＝1∶1。
4．(1)ab　(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2　(3)抑制金属离子水解　(4)SiO2　(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O　(6)将Fe3＋转化为Fe2＋
5．(1)将废锌催化剂粉碎　温度升高，NH3挥发，使生成的[Zn(NH3)4]2＋减少　(2)分液
(3)Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O
(4)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3　2.16×1014
②C　(5)0.01 mol·L－1
解析　废锌催化剂主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入过量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同时生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，过滤一起除去，再向滤液中加入H2O2溶液，进行深度除锰，反应的离子方程式为Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O，再加入(NH4)2S，进行深度除铜，反应的离子方程式为[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，过滤，除去MnO2和CuS，向滤液中加入萃取剂，使锌进入有机萃取剂中，分液后，再向有机萃取剂中加入硫酸进行反萃取，得到硫酸锌溶液，然后进行电解，得到锌。(4)①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋与S2－结合生成了硫化锌，离子方程式为[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，该反应的平衡常数为K＝＝·＝×＝×≈2.16×1014。②当(NH4)2S加入量为120%时，铜锌比约为2.0×10－6，达到深度除铜标准，继续加大(NH4)2S加入量会导致锌的回收率下降且不经济，故选C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H2Y2－)＝0.010 0 mol·L－1×
22.30×10－3 L＝2.23×10－4 mol，反萃取水相中Zn2＋的浓度为≈0.01 mol·L－1。第59讲　无机化工流程题的解题策略
[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。
1．常考无机化工流程的呈现形式
2．读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3．流程图中主要环节的分析
(1)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)常用的分离方法
①过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
②萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
④冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的NH3。
一、调控化学反应速率提高效率
1．向铬铁矿(FeCr2O4)中通入O2进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是___________。
答案　增大反应物接触面积，提高化学反应速率
2．将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是_____________________。
答案　增大接触面积，提高催化效果，加快反应速率
3．[2020·北京，18(1)①]酸、过量铁屑对软锰矿(MnO2)进行溶出前需研磨。目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　增大反应物接触面积，加快溶出速率
4．向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　减少稀HNO3的用量，降低反应剧烈程度，使HNO3充分反应防止挥发
解析　强调分次加入对反应的影响：①控制用量，防止过量发生副反应；②降低反应剧烈程度；③防止放热反应温度过高，造成副反应的发生，以及物质的挥发、分解。
二、结晶与分离提纯操作应用
5．[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作__________、__________、洗涤、干燥。
答案　冷却结晶　过滤
解析　由曲线NH4Cl的溶解度随升温而增大，NaCl的溶解度随升温变化不明显，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷却结晶析出NH4Cl→过滤→洗涤→干燥。
6．[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过________________操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
答案　加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤
7．[2019·全国卷Ⅲ，27(5)改编]过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为_______________________________________。
答案　重结晶
8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶体A的化学式为______________，晶体A能够析出的原因是________________
________________________________________________________________________。
答案　NaHCO3　在30～35 ℃时NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
9．[2021·全国乙卷，26(2)]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
“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__________________________。
答案　Fe3＋、Al3＋、Mg2＋
10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)经纯化得Mn2＋纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　先加MnO2，可利用溶液的酸性将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，再加NH3·H2O调溶液pH≈5，将Fe3＋和Al3＋沉淀除去
四、温度控制分析
11．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：_______________________________
________________________________________________________________________。
答案　低于40 ℃ TiO2·xH2O转化反应速率随温度的升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降
12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时，MoO3转化为MoO。提高单位时间内钼浸出率的措施有_________________________________________________________(任写两种)。
温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致____________________________________。
(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是____________________。
答案　(1)氨水　(2)适当升温、搅拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3浓度等　Na2MoO4晶体析出，混入浸渣　(5)提供NH，使MoO充分转化为沉淀析出
解析　(1)“焙烧”产生的气体为SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。
五、信息的提取与加工
13．[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为__________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是________________________________________________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是
________________________________________________________________________。
答案　(3)3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3　蒸馏　(4)不能　若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质
解析　(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平化学方程式为3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝”过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4。
课时精练
1．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lg c(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]＝________。
答案　(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：
2．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：
________________________________________________________________________。
(3)“滤液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25 ℃时，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为________g。
答案　(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　(3)1.56×10－3
解析　流程分析：
(3)常温下CaF2溶解在纯水中，则溶液中2c(Ca2＋)＝c(F－)，由Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·c2(F－)可知，Ksp(CaF2)＝4c3(Ca2＋)＝3.2×10－11，解得c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则饱和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4 mol·L－1，则常温下CaF2在纯水中的溶解度为1.56×10－3 g。
3．(2023·全国甲卷，26)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料，采用下列路线可制备粉状BaTiO3。
回答下列问题：
(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是_______________________________________。
(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为_________________________________________________________。
(3)“酸化”步骤应选用的酸是____________(填标号)。
a．稀硫酸 b．浓硫酸
c．盐酸 d．磷酸
(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取，是否可行？__________________，其原因是________________________________________________________________________。
(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为________________________。
(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，产生的∶nCO＝__________________。
答案　(1)做还原剂，将BaSO4还原　(2)S2－＋Ca2＋===CaS↓　(3)c　(4)不可行　CaS也会与盐酸反应生成有毒气体和可溶于水的CaCl2，影响产品纯度　(5)BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl　(6)1∶1
解析　由流程和题中信息可知，BaSO4与过量的碳粉及过量的氯化钙在高温下焙烧得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；烧渣经水浸取后过滤，滤渣中含碳粉和CaS，滤液中有BaCl2和BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到BaCl2晶体，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4将钡离子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2经热分解得到BaTiO3。(3)浸取后滤液中主要为BaCl2和BaS，为不引入杂质，“酸化”步骤应选用盐酸。(6)“热分解”生成粉状钛酸钡，该反应的化学方程式为BaTiO(C2O4)2BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，产生的∶nCO ＝1∶1。
4．[2022·辽宁，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工厂采用辉铋矿(主要成分为Bi2S3，含有FeS2、SiO2杂质)与软锰矿(主要成分为MnO2)联合焙烧法制备BiOCl和MnSO4，工艺流程如下：
已知：①焙烧时过量的MnO2分解为Mn2O3，FeS2转变为Fe2O3；
②金属活动性：Fe>(H)>Bi>Cu；
③相关金属离子形成氢氧化物的pH范围如下：
开始沉淀pH 完全沉淀pH
Fe2＋ 6.5 8.3
Fe3＋ 1.6 2.8
Mn2＋ 8.1 10.1
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为_________________________。
a．进一步粉碎矿石
b．鼓入适当过量的空气
c．降低焙烧温度
(2)Bi2S3在空气中单独焙烧生成Bi2O3，反应的化学方程式为___________________。
(3)“酸浸”中过量浓盐酸的作用为：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②_______________________。
(4)滤渣的主要成分为________________(填化学式)。
(5)生成气体A的离子方程式为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)加入金属Bi的目的是__________________________________________________。
答案　(1)ab　(2)2Bi2S3＋9O22Bi2O3＋6SO2　(3)抑制金属离子水解　(4)SiO2　(5)Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O　(6)将Fe3＋转化为Fe2＋
解析　(1)联合焙烧时，进一步粉碎矿石，可以增大矿石与空气的接触面积，能够提高焙烧效率，选项a符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，选项b符合题意；降低焙烧温度，反应速率减慢，不利于提高焙烧效率，选项c不符合题意。(6)由已知信息③知，调pH＝2.6时，Fe3＋会水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋还没开始沉淀，故要将Fe3＋转化为Fe2＋，在调pH后获得含FeCl2的滤液，为了不引入新的杂质，加入Bi作还原剂。
5．以固体废锌催化剂(主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)为原料制备锌的工艺流程如图。
已知：①“浸取”时，ZnO、CuO转化为[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋进入溶液；
②25 ℃时，Ksp(CuS )＝6.4×10－36，Ksp(ZnS )＝1.6×10－24；
③深度除杂标准：溶液中≤2.0×10－6。
(1)为提高锌浸出率，采取的措施是______________________________；“浸取”温度为30 ℃时，锌浸出率可达90.6%，继续升温浸出率反而下降，其原因为________________。
(2)“操作a”的名称为___________________________________________________。
(3)“深度除锰”是在碱性条件下将残留的Mn2＋转化为MnO2，离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)“深度除铜”时，锌的回收率、除铜效果[除铜效果以反应后溶液中铜锌比表示]与(NH4)2S加入量[以×100%表示]的关系曲线如图所示。
①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的原因是_____________________(用离子方程式表示)，该反应的平衡常数为________(已知[Zn(NH3)4]2＋的K稳＝＝2.9×109)。
②“深度除铜”时(NH4)2S加入量最好应选______(填字母)。
A．100% B．110% C．120% D．130%
(5)测定反萃取水相中Zn2＋的浓度：量取20.00 mL反萃取水相于锥形瓶中，用0.010 0 mol·L－1 EDTA(乙二胺四乙酸钠Na2H2Y)标准溶液滴定至终点(Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋)。重复实验三次，平均消耗标准溶液22.30 mL。则反萃取水相中Zn2＋的浓度为________(保留两位小数)。
答案　(1)将废锌催化剂粉碎　温度升高，NH3挥发，使生成的[Zn(NH3)4]2＋减少　(2)分液
(3)Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O
(4)①[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓＋4NH3　2.16×1014　②C　(5)0.01 mol·L－1
解析　废锌催化剂主要成分为ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2，加入过量NH3-NH4Cl溶液，生成[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋，同时生成Fe(OH)3、Mn(OH)2等，SiO2不溶解，过滤一起除去，再向滤液中加入H2O2溶液，进行深度除锰，反应的离子方程式为Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋2NH＋2H2O，再加入(NH4)2S，进行深度除铜，反应的离子方程式为[Cu(NH3)4]2＋＋S2－===CuS↓＋4NH3，过滤，除去MnO2和CuS，向滤液中加入萃取剂，使锌进入有机萃取剂中，分液后，再向有机萃取剂中加入硫酸进行反萃取，得到硫酸锌溶液，然后进行电解，得到锌。(4)①当(NH4)2S加入量≥100%时，锌的回收率下降的可能原因是[Zn(NH3)4]2＋与S2－结合生成了硫化锌，离子方程式为[Zn(NH3)4]2＋＋S2－===ZnS↓ ＋4NH3 ，该反应的平衡常数为K＝＝·＝×＝×≈2.16×1014。②当(NH4)2S加入量为120%时，铜锌比约为2.0×10－6，达到深度除铜标准，继续加大(NH4)2S加入量会导致锌的回收率下降且不经济，故选C。(5)由滴定原理：Zn2＋＋H2Y2－===ZnY2－＋2H＋，n(Zn2＋)＝n(H2Y2－)＝0.010 0 mol·L－1×22.30×10－3 L＝2.23×10－4 mol，反萃取水相中Zn2＋的浓度为≈0.01 mol·L－1。第59讲　无机化工流程题的解题策略
[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。
1．常考无机化工流程的呈现形式
2．读图要领
(1)箭头：进入的是投料(反应物)，出去的是含产品中元素的物质(流程方向)、副产物或杂质(支线方向)。
(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，可逆线表示物质循环。
3．流程图中主要环节的分析
(1)原料的预处理
①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、盐酸等。
水浸 与水接触发生反应或溶解
浸出 固体加水(酸)溶解得到离子
酸浸 在酸溶液中反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
浸出率 固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
②灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解。
③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
(2)核心反应——陌生方程式的书写
①氧化还原反应：熟练应用氧化还原反应规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
②非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
(3)常用的分离方法
①过滤：分离难溶物和易溶物，根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
②萃取和分液：利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同提取分离物质，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。
③蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如从溶液中提取NaCl。
④冷却结晶：提取溶解度随温度变化较大的溶质、易水解的溶质或结晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。
⑤蒸馏或分馏：分离沸点不同且互溶的液体混合物，如分离乙醇和甘油。
⑥冷却法：利用气体液化的特点分离气体，如合成氨工业采用冷却法分离平衡混合气体中的NH3。
一、调控化学反应速率提高效率
1．向铬铁矿(FeCr2O4)中通入O2进行焙烧，焙烧时气体与矿料逆流而行，目的是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
2．将催化剂负载在玻璃棉上而不直接平铺在玻璃管中，目的是________________________
______________________________________________________________________________。
3．[2020·北京，18(1)①]酸、过量铁屑对软锰矿(MnO2)进行溶出前需研磨。目的是______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
4．向金属Bi中加入稀HNO3酸浸，过程中分次加入稀HNO3可降低反应剧烈程度，其原理是____________________________________________________________________________。
二、结晶与分离提纯操作应用
5．[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作________、__________、洗涤、干燥。
6．[2019·全国卷Ⅰ，27(4)]由硫酸铁与硫酸铵的混合溶液，通过________________________
操作，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
7．[2019·全国卷Ⅲ，27(5)改编]过滤得到乙酰水杨酸结晶粗品，该固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体，采用的“纯化”方法为______________________________________________。
8．[2021·湖南，15(1)]以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠，并测定产品中少量碳酸氢钠的含量，过程如下：
已知：(i)当温度超过35 ℃时，NH4HCO3开始分解。
(ii)相关盐在不同温度下的溶解度表(g/100 g H2O)
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
晶体A的化学式为________________________________，晶体A能够析出的原因是______________________________________________________________________________。
三、沉淀金属离子和除杂条件分析
9．[2021·全国乙卷，26(2)]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
“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__________________________。
10．[2020·北京，18(2)]由硫酸浸出的Mn2＋溶出液(含Mn2＋、Fe2＋、Al3＋、Fe3＋、H＋等)经纯化得Mn2＋纯化液。已知：MnO2的氧化性与溶液pH有关。金属离子沉淀的pH如下表：
Fe3＋ Al3＋ Mn2＋ Fe2＋
开始沉淀时 1.5 3.4 5.8 6.3
完全沉淀时 2.8 4.7 7.8 8.3
纯化时先加入MnO2，后加入NH3·H2O，调溶液pH≈5，说明试剂加入顺序及调节pH的原因：__________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
四、温度控制分析
11．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：______________________________________
______________________________________________________________________________。
12．[2021·福建，11(1)(2)(5)]四钼酸铵是钼深加工的重要中间产品，具有广泛的用途。一种以钼精矿(主要含MoS2，还有Cu、Fe的化合物及SiO2等)为原料制备四钼酸铵的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)“焙烧”产生的气体用________吸收后可制取氮肥。
(2)“浸出”时，MoO3转化为MoO。提高单位时间内钼浸出率的措施有__________________
_____________________________________________________________________(任写两种)。
温度对90 min内钼浸出率的影响如图所示。当浸出温度超过80 ℃后，钼的浸出率反而降低，主要原因是温度升高使水大量蒸发，导致__________________________________________。
(5)“沉淀”时，加入NH4NO3的目的是____________________________________________
______________________________________________________________________________。
五、信息的提取与加工
13．[2022·湖南，17(3)(4)]以钛渣(主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点：
物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3
沸点/℃ 136 127 57 180
回答下列问题：
(3)“除钒”过程中的化学方程式为________________________________；“除硅、铝”过程中，分离TiCl4中含Si、Al杂质的方法是________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是__________
______________________________________________________________________________。

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