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微专题四　无机化工流程解题策略
第四章
非金属及其化合物
[专题精讲]
1.明确试题模式
2.理清命题角度
命题的角度主要有：(1)原料的处理方法，(2)重要转化的方程
式书写，(3)物质的分离、提纯方法与原理，(4)反应条件的控制方
法，(5)涉及产率、Ksp的有关计算，(6)涉及的化学反应原理分析等。
3.建立思维模型
(1)审题干——明确原料成分和目的要求
(2)审流程——明确各步转化原理和目的
①看箭头：进入的是原料(即反应物)；出去的是生成物(包括
主产物和副产物)。
②看三线：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
③找信息：明确反应条件控制和分离提纯方法。
④关注所加物质的可能作用：参与反应、提供反应氛围、满
足定量要求。
(3)审问题——明确答什么
①不要答非所问：要看清题目要求，按要求答题，防止答非
所问。
②规范答题：回答问题要准确全面，注意语言表达的规范性，
特别是化学用语的书写与表示要准确、规范。
[典例精析]
角度 1 以分离提纯为主体的化工流程
【典例 1】(2023 年辽宁卷)某工厂采用如下工艺处理镍钴矿硫
酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。实现镍、钴、
镁元素的回收。已知：
物质 Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2
Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8
回答下列问题：
(1)用硫酸浸取镍钴矿时，提高浸取速率的方法为__________
(答出一条即可)。
(2)“氧化”中，混合气在金属离子的催化作用下产生具有强
氧化性的过一硫酸(H2SO5)，1 mol H2SO5 中过氧键的数目为_____
_______________________________________________________。
(3)“氧化”中，用石灰乳调节 pH＝4，Mn2+被 H2SO5 氧化为
MnO2，该反应的离子方程式为______________________________
(H2SO5 的电离第一步完全，第二步微弱)；滤渣的成分为 MnO2、
________(填化学式)。
(4)“氧化”中保持空气通入速率不变，Mn(Ⅱ)氧化率与时间
的关系如图所示。SO2 体积分数为____时，Mn(Ⅱ)氧化速率最大；
继续增大 SO2 体积分数时，Mn(Ⅱ)氧化速率减小的原因是______
_______________________________________________________。
(5)“沉钴镍”中得到的 Co(Ⅱ)在空气中可被氧化成
CoO(OH)，该反应的化学方程式为________________。
(6)“沉镁”中为使 Mg2+沉淀完全(25 ℃)，需控制 pH 不低于
____________(精确至 0.1)。
式为
，所以 1 mol H2SO5 中过氧键的数目为 NA。
＝10-14，pH＝3.2，此时溶液的pH＝4，则铁离子完全水解，生成氢氧化铁沉淀，故滤渣有Fe(OH)3、CaSO4。(4)根据图示可知SO2体积分数为9.0%时，Mn(Ⅱ)氧化率最大；继续增大SO2体积分数时，由于SO2有还原性，过多将会降低H2SO5的浓度，降低Mn(Ⅱ)氧化速率。(5)“沉钴镍”中得到的Co(OH)2，在空气中可被氧化成CoO(OH)，该反应的化学方程式为4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O。(6)氢氧化镁的Ksp＝10-10.8，当镁离子完全沉淀时，c(Mg2+)＝10-5 mol·L-1，根据Ksp可计算c(OH－)＝10-2.9 mol·L-1，根据Kw＝10-14，c(H＋)＝10-11.1 mol·L-1，所以溶液的pH＝11.1。
答案：(1)适当增大硫酸浓度或适当升高温度或将镍钴矿粉碎
增大接触面积
(2)NA
Fe(OH)3、CaSO4
(4)9.0%
SO2 有还原性，过多将会降低 H2SO5 的浓度，降低
Mn(Ⅱ)氧化速率
(5)4Co(OH)2＋O2===4CoO(OH)＋2H2O
(6)11.1
[思维建模]
1.物质成分的跟踪与确定
(1)循环物质的确定
(2)副产品的确定
水溶法 除去可溶性杂质
酸溶法 除去碱性杂质
碱溶法 除去酸性杂质
氧化剂或还原剂法 除去还原性或氧化性杂质
加热灼烧法 除去受热易分解或易挥发的杂质
调节溶液的pH法 如除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等
2.常用的提纯方法
3.增大矿石物质的浸出率的措施有：搅拌，加热，增大浸出液
的浓度，粉碎增大固液接触面积，延长浸出时间。
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
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
蒸发
结晶 提取溶解度随温度变化不大的溶质，如 NaCl
4.常用的分离方法
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
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
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氨气
(续表)
检验溶液中离子
是否沉淀完全的
方法 将溶液静置一段时间后，用胶头滴管取上层清液少许
放入小试管中，向其中滴入沉淀剂，若无沉淀生成，
则说明离子沉淀完全
洗涤沉淀 沿玻璃棒往漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀，待水自
然流下后，重复操作 2～3 次
检验沉淀是否洗
涤干净的方法 取少量最后一次的洗涤液于试管中，向其中滴入某试
剂，若没有特征现象出现，则证明沉淀已洗涤干净
5.三种分离、提纯的深化
(1)过滤问题
①3 个基本操作
冰水洗涤
的目的 洗去晶体表面的杂质离子并降低被洗涤物质的溶
解度，减少其在洗涤过程中的溶解损耗
乙醇洗涤
的目的 降低被洗涤物质的溶解度，减少其在洗涤过程中
的溶解损耗，得到较干燥的产物
减压过滤
(抽滤) 加快过滤速率，使沉淀更干燥
②特定洗涤目的
蒸发浓
缩、冷
却结晶 适用于杂质的溶解度随温度变化不大的物质的分离提纯，如除去KNO3中的少量NaCl，或受热易分解的物质的提纯，如晶体水合物、铵盐等
蒸发结
晶、趁
热过滤 适用于杂质的溶解度随温度变化较大物质的分离提纯，可减少杂质晶体的析出，如除去NaCl中的少量KNO3
(2)结晶方式
晶体的干燥：要得到干燥的晶体，常见的干燥方法有自然晾
干、滤纸吸干、在干燥器中干燥、烘干(适用于热稳定性较好的物
质)。
物质 开始沉淀 沉淀完全
Fe(OH)3 1.5 3.7
Fe(OH)2 7.6 9.6
Mn(OH)2 8.3 9.8
(3)调节溶液 pH 分离提纯
①控制溶液的酸、碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉
淀。例如，已知几种物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：
若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+，可先用氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH为3.7≤pH<8.3。
调节pH所需的物质应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。例如，要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+，可加入CuO、Cu2(OH)2CO3、CuCO3、Cu(OH)2等物质来调节溶液的pH。
已知：常温下，Ksp(Li2CO3)＝2.2×10-2。相关化合物的溶解度
与温度的关系如图所示。
回答下列问题：
(1)含硼固体中的 B(OH)3 在水中存在平衡：B(OH)3＋H2O
H＋＋[B(OH)4]－(常温下，Ka＝10-9.34)；B(OH)3与NaOH溶液反应可制备硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]。常温下，在0.10 mol·L-1硼砂溶液中，[B4O5(OH)4]2-水解生成等物质的量浓度的B(OH)3和[B(OH)4]－，该水解反应的离子方程式为_________________________，该溶液pH＝___________。
(3)精制Ⅱ的目的是____________________；进行操作 X 时应
选择的试剂是___________，若不进行该操作而直接浓缩，将导致
________________________________________________________
_______________________________________________________。
经浓缩结晶后得到晶体，该晶体中含有Mg2+、Na＋、Li＋、Cl－、
解析：由流程可知，卤水中加入盐酸脱硼后过滤，所得滤液
SO 等，焙烧后生成 HCl 气体；烧渣水浸后过滤，滤液中加生石
灰后产生沉淀，在此条件下溶解度最小的是 CaSO4，则滤渣Ⅰ的
主要成分为 Mg(OH)2、CaSO4；由于 CaSO4 微溶于水，精制Ⅰ所
得滤液中再加纯碱又生成沉淀，则滤渣Ⅱ为 CaCO3；精制Ⅱ所得
滤液经操作 X 后，所得溶液经浓缩结晶、过滤得到氯化钠，浓缩
后的滤液中加入饱和碳酸钠溶液沉锂，得到 Li2CO3。
微溶于水，精制Ⅰ所得滤液中还含有一定浓度的Ca2+，还需要除去Ca2+，因此，精制Ⅱ的目的是：加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3纯度。操作X是为了除去剩余的碳酸根离子，为了防止引入杂质离子，应选择的试剂是盐酸；加入盐酸的目的是除去剩余的碳酸根离子，若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩液中因CO 浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小。
答案：(1)[B4O5(OH)4]2-＋5H2O===2B(OH)3＋2[B(OH)4]－
9.24
(2)Mg(OH)2、CaSO4　5.5×10-3　纯碱
(3)加入纯碱将精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+转化为CaCO3(或除去精制Ⅰ所得滤液中的Ca2+)，提高Li2CO3纯度　盐酸　浓缩液中因CO 浓度过大使得Li＋过早沉淀，即浓缩结晶得到的NaCl中会混有Li2CO3，最终所得Li2CO3的产率减小
角度 2 以物质制备为主体的化工流程
【典例 2 】(2023 年全国甲卷)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______(填字母)。
a.稀硫酸
c.盐酸
b.浓硫酸
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______
______________________________。
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，滤渣中有碳粉和 CaS，滤液中
有 BaCl2 和 BaS；滤液经酸化后浓缩结晶得到 BaCl2 晶体；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。
(1)“焙烧”步骤中，BaSO4 与过量的碳粉及过量的氯化钙在
高温下焙烧得到 CO、BaCl2、BaS 和 CaS，BaSO4 被还原为 BaS，
因此，碳粉的主要作用是做还原剂，将 BaSO4 还原。(2)“焙烧”
后固体产物有 BaCl2、易溶于水的 BaS 和微溶于水的CaS。易溶于
水的 BaS 与过量的 CaCl2 可以发生复分解反应生成硫化钙沉淀，
因此，“浸取”时主要反应的离子方程式为 S2-＋Ca2+===CaS↓。
(3)“酸化”步骤是为了将 BaS 转化为易溶液于的钡盐，由于硫酸
钡和磷酸钡均不溶于水，而BaCl2可溶于水，因此，应选用的酸是
盐酸，选c。(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取是不可行的，其原因是产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S会污染空气，而且CaS与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低。(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl。(6)“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n　∶nCO＝1∶1。
答案：(1)做还原剂，将 BaSO4 还原
(2)S2-＋Ca2+===CaS↓
(3)c
(4)不可行　产物中的硫化物与酸反应生成的有毒气体H2S会污染空气，而且CaS与盐酸反应生成可溶于水的CaCl2，导致BaCl2溶液中混有CaCl2杂质无法除去，最终所得产品的纯度降低　
(5)BaCl2＋TiCl4＋H2O＋2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓＋
4NH4Cl＋2HCl
(6)1∶1
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
[思维建模]
1.原料的预处理
方法 目的 解题指导
浸
取 水浸 与水接触而反应或溶解 (1)加热、搅拌、适当提高酸(或碱)
浓度，可以加快酸(或碱)的浸出速
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 与酸接触而反应或溶解，
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
(续表)
方法 目的 解题指导
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
(续表)
2.物质制备过程的条件控制
(1)控制体系的环境氛围
①需要在酸性气流中干燥 FeCl3、AlCl3、MgCl2 等含水晶体，
抑制水解并带走因分解产生的水汽。
②营造还原性氛围，防止还原性物质被氧化。如加入铁粉防
止 Fe2+被氧化。
③加入氧化剂进行氧化。如加入绿色氧化剂 H2O2 将 Fe2+氧化
转化为 Fe3+，绿色氧化剂 H2O2 的优点：不引入新杂质，对环境无
污染。
(2)控制反应温度
①加热：加速溶解、加快反应速率或促进平衡向某个方向移
动(如促进水解生成沉淀)。
②降温：防止某物质在某温度时会溶解或分解，或促进平衡
向某个方向移动。
③控制温度在一定范围内，综合多方面因素考虑。如使反应
速率不至于太慢、抑制或促进平衡移动、防止反应物分解、防止
副反应发生、使催化剂的催化活性最高等。
④如题目中出现了包括产物在内的各种物质的溶解度信息，
则要根据它们溶解度随温度升高而改变的情况，寻找合适的结晶
分离方法。
3.在流程题中，常会看到压强、温度等外界条件的出现，不同
的工艺对化学反应的温度或压强有不同的要求，其所起的作用也
不一样，但都是能否达到实验目的的关键所在，也是经常考查的
地方。对外界条件的分析主要从对反应速率和平衡转化率的影响
这两个方面着手。如
(1)使催化剂的活性达到最高。如工业合成氨或 SO2 的催化氧
化反应，选择的温度是 500 ℃左右，原因之一就是这样可使催化
剂的活性达到最高。
(2)对于一些工艺来说，降温或减压都可以减少能源成本，降
低对设备的要求。
[变式训练 2](2022 年辽宁等级考)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：
金属离子 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
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：
回答下列问题：
(1)为提高焙烧效率，可采取的措施为__________(填字母)。
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_______________________________
_______________________________________________________。
解析：联合焙烧：由已知信息①和第(2)问题干可知，发生转化：
Bi2S3→Bi2O3＋SO2、FeS2→Fe2O3＋SO2、MnO2→Mn2O3＋MnSO4，
故联合焙烧后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2；
水浸：MnSO4进入滤液，滤渣为Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2；
酸浸：加入过量浓盐酸后，Bi2O3和Fe2O3发生转化：Bi2O3→Bi3+、Fe2O3→Fe3+，因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2+＋Cl2↑＋3H2O，气体A为Cl2，滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2，滤液中金属离子为
Bi3+、Fe3+、Mn2+。第(4)(5)问转化：由已知信息②知，Fe的金属
活动性强于 Bi，且调 pH＝2.6 时 Mn2+和 Fe2+进入滤液，可知加
入金属 Bi 的目的是将 Fe3+还原为 Fe2+。(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，
a 符合题意；鼓入适当过量的空气有利于矿石充分反应，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，c不符
合题意。(2)Bi2S3 在空气中单独焙烧生成 Bi2O3，根据原子守恒可
知还应生成 SO2，结合得失电子守恒，反应的化学方程式为
2Bi2S3＋9O2
2Bi2O3＋6SO2。(3)加入浓盐酸后，溶液中含有的
离子主要为Bi3+、Fe3+、Mn2+、H＋、Cl－，而酸浸后取滤液进行转化，故要防止金属离子水解生成沉淀，进入滤渣，造成制得的BiOCl产率偏低。(4)滤渣主要为不溶于浓盐酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性，会与浓盐酸发生氧化还原反应：Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2+＋Cl2↑＋3H2O。(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做还原剂。
答案：(1)ab
(2)2Bi2S3＋9O2
2Bi2O3＋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+

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