资源简介

(共45张PPT)
新
教
材
第九章 水溶液中的离子反应与平衡
第59讲 无机化工流程题的解题策略
复习目标
1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力。
2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法，解决简单化学问题的能力。
3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。
母液的循环利用
(生产效率)
陌生反应
产率计算
酸溶、碱溶、水溶
氧化, 调PH（与Ksp结合考查）
注重环保
一.工业流程题的结构
归纳整合
常用分离提纯方法
二.流程图中主要环节的分析
归纳整合
1.工业生产流程的主要框架:
原料→I预处理→II分离提纯→III核心反应→产品
（II、III可能互换）
2.考察内容：
1）据流程图或题目提供的反应物和部分生成物书写情景方程式；
2）滤渣的成分；
3）滤液的成分；
4）核心反应条件的控制和原因；
5）选择化学除杂试剂及原因；
6）调pH值的范围及试剂的选择；
7）相关实验仪器；
8）相关计算。……
物质的分离操作、除杂试剂的选择、
生产条件的控制、产品分离提纯。
3.解题策略
归纳整合
(一)读题
1. ① 先粗读：明确原料、明确杂质、明确目标产品。
② 针对问题再精读：分析细节，根据问题去研究某一步或某一种物质。
2. 读流程图
抓箭头：
① 主线: 主产品；
② 支线: 副产品；
③ 回头: 循环品。
3.解题策略
归纳整合
① 反应原理
② 提高原料利用率:
③ 快速反应
④ 提高产率
⑤ 提高产品纯度
⑥ 环保
⑦工业成本低
（二）思考
在基础理论下结合实际问题进行思考
利用好副产品、循环使用原料、能量尽可能利用
: 化学反应速率（措施有粉碎、升温、增大浓度、搅拌等）
：化学平衡的移动
：产品的分离、提纯
：原料廉价、资源丰富
要看清所问问题，不能答非所问，并注意语言表达的规范性。
重点：
3.解题策略
归纳整合
(三) 答题
归纳整合
【原料的预处理 】
粉碎/研磨/搅拌
灼烧/焙烧/煅烧
浸出
水浸/酸浸/碱浸/盐浸
① 粉碎
【原料的预处理 】
作用：
增大反应物接触面积，加快反应速率；或使反应更充分
②灼烧、焙烧、煅烧：
如海带中提碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质，改变结构，使一些物质能溶解，或使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
目的：
2.使原料初步转化，不易转化的物质转化为容易提取的物质
3.改变结构
1.除去挥发性物质
【原料的预处理 】
③溶解(浸取):
1.水浸:与水接触反应或溶解。
水溶、酸溶、碱溶、盐溶（又叫水浸、酸浸、碱浸、盐浸）
3.碱浸：常用NaOH溶液、Na2CO3溶液、氨水溶液等，与碱接触反应或溶解
2.酸浸:与酸反应，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去。
使原料变成离子进入溶液，做到初步分离。
→常用硫酸、盐酸、硝酸等
用盐酸、硝酸酸溶时注意控制温度，
用硫酸酸溶时要关注Pb2+、Ca2+、Ag+会生成PbSO4、CaSO4、AgSO4在滤渣中出现
→NaOH溶液与金属(Al、Zn等)或氧化物 (如SiO2、Al2O3、ZnO、Cr2O3等)反应
→金属阳离子与NH3形成配离子进入溶液
4.盐浸：常用铵盐、FeCl3溶液等，与盐溶液接触反应或溶解
→Na2CO3溶液(与原料反应或去油污)
【原料的预处理 】
浸出：
提高浸出率的措施？
矿石粉碎、搅拌、升温、增大酸(或碱、盐)浓度。
固体加水(或酸、碱、盐溶液等)溶解得到离子。
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
(考虑原料更多的转化)
③溶解(浸取):
水溶、酸溶、碱溶、盐溶（又叫水浸、酸浸、碱浸、盐浸）
注意：审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。
浸出率：
总之，原料的预处理时
1.调节pH值
使某些金属离子形成氢氧化物沉淀
2.保持酸过量(酸化)
通常是抑制某金属阳离子的水解。
3.加热
加快反应速率，或促进平衡向某个方向移动。或加速某固体的溶解。
4.降温
防止某物质在高温时分解或溶解，或为使化学平衡向着题目要求的方向移动。
→调节pH所需的物质应满足两点：
①能与H+反应，使溶液pH增大；②不引入新杂质。
例如：除去Cu2+中混有的Fe3+，可加入CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等。
【控制反应/操作条件】
5.控制温度
①冰水浴
②水浴到某温度
③控制反应在某一具体温度：
④防止副反应的发生
⑤使催化剂的活性达到最好：
高于该温度会怎样，低于该温度又会怎样
:防止某种物质温度过高时会分解或挥发或溶解；
:防止某种物质温度过高时会分解或挥发,
也可能是为了使某物质达到沸点挥发出来。
【控制反应/操作条件】
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在________中加热，
乙醇洗涤：
HCl气流
6.洗涤(冰水、热水)：
洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
或者乙醇挥发带走水分，加速晶体干燥等
7.蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：
以防其水解。
【控制反应/操作条件】
1.过滤:分离难溶物和易溶物
3.蒸馏或分馏:分离沸点不同且互溶的液体混合物
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。
根据特殊需要采用趁热过滤或者抽滤等方法。
【常用的分离方法】
防止某些物质降温时析出
4.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。
如分离乙醇和甘油。
如K2Cr2O7和少量NaCl的混合溶液：
若将混合溶液加热蒸发后再降温，则析出的固体主要是________，
母液中是__________________，这样就可以分离出大部分K2Cr2O7；
7.重结晶
K2Cr2O7
少量K2Cr2O7和NaCl
5.蒸发浓缩、冷却结晶：
同理，也可除去KNO3中的少量NaCl。
6.蒸发结晶：
如除去NaCl中的少量KNO3。
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。
提取溶解度随温度变化不大的溶质，
提取溶解度随温度变化很大或变化很小的溶质，
如苯甲酸的重结晶
【常用的分离方法】
(4)看清楚是写化学反应方程式还是离子方程式，注意配平。
注重答案的文字叙述规范
(1)洗涤沉淀：
往漏斗中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下后，重复以上操作2～3次。
(2)从溶液中得到晶体：
蒸发浓缩－冷却结晶－ －过滤————洗涤————干燥－ －称量 。
（或蒸发结晶）
(趁热过滤)
(3)在写某一步骤是为了除杂时，应该注明“是为了除去XX杂质”，
(冰水/热水/醇洗等)
(降压/低温/××气流中等干燥)
只写“除杂”等一类万金油式的回答是不给分的。
【核心反应方程式的书写】
——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：
箭头指入→
箭头指出→
反应物
生成物
(1)氧化还原反应：
(2)非氧化还原反应：
熟练应用氧化还原规律，①判断产物; ②根据化合价升降相等配平。
①结合物质性质和反应实际判断产物。
②根据溶液酸碱性、电荷守恒、原子守恒书写方程式
关键能力
专项突破
一、条件控制与Ksp的计算
——①温度控制
1.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
(1)“回收S”过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是______________________________________。
温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小
Cu2S
(SiO2)
S+SiO2
滤液:Cu2+/Fe2+/Fe3+
Cu/Fe
Fe(OH)3
Cu(NO3)2溶液
FeCl2
关键能力
专项突破
一、条件控制与Ksp的计算
1.辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如图所示：
Cu2S
(SiO2)
S+SiO2
滤液:Cu2+/Fe2+/Fe3+
Cu/Fe
Fe(OH)3
Cu(NO3)2溶液
FeCl2
(2)“保温除铁”过程中，加入CuO的目的是________________________；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中，要用HNO3溶液调节溶液的pH，其理由是_________________。
调节溶液的pH,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀
抑制Cu2+的水解
——①温度控制
2.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。
(1)钴矿石浸出时加入Na2SO3的目的为_________________。
将Co3+还原为Co2+
②酸碱度控制——调pH
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：
图1
流程分析：
Co2O3等
Co(OH)2
还原剂
Co3+→→→Co2+
氧化浸出液中的Fe2+
Fe(OH)3
Co2+/Ca2+/Mg2+/SO42-
调pH=9.1
Co2+完全沉淀
主杂质:Ca2+/Mg2+/SO42-
调pH≥11.1
Mg2+完全沉淀
Mg(OH)2
除去Cu2+

(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__________。
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，则Ksp[Mg(OH)2]=______。
CaSO4、MgSO4
10-10.8
Ksp[Mg(OH)2]=
c(Mg2+)·c2(OH-)
=10-5
×(10-2.9)2
=10-10.8
流程分析：
3.某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
③调pH与Ksp计算
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：
(1)向钒渣中加入生石灰焙烧，将V2O3转化为Ca(VO3)2的化学方程式为
___________________________。
CaO＋O2＋V2O3 Ca(VO3)2
+3
+5
V元素化合价升高被氧化,一定有O2参加反应
V2O3
(Al2O3、CaO)
Ca(AlO2)2
Ca(VO3)2
3.某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
③调pH与Ksp计算
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：
V2O3
(Al2O3、CaO)
Ca(AlO2)2
Ca(VO3)2
Al(OH)3
滤液:CaCl2、VO2Cl
(2)已知Ca(VO3)2难溶于水，可溶于盐酸。若“酸浸”时溶液的pH=4，则Ca(VO3)2溶于盐酸的离子方程式为____________________________。
Ca(VO3)2+4H+=Ca2++2VO2++2H2O
__________________________________________。
3.某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
③调pH与Ksp计算
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：
V2O3
(Al2O3、CaO)
Ca(AlO2)2
Ca(VO3)2
Al(OH)3
滤液:CaCl2、VO2Cl
(3)已知加入石灰乳后生成Ca3(VO4)2沉淀，则加入石灰乳的作用是
调节溶液的pH，并提供Ca2＋形成Ca3(VO4)2沉淀
Ca3(VO4)2
3.某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
③调pH与Ksp计算
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：
V2O3
(Al2O3、CaO)
Ca(AlO2)2
Ca(VO3)2
Al(OH)3
滤液:CaCl2、VO2Cl
Ca3(VO4)2
(4)反应Ca3(VO4)2(s)＋3CO32- (aq) 2VO43-(aq)＋3CaCO3(s)的平衡常数为
________(用含m、n的代数式表示)，已知：Ksp(CaCO3)=m，Ksp[Ca3(VO4)2]=n。
n
m3
“凑常数”法
3.某废钒渣(主要成分为V2O3，含有少量Al2O3、CaO)为原料生产V2O5的工艺流程如图：
③调pH与Ksp计算
已知：钒酸(H3VO4)是强酸，NH4VO3难溶于水；
+5价钒在溶液中的主要存在形式与溶液pH的关系如表：
V2O3
(Al2O3、CaO)
Ca(AlO2)2
Ca(VO3)2
Al(OH)3
滤液:CaCl2、VO2Cl
Ca3(VO4)2
(5)沉钒2过程中加入NH4Cl溶液，控制溶液的pH=7.5，当pH>8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是______________________________________。
当pH>8时，钒的主要存在形式不是VO3-
废钒渣中加入CaO焙烧，V2O3与CaO、空气中的氧气反应转化为Ca(VO3)2，Al2O3与CaO反应转化为Ca(AlO2)2，向焙烧后的固体中加入盐酸，Ca(AlO2)2转化为Al(OH)3沉淀，过滤得到含有Al(OH)3的滤渣1和含有CaCl2、VO2Cl的滤液；向滤液中加入石灰乳，调节pH，生成Ca3(VO4)2沉淀，过滤得到滤液1和Ca3(VO4)2；向Ca3(VO4)2中加入碳酸铵溶液，将Ca3(VO4)2转化为(NH4)3VO4，过滤得到含有CaCO3的滤渣2和含有(NH4)3VO4的滤液；向滤液中加入氯化铵，将(NH4)3VO4转化为NH4VO3沉淀，过滤得到滤液2和NH4VO3；NH4VO3灼烧脱氨制得V2O5。
二、化工流程分析滤液、滤渣成分的确定
4.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。
MnO2
(SiO2/Fe2O3/CaO)
流程分析：
还原剂
Mn02→Mn2+
Mn2+/Fe2+/Ca2+/H+/SO42-
Fe3+→Fe2+
SiO2/CaSO4)
氧化Fe2+→Fe3+
MnO2、
Fe(OH)3
Mn2+/Ca2+/SO42-
MnF2
CaF2
MnSO4
(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(SO42-)增大，使平衡Ca2+(aq)+SO42-(aq) CaSO4(s)
正向移动，促进CaSO4析出
(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：______________________________。
MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O
氧化Fe2+→Fe3+
氧化Fe2+→Fe3+
(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。
1.56×10－3
CaF2(s) Ca2+(aq)＋2F-(aq)
解析: 设CaF2在纯水中溶解度为S(mol/L)
S
S
2S
Ksp(CaF2)= c(Ca2+)·c2(F－)
4S3=3.2×10-11
∴S =2×10-4mol/L
2×10-4×78
1000
=
m
100
m =1.56×10－3
流程分析：
(3)写出“滤渣”中主要成分的化学式：_________。
(2)“还原”过程中的离子方程式为_______________。
5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
(1)“酸溶”中加快溶解的方法为________________________________(任意写出一种)。
加热(或搅拌或适当增大硫酸浓度等)
Fe+2Fe3+=3Fe2+
SiO2、Fe
FeOOH
Fe2O3
SiO2
Fe3+/H+/SO42/SiO2
Fe2+/SO42-
Fe粉
SiO2
Fe3+→Fe2+
流程分析：
5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
Fe2O3
SiO2
Fe3+/H+/SO42/SiO2
Fe2+/SO42-
Fe粉
SiO2
Fe3+→Fe2+
__________________________________________。
(4)①“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为
FeSO4+2NH4HCO3=Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4+2CO2↑
②若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀。当反应完成时，溶液中
=____。[已知Ksp(CaCO3)=2.8×10-9，Ksp(FeCO3)=2×10-11]
140
“凑常数”法
=
=
=
140
FeOOH
流程分析：
5.以硫酸渣(含Fe2O3、SiO2等)为原料制备铁黄(FeOOH)的一种工艺流程如图：
Fe2O3
SiO2
Fe3+/H+/SO42/SiO2
Fe2+/SO42-
Fe粉
SiO2
Fe3+→Fe2+
(5)“氧化”时，用NaNO2浓溶液代替空气氧化Fe(OH)2浆液，能缩短氧化时间，但缺点是___________________________________。
NaNO2被还原为氮氧化物，污染空气
FeOOH
流程分析：
6.钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
(1)洗涤“油相”可除去大量的钛离子。洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成。混合的实验操作是______________________________________________________________。
将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌
Sc2O3
回答下列问题：
(含钪、钛、铁、锰等离子)
除钛离子
知识点:在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的。
6.钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
Sc2O3
回答下列问题：
(含钪、钛、铁、锰等离子)
除钛离子
(2)先加入氨水调节pH=3，过滤，滤渣主要成分是_______；再向滤液中加入氨水调节pH=6，滤液中Sc3+的浓度为______________。(已知：25 ℃时，Ksp[Mn(OH)2]=1.9×10-13，Ksp[Fe(OH)3]=2.6×10-39，Ksp[Sc(OH)3]=9.0×10-31)
调pH=3
Fe(OH)3
9.0×10-7mol/L
除Fe3+
→再调pH=6,生成Sc(OH)3沉淀
ScCl3
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：___________________________。
6.钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
Sc2O3
回答下列问题：
(含钪、钛、铁、锰等离子)
除钛离子
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH=2的草酸溶液中
=_________(保留两位有效数字)。
[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2，Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
计算
调pH=3
除Fe3+
ScCl3
→再调pH=6,生成Sc(OH)3沉淀
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH=2的草酸溶液中
=_________(保留两位有效数字)。
[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2，Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
Ka1(H2C2O4)
=
计算
Ka2(H2C2O4)
=
Ka1(H2C2O4)
Ka2(H2C2O4)
×
=
c2(H+)
Ka1(H2C2O4)×Ka2(H2C2O4)×
=
≈3.8×10－2
写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：___________________________。
6.钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用。从钛白工业废酸(含钪、钛、铁、锰等离子)中提取氧化钪(Sc2O3)的一种流程如图：
Sc2O3
回答下列问题：
(含钪、钛、铁、锰等离子)
除钛离子
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH=2的草酸溶液中
=_________(保留两位有效数字)。
2Sc3++3H2C2O4=Sc2(C2O4)3↓+6H+
[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)=5.9×10-2，Ka2(H2C2O4)=6.4×10-5]
3.8×10－2
计算
调pH=3
除Fe3+
ScCl3
→再调pH=6,生成Sc(OH)3沉淀
1.基本步骤：
①从题干中获取有用信息，了解生产的产品。
②然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。
③分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：
A、反应物是什么
B、发生了什么反应
C、该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用；
抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。
④从问题中获取信息，帮助解题。
归纳总结：解答无机化工流程试题的程序
2.解题思路：
明确整个流程及每一部分的目的
→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质
→结合基础理论与实际问题思考
→注意答题的模式与要点
归纳总结：解答无机化工流程试题的程序
[得分秘籍]
(1)设问一般相对独立，无连带效应，一个问题解决不了不会影响下一个问题的解决。
(2)题中基本上都有与流程无关的问题，可直接作答；对于超纲知识，题目中要么有信息提示，要么与解答题目无关。

展开更多......

收起↑