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微专题5　无机化工流程题及分析
第八章　化学与可持续发展
1．无机化工流程图的一般结构
2．无机化工流程题的主要考点
(1)基本操作
除杂、分离、检验、洗涤、干燥等实验操作的步骤描述；加入某些试剂或某个操作步骤的目的描述。
(2)物质的分离与提纯
通过调节pH使溶液中的金属离子沉淀达到分离除杂的目的，据此选择需要加入的化学试剂，通过过滤除去等。
(3)化学反应速率的运用
例如，研磨使反应物颗粒变小，增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，提高原料利用率；升高温度增大反应速率等。
(4)化学方程式或离子方程式的书写
根据流程图及设问中的信息找出反应物和生成物，书写指定的化学方程式或离子方程式。
(5)环境与绿色化学思想
流程中物质的转化和循环、资源的回收和利用、“三废”的来源，对环境的影响及处理。
3．无机化工流程题中的常见专业术语
术语 释义
研磨、雾化 将块状或颗粒状的物质磨成粉末或将液体分散成微小液滴，增大反应物间的接触面积，以增大反应速率或使反应更充分
灼烧
(煅烧) 使固体在高温下分解或改变结构、使杂质高温氧化、分解等。如煅烧石灰石、高岭土、硫铁矿等
浸取 向固体中加入适当溶剂或溶液，使其中可溶性的物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
术语 释义
酸浸 在酸性溶液中使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的过程
浸出率 固体溶解后，目标离子在溶液中的含量的多少
酸作用 溶解、去氧化物(膜)、抑制某些金属离子的水解、除去杂质离子等
碱作用 去油污、去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅、调节pH
4.无机化工流程题中常见问题的答题方向
常见问题 答题要考虑的角度
分离、提纯 过滤、蒸发、蒸馏等常规操作，如从溶液中得到晶体的方法：蒸发浓缩—冷却结晶—过滤—(洗涤、干燥)
提高原子利用率 绿色化学(物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用)
在空气或特定气体中进行的操作 要考虑O2、H2O、CO2或特定气体是否参与反应或能否达到隔绝空气，防氧化、潮解等目的
常见问题 答题要考虑的角度
洗涤沉淀 方法：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
判断沉淀是否洗涤干净 取少量最后一次的洗涤液，检验其中是否还有某种离子存在
常见问题 答题要考虑的角度
控制溶液的pH ①调节溶液的酸碱性，使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀；
②“酸作用”还可除去氧化物(膜)；
③“碱作用”还可除去油污，除去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅等；
④特定的氧化还原反应需要的酸性条件(或碱性条件)
常见问题 答题要考虑的角度
控制温度(常用水浴、冰浴或油浴) ①控制化学反应的方向；
②控制固体的溶解与结晶；
③控制反应速率：使催化剂达到最大活性；
④升温：促进溶液中的气体逸出，使某物质达到沸点挥发
【例】 磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的电极材料，来源广泛且无污染。利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，含有少量SiO2等杂质)制备LiFePO4的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)反应过程中Ti的化合价没有发生变化，则FeTiO3中Fe元素的化合价为________。
(2)实验室中进行过滤操作需要用到的玻璃仪器有烧杯、______________________。
(3)氧化时发生反应的离子方程式为____________________；滤液中溶质主要为________(填化学式)。
(4)高温煅烧时发生反应的化学方程式为__________________________
___________________________________________________________。
解答本题的思路如下：
(1)工业流程：用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，含有少量SiO2等杂质)制备LiFePO4。
(2)物质转化：加盐酸过滤后的滤渣为SiO2，滤液沉钛处理后，过滤，沉淀为TiO2，与氯气反应生成Fe3+，在磷酸条件下过滤分离出FePO4，高温煅烧得到产品。
1．氯气在工业上可用于海水提溴、海带提碘。
Ⅰ.海水提溴工业流程如图所示。
(1)步骤a中，加硫酸的目的是____________；步骤b中热空气的温度一般控制在80～90 ℃，温度过低或过高有何不妥？__________________
___________________________________________________________。
(2)步骤c反应中，氧化产物是__________。该反应的化学方程式为______________________________________________________，并用单线桥法标出电子转移方向和数目。
(3)步骤b、c、d的目的是__________。
Ⅱ.海藻中含有丰富的碘元素。实验室中提取碘的流程如下：
(4)欲确认步骤③中的反应已发生，可取样，加__________ (填试剂名称)。
(5)在实验室中进行步骤④操作需要的仪器是__________。步骤⑤的名称为________。
(6)关于海水提溴、海藻提碘，下列说法正确的是________(填标号)。
A．都需经过浓缩、氧化、提取
B．海水提溴的浓缩原理是蒸发，提高n(Br－)
C．都可通氯气将Br－、I－分别还原为Br2、I2
D．海藻提碘可采用CCl4萃取I2，海水提溴没有萃取操作
海水经过浓缩得到苦卤，通入Cl2将苦卤中的Br－氧化为Br2。Br2溶解在水中发生可逆反应生成HBr、HBrO，因此在氧化的同时需要加入硫酸以抑制Br2与水的反应(后续步骤硫酸的作用与此相同)。生成的溴经过热空气吹出，浓度增大，用SO2吸收后可转化为HBr，通入Cl2被进一步氧化为Br2，溴得到最大程度的富集。海藻提碘：海藻灼烧为海藻灰，用水浸取，过滤得含I－的溶液，通入氯气氧化为单质碘，加四氯化碳萃取I2，碘的有机溶液蒸馏得晶体碘。据此解答。
(3)根据分析，步骤b、c、d的目的是富集溴。
(4)步骤③中I－被氧化为I2，若反应已发生则含有单质碘，取样，加淀粉溶液，若溶液变蓝，则反应已发生。
(5)步骤④为萃取，该步骤需要的仪器是分液漏斗。步骤⑤利用碘和有机溶剂的沸点不同，通过蒸馏将碘分离。
(6)海水提溴、海藻提碘工艺中都涉及浓缩、氧化、提取；海水提溴的浓缩原理是蒸发，提高溴离子浓度；海水提溴利用氯气将Br－氧化为Br2，海藻提碘用H2O2溶液将I－氧化为I2；海藻提碘采用CCl4等有机溶剂萃取I2，海水提溴无萃取操作。
2．矿物资源的利用有着非常重要的意义。
(1)金属铜常用的冶炼方法是________(填标号)。
A．热分解法 B．热还原法
C．电解法 D．物理富集
(2)以某含硅废石(含SiO2 78%，Al2O3 13%、MgO 9%)为原料，工业上采用以下工艺回收Si、Al、Mg。
①为提高酸浸效率，可采取的措施是____________________________
_____________(写两条)。
②请写出矿渣焙烧的化学方程式：_______________________________
________，制取精硅路径中可循环使用的物质是________。
③浸取液与碱反应除了生成Mg(OH)2外，还生成另一种可溶性物质(酸与碱反应除外)，写出其反应的离子方程式：______________________。写出由无水氯化镁获得镁单质的化学方程式：_____________________
____________。电解氯化铝________(填“能”或“不能”)获得Al单质，理由是__________________________。
含硅废石(含SiO2 78%，Al2O3 13%、MgO 9%)加入盐酸，氧化铝和氧化镁分别转化为氯化铝和氯化镁，二氧化硅不反应，作为矿渣，加入焦炭焙烧转化为粗硅和CO，粗硅与HCl在300 ℃反应转化为SiHCl3，SiHCl3与H2在1 100 ℃反应转化为精硅，氯化铝和氯化镁与碱反应转化为四羟基合铝酸钠和氢氧化镁，氢氧化镁与盐酸反应转化为氯化镁，接着转化为无水氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁单质，通入CO2，溶液中的四羟基合铝酸钠转化为氢氧化铝，经过一系列操作后得到Al，据此回答。

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