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第7讲　无机化工流程解题策略
1．掌握无机化工流程题的基本特征，熟悉化工流程图的表示形式以及分析工艺流程图的方法。
2．掌握工业生产中常见的化学术语，如碱洗、酸溶、酸浸等；掌握原料预处理、制备过程中控制反应条件的目的和方法；掌握物质除杂、物质回收利用的常见方法。
3．掌握陌生化学方程式的书写方法，掌握氧化还原反应的基本规律及其应用等；掌握相关计算，如利用化学方程式计算、氧化还原滴定计算、pH计算、各种常数的计算等。
4．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。
考点1　原料的预处理及条件的控制
1．流程的呈现形式
2．流程的分析要领
(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．流程的环节分析
(1)原料的预处理
①研磨、雾化：减少固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率，提高原料的利用率。
②溶解
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(常见SiO2、CaSO4等)通过过滤除去
碱浸 除去油污，溶解酸性氧化物(如SiO2)、铝及其氧化物
浸出率 特定条件下，单位时间内固体中目标成分溶解到溶液中的质量占总质量的百分比
[备考提醒]提高“浸出率”的方法
(1)一般操作：①将矿石粉碎；②适当加热增大反应速率；③充分搅拌；④适当提高浸取液的浓度等。
(2)据题分析：分析“浸出率”图表，解释“浸出率”高低变化的原因(“浸出率”升高一般是反应温度升高，反应速率增大；但当“浸出率”达到最大值后，温度升高“浸出率”反而下降，一般是反应试剂的分解或挥发)。选择达到一定较高“浸出率”的时间及温度(注意：一般不止一个答案)。
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，如：①高温下硫化物与空气中氧气反应(如FeS2与氧气生成氧化铁和二氧化硫)；②除去硫、碳单质；③有机物转化(如蛋白质燃烧)、除去有机物等。
(2)反应条件控制
①调节溶液的pH
调溶液pH常用氢氧化钠、碳酸钠、金属氧化物[还有酸性气体(二氧化硫)、稀盐酸或稀硫酸]等。常利用题给金属离子沉淀的pH信息，使特定金属离子以氢氧化物沉淀出来(或抑制水解)。
②控制反应的温度
a．控制化学反应速率。
b．控制平衡移动方向。
c．控制固体的溶解与结晶，如趁热过滤能防止某物质降温时析出。
d．促进溶液中气体的逸出或实现蒸馏。
e．防止或实现某物质水解或分解。
f．使催化剂达到最大活性。
g．防止副反应的发生。
③调节反应物的浓度
a．根据需要选择适宜浓度，控制一定的反应速率，使平衡移动有利于目标产物的生成，减小对后续操作产生的影响。
b．反应物过量，能保证反应的完全发生或提高其他物质的转化率，但对后续操作也会产生影响。
④控制反应体系的压强
a．控制化学反应速率。
b．控制平衡移动的方向。
⑤使用催化剂：增大反应速率，提高生产效率。
　(1)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_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)向金属Bi中加入稀硝酸酸浸，过程中分次加入稀硝酸可降低反应剧烈程度，其目的是_____________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如表所示：
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：____________________________
_____________________________________________________________________。
原料的预处理
1．我国锅炉燃煤采用沸腾炉逐渐增多，沸腾炉是指从炉底通入强大的空气流，用空气将煤粉吹起，煤在燃烧过程中像沸腾一样，采用沸腾炉的好处在于(　　)
①增大煤炭燃烧时的燃烧热并形成清洁能源
②减少炉中杂质气体(如SO2等)的形成
③提高煤炭的热效率并减少CO的排放
④使燃料充分燃烧，从而提高燃料的利用率
A．①② B．①③④
C．②③ D．③④
[思维模型]
(1)在原料预处理过程中，原料常需要研磨、反应过程需要搅拌、保温等，都是为了增大反应速率，提高原料的利用率。
(2)在控制温度时，经常遇到温度对反应速率的影响：温度太低，反应速率太小，温度过高，某些反应物会分解、挥发等。
反应条件的控制
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：
金属离子 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：_____________________________________________________
_____________________________________________________________________。
3．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________________________________________。
(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________________________________。
[误区警示]化学工艺流程常涉及的化学反应原理
(1)沉淀溶解平衡的相关应用：①沉淀的最小浓度控制；②沉淀转化的条件。
(2)反应速率及化学平衡理论在实际生产中的应用：①反应速率的控制；②化学平衡的移动；③化学平衡常数的应用；④反应条件的控制。
(3)氧化还原反应的具体应用：①强弱规律；②守恒规律；③选择规律。
(4)盐类水解的具体应用：①水解规律；②水解反应的控制(抑制或促进)。
考点2　物质的转化、分离与提纯
1．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：从溶液中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：从溶液中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。
2．过滤时洗涤的方法
(1)洗涤的方法：让过滤后的晶体继续留在过滤器中，加入洗涤液至浸没晶体，让洗涤液自然流下，重复2～3次即可。
(2)注意点：在洗涤过程中不能搅拌。因为滤纸已经润湿，如果搅拌很容易搅破滤纸，造成晶体损失。
(3)三个得分点：注洗涤液→加洗涤液→重复操作。
①注洗涤液：沿玻璃棒向漏斗中注入洗涤液。
②加洗涤液：洗涤液完全浸没晶体。
③重复操作：重复操作2～3次。
3．洗涤剂的选择
洗涤试剂 适用范围 目的
蒸馏水 冷水 产物不溶于水 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为溶解而造成的损失
热水 某些特殊的物质，其溶解度随着温度升高而下降 除去固体表面吸附着的××杂质；可适当降低固体因为温度变化而溶解造成的损失
有机溶剂(酒精、丙酮等) 固体易溶于水，难溶于有机溶剂 减少固体溶解；利用有机溶剂的挥发性除去固体表面的水分，使产品易干燥
饱和溶液 对纯度要求高的产品 减少固体溶解
酸、碱溶液 产物不溶于酸、碱 除去固体表面吸附着的可溶于酸、碱的杂质；减少固体溶解
　(1)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。
(2)在海带提碘实验中，灼烧海带用到的硅酸盐质仪器有________________________；得到的碘的CCl4溶液加入足量NaOH溶液，振荡，________，得到的CCl4可循环利用，水溶液中加入足量稀硫酸，________，洗涤干燥可得纯净的固态碘。
[备考提醒]
(1)从水溶液中萃取Br2时，萃取剂不能使用乙醇、裂化汽油，可用苯、CCl4等。
(2)碘的CCl4溶液加入足量NaOH溶液分液，该过程为反萃取，得到的CCl4可循环利用，水溶液中加入稀硫酸过滤可得固态碘。
分离提纯方法
1．SO2是硫酸工业尾气的主要成分。以硫酸工业的尾气为原料制备硫酸钾和硫酸锰晶体(MnSO4·H2O)的工艺流程如图所示。
回答下列问题：
(1)如图所示是几种盐的溶解度曲线。反应Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液后，进行蒸发浓缩、____________、洗涤、干燥等操作即得K2SO4产品。
(2)检验硫酸钾样品中是否含有氯化物杂质的实验操作是________________________。
2．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：
(1)“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________________。
(2)“除钒”和“除硅、铝”的顺序______(填“能”或“不能”)交换，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[误区警示]化工生产过程中分离提纯、除杂等环节，与高中化学基本实验的原理紧密联系，包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，或蒸馏、萃取、分液等基本实验操作及原理，并要熟悉所用到的相关仪器。
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(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，目的是增大反应物接触面积，增大化学反应速率。 (　　)
(2)酸、过量铁屑对软锰矿(MnO2)进行溶出前需研磨。目的是增大反应物接触面积，增大溶出速率。 (　　)
(3)检验硫酸钾溶液中是否含有氯化物杂质的实验操作是取少量溶液，滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀生成可说明该溶液中含有氯化物。 (　　)
(4)在海带提碘过程中得到的碘的CCl4溶液，加入硫酸酸化分液，在水溶液中加入足量NaOH溶液，过滤可得单质碘。 (　　)
2．(2025·山东卷)钢渣中富含CaO、SiO2、FeO、Fe2O3等氧化物，实验室利用酸碱协同法分离钢渣中的Ca，Si，Fe元素，流程如下。已知：Fe2(C2O4)3能溶于水；Ksp(CaC2O4)＝2.3×10-9，Ksp(FeC2O4)＝3.2×10-7。下列说法错误的是(　　)
A．试剂X可选用Fe粉
B．试剂Y可选用盐酸
C．“分离”后Fe元素主要存在于滤液Ⅱ中
D．“酸浸”后滤液Ⅰ的pH过小会导致滤渣Ⅱ质量减少
3．(2025·甘肃卷)处理某酸浸液(主要含Li＋、Fe2+、Cu2+、Al3+)的部分流程如下：
下列说法正确的是(　　)
A．“沉铜”过程中发生反应的离子方程式：2Fe＋3Cu2+===3Cu＋2Fe3+
B．“碱浸”过程中NaOH固体加入量越多，Al(OH)3沉淀越完全
C．“氧化”过程中铁元素化合价降低
D．“沉锂”过程利用了Li2CO3的溶解度比Na2CO3小的性质
4．(2025·广东卷，节选)我国是金属材料生产大国，绿色生产是必由之路。一种从多金属精矿中提取Fe、Cu、Ni等并探究新型绿色冶铁方法的工艺如下。
已知：多金属精矿中主要含有Fe、Al、Cu、Ni、O等元素。
氢氧化物 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)2
Ksp (298 K) 2.8×10-39 1.3×10-33 2.2×10-20 5.5×10-16
(1)“酸浸”中，提高浸取速率的措施有___________________________(写一条)。
(2)“高压加热”时，生成Fe2O3的离子方程式为________＋O2＋____H2O____Fe2O3↓＋____H＋。
(3)“沉铝”时，pH最高可调至________(溶液体积变化可忽略)。已知：“滤液1”中c(Cu2+)＝0.022 mol·L-1，c(Ni2+)＝0.042 mol·L-1。
(4)①“700 ℃加热”步骤中，混合气体中仅加少量H2，但借助工业合成氨的逆反应，可使Fe不断生成。该步骤发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
和___________________________________________________________________。
②“电解”时，Fe2O3颗粒分散于溶液中，以Fe片、石墨棒为电极，在虚线框中，画出电解池示意图并做相应标注。
③与传统高炉炼铁工艺相比，上述两种新型冶铁方法所体现“绿色化学”思想的共同点是___________________________________________________________
____________________________________________________________(写一条)。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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