大單元四　第十二章　第59講　無機化工流程題的解題策略

無機化工流程題的解題策略匯報人姓名1.提升應(yīng)用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及條件控制、分離提純操作等相關(guān)知識解決實際問題的能力。2.樹立“綠色化學(xué)”的觀念，形成資源綜合利用、物能充分利用的意識。復(fù)習(xí)目標(biāo)1.?？紵o機化工流程的呈現(xiàn)形式2.讀圖要領(lǐng)(1)箭頭：進入的是投料(反應(yīng)物)，出去的是含產(chǎn)品中元素的物質(zhì)(流程方向)、副產(chǎn)物或雜質(zhì)(支線方向)。(2)三線：出線和進線均表示物料流向或操作流程，可逆線表示物質(zhì)循環(huán)。3.流程圖中主要環(huán)節(jié)的分析(1)原料的預(yù)處理①溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸等。水浸與水接觸發(fā)生反應(yīng)或溶解浸出固體加水(酸)溶解得到離子酸浸在酸溶液中反應(yīng)，使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去浸出率固體溶解后，離子在溶液中的含量的多少②灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解。③審題時要“瞻前顧后”，注意物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)原理的前后聯(lián)系。(2)核心反應(yīng)——陌生方程式的書寫①氧化還原反應(yīng)：熟練應(yīng)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律判斷產(chǎn)物，并根據(jù)化合價升降相等配平。②非氧化還原反應(yīng)：結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)實際判斷產(chǎn)物。(3)常用的分離方法①過濾：分離難溶物和易溶物，根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法。②萃取和分液：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì)，如用CCl4或苯萃取溴水中的溴。③蒸發(fā)結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì)，如從溶液中提取NaCl。④冷卻結(jié)晶：提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物，如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等。⑤蒸餾或分餾：分離沸點不同且互溶的液體混合物，如分離乙醇和甘油。⑥冷卻法：利用氣體液化的特點分離氣體，如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的NH3。1.向鉻鐵礦(FeCr2O4)中通入O2進行焙燒，焙燒時氣體與礦料逆流而行，目的是______________________________________。2.將催化劑負載在玻璃棉上而不直接平鋪在玻璃管中，目的是______________________________________________。3.[2020·北京，18(1)①]酸、過量鐵屑對軟錳礦(MnO2)進行溶出前需研磨。目的是____________________________________。一、調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率提高效率增大反應(yīng)物接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率增大接觸面積，提高催化效果，加快反應(yīng)速率增大反應(yīng)物接觸面積，加快溶出速率4.向金屬Bi中加入稀HNO3酸浸，過程中分次加入稀HNO3可降低反應(yīng)劇烈程度，其原理是________________________________________________________________。減少稀HNO3的用量，降低反應(yīng)劇烈程度，使HNO3充分反應(yīng)防止揮發(fā)強調(diào)分次加入對反應(yīng)的影響：①控制用量，防止過量發(fā)生副反應(yīng)；②降低反應(yīng)劇烈程度；③防止放熱反應(yīng)溫度過高，造成副反應(yīng)的發(fā)生，以及物質(zhì)的揮發(fā)、分解。5.[2021·河北，14(4)②]向含NH4Cl的濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作__________、_______、洗滌、干燥。二、結(jié)晶與分離提純操作應(yīng)用冷卻結(jié)晶過濾由曲線NH4Cl的溶解度隨升溫而增大，NaCl的溶解度隨升溫變化不明顯，使NH4Cl沉淀充分析出，采用冷卻結(jié)晶析出NH4Cl→過濾→洗滌→干燥。6.[2019·全國卷Ⅰ，27(4)]由硫酸鐵與硫酸銨的混合溶液，通過__________________________________操作，經(jīng)干燥得到硫酸鐵銨晶體樣品。7.[2019·全國卷Ⅲ，27(5)改編]過濾得到乙酰水楊酸結(jié)晶粗品，該固體經(jīng)純化得白色的乙酰水楊酸晶體，采用的“純化”方法為_________。加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌重結(jié)晶8.[2021·湖南，15(1)]以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉，并測定產(chǎn)品中少量碳酸氫鈉的含量，過程如下：已知：(i)當(dāng)溫度超過35℃時，NH4HCO3開始分解。(ii)相關(guān)鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100gH2O)溫度/℃0102030405060NaCl35.735.836.036.336.637.037.3NH4HCO311.915.821.027.0

NaHCO36.98.29.611.112.714.516.4NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.2晶體A的化學(xué)式為___________，晶體A能夠析出的原因是__________________________________________________。NaHCO3在30～35℃時NaHCO3的溶解度最小(答案合理即可)三、沉淀金屬離子和除雜條件分析9.[2021·全國乙卷，26(2)]磁選后的煉鐵高鈦爐渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。為節(jié)約和充分利用資源，通過如下工藝流程回收鈦、鋁、鎂等。該工藝條件下，有關(guān)金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH見下表。金屬離子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋開始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8“水浸”后“濾液”的pH約為2.0，在“分步沉淀”時用氨水逐步調(diào)節(jié)pH至11.6，依次析出的金屬離子是______________________。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)經(jīng)純化得Mn2＋純化液。已知：MnO2的氧化性與溶液pH有關(guān)。金屬離子沉淀的pH如下表：

Fe3＋Al3＋Mn2＋Fe2＋開始沉淀時1.53.45.86.3完全沉淀時2.84.77.88.3純化時先加入MnO2，后加入NH3·H2O，調(diào)溶液pH≈5，說明試劑加入順序及調(diào)節(jié)pH的原因：___________________________________________________________________________________________________。先加MnO2，可利用溶液的酸性將Fe2＋全部氧化為Fe3＋，再加NH3·H2O調(diào)溶液pH≈5，將Fe3＋和Al3＋沉淀除去四、溫度控制分析11.TiO2·xH2O沉淀與雙氧水、氨水反應(yīng)40min所得實驗結(jié)果如下表所示：溫度/℃3035404550TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率/%9295979388分析40℃時，TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率最高的原因：_________________________________________________________________________________________________________________。低于40℃TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率隨溫度的升高而增加；超過40℃，雙氧水分解與氨氣逸出導(dǎo)致TiO2·xH2O轉(zhuǎn)化率下降12.[2021·福建，11(1)(2)(5)]四鉬酸銨是鉬深加工的重要中間產(chǎn)品，具有廣泛的用途。一種以鉬精礦(主要含MoS2，還有Cu、Fe的化合物及SiO2等)為原料制備四鉬酸銨的工藝流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)“焙燒”產(chǎn)生的氣體用________吸收后可制取氮肥。氨水“焙燒”產(chǎn)生的氣體為SO2，用氨水吸收后可制取氮肥。(2)“浸出”時，MoO3轉(zhuǎn)化為

。提高單位時間內(nèi)鉬浸出率的措施有________________________________________________________(任寫兩種)。溫度對90min內(nèi)鉬浸出率的影響如圖所示。當(dāng)浸出溫度超過80℃后，鉬的浸出率反而降低，主要原因是溫度升高使水大量蒸發(fā)，導(dǎo)致_____________________________。溫、攪拌、增加Na2CO3用量、增大Na2CO3濃度等適當(dāng)升Na2MoO4晶體析出，混入浸渣(5)“沉淀”時，加入NH4NO3的目的是______________________________________。五、信息的提取與加工13.[2022·湖南，17(3)(4)]以鈦渣(主要成分為TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物雜質(zhì))為原料，制備金屬鈦的工藝流程如右：已知“降溫收塵”后，粗TiCl4中含有的幾種物質(zhì)的沸點：物質(zhì)TiCl4VOCl3SiCl4AlCl3沸點/答下列問題：(3)“除釩”過程中的化學(xué)方程式為________________________________；“除硅、鋁”過程中，分離TiCl4中含Si、Al雜質(zhì)的方法是________。3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3蒸餾“降溫收塵”后釩元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平化學(xué)方程式為3VOCl3＋Al===3VOCl2＋AlCl3；AlCl3、SiCl4與TiCl4沸點差異較大，“除硅、鋁”過程中可采用蒸餾的方法分離AlCl3、SiCl4。(4)“除釩”和“除硅、鋁”的順序_________(填“能”或“不能”)交換，理由是___________________________________________________________________________。不能

若先“除硅、鋁”再“除釩”，“除釩”時需要加入Al，又引入Al雜質(zhì)課時精練011.利用某鈷礦石(主要成分為Co2O3)制取Co(OH)2粗品及其他工業(yè)產(chǎn)品的工藝流程如圖1所示。12345已知：浸出液中含有的陽離子主要有H＋、Cu2＋、Co2＋、Fe2＋、Mg2＋?；卮鹣铝袉栴}：(1)鈷礦石浸出時加入Na2SO3的目的為_____________________。將Co3＋還原為Co2＋(2)溶液中l(wèi)gc(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、Co2＋、Mg2＋、Ca2＋)與pH的變化關(guān)系如圖2所示(離子濃度小于10－5mol·L－1時可認為已除盡)，在萃取余液中通入空氣的目的是_____________________________________，用熟石灰調(diào)pH至3.2，過濾1所得濾渣的主要成分為__________，萃取和反萃取的目的是___________。12345氧化浸出液中的Fe2＋，便于調(diào)pH除去Fe(OH)3除去Cu2＋(3)用氧化鎂調(diào)濾液1的pH為9.1時，得到的氫氧化鈷粗品中含有的主要雜質(zhì)為_________________，多次洗滌可提高粗產(chǎn)品中鈷含量?！斑^濾2”后所得濾液直接排放會造成水體污染，須進行處理，用熟石灰調(diào)節(jié)pH使c(Mg2＋)≤10－5mol·L－1，則Ksp[Mg(OH)2]＝_________。12345CaSO4、MgSO410－10.812345流程分析：123452.錳常用于制造合金錳鋼。某化工廠以軟錳礦(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3、CaO等少量雜質(zhì))為主要原料制取金屬錳的工藝流程如圖1所示。12345(1)“浸錳”步驟中往往有副產(chǎn)物MnS2O6生成，溫度對“浸錳”反應(yīng)的影響如圖2所示。為減少MnS2O6的生成，“浸錳”的適宜溫度是________，“濾渣Ⅰ”的成分是_______________(填化學(xué)式)。該步驟中可以再加入MnSO4以促進“濾渣Ⅰ”析出，結(jié)合平衡移動原理分析其原因：_____________________________________________________________________________。90℃SiO2、CaSO4c(

)增大，使平衡Ca2＋(aq)＋

(aq)

CaSO4(s)正向移動，促進CaSO4析出12345(2)“濾液Ⅰ”中需要先加入MnO2充分反應(yīng)后再調(diào)pH，寫出加入MnO2時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：___________________________________________。(3)“濾液Ⅱ”中加入MnF2的目的是除去溶液中的Ca2＋，已知25℃時，Ksp(CaF2)＝3.2×10－11，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為___________g。MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O1.56×10－3流程分析：12345常溫下CaF2溶解在純水中，則溶液中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＋)＝2×10－4mol·L－1，則飽和CaF2溶液中c(CaF2)＝c(Ca2＋)＝2×10－4mol·L－1，則常溫下CaF2在純水中的溶解度為1.56×10－3g。3.(2023·全國甲卷，26)BaTiO3是一種壓電材料。以BaSO4為原料，采用右列路線可制備粉狀BaTiO3?；卮鹣铝袉栴}：(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是_________________________。12345(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS?！敖　睍r主要反應(yīng)的離子方程式為______________________。做還原劑，將BaSO4還原S2－＋Ca2＋===CaS↓(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是_____(填標(biāo)號)。a.稀硫酸 b.濃硫酸c.鹽酸 d.磷酸12345c12345由流程和題中信息可知，BaSO4與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到CO、BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS；燒渣經(jīng)水浸取后過濾，濾渣中含碳粉和CaS，濾液中有BaCl2和BaS；濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到BaCl2晶體，溶于水后，加入TiCl4和(NH4)2C2O4將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2；BaTiO(C2O4)2經(jīng)熱分解得到BaTiO3。浸取后濾液中主要為BaCl2和BaS，為不引入雜質(zhì)，“酸化”步驟應(yīng)選用鹽酸。(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取，是否可行？_______，其原因是____________________________________________________________________。(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為____________________________________________________________________。12345(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，產(chǎn)生的∶nCO＝_______。不可行CaS也會與鹽酸反應(yīng)生成有毒氣體和可溶于水的CaCl2，影響產(chǎn)品純度BaCl2＋TiCl4＋2(NH4)2C2O4＋H2O===BaTiO(C2O4)2↓＋4NH4Cl＋2HCl1∶112345“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2

BaTiO3＋2CO2↑＋2CO↑，因此，產(chǎn)生的

∶nCO

＝1∶1。4.[2022·遼寧，16(1)(2)(3)(4)(5)(6)]某工廠采用輝鉍礦(主要成分為Bi2S3，含有FeS2、SiO2雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為MnO2)聯(lián)合焙燒法制備BiOCl和MnSO4，工藝流程如右：已知：①焙燒時過量的MnO2分解為Mn2O3，F(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3；②金屬活動性：Fe>(H)>Bi>Cu；1234512345③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的pH范圍如下：

開始沉淀pH完全沉淀pHFe2＋6.58.3Fe3＋1.62.8Mn2＋8.110.1回答下列問題：(1)為提高焙燒效率，可采取的措施為_____。a.進一步粉碎礦石b.鼓入適當(dāng)過量的空氣c.降低焙燒溫度ab聯(lián)合焙燒時，進一步粉碎礦石，可以增大礦石與空氣的接觸面積，能夠提高焙燒效率，選項a符合題意；鼓入適當(dāng)過量的空氣有利于礦石充分反應(yīng)，選項b符合題意；降低焙燒溫度，反應(yīng)速率減慢，不利于提高焙燒效率，選項c不符合題意。1234512345(2)Bi2S3在空氣中單獨焙燒生成Bi2O3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________。(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為：①充分浸出Bi3＋和Mn2＋；②___________________。(4)濾渣的主要成分為_________(填化學(xué)式)。(5)生成氣體A的離子方程式為____________________________________________。(6)加入金屬Bi的目的是___________________。抑制金屬離子水解SiO2Mn2O3＋6H＋＋2Cl－===2Mn2＋＋Cl2↑＋3H2O將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋由已知信息③知，調(diào)pH＝2.6時，F(xiàn)e3＋會水解生成Fe(OH)3沉淀，但Fe2＋還沒開始沉淀，故要將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液，為了不引入新的雜質(zhì)，加入Bi作還原劑。123455.以固體廢鋅催化劑(主要成分為ZnO及少量Fe2O3、CuO、MnO、SiO2)為原料制備鋅的工藝流程如圖。已知：①“浸取”時，ZnO、CuO轉(zhuǎn)化為[Zn(NH3)4]2＋、[Cu(NH3)4]2＋進入溶液；②25℃時，Ksp(CuS)＝6.4×10－36，Ksp(ZnS)＝1.6×10－24；12345(1)為提高鋅浸出率，采取的措施是____________________；“浸取”溫度為30℃時，鋅浸出率可達90.6%，繼續(xù)升溫浸出率反而下降，其原因為_______________________________________________。(2)“操作a”的名稱為_______。12345(3)“深度除錳”是在堿性條件下將殘留的Mn2＋轉(zhuǎn)化為MnO2，離子方程式為______________________________________________________。將廢鋅催化劑粉碎溫度升高，NH3揮發(fā)，使生成的[Zn(NH3)4]2＋減少分液Mn2＋＋2NH3·H2O＋H2O2===MnO2↓＋12345[Zn(NH3)4]2