2022版高考化学一轮复习第8章水溶液中的离子平衡专题讲座4无机化工生产流程题解题策略课件

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工艺流程题就是将化工生产中的生产流程用框图的形式表示出来，并根据物质生产流程中的有关化学知识步步设问，该类试题具有以下特点：
(1)箭头：箭头进入的是投料(即反应物)，出去的是生成物(包括主产物和副产物)。(2)三线：出线和进线均表示物料流向或操作流程，返回线表示物质循环使用。
该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：回答下列问题：(1)“酸浸氧化”需要加热，其原因是______________________。
(3)“中和沉淀”中，钒水解并沉淀为V2O5·xH2O，随滤液②可除去金属离子K＋、Mg2＋、Na＋、________，以及部分的________。(4)“沉淀转溶”中，V2O5·xH2O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是______________________。(5)“调pH”中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是___________________。(6)“沉钒”中析出NH4VO3晶体时，需要加入过量NH4Cl，其原因是__________________________。
(1)制备类工艺流程题在流程上一般过程：(2)原料的预处理。①溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸等。
②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。③审题时要“瞻前顾后”，注意物质性质及反应原理的前后联系。(3)常用的控制反应条件的方法。①调节溶液的pH。常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H＋反应，使溶液pH增大；不引入新杂质。
②控制温度。根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动。③趁热过滤。防止某物质降温时会析出。④冰水洗涤。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。
已知：①菱锰矿粉的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。②相关金属Mn＋离子c(Mn＋)＝0.1 ml·L－1形成M(OH)n沉淀的pH范围如下：
则产品的纯度＝____________________，若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度__________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
【解析】菱锰矿(主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)，与氯化铵混合研磨后焙烧反应生成CO2、NH3和氯化锰。酸浸浸出液中主要含有Al3＋、Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋、Mg2＋、Ca2＋，经过净化后，在净化液中加入碳酸氢铵，使锰离子沉淀，生成MnCO3，最后得到高纯度MnCO3。(4)碳酸铵溶液的碱性较强，c(OH－)较大，会产生Mn(OH)2沉淀，因此“沉锰”过程中，不用碳酸铵溶液替代NH4HCO3溶液。根据以上分析可知流程中能循环利用的物质除了氯化铵之外还有CO2。
(1)物质分离提纯的原则：不增，不减，易分离，易复原。(2)明确常用的提纯方法：①水溶法：除去可溶性杂质。②酸溶法：除去碱性杂质。③碱溶法：除去酸性杂质。④氧化剂或还原剂法：除去还原性或氧化性杂质。
⑤加热灼烧法：除去受热易分解或易挥发的杂质。⑥调节溶液的pH法：如除去酸性铜溶液中的Fe3＋等。⑦蒸发结晶：提取溶解度随温度变化不大的溶质，如NaCl。(3)明确常用的分离方法：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。④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。⑤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。
1．(2019·江苏卷)实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O，还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体，其实验流程如下：
(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。控制反应温度在60～70 ℃，搅拌，反应3小时。温度过高将会导致CaSO4的转化率下降，其原因是________________；保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变，实验中提高CaSO4转化率的操作有_______________________。
(4)滤渣水洗后，经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。设计以水洗后的滤渣为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：_____________。[已知pH＝5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全；pH＝8.5时Al(OH)3开始溶解。实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca(OH)2]。
Ⅱ．相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
(6)在K2Cr2O7存在下，可利用微生物电化学技术实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示。 ①负极的电极反应式为________________________；②一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1)Fe(OH)3(2)2Cr(OH)3＋3H2O2＋4KOH══2K2CrO4＋8H2O(3)除去过量的H2O2　(4)2×10－8ml·L－1(5)88.2%(6)①C6H5OH＋11H2O－28e－══6CO2↑＋28H＋　②减小【解析】(1)滤渣①成分为Cr(OH)3、Fe(OH)3混合物，“氧化”步骤中Cr(OH)3转化为K2CrO4溶液，Fe(OH)3不与KOH反应也不溶于水，过滤分离的滤渣②为Fe(OH)3。
(6)①C6H5OH→CO2，则苯酚发生氧化反应、作负极，结合电子守恒和电荷守恒，负极电极反应式C6H5OH＋11H2O－28e－══6CO2↑＋28H＋；②电池工作时，负极生成的H＋透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中，正极生成的OH－透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H＋反应生成水，使NaCl溶液浓度减小。
3．(2020·山东卷)用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制备高纯MnCO3的工艺流程如下：
(2)保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba(OH)2的量达到最大值后会减小，减小的原因是________________________。(3)滤液Ⅰ可循环使用，应当将其导入到______________________操作中(填操作单元的名称)。(4)净化时需先加入的试剂X为________________(填化学式)。再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为______________(当溶液中某离子浓度c≤1.0×10－5ml·L－1时，可认为该离子沉淀完全)。(5)碳化过程中发生反应的离子方程式为_____________________。
【解析】(1)软锰矿预先粉碎可以增大反应物的接触面积，使反应更充分，提高反应速率；MnO2与BaS反应转化为MnO，Mn元素的化合价由＋4价降低为＋2价，根据元素价态规律可知－2价的S元素应被氧化得到S单质，则MnO2与BaS的系数比应为1∶1，根据后续流程可知产物还有Ba(OH)2，结合元素守恒可得化学方程式为MnO2＋BaS＋H2O══Ba(OH)2＋MnO＋S。(2)根据题目信息可知MnO2为两性氧化物，所以当MnO2过量时，会消耗反应产生的Ba(OH)2，从而使Ba(OH)2的量达到最大值后会减小。