新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第8章物质在水溶液中的行为第53讲无机化工流程题的解题策略鲁科版

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(一)工业流程题的结构
(二)流程图中主要环节的分析
1．核心反应——陌生方程式的书写
关注箭头的指向：箭头指入→反应物，箭头指出→生成物。
(1)氧化还原反应：熟练应用氧化还原规律判断产物，并根据化合价升降相等配平。
(2)非氧化还原反应：结合物质性质和反应实际判断产物。
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：
①能与H＋反应，使溶液pH增大；
②不引入新杂质。
例如：若要除去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。
(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。防止某些物质降温时析出。
(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。
4．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：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：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氨气。
一、条件控制与Ksp的计算
1．(温度控制)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________________________________________________________________________。
2．(酸碱度控制——调pH)利用某钴矿石(主要成分为C2O3)制取C(OH)2粗品及其他工业产品的工艺流程如图1所示。
已知：浸出液中含有的阳离子主要有H＋、Cu2＋、C2＋、Fe2＋、Mg2＋。
回答下列问题：
(1)钴矿石浸出时加入Na2SO3的目的为________________________________。
(2)溶液中lg c(X)(X表示Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋、C2＋、Mg2＋、Ca2＋)与pH的变化关系如图2所示(离子浓度小于10－5 ml·L－1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________________________________________________________________________。
(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 ml·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝__________________。
3．(调pH与Ksp计算)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：
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________________________________________________________________________。
(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________________________________________________________。
(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____________________。
(4)反应Ca3(VO4)2(s)＋3COeq \\al(2－,3)(aq)2VOeq \\al(3－,4)(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。
(5)沉钒2过程中加入氯化铵溶液，控制溶液的pH＝7.5，当pH>8时，NH4VO3的产量明显降低，原因是______________________________________________________________。
二、化工流程分析滤液、滤渣成分的确定
4．(2022·湖南岳阳模拟)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。
(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： ____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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： ________________________________________________________________。
(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。
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)。
(2)“还原”过程中的离子方程式为__________________________________________。
(3)写出“滤渣”中主要成分的化学式： ______________________________________。
(4)①“沉铁”过程中生成Fe(OH)2的化学方程式为______________________________。
②若用CaCO3“沉铁”，则生成FeCO3沉淀。当反应完成时，溶液中eq \f(cCa2＋,cFe2＋)＝____________。[已知Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9 ml2·L－2，Ksp(FeCO3)＝2×10－11 ml2·L－2]
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
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：
回答下列问题：
(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__________________________________________
________________________________________________________________________。
(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 ml3·L－3，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39 ml4·L－4，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31 ml4·L－4}
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中eq \f(cC2O\\al(2－,4),cH2C2O4) ＝____________(保留两位有效数字)。写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式：____________________________________。[已知：25 ℃时，Ka1(H2C2O4)＝5.9×10－2 ml·L－1，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5 ml·L－1]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，不溶物通过过滤除去
浸出率
固体溶解后，离子在溶液中的含量的多少
pH
4～6
6～8
8～10
10～12
主要离子
VOeq \\al(＋,2)
VOeq \\al(－,3)
V2Oeq \\al(4－,7)
VOeq \\al(3－,4)