新高考化学一轮复习考点巩固练习31 化学工艺流程题——原料的预处理（解析版）

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一、化工流程答题基本思路
二、一个完整的无机化工生产流程一般具有下列过程：
产品的提纯和分离
原料
目标产物
核心化学反应
对原料的预处理
三、原料预处理：
酸浸：溶解、去氧化膜等，使得可溶性的离子进入溶液中，不溶物过滤去除。
碱浸：去油污（酯）、溶解铝、二氧化硅、氧化铝等，使得可溶性的离子进入溶液中，不容物过滤去除。
水浸：与水反应或溶解，使原料变成离子进入溶液中。
研磨（雾化、粉碎）：增大反应接触面积，以加快化学反应速率或使反应更充分。
灼烧（焙烧、煅烧）：使物质高温分解或者氧化去除杂质、改变物质结构，使物质能溶解。如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质。如煅烧高岭土。
加入其他物质：如有机物醇、四氯化碳、无机盐等----反应、溶解。
四、原料预处理过程中常考知识点：
1．增大原料浸出率（离子在溶液中的含量多少）的措施：搅拌、适当升高温度、延长浸出时间、增大浸出液的浓度、固体粉碎增大接触面积
2．提高固体的焙烧效率方法：增加氧气的量、固体充分粉碎、逆流焙烧、适当升温等。
3．加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向（一般是有利于生成物生成的方向）移动
【典例精析】
1．硫铁矿的主要成分为，工业上常用硫铁矿在空气中煅烧产气来制备硫酸，该过程中的烧渣可用于制备铁红、绿矾等。现以硫铁矿烧渣(主要成分为、FeO，还含有少量的、杂质)为原料、氨水为沉淀剂制备铁红颜料的流程如图所示：
预处理
根据所学知识，回答下列问题：
(1)写出高温煅烧生成的化学方程式：___________，其中氧化产物为___________(填化学式)。
(2)“浸取液Ⅰ”中加入的目的是___________，发生反应的离子方程式为___________。
(3)“操作Ⅰ”的名称为___________。
(4)在加入氨水沉淀时，调节pH可使得沉淀而不沉淀。“滤液Ⅱ”中溶质的主要成分为___________(填化学式)。写出获得“滤渣Ⅱ”的离子方程式：___________。
【答案】(1) 、 (2) 作氧化剂，氧化 (3) 过滤 (4) 、(多写不扣分)
【分析】
硫铁矿烧渣(主要成分为 Fe2O3、FeO，还含有少量的 Al2O3、 SiO2杂质)经过酸浸后 Fe2O3、FeO和 Al2O3溶解，SiO2在硫酸中不能溶解，过滤将难溶物除去，用 H2O2将浸取液Ⅰ中的 Fe2+氧化成Fe3+，继续加入氨水，调节pH可使得 Fe3+沉淀而 Al3+ 不沉淀，过滤分离得到 Fe(OH)3，煅烧得到铁红，据此分析答题。
【详解】
(1) FeS2 在高温煅烧时，铁元素生成 Fe2O3，硫元素生成SO2，发生的化学方程式为： ；硫元素和铁元素化合价均升高，得到氧化产物，氧化产物为： Fe2O3、 SO2；
(2)硫铁矿烧渣中含有Fe2+，用H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，便于下一步用氨水使Fe3+沉淀；发生的离子方程式为：；
(3)硫酸酸浸溶解Fe2O3、FeO和Al2O3，SiO2在硫酸中不能溶解，过滤将难溶物除去，故操作Ⅰ为过滤；
(4) 酸浸之后溶液中含有：Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、FeSO4，若硫酸过量，还有剩余的 H2SO4。加入H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，加入氨水沉淀时，调节pH可使得Fe3+沉淀而Al3+不沉淀，溶液中剩余溶质主要为(NH4)2SO4、Al2(SO4)3；滤渣Ⅱ为Fe(OH)3，氨水沉淀Fe3+所得，离子方程式为：。
【专题精练】
预处理
2．铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为___________。
(2)医疗上，常用胃舒平[主要成Al(OH)3]来治疗胃酸(主要成分盐酸)过多，其理由是___________(用离子方程式表示)。
(3)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加NaHCO3溶液，溶液pH___________ (填“增大”、“不变”或“减小”)。
(4)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是___________。
(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是___________。
(6)为测定含少量FeCl3的AlCl3中AlCl3的含量，可通过下列操作测得(部分物质略去)。
m克样品 NaAlO2溶液 Al(OH)3 n克Al2O3
计算该样品中AlCl3的质量分数 ___________(结果用m、n表示，不必化简)。
【答案】(1)Al2O3+2OH−=2AlO+H2O (2) Al(OH)3+3H+ =2Al3++ 3H2O (3) 减小 (4) 石墨电极被阳极上产生的O2氧化 (5) NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜 (6) 或或
【分析】
以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝，由流程可知，加NaOH溶解时Fe2O3不反应，由信息可知SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀，过滤得到的滤渣为Fe2O3、铝硅酸钠，然后加入碳酸氢钠与NaAlO2反应生成Al(OH)3沉淀和碳酸钠溶液，过滤II得到Al(OH)3，灼烧生成氧化铝，电解I为电解氧化铝生成Al和氧气，电解II为电解Na2CO3溶液，阴极得到NaHCO3、阳极得到NaOH，循环利用。
【详解】
(1)碱溶时氧化铝和NaOH溶液反应得到偏铝酸钠和水，离子方程式为Al2O3+2OH−=2AlO+H2O；
(2)Al(OH)3可以和盐酸反应生成可溶性盐氯化铝和水，离子方程式为Al(OH)3+3H+ =2Al3++ 3H2O；
(3)根据分析，向“过滤Ⅰ”所得滤液中加NaHCO3溶液，NaAlO2和残留的NaOH反应生成Al(OH)3沉淀和碳酸钠溶液，碱性为OH-＞AlO＞CO，所以溶液碱性减弱，pH减小；
(4)电极熔融Al2O3时，阳极阳离子被氧化生成氧气，石墨电极被阳极上产生的O2氧化，从而被损耗；
(5)铵盐受热易分解，高温条件下NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，有利于AlN的制备；
(6)根据元素守恒可知样品中n(AlCl3)=2n(Al2O3)ml，所以AlCl3的质量分数为×100%=或或。
3．硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)是铜盐中重要的无机化工原料，广泛应用于农业、电镀、饲料添加剂、催化剂、石油、选矿、油漆等行业。
I.采用孔雀石[主要成分CuCO3·Cu(OH)2]、硫酸(70%)、氨水为原料制取硫酸铜晶体。其工艺流程如图：
预处理
已知：(1)硫酸铜晶体易溶于水，难溶于乙醇。
(2)硫酸铜晶体在102℃时失水成CuSO4·3H2O，在113℃时失水成CuSO4·H2O，在258℃时失水成CuSO4。
请回答下列问题：
(1)已知氨浸时发生的反应为CuCO3·Cu(OH)2+8NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2(OH)2CO3+8H2O，蒸氨时得到的固体呈黑色。孔雀石经过氨浸、蒸氨操作目的是：___。
(2)下列说法正确的是___。
A．步骤I，高温可提高浸取率
B．预处理时用破碎机将孔雀石破碎成粒子直径