新高考化学一轮复习讲义课件 第8章 第43讲　无机化工流程题的解题策略

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1.培养从试题提供的新信息中准确地提取实质性内容，并与已有知 识块整合重组为新知识块的能力。2.培养将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方 法，解决简单化学问题的能力。3.培养将分析和解决问题的过程及成果用正确的化学术语及文字、 图表、模型、图形等表达并做出解释的能力。
无机化工流程题的解题策略
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，①判断产物，②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。
4.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：如除去酸性溶液中的Fe3＋等。
5.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。
1.(2019·全国卷Ⅲ，26)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 ml·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
(1)“滤渣1”含有S和______________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式：_________________________________________。
SiO2(或不溶性硅酸盐)
MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S
解析　硫化锰矿中硅元素主要以SiO2或不溶性硅酸盐形式存在，则“滤渣1”的主要成分为S和SiO2(或不溶性硅酸盐)。结合“滤渣1”中含S，可知“溶浸”时MnO2与MnS在酸性条件下发生氧化还原反应生成MnSO4和S，根据化合价升降法可配平该反应的化学方程式。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是__________________。
解析　“溶浸”后溶液中含Fe2＋，“氧化”中加入的适量MnO2能将Fe2＋氧化为Fe3＋。
将Fe2＋氧化为Fe3＋
(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为________～6之间。
解析　“调pH”除去Fe3＋和Al3＋时，结合表格中数据信息可知需控制溶液的pH在4.7～6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是___________。
解析　“除杂1”中加入Na2S能将Zn2＋和Ni2＋分别转化为沉淀除去，故“滤渣3”的主要成分为NiS和ZnS。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。
解析　“除杂2”中F－与Mg2＋反应生成MgF2沉淀，若溶液酸度过高，则F－与H＋结合生成弱电解质HF，导致MgF2(s) Mg2＋(aq)＋2F－(aq)平衡向右移动，Mg2＋不能完全除去。
F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2(s) Mg2＋(aq)＋2F－(aq)平衡向右移动
(6)写出“沉锰”的离子方程式：______________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCyMnzO2，其中Ni、C、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝ 时，z＝______。
2.(2020·济宁模拟)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_________________________________________________________________________________________。
内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌
解析　在混合不同的液体时，一般先加密度较小、易挥发的，后加密度大、难挥发的，若混合时放热，则最后加受热易分解的，因此混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入双氧水中，并不断搅拌。
(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，Ksp[Fe(OH)3]＝2.6×10－39，Ksp[Sc(OH)3]＝9.0×10－31)
9.0×10－7ml·L－1
(3)用草酸“沉钪”。25 ℃时pH＝2的草酸溶液中 ＝__________(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，Ka2(H2C2O4)＝6.4×10－5]
3H2C2O4===Sc2(C2O4)3↓＋6H＋
(4)草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为_____________________________________。
(5)废酸中含钪量为15 mg·L－1，V L废酸最多可提取Sc2O3的质量为________。
3.利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。某工厂对制革工业污泥Cr(Ⅲ)的处理工艺流程如图：
已知硫酸浸取液中的金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Al3＋、Ca2＋和Mg2＋。(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有__________________、______。(答出两点)
解析　酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是延长浸取时间、加快溶解速度等措施，可以升高温度增大物质的溶解度或搅拌加快溶解速度。
(2)H2O2的作用是将滤液Ⅰ中的Cr3＋转化为 ，则此反应中氧化剂和还原剂物质的量之比为______。
(3)常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：
①用NaOH调节溶液的pH不能超过8，其理由是______________________________________________________________。
pH超过8会使部分Al(OH)3
②当pH＝8时，Mg2＋______(填“是”或“否”)开始沉淀(溶液中Mg2＋浓度不超过1 ml·L－1)。已知：Ksp[Mg(OH)2]＝1.8×10－11。
解析　当pH＝8时，Qc＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝1×(10－6)2＝10－12Ksp(PbCO3)＝1.46×10－13，所以步骤①加入碳酸钠溶液，把硫酸铅转化为碳酸铅，反应的离子方程式为PbSO4(s)＋
(2)根据下图溶解度曲线，由滤液1得到Na2SO4固体的操作为：将“滤液1”_________、_________、用乙醇洗涤后干燥。
解析　滤液1的溶质主要是Na2SO4和过量的Na2CO3，将“滤液1”升温结晶、趁热过滤、用乙醇洗涤后干燥得到Na2SO4固体。
(3)步骤③“酸溶”，为提高酸溶速率，可采取的措施是____________________________________________(任意写出一条)。
增加硝酸浓度等合理答案均可)
(4)“滤液2”中可循环利用的溶质为________(填化学式)。若步骤④“沉铅”后的滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5ml·L－1，则此时c( )＝________ml·L－1。
解析　Pb、PbO和PbCO3在硝酸的作用下转化成Pb(NO3)2，Pb(NO3)2中加硫酸转化成PbSO4和硝酸，HNO3可循环利用；根据Ksp(PbSO4)＝1.82×10－8，若滤液中c(Pb2＋)＝1.82×10－5ml·L－1，则溶液中的
(5)步骤⑥“合成”三盐的化学方程式为_____________________________________________________________。
3PbO·PbSO4·H2O＋3Na2SO4＋2H2O
(6)若消耗100.0 t铅泥，最终得到纯净干燥的三盐49.5 t，假设铅泥中的铅元素有75%转化为三盐，则铅泥中铅元素的质量分数为________。
解析　设铅泥中铅元素的质量分数为x，根据铅元素守恒可得： ×4，解得x＝0.552 0，所以铅泥中铅元素的质量分数为55.20%。
5.(2020·东北三省四市联合模拟)碱式碳酸铜在烟火、农药、颜料、杀菌剂等方面应用广泛。一种以辉铜矿(Cu2S，含有SiO2和少量Fe2O3等杂质)为原料制备碱式碳酸铜的流程如图所示：
已知：①有关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
②[Cu(NH3)4]SO4常温稳定，在热水中会分解生成NH3；③Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。回答下列问题：(1)加快“浸取”速率，除将辉铜矿粉碎外，还可采取的措施有_______________________________________(任写一种)。
适当增加硫酸浓度、适当加热等)
解析　辉铜矿主要成分为Cu2S，含少量Fe2O3、SiO2等杂质，加入稀硫酸和二氧化锰浸取，Cu2S在酸性条件下被二氧化锰氧化，SiO2不溶于稀硫酸，滤渣Ⅰ经CS2提取后可获得一种淡黄色副产品，说明滤渣Ⅰ中含有S，过滤得到的滤渣中含有MnO2、SiO2、单质S，滤液中含有Fe3＋、Mn2＋、Cu2＋，加入A，调节溶液的pH使铁离子形成氢氧化铁沉淀，除去铁；加入碳酸氢铵溶液沉淀锰，过滤得到碳酸锰，用硫酸溶解，生成硫酸锰晶体，滤液赶出氨气，参与循环使用，同时得到碱式碳酸铜，据此分析解答。加快“浸取”速率，除将辉铜矿粉碎外，还可以适当增加硫酸的浓度，充分搅拌，加热等。
(2)滤渣Ⅰ经CS2提取后可获得一种淡黄色副产品，则滤渣Ⅰ中的主要成分是_______________(填化学式)。回收淡黄色副产品过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低的原因是______________________________________________。
SiO2、S、MnO2
温度过高，CS2易挥发
温度过低，硫的溶解速率小，
解析　滤渣Ⅰ的主要成分是MnO2、SiO2、单质S；回收淡黄色副产品(S)的过程中温度控制在50～60 ℃之间，不宜过高或过低，原因是温度过低，硫的溶解速率小，温度过高，CS2易挥发。
(3)常温下“除铁”时加入的试剂A可用CuO，调节pH的范围为_______________________，若加A后将溶液的pH调为5，则溶液中Fe3＋的浓度为____________ml·L－1。
(或3.7≤pH